新工科背景下以数据为中心的计算机专业教学改革

郎大鹏 刘杰 崔玉文

摘 要：工科技术的发展非常迅速，甚至可以说是日新月异，这一点在计算机科学中体现得尤其明显。而学校的课程往往更新速度缓慢，不能及时反映新技术的发展。为了满足社会对计算机人才的需要，在人才培养的过程中应该进行改革。在目前以大数据、人工智能为新的产业方向的时代背景下，教学改革的方向应该以数据科学为重点。本文分析了传统的计算机教学模式的不足，并且提出了改革方向。

关键词：数据科学;计算机教学;改革

引言：

培养工科人才应该紧紧跟上相关产业的需要，如果教学与社会发展的需要脱节严重，对教育资源的浪费。传统的计算机教学没有跟上时代的要求。尤其体现在对数据科学的教学上。对数据的管理才是目前阶段计算机人才最需要掌握的知识。本文的目的就是分析在当前背景下计算机教学的改革方向。

一、传统模式的不足

计算机技术飞速发展，在当今时代，计算机最广泛的作用是存储数据、处理数据以及管理数据。可以说计算机最大的服务对象是数据。由此可见，对数据的存储、操作、管理等才是现阶段也是将来很长一段时间内计算机科学的重点。而目前的情况是，绝大部分大学中还是把计算机的计算功能作为教学的重点，没有把计算机对数据的管理作为教学的核心。具体来说有以下表现。

第一、没有把并行计算当成计算机教学中的重点。人工智能和大数据科学对硬件的要求比较高，需要规模庞大的集群。但是传统的教学方法中，缺乏并行的程序设计和程序编码、并行的数据结构等方面的训练，而这些恰恰是集群的重要应用[1]。

第二、传统教学中把计算机单击系统作为教学重点，与目前计算机领域应用广泛的分布式系统差距比较大。学生在学校里没有学到更加前沿的计算机应用技术。

第三、传统教学中有关数据的课程内容过于简单，与目前的数据应用与管理方面的技术差距很大，学生对计算机领域比较新的领域了解得太少，例如人工智能。

第四、没有兼顾到计算机科学与社会上其他领域的结合，仅仅把视野放在计算机这一工科专业的技能训练上，对学生在交叉领域的培养还远远不够。

二、教学改革的方向

教学改革要和时代的需求紧密联系在一起。现阶段要把改革的重点放在三个方面。

第一，通过计算机编程解决问题。这一方面主要是计算机教学中最为基础的一个部分，也是学生在学习中的入门课，其作用还是非常重要的。学生学习的主要课程内容包括算法、数据结构和程序设计。在以往的计算机教学中，这一部分的教学内容已经长期没有更新或者说没有进行太大的改变，课程内容陈旧，已经远远不能满足当前阶段的教学需要。目前至少要在两个反面进行改革。第一，正如前文所述，首先要解决传统教学中对并行计算培养不足的问题。要在最基础的环节就开始培养学生在并行计算方面的能力。第二、在课程设计方面，要引入比较新兴的计算机编程语言，因为很多新的编程语言在并行计算方面做了很多设计上的改进，比以前的编程语言更加适应新时代的要求[2]。

第二，培养学生设计和管理复杂系统的能力。在传统的计算机教学中，由于课程设计更新变化的速度远远赶不上计算机科学极其应用的发展速度，所以很多课程在设计上就暴露出问题。具体来说有以下几点。第一，課程中设计的实验与学生在实际工作中遇到的问题，在复杂度上和实用性上都存在较大差距，有明显的脱节，满足不了学生在实际工作中的需要。第二，程之间的衔接度不够，没有形成一个整体，没有体现出计算机科学整体的知识体系，不能让学生认识到学科的全貌。第三，计算机课程中对新技术的引入非常缓慢，往往有些技术在社会上已经应用多年，并且逐渐成为实际工程应用中的主流，但还没能及时进入学校的课堂上。例如目前非常主流的分布式系统，在学校的教学中就很少涉及。学生往往是走上工作岗位后，在实际工作积累相关方面的工程实践。以上问题的出现要求学校在课程设计上加强实验设计的工程复杂度，并且有更加实际的意义，与社会需要紧密联系。除此之外，教学中应该开设介绍计算机体系的内容，并且及时融入新的技术发展，让学生能够了解其全貌[3]。

第三，在数据方面的教学要紧跟时代步伐，满足现阶段社会对人才的需要。学科设计中要把对数据科学的缺失弥补起来。传统教学中关于数据科学的课程一般只包括数据库系统方面的内容，这样的教学内容非常薄弱，完全没有体现出数据科学在计算方面的进步和发展。想想看，当人工智能已经开始逐步进入人们生活的时候，学校的计算课程中连其所依赖的数据科学的内容都还远远不够，学生怎么能跟上时代的步伐，怎么能适应社会的需要。因此，教学思维需要转换，关于数据科学的课程必须大幅度引入到课堂上，包括对数据的获取、存储以及管理等缺一不可。另外新技术更新比较快，教学中要有及时响应技术变化的机制，并将其快速融入教学过程中，从而达到教学与技术同步发展的程度[4]。

三、结束语

综上所述，计算机教学改革应该在数据科学上下功夫，在编程等基础环节，重视并行计算，引入新兴的更加优秀的编程语言。在此基础上培养学生处理复杂系统的能力，增强学生的工程应用及管理的视野及水平。

参考文献：

[1]陈洁，张文翔.大数据视角下计算机科学与技术专业建设探究[J].软件导刊，2016，15（10）：185-187.

[2]谭义红，陈治平.大数据时代信息与计算科学专业数据分析人才培养[J].现代职业教育，2018（1）：54-55.

[3]甄文波，孙波.基于大数据背景下计算机科学与技术专业教学改革方向研究[J].数码世界，2018（4）：122-122.

[4]周义镇.浅谈大数据时代的计算机科学与技术专业综合改革[J].经营管理者， 2017（11）：363.

基金项目：

本项目受到2019年黑龙江省高等教育教学改革项目资助，项目名称“过程化考核可行性实施方案及支撑工具建设”。