鐘阿林，夏道平，鄧?yán)颍?三峽大學(xué)計算機與信息學(xué)院，宜昌　44000；.三峽大學(xué)科技學(xué)院，宜昌　44000；.武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢　40074）

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二類本科院校計算機專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量保證

鐘阿林1，夏道平2，鄧?yán)?
（1.三峽大學(xué)計算機與信息學(xué)院，宜昌443000；2.三峽大學(xué)科技學(xué)院，宜昌443000；3.武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢430074）

摘要：

關(guān)鍵詞：

二類本科院校；工程應(yīng)用；科學(xué)素養(yǎng)；培養(yǎng)質(zhì)量

0　引言

高等本科院校學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量一直是所有高校非常關(guān)注的一個問題。計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（為了簡潔，本文以后簡稱計算機專業(yè)）作為一個兼具科學(xué)性與工程性的專業(yè)，有其相對于其他專業(yè)而言不同的特點。計算機專業(yè)學(xué)生在整個四年本科的學(xué)習(xí)過程中，既要學(xué)習(xí)計算機科學(xué)理論課程，如數(shù)值計算、離散數(shù)學(xué)、計算理論和程序理論等，又要學(xué)習(xí)計算機系統(tǒng)課程（包括計算機組成與體系結(jié)構(gòu)、計算機軟件等），還要學(xué)習(xí)計算機應(yīng)用技術(shù)類課程。整個課程體系龐雜，在本科專業(yè)畢業(yè)總學(xué)分存在上限的前提下，一些將自己定義為應(yīng)用型辦學(xué)的二類本科院校，對課程進行了一定的取舍。這樣做的好處是既減輕了學(xué)生在校期間的課程壓力，又實現(xiàn)了面向應(yīng)用的預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)。但是，對理論課程教學(xué)的弱化會直接導(dǎo)致對學(xué)生計算機科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的不足，使學(xué)生在專業(yè)上進一步發(fā)展的潛力變小。因此，如何保證本科計算機專業(yè)的培養(yǎng)質(zhì)量，對于二類本科院校來說，是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也是一個開放的研究領(lǐng)域。龍青云等[1］指出，對于學(xué)生素質(zhì)較差、學(xué)校資源缺乏的二類本科院校，應(yīng)該從專業(yè)設(shè)置、課程體系、授課模式、教師隊伍建設(shè)、課外活動以及資源投入等六個方面進行改進，以提高對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。李浪[2］強調(diào)計算機專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要性，提出了計算機專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系結(jié)構(gòu)并構(gòu)建了相應(yīng)的實踐課程體系。許艷等[3］指出地方本科院校應(yīng)從計算機專業(yè)的實際情況出發(fā)，在課程設(shè)置、師資隊伍建設(shè)、學(xué)科競賽、學(xué)生科研、校企合作等方面進行改革，以實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟與地方高等教育協(xié)調(diào)互動發(fā)展。尤玲玲[4］充分思考了“大類招生、分流培養(yǎng)”模式在本科院校計算機專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)中的應(yīng)用，并提出一些強化措施。上述研究大多關(guān)注如何培養(yǎng)計算機應(yīng)用型人才，本文的研究重點是在保證計算機專業(yè)工程應(yīng)用能力的同時，如何提高其計算機科學(xué)素養(yǎng)。下面將對本科計算機專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)注意的問題進行深入分析，并在此基礎(chǔ)上提出一些保證培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。

1　計算機專業(yè)內(nèi)涵及培養(yǎng)目標(biāo)

計算機科學(xué)與技術(shù)的基本內(nèi)容涵蓋計算機科學(xué)理論、計算機組成與體系結(jié)構(gòu)、計算機軟件、計算機硬件、計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機應(yīng)用技術(shù)以及人工智能等領(lǐng)域[5］。計算機科學(xué)理論涵蓋算法分析與設(shè)計、離散數(shù)學(xué)、計算復(fù)雜性理論、自動機理論、程序理論等廣泛的內(nèi)容，是整個計算機專業(yè)的理論基礎(chǔ)。計算機組成與體系結(jié)構(gòu)主要研究計算機硬件的具體實現(xiàn)以及計算機系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)及屬性。計算機軟件則指計算機系統(tǒng)中的程序及其文檔，包含系統(tǒng)軟件、支撐軟件及應(yīng)用軟件，軟件語言、軟件方法學(xué)以及軟件工程和系統(tǒng)。計算機硬件主要介紹中央處理器、存儲器、I/O設(shè)備的工作原理與設(shè)計、制造及檢測技術(shù)。計算機網(wǎng)絡(luò)則主要研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)資源共享機制及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。計算機應(yīng)用技術(shù)研究計算機在計算機圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、計算機輔助設(shè)計與制造、計算機控制、計算機信息系統(tǒng)以及計算機仿真等領(lǐng)域所涉及的原理、方法和技術(shù)，是計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的一個重要組成部分。人工智能主要研究智能信息處理理論、人工智能系統(tǒng)的實現(xiàn)。

從上述計算機專業(yè)的內(nèi)涵可以看出，計算機專業(yè)無論從深度還是廣度上，對人才的培養(yǎng)都提出了較高要求。如何界定培養(yǎng)目標(biāo)，是決定計算機專業(yè)培養(yǎng)質(zhì)量的一個首要問題。

卡耐基·梅隆大學(xué)計算機系周以真教授指出計算機專業(yè)學(xué)生應(yīng)具有計算思維。計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[6］。計算機思維概念一經(jīng)提出，便引起國內(nèi)外計算機教育及研究領(lǐng)域的高度重視。在美國，卡耐基·梅隆大學(xué)以及美國數(shù)學(xué)研究所（AIM）等組織進行了關(guān)于計算思維的專題討論，美國國家科學(xué)基金會專門發(fā)布了重大基金資助計劃CDI（Cyber-Enabled Discover and Innovation）；在英國，以愛丁堡大學(xué)為主的高校也開始研究與計算思維有關(guān)的主題；在國內(nèi)，董榮勝等[7］討論了計算思維與計算機方法論的關(guān)系，并介紹了以學(xué)科認(rèn)知理論體系構(gòu)建為核心的計算機方法論的研究與應(yīng)用。由此可見，計算思維對于計算機專業(yè)具有關(guān)鍵性的意義，應(yīng)該作為該專業(yè)學(xué)生的一個重要培養(yǎng)目標(biāo)。

計算專業(yè)學(xué)生應(yīng)該能夠站在系統(tǒng)的高度考慮和解決應(yīng)用問題，具有系統(tǒng)層面的認(rèn)知和設(shè)計能力，這也正是本專業(yè)學(xué)生區(qū)別于其它就讀非計算機專業(yè)但從事軟件開發(fā)學(xué)生的優(yōu)勢所在，我們稱之為系統(tǒng)思維。南京大學(xué)袁春風(fēng)等[8］指出，系統(tǒng)思維能力即：能夠?qū)?、硬件功能進行合理劃分，能夠?qū)ο到y(tǒng)不同層次進行抽象和封裝，能夠?qū)ο到y(tǒng)的整體性能進行分析和調(diào)優(yōu)，能夠?qū)ο到y(tǒng)各層面的錯誤進行調(diào)試和修正，能夠根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)機理對用戶程序進行準(zhǔn)確的性能評估和優(yōu)化，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用要求合理構(gòu)建系統(tǒng)框架等。國內(nèi)外著名高校都非常重視計算機專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)思維能力的培養(yǎng)，如美國的加州大學(xué)伯克利分校及斯坦福大學(xué)，它們從教學(xué)體系、課程教學(xué)及實驗教學(xué)等各方面保證學(xué)生系統(tǒng)思維能力的培養(yǎng)[9-10］，國內(nèi)的如南京大學(xué)也在逐漸開始進行系統(tǒng)思維能力培養(yǎng)的探索[8］。由此可見，系統(tǒng)思維應(yīng)作為計算機專業(yè)的另一個重要培養(yǎng)目標(biāo)。

2　構(gòu)建基于完整知識框架的課程體系

要實現(xiàn)上述的培養(yǎng)目標(biāo)，必須有一個完整的知識框架。根據(jù)ACM及IEEE-CS共同制訂的Computer Science Curricula 2013[11］以及Computing as a Discipline[12］給出的關(guān)于計算學(xué)科的二維定義矩陣，計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識框架可表示為表1。

表1　計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科二維定義矩陣

由表1可看出，學(xué)科二維定義矩陣包括橫向與縱向兩種關(guān)系，橫向關(guān)系即抽象、理論、設(shè)計，這三個過程的相互作用蘊藏著學(xué)科的科學(xué)問題，縱向關(guān)系即學(xué)科各個主領(lǐng)域之間的聯(lián)系，包含了學(xué)科的核心概念和方法。兩種關(guān)系共同構(gòu)筑了學(xué)科認(rèn)知領(lǐng)域的理論體系。

構(gòu)建基于完整知識框架的課程體系，方能保證學(xué)生充分理解計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的核心概念以及熟練掌握抽象、理論和設(shè)計這三個過程的內(nèi)涵及相互關(guān)系，從而實現(xiàn)計算思維與系統(tǒng)思維兼得的目標(biāo)。

部分二類高校制訂專業(yè)培養(yǎng)課程體系時，為了給實踐類課程更多的時間分配，將構(gòu)成知識框架的主干課程弱化甚至刪除，這是違背計算機專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)理念的。下面以三峽大學(xué)及武漢科技大學(xué)計算機課程體系設(shè)置情況為例，分析一下國內(nèi)二類本科院校計算機專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀。兩所高校該專業(yè)的專業(yè)課程設(shè)置情況如表2和表3所示，對比Computer Science Curricula 2013所規(guī)定的知識體系，我們可以看出，兩所高校的課程設(shè)置中均缺乏“計算科學(xué)”類核心課程，這直接導(dǎo)致了學(xué)生計算思維的缺陷以及編程思想的缺乏，兩所高校均缺乏“程序理論“類課程，這會影響學(xué)生編程思想的建立，兩所高校均缺乏“并行與分布式計算”類課程，這使學(xué)生無法建立現(xiàn)代計算機系統(tǒng)主流架構(gòu)及并行編程泛型的概念。

表2　三峽大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)-專業(yè)必修課程設(shè)置

表3　武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)-專業(yè)必修課程設(shè)置

我們進一步對兩所高校的課程設(shè)置進行對比，可以發(fā)現(xiàn)，武漢科技大學(xué)的課程體系相對完整，三峽大學(xué)的課程體系中缺少《編譯原理》和《電子電路技術(shù)》這兩門課程，不開設(shè)《編譯原理》課程，會造成學(xué)生對整個計算機系統(tǒng)的思維出現(xiàn)斷層，而不開設(shè)《電子電路技術(shù)》課程，會失去整個計算機硬件體系的基礎(chǔ)。因此，構(gòu)建基于完整知識框架的課程體系是非常必要的。

3　加大核心課程的教學(xué)權(quán)重

表1所示的主領(lǐng)域中，計算科學(xué)（CN）、離散結(jié)構(gòu)（DS）以及算法與復(fù)雜性（AL）是與計算思維密切相關(guān)的課程簇，而結(jié)構(gòu)與組成（AR）、操作系統(tǒng)（OS）、網(wǎng)絡(luò)與通信（NC）、并行與分布式計算（PD）、以及系統(tǒng)基本原理（SF）則是與系統(tǒng)思維密切相關(guān)的課程簇。因此，在保證知識框架完整性的前提下，這些課程必須在教學(xué)資源（實驗設(shè)備、學(xué)時等）分配中以及教學(xué)管理上給予較大的權(quán)重。

國內(nèi)部分二類高校高度重視應(yīng)用類課程如《Qt程序設(shè)計》、《Java高級技術(shù)》以及《.NET高級技術(shù)》等，從培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的角度來說，這是無可非議的，但問題的關(guān)鍵是這些高校在對核心課程與非核心課程進行教學(xué)資源分配以及教學(xué)管理時等同對待，甚至弱化核心課程，把本科教育變成了實質(zhì)性的職業(yè)教育，這顯然是違背計算機本科教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)的。我們對三峽大學(xué)計算機專業(yè)近兩年畢業(yè)生進行了網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，大部分學(xué)生反映他們在對基于框架的編程較為熟練，但凡涉及到計算機系統(tǒng)底層編程以及解決系統(tǒng)級問題時，均感覺力不從心。這種現(xiàn)象實際是學(xué)校對應(yīng)用類課程重視而對培養(yǎng)系統(tǒng)思維的核心課程忽視所導(dǎo)致的。因此，核心課程的教學(xué)權(quán)重必須加大。我們提出如下的三種具體途徑：

（1）加大核心課程的學(xué)時分配比例。加大核心課程的學(xué)時比例，會讓學(xué)生有很多的時間去掌握核心知識體系。但是，這會導(dǎo)致非核心課程如工程應(yīng)用類課程學(xué)時的減少，這個矛盾可以通過去除一些重復(fù)性課程的方法來解決。例如，《Qt程序設(shè)計》、《Java高級技術(shù)》《.NET高級技術(shù)》這三門課程的本質(zhì)都是講授基于已有的框架進行可視化編程，因此，這三門課程只需要選擇其中一門來開設(shè)，如《Java高級技術(shù)》，學(xué)生學(xué)習(xí)了《Java高級技術(shù)》，通過舉一反三，自然能很快自學(xué)《Qt程序設(shè)計》和《.NET高級技術(shù)》這兩門課程的內(nèi)容。

（2）加大面向核心課程實驗室的建設(shè)力度。很多二類本科高校在建立計算機實驗室時，停留在大量購置臺式通用計算機層面上，這固然能夠滿足容納很多學(xué)生進行應(yīng)用開發(fā)訓(xùn)練的要求，但是，很多課程是需要專門的硬件和軟件的。例如：《計算機組成與結(jié)構(gòu)》需要專門的與計算機硬件發(fā)展前沿緊密結(jié)合的硬件實驗箱，需要專門的軟件如SPEC CPU2006[13］來進行性能測試實驗，《并行與分布式計算》課程需要SAN、NAS等存儲系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)存儲實驗。因此，如果實驗室建設(shè)僅僅停留在滿足學(xué)生上機需要的層次，必然會導(dǎo)致學(xué)生對專業(yè)核心課程理解的弱化。由此可見，計算機實驗室的建設(shè)應(yīng)該加大核心課程所需要的專業(yè)實驗室建設(shè)的力度。

（3）加大核心課程的教學(xué)管理。教學(xué)管理包括教學(xué)文件、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過程以及教學(xué)成果的管理。要實現(xiàn)人才培養(yǎng)方案所預(yù)期的目標(biāo)，必須加強核心課程的教學(xué)管理，其中教學(xué)過程是教學(xué)管理中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。衡量核心過程教學(xué)過程的質(zhì)量，應(yīng)該考慮以下因素：①教學(xué)內(nèi)容是否達到并滿足教學(xué)大綱要求；②教師是否對該課程在學(xué)科知識框架中的地位以及前修、后續(xù)課程的關(guān)系進行了充分說明；③教師是否提供了足夠的參考文獻以及其他學(xué)習(xí)資源（如網(wǎng)址、軟件工具等）；④教師是否才用了完善而合理的考核體系；⑤教師是否從學(xué)科前沿引導(dǎo)學(xué)生；⑥教師是否注重學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)等。很多高校教育督導(dǎo)團檢查教學(xué)過程停留在常規(guī)層次，如教師的上課儀態(tài)、作業(yè)批改的工整性、是否按時上下課等，而忽略了教學(xué)是否達到課程內(nèi)在要求的檢查。例如，很多教師在講述《計算機組成與結(jié)構(gòu)》課程時，90％的時間在講授基于計算機組成部分，僅僅花了10％的時間講授計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題，以至于學(xué)生在學(xué)完本門課程之后，對集群、SMP（Symmetric Multiple Processing，對稱多處理）等一些現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的基本概念都不清楚，這顯然是不符合要求的。因此，加大對核心課程教學(xué)的實質(zhì)性管理是亟需的。

4　高度重視算法訓(xùn)練

眾所周知，算法是計算機軟件的核心。部分二類本科院校追求存粹的技能培養(yǎng)，往往開設(shè)為數(shù)眾多的計算機語言類課程以及開發(fā)平臺類課程，而不重視對學(xué)生的算法訓(xùn)練，這實際上是一種舍本求末的做法，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生僅僅熟練于語言的語法結(jié)構(gòu)以及基于平臺的積木式編程，而缺乏真正的高水平編程能力。目前，很多高校已經(jīng)認(rèn)識到算法訓(xùn)練對于計算機專業(yè)學(xué)生的重要性。一些高校如華中科技大學(xué)等開設(shè)了專門的ACM算法班，北京大學(xué)以及杭州電子科技大學(xué)均建立了專門的算法訓(xùn)練網(wǎng)站[14-15］，為學(xué)生提供了開放式在線算法訓(xùn)練平臺。我們認(rèn)為，計算機專業(yè)學(xué)生的算法培養(yǎng)，可以從以下幾個方面進行：①充分重視《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《算法分析與設(shè)計》等課程的教學(xué)；②組織和學(xué)生參加以算法為主的國際、國內(nèi)編程大賽，如ACM比賽；③將學(xué)生在開放式算法平臺上進行算法訓(xùn)練所取得的成績計入學(xué)分，以提高學(xué)生對算法訓(xùn)練的重視程度；此外，由于數(shù)學(xué)是算法的基礎(chǔ)，必須強調(diào)學(xué)生對于數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)。

5　結(jié)語

二類本科院校對計算機專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)往往輕理論、重應(yīng)用，這樣就會導(dǎo)致學(xué)生計算機科學(xué)素養(yǎng)的不足，甚至使本科教育陷入職業(yè)教育的誤區(qū)。本文詳細(xì)描述了計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)涵，并指出計算思維和系統(tǒng)思維是計算機專業(yè)學(xué)生的兩個重要培養(yǎng)目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，分析了目前一些二類本科院校計算機教育存在的問題并提出了構(gòu)建基于完整知識框架的課程體系、加大核心課程的教學(xué)權(quán)重以及高度重視算法訓(xùn)練等三個保證計算機專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑，希望能為國內(nèi)二類本科院校的計算機專業(yè)培養(yǎng)提供一些思路和視野。目前還有很多二類本科高校對計算機專業(yè)的培養(yǎng)被就業(yè)率所束縛，片面追求與企業(yè)的快速對接，把一些本應(yīng)在畢業(yè)后工作中學(xué)習(xí)的知識，提前到本科四年中來學(xué)習(xí)，這會帶來許多弊端，關(guān)于這個問題的研究，是我們未來的工作。

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All the time，much attention has been paid to the educating quality of undergraduate students in university.Essentially，the major of computer science and technology possesses characters of both science and engineering.However，in order to foster the engineering application ability of computer students，some secondary undergraduate colleges often abandon teaching of some theoretical courses，and therefore resulting in the insufficiency of scientific literacy of students，even make the undergraduate education fall into the wrong region of vocational education.So，it is significant for improving student cultivating quality to exploring how computer education in secondary undergraduate colleges can effectively train the ability of engineering application and scientific literacy.Combining computer teaching practice of China Three Gorges University and Wuhan University of Science and Technology，we deeply analyze the existing problems in computer teaching in secondary undergraduate colleges，and present some effective approaches to guarantee training quality.

Keywords：

Secondary Undergraduate College；Engineering Application；Scientific Literacy；Cultivating Quality

Quality Guarantee of Talent Cultivation for Computer Major in Secondary Undergraduate Colleges

ZHONG A-lin1，XIA Dao-ping2，DENG Li3
（1.College of Computer Science and Information Technology，China Three Gorges University，Yichang 443000；2.College of Science and Technology of China Three Gorges University，Yichang 443000；3.College of Computer Science and Technology，Wuhan Science and Technology University，Wuhan 430081）

Abstract：

高等本科院校學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量一直是所有高校非常關(guān)注的一個問題。本質(zhì)上計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)兼具科學(xué)性與工程性的特點，但是，二類本科院校為了追求計算機專業(yè)學(xué)生的工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，往往會舍棄部分理論課程的教學(xué)，這樣就會導(dǎo)致學(xué)生計算機科學(xué)素養(yǎng)的不足，甚至使本科教育陷入職業(yè)教育的誤區(qū)。研究二類本科院校的計算機教學(xué)如何使得學(xué)生既具備工程能力又具備科學(xué)素養(yǎng)，對于提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量有著重要的意義。結(jié)合三峽大學(xué)與武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)實踐，深入分析二類本科院校計算機專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)應(yīng)注意的問題，并針對這些問題，提出一些保證學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。

文章編號：1007-1423（2016）15-0006-05

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.15.002

作者簡介：

鐘阿林（1969-），男，三工學(xué)博士，講師，研究方向為分布式計算、系統(tǒng)虛擬化技術(shù)、多核體系結(jié)構(gòu)

夏道平（1982-），男，湖北荊州人，碩士，講師，研究方向為模式識別與人工智能、智能信息處理

鄧?yán)颍?972-），女，湖北鐘祥人，博士，研究方向為云計算、分布式計算

收稿日期：2016-03-10修稿日期：2016-05-15