计算机学科科学与工程复合人才培养模型

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摘 要:针对计算机学科发展和IT产业发展融合度日益紧密的趋势,深入分析计算机学科研究生教育的特点和产学需求,提出计算机学科科学与工程复合人才培养模型.

关 键 词:产学融合;科学素养;工程素养;人才培养模型;复合培养

0、引言

较长时间以来,高校计算机科学与技术学科研究生教育存在以专业理论知识传授为核心,重理论轻实践、重学术轻工程的现象,引发了理论与实践、学科教学与行业发展、学术研究与产业化需求、学科知识体系与行业能力需求的脱节,毕业生进入IT企业后出现了工程能力弱、创新能力不足等各类问题.这既无法满足IT行业的人才需求,更与时下计算机学科产学融合的发展趋势不相符合.

为了解决上述问题,目前有一种“两段式”的培养模式较为常见.“两段式”培养模式是指前半程集中课程教学,完成专业理论知识传授;后半程在科研实践中开展课题研究并完成学位论文.这种“两段式”培养模式可以在一定程度上提升学生的工程能力;但是,由于前半程课程教学和后半程课题实践关联性不大,不足以消除学科教学与行业发展间的差异,无法提升计算机学科研究生科学素养和工程素养.

为此,自2008年起,针对计算机学科发展和IT产业发展融合度日益紧密的趋势,福州大学数学与计算机科学学院深入研究国内外一流高校计算机学科研究生培养的特点,以教育部计算机教学指导委员会计算机专业教学分委员会的计算机科学与技术《战略研究报告》和《专业规范》中提出的计算机学科人才分类培养这一核心观点为导向,结合自身计算机学科研究生人才的培养情况,适时提出IT人才科学与工程素养复合培养模型,并在一定范围内开展了试点和推广工作,效果良好.

1.科学与工程素养复合培养模型的内涵

IT人才科学与工程素养复合培养模型以工程研究型人才为培养主体,以完备的计算机学科知识体系为培养基础,依托产学融合的集成化培养平台,通过学术研究和产业需求的实质性结合,搭建计算机学科理论、专业知识和工程实践、技术开发和工程创新之间的桥梁;开展产业需求驱动下的教学和科研活动,对研究生进行研究能力和工程能力的复合式培养,全面拓展研究生的科研思维和工程创新思维,最终实现学术和工程的知识复合、思维复合和能力复合.

1.1人才培养的总体目标

计算机学科科学与工程复合培养直接面向信息产业工程领域,以促进信息产业跨越式发展为目标,培养掌握IT产业发展脉络和趋势,善于发掘信息产业前瞻性问题、共性问题和核心问题,并能够独立地展开创新性研究工作的高层次复合人才.

1.2计算机学科科学与工程复合人才能力架构要求

由前述人才培养目标可知,IT产业所需的高层次复合人才不仅需要以坚实的计算机学科理论和宽泛的专业知识作为专业支撑,还需要同时兼具出色的工程素养和前瞻性的工程思维,两者缺一不可.为此,计算机学科科学与工程复合人才在学科知识结构、科学能力和工程能力结构层面均有其特殊性.

在学科知识结构方面,要求具有扎实的学科基础理论知识,较深厚的学科专业理论知识和宽口径的学科工程应用知识;有较高的外语水平及掌握国外信息的能力,善于跟踪国际前沿知识.

在科学能力结构方面,要求具有较强的逻辑思维能力和判断能力;善于发现和提炼科学问题,有较强的科技鉴别能力.科研定向能力和科研创新能力,对新知识具有较强的敏锐性.

在工程能力结构方面,要求具有较强的学科知识运用能力和实践能力,善于发现和分析工程问题并将工程问题与学科知识关联,能娴熟地运用学科理论知识进行工程应用和工程创新,解决工程问题.

2.科学与工程素养复合培养模型的基本框架

以计算机学科研究生工程素养的不足为切入点,计算机学科科学与工程素养复合培养模型顺应产学融合的趋势,以实现高层次IT复合人才为目标,在培养理念、培养目标、培养过程等方面展开了初步的探索.

2.1培养理念复合化

反思目前计算机学科研究生教育存在的重学术轻工程等不足,计算机学科科学与工程素养复合培养需要建立逻辑认知上逐层递进的培养理念,如图l所示.其核心是以科学与工程素养并重为本,以理论和实践知识的复合为基础,以研究和开发能力的复合为提升,以学术和工程思维复合为升华.

(1)理论和实践知识复合的理念.计算机学科是一门实践学科,理论知识的理解和内化均应该在工程实践的过程中完成.因此,理论和实践知识复合的理念包含两层意思:一是从学生的角度来说,在理论学习阶段参加工程实践是激发理论知识内化的重要途径;二是从教学活动的角度来说,知识的传授活动应该和工程实践紧密关联,相辅相成.

(2)研究和开发能力复合的理念.计算机学科同时是一门应用学科,理论研究的成果均应该在产业化的过程中得到验证、优化和应用.研究和开发能力复合的理念包含两层意思:一是从学术活动的角度来看,学术研究应该密切关注产业化需求的前瞻性问题,来源于产业化需求,又超前于产业化需求;二是从学生的角度来看,在从事学术活动的时候,不能仅仅停留在理论研究阶段,还应该重视研究的开发实现.

(3)学术和工程思维复合的理念.研究生教育是创新教育,包括创新意识的培育和创新能力的激发,其本质是思维的创新.产学融合趋势下,这种思维包含了学术思维和工程思维,因此,学术和工程思维复合是理论和实践知识复合、研究和开发能力复合的必然结果.

2.2培养目标层次化

以科学与工程素养并重的培养理念为准则,计算机学科的人才培养目标分为3个递进的层次,如图2所示.最基础的层次为学科专业知识内化,目的是培养研究生的学术素养;进阶层次为理论知识的工程应用,目的是培养研究生的工程能力;最高阶的层次为学科知识的创新,以产业需求驱动学术创新,以学术创新推动工程创新,以工程创新带动产业提升,目的是同步提升研究生的科学和工程素养.2.3培养活动层递化

目前常见的“两阶段”培养模式中工程培养和科学培养是分离的,分离的培养活动最直接的影响是培养环节的脱节.事实上,计算机学科研究生科学素养和工程素养的培养和提升应该是交织进行,相互促进,同步提升,并且贯穿研究生培养过程始终.计算机学科科学与工程素养复合培养模型特别设计了工程需求驱动下的“讲授一工程关联一模拟实践”三位一体的教学活动、专业知识支撑下的“问题分析一学术关联一实践”三位一体的工程实训、产业需求驱动下的学术研究活动、学术创新推动下的工程研究活动,如图3所示.

工程需求驱动下的“讲授一工程关联一模拟实践”三位一体的教学活动首先以教师讲授学科知识的基本理论和方法,并将学科知识与工程需求关联,强化专业知识的应用需求意识,进一步抽取工程需求驱动下的仿真实例,要求学生模拟实践学科知识中的方法以解决仿真案例.智能技术是计算机学科非常重要的基础课程,涉及智能信息处理、机器学习、智能控制等领域的基本原理和基本方法.以其中SVM支持向量机的学习过程为例,相应的教学活动分为3个阶段:第l阶段由教师就SVM的原理、线性可分条件下支持向量机的对偶算法、线性不可分条件下的核函数等方法进行讲解;第2阶段以视频监控为行业背景,可知其基础需求图像分类,即根据图像亮度、色调、纹理等特征,将图像中的部分区域划归为若干类别中的一类,而应用SVM是解决图像分类的一个可行之道;第3阶段抽取交通视频监控系统中车牌识别作为SVM分类的仿真实例,要求研究生运用SVM方法来完成字符图像的分类,加深对SVM方法的理解,完成知识内化.

专业知识支撑下的“问题分析一学术关联一实践”三位一体的工程实训将引入一个真实的工程课题,要求学生围绕如何发现分析工程问题、如何将工程问题与学科知识关联、如何构思解决思路、如何实践和验证等体会解决工程问题的心智过程,以此培养学术型硕士研究生运用学科理论知识进行工程应用的能力.例如,在研究生系统学习智能技术和智能图像处理两门课程之后,结合目前视频监控这一热点行业,引入交通视频/图像内容理解与应用的工程课题,引导学生就该工程问题进行分析,将视频/图像内容分解为图像处理和图像分类识别两个子问题,前一子问题可以借助于智能图像处理课程中讲授的图像增强技术、图像恢复技术和图像特征分析方法加以实现;后一子问题可以借助于智能技术中讲授的分类算法和识别算法加以解决.以已有的学科知识为背景,学生在工程实训的过程中完成了工程课题与学科知识关联,完成了知识应用.

产业需求驱动下的学术研究活动要求研究生在自主思考的基础之上,以产业需求为出发点,以学科知识体系为支撑,从实际问题中识别出潜在的、真正的应用需求,独立地挖掘该领域的前瞻问题,将其映射为学术研究课题并开展学术研究;而学术创新推动下的工程研究活动要求学生将学术创新成果进一步应用于工程课题之上,完成从学术创新到工程创新的转化,两者在创新性的研究工作中演绎工程实训的心智过程.

将层递推进培养活动融入计算机学科研究生的培养过程,有利于实现IT人才科学与工程素养复合化培养,有望培养出具有出色的工程素养和前瞻性的工程思维,能直接面向信息产业工程领域,发掘产业前瞻性问题、共性问题和核心问题并展开创新性研究工作的高层次专门人才.

3.科学与工程素养复合培养模型的实践与推广

3.1科学与工程素养复合培养模型的实践

计算机学科研究生科学与工程素养复合培养模型在原有的学术型硕士研究生和近年新增的专业学位硕士研究生中分别予以实践,各有侧重点,均取得了良好的实践效果.

学术型硕士研究生中进行科学与工程素养复合培养实践的主要目的是改变传统的学术研究与工程实践脱节的状况.为此,我们按照工程实训、工程研究、科技攻关三位一体的建设思路,依托产学联合课题和科技公共项目搭建了科学与工程素养复合培养平台.进入该培养平台的学术型硕士研究生不仅提高了解决实际工程问题的能力,而且能从工程应用课题中提炼新的学术研究问题,引入新的思想和方法,反而促进了基于应用背景的理论研究.在精进相关学科理论水平的同时,特定工程应用领域下的技术创新成果也较为丰富,一方面体现为学术论文发表数量和质量的提升,另一方面体现为申请发明专利和软件著作权等应用成果日益丰富.

福州大学数学与计算机科学学院于2011年开始启动计算机技术和软件工程两个专业的全日制专业学位研究生培养工作.上述两个专业培养方案的制定和实施过程有机地融合了科学和工程素养复合培养模型,其主要目的是强化专业学位硕士研究生理论培养和工程培养的一体化,提升专业学位研究生的应用研究高度和深度.为此,我们将企业的科技攻关项目分解提炼成若干工程实训课题,并提前引入工程实训环节,与全局的科技攻关项目保持相对独立且整体工作量不大,包含一到两个研究难点,要求研究生运用相应学科理论加以解决.实践看,2011级专业学位研究生的学位论文选题,均属于应用研究型课题,而非简单的成熟技术的应用,这种培养模型对于专业学位研究生的培养质量起到了非常好的保障作用.

3.2科学与工程素养复合培养模型的推广

事实上,理论和实践脱节、学科知识体系和行业需求脱节等问题并非计算机学科研究生教育特有的问题,学生实践能力弱,创新能力差等问题也同样出现在计算机学科的本科生教育中.此前形成的科学和工程素养培养模型也可推广应用于计算机学科本科生教育中.为此,以卓越工程师计划的制定和实施为契机,考虑到福州大学计算机学科的本科生直接从事各类科技项目存在一定难度,我

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们特意围绕IEEEMicromouseCompetition搭建了一个涉及电子电路、程序设计、数据结构与算法、人工智能、嵌入式系统等多个领域分支的全面的计算机学科本科生科学与工程素养复合培养基地.


4.结语

针对计算机学科和IT产业产学融合的发展趋势,遵照“强化研究能力,重视工程素养,顺应产学融合,双向复合培养”的人才培养基本思想,我们提出了科学与工程能力复合培养模型,从培养理念、培养目标、培养活动等方面进行了探索,并于福州大学数学与计算机科学学院学术型和专业学位硕士研究生的培养中付之实践,实践效果良好.下一步我们将从工程研究型培养课程体系的设计、培养规范等方案深化探讨和实践,并逐步推广至计算机学科本科生教育中.

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