刍议新工科软件类专业的教学建设

骆斌 刘嘉

摘 要：产业革命推动工科的形成与发展。今天，信息技术是新产业的核心，推动软件人才教育创新成为新工科建设中不可忽视的重要环节。本文从教育理念、知识体系、课程体系、教学方式和教学手段等多个方面讨论了新工科软件类专业所面临的新挑战，思考新工科软件类专业教育应采取的对策。

关键词：新工科；软件类专业；新思维；教学建设；创新创业教育

一、新产业、新工科与软件人才教育

当今社会，信息化和工业化深度融合，商业模式不断创新，新技术不断涌现，新产业不断形成，正在引领新经济的快速发展，推动产业经济结构和生产方式的变迁，为社会发展和国家富强带来新机遇。因此新经济已经成为全球经济新一轮发展的发动机，新产业发展带来的新人才需求则催动新工科建设[1]。观察近年新产业的发展历程，大多数来源于信息技术创新，或者来源于信息技术与传统行业的密切融合。移动互联网、云计算、大数据、人工智能、机器人、物联网、智能制造、网络安全、电子商务、移动医疗等新技术不断涌现，触发社会治理、组织模式、产业与商业体系框架不断变革。李克强总理在2017年政府工作报告中明确提

出：深入实施《中国制造2025》，加快大数据、云计算、物联网应用，以新技术、新业态、新模式，推动传统产业生产、管理和营销模式变革。工程教育已经成为国家竞争力的重要来源，传统工科教育需要改革以适应新产业对新人才的需求[2]。信息技术是新工科建设的切入点，软件技术是信息技术的灵魂，它不仅支持互联网、物联网、计算机、智能系统的运行，而且支撑新商业框架、商业模式、体制机制的运行，并且深入各个传统行业的更新换代。软件不再是传统行业的制备材料，而是新产业的灵魂。抓紧、变革与创新软件人才教育对于新工科、新产业、新经济的形成与发展具有举足轻重的作用。

二、新工科软件人才的人才培养观

教育以知识为工具教会他人思考的过程，让人思考如何利用自身的拥有去创造更多的社会财富并实现自我价值。新工科必须贯彻这一教育的基本思路，把素质教育和专业教育紧密结合起来，既重视新工科人才的专业能力，更重视新工科人才的综合素质。

传统教育环境下，教育一般由教师主导，教师传授自己的思想和知识，传道授业解惑，复制自我；学生学习知识与方法，应用于工作实际去创造社会生产力，优秀者发扬光大进而创造知识；教育的最大成功在创造知识与复制自我。

新经济环境下，社会需要具备创新力的人才去创造新产业、新技术、新模式，复制自我的教育模式已经力不从心。新工科人才培养观需要创新，其本质在于塑造自我，也就是以学生为中心的教育论。学生主导学习，从众多教师那里寻找知识，进行自建构的主动学习，博采众师之长，并综合运用各种方法论去创新模式和知识，贡献于新产业。此所谓“圣人无常师”。

国家示范性软件学院建设是新工科建设的最初探索。它率先实践了“以产业需求为导向建专业方向、以新技术发展改教学内容、以教育体制改革求教学保障、以学生志趣变教学方法，以内外资源创教学条件、以国际前沿立教育标准”[1]，取得广泛认可的成績，培养了一大批具有国际竞争力的复合型软件实用人才，有力地促进了我国软件产业的跨越式发展。

新工科软件类专业应该总结其经验，继续保持在面向产业、校企联合教学、复合型、国际化方面的特色，并进一步创新教育观念，总结教育教学经验，在教学中厚基础以创新，重复合以创业，自建构以承载，保持学生的创新创业原生本色。

三、新工科软件类专业的人才新素养和教育新理念

综合分析这几年战略性产业发展的新动向，信息化、网络化、智能化、交叉化、创新性是新工科的专业特色，多元化、实践性与国际化是新工科的教育特色。新工科建设要“以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为途径，培养综合兼顾知识、实践、创新、创业的高素质工科人才”[3]。

为适应新产业的人才需要，创新性软件人才教育需兼顾通识教育和专业教育，体现二者在教育过程中和谐统一的辩证关系。

其一，通识教育体现教育的本质，提高受教育者的综合素质，对于“挖掘受教育者的自身拥有去积极服务社会和实现自我”具有重要意义，也是促进新工科人才创新创业能力的关键。如图1所示，新工科软件类专业的通识教育不仅要培养语言能力、法律道德伦理、数学思维、艺术基础等，也要重视计算思维和互联网思维，以及学习的能动性、主动性和自建构性。

计算思维综合了面向问题求解的数学思维、面向复杂系统设计与评估的工程思维以及面向复杂性/智能/心理/行为理解的科学思维。抽象和自动化是其核心，问题求解、系统设计、人类行为理解是其特征，约简、嵌入、转化、仿真是其手段，从而去处理超出个人独立能力的巨大复杂问题并进行系统设计[4]。

互联网思维是从（移动）互联网角度去思考产业生态的一种全新思维。重新审视市场、用户、产品、价值等商业生态是其思维特征，（移动）互联网、大数据、云计算和机器智能是其技术基础，大数据、零距离、趋透明、慧分享、便操作、惠众生是其运行特征。

其二，专业教育体现社会生产力需求，是“有为国家”的上层建筑所驱动，传授给被教育者娴熟的专业技能，对于受教育者从事具体专业工作具有知识性和能力性的奠基作用，也是新工科人才专业工作能力的关键。如图2所示，新工科软件人才教育要贯彻系统观、工程观的教育，在基础专业教育的基础上，高度重视与其他专业的结合，实现“互联网+人才”的教育目标。

新工科软件类专业教学的新理念在微观上应该贯彻：计算思维和互联网思维的训练，软件的系统思维与工程思维训练，工程严谨性、批判性思维与非标准化解决方案的折中性训练，本学科基础知识教学的求精与复合型知识教学的平衡，跨学科的想象力、创造力、主动性的培养，沟通与合作、全球化思维模式的养成，软件的商业经济判断能力的培养，自主学习和共同学习的平衡，流动学习与终身学习等能力的养成，就业竞争力与创新创业能动性的培养。

四、新工科软件类专业的教育知识体系

新工科软件人才的知识体系具有产业引领、技术现行、交叉复合、与时俱进、自主建构的特征。具体来说，这一知识体系反映在通识教育上，一是要拥有良好的语言能力，认知法律道德伦理，受到良好的数学思维和历史方法论训练，具备自然科学、工程学和艺术基础；二是要具备计算思维和互联网思维；三是要具备学习的能动性，适应自建构的主动学习，拥有自学习和再学习的能力。反映在专业教育上，一要拥有良好的问题求解能力，具备离散数学、编程、数据结构与算法基础；二是要具备完整的系统观，熟悉硬件系统、操作系统、互联网、数据系统、知识系统、应用软件系统、人机交互系统的建构；三是要熟练运用软件工程的方法，理解需求与模式创新、构造与设计创新、质量与管理创新；四是要具备软件的职业基础，了解职业素质、团队动力、经济学；五是要融合软件类专业知识和应用领域知识，具备“互联网+领域”的实际应用能力[5，6]。

新工科软件教育要意识到大系统、大软件、大模式和大应用对人才的新要求，以工程思维为承载导向，互联网思维为问题分析，计算思维为问题解决，定位于培养领军式软件人才和软件产业骨干人才。具体来说，新工科软件人才应该具有综合运用知识的能力，即基于计算的求解与仿真、软件的系统与工程、数据与知识、经济与业务模型重组、软件的领域应用，用软件定义世界、创新世界。

五、新工科软件类专业的课程体系

新工科软件人才培养的课程体系构建无定例，只要覆盖知识体系实现路径，给予学生自建构学习即可。同时在设计课程时既要面向大多数学生受益，为产业发展培养中坚力量，也要兼顾创新创业创造，不抹平领军人才的棱角。如图3所示，基本措施包括：（1）大幅度约简和改革传统基础课程教学内容，去过时，留精华，填充新知识，厚基础，促创新。（2）体系化设计专业方向课程，注重学科交叉，深入开展领域融合教育，并要求学生兼顾若干其他专业方向模块。（3）逐步引导和全面贯彻计算思维和互联网思维的教学。（4）整体化设计专业实践教育体系，高度重视实践在专业教学上的重要作用。（5）基于系统观与工程观建构，融合理论、工程、管理、团队、职业等知识进行融合教学，符合软件系统和数据系统由小及大的学习认知。（6）把方法与工具作为知识与素质教育的载体，课程教学设计围绕主流工具展开，与时俱进，但不能忘记课程的知识本质，不因工具设课。

实施准则上可以实行专业核心课和并行的专业方向课程组，体系化设计实践课程体系。从文献[7]引申，结合新工科的新特征，笔者提出一种基础课程体系的设计方案，仅供参考。

专业核心课程划分为三个模块。（1）基础课程模块：贯彻专业基础的思维导引、程序设计基础训练、计算机系统认知。课程可以有软件工程与计算导论（计算思维、互联网思维、软件工程、数据科学、智能科学等基础导引）、计算系统基础（硬件与系统软件认知、程序设计基础）、离散数学、计算机系统与操作系统、数据结构与算法，经求精和约简后计5门课程。（2）面向计算思维的核心课程模块：融合编

程、系统、工程、职业、管理、团队等知识，按照由小及大软件系统建构组织教学，深入贯彻计算思维、系统与工程能力的培养。课程可以有个人级小规模软件系统建构、小组级中小规模软件系统建构、小团队级中规模软件系统建构与设计创新、大规模软件系统设计技术、大规模软件系统质量与管理，计5门课程。（3）面向互联网思维的核心课程模块：融合需求与模式、数据与智能、系统与实现等知识，按照由小及大互联网数据系统建构组织教学。课程可以有互联网计算、数据科学基础（数据与智能的数学与算法基础）、数据工程与数据系统（数据库/仓库、知识发现、数据分析等系统构建）、互联网思维下的需求与模式创新、人机交互与可视化技术，计5门课程。

专业方向课程也应模块化，鉴于专业特征，要求学生至少完成一个、兼顾三个以上专业方向课程模块。具体专业方向很多，因时因势而定。

不仅专业核心课程和专业方向课程要体系化设计，实践能力训练也需要体系化建构。工程实践能力训练体系必须兼顾验证性、工程性、创新性、系统性、经济与创业能力。关键路径包括：基本程序设计实验、个人级小规模系统构建实验、小组级中小规模软件系统构建实验、兼顾技术与创新的自主式团队级中规模软件系统构建课程实践、中大规模软件系统的重构实验、与专业方向应用领域相结合的兼顾商业模式创新的创新创业课程实践、企业级实习。

六、新工科软件类专业需要新型教学方式与教学手段

对于包括工科教育在内的高级职业教育，面临着产业界要求培养大批量好用人才的巨大压力，但是应该不忘新工科培养引领社会发展的高素质创新创业人才的使命。这主要通过“厚基础、养素质、自建构、再学习、重能动、不因循”的教学原则达到。

在教学方式上，要重视“以产业为导向、以学生为中心”的自建构主义学习方式；采用“厚基础、精专业与跨学科”的折中主义教学；实行校企合作协同育人，重视实践教学，坚持企业实习；实行国际化联合人才培养；实践软件系统与数据系统构建的系统性、工程性、融合性教学；重视对商业模式创新的培养；对学生创新创业加以教学引导。

在教学手段上，要坚持工程性，实行课程学习与项目学习相结合；坚守创新创业教育，实行探究式与研讨式教学；重视商业模式与软件经济学的考量教学；注重利用现代教育手段满足自建构、碎片化学习，实行MOOC/SPOC+ 翻转课堂教学；实行案例教学，辅助以方法与工具教学；利用虚拟仿真实验实习教学；尝试创业孵化场教学与失败教育。

在教学支撑上，基于互联网时代教育特征，尝试建构面向社会化协作的、大数据驱动的、基于过程的教学保障体系。该体系对教学和实践过程进行详细监控和数据挖掘，学生可以从不同知识维度、研究维度和企业维度了解自身能力状况，自我驱动个性化学习，并通过个体能力特征推荐得到社会化合作和协同创新能力的培养。企业可以参与教学与实践过程，分发产业任务，实现部分商业目的，寻找合适人才，从而营造产教协同学习情境，共同培养

学生。

参考文献：

[1] 张大良. 因时而动 返本开新 建设发展新工科[J]. 中国大学教学，2017（4）：1-5.

[2] 李培根. 工科何以而新？[J]. 高等工程教育研究，2017（4）：1-4.

[3] 钟登华. 新工科建设天津共识[J]. 高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4] Jeannette M.Wing. Computational Thinking[J]. Communications of The ACM，2006（3）：33-35.

[5] ACM/IEEE Joint Task Force on Computing Curricula. Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs in Software Engineering[Z]. Software Engineering 2014.

[6] 駱斌，臧斌宇，丁二玉. 软件工程专业教学知识体系的分析、重构与求精[J]. 计算机教育，2010（23）：

2-8.

[7] Eryu Ding， Bin Luo， Daliang Zhang， Dong Shao， Jidong Ge. Research and Practice on Software Engineering Curriculum NJU-SEC2006[Z]. CSEE&T;2011： 492-496.

[责任编辑：余大品]