新工科视域下计算机科学与技术专业大数据方向培养体系探索

李金忠

（井冈山大学 电子与信息工程学院，江西 吉安 343009）

0 引言

自2017年以来，新工科建设在我国各高校引起强烈响应。新工科大数据和人工智能等领域的应用型人才已经成为当今社会最为紧缺的计算机人才，如何从“新工科”建设战略角度出发，优化相关专业办出大数据特色方向，是诸如计算机类专业的发展契机，需要教育界与产业界共同探索与实践。

计算机类专业在传统工科专业改造升级、向新工科转型过程中起着重要作用。新形势下，计算机类专业实践教学打破陈规、丰富人才培养类型、健全人才培养体系改革势在必行[1]。传统的计算机类专业培养模式存在一些问题，例如：（1）人才培养的目标与行业、企业市场需求脱节；（2）课程、知识体系和教学内容陈旧，跟不上信息时代新技术发展的步伐；（3）教育理念、教学方法和手段落后，存在灌输式、填鸭式教育思维，没有引导、启发学生的创新思维；（4）教师的工程实践教学能力偏弱，创新创业意识不强，缺少在IT企业工作的实际经验，而且双师双能型、创新创业型师资严重缺乏，难以在实际应用中向大学生创新创业等行为做出更好地指导，导致大学生实际所掌握的知识难以满足行业发展下不断变化的需求；（5）大部分地方高校培养的计算机类专业人才与社会需求还有一定的差距，学生的工程实践能力还不能完全达到直接参与企业实际工程项目的要求,创新能力还不能完全与创新型社会相适应等[2]。

近年来，有少数高校的计算机类专业已摸索着向大数据方向培养人才，孙福振等[3]以大数据新工科创新实验班的模式探索了山东理工大学软件工程专业大数据方向的人才培养改革，从课程体系设计、教学模式、实践教学、师资队伍和质量评价体系五个方面阐述了改革的实施路径。袁书萍等[4]从基础课程、专业课程和实践课程三类课程方面提出了一种计算机科学与技术专业的大数据课程群建设。詹玲[5]从课程群规划、理论教学、实践教学三个方面探讨了计算机科学与技术专业大数据方向课程群的建设。在本科教育层面，2016年2月，教育部新建“数据科学与大数据技术”专业，截至2020年3月，已有615所本科高校获批了该专业。未来十年，“数据科学与大数据技术”专业无疑是最火的专业之一。贺文武等[6]从该专业的课程体系建设、主干课程教材建设和实践平台建设等探讨了该专业课程建设的相关问题。桂劲松等[7]从专业培养方案和培养模式角度探讨该专业的建设思路。李辉等[8]从大数据人才需求与素质分析、培养目标定位和课程体系安排三方面提出涉农高校该专业教学模式改革措施。

当前国内高等院校对大数据人才培养仍处于探索阶段，在计算机科学与技术专业大数据方向人才培养体系上，可借鉴的经验还十分匮乏。如何在新工科背景下，改造升级计算机科学与技术专业，培养具有大数据理论、大数据实践和大数据创新应用能力的高素质应用型新工科人才，是需要探索与实践并不断加以完善的。本文分析了大数据产业发展和人才需求，从人才培养方案、师资队伍建设、教学研究与改革、产教融合校企合作、实践教学和创新创业、能力考核评价机制六大方面探索了计算机科学与技术专业大数据方向培养体系，阐述了我们的自有做法，在本专业的新工科建设中具有积极的指导意义。

1 大数据产业发展和人才需求

工业和信息化部发布的《大数据产业发展规划（2016—2020年）》指出，“十三五”时期是大数据技术和应用创新的突破期，国内市场需求处于爆发期，我国大数据产业面临重要的发展机遇。由大数据产业生态联盟等单位发布的《2020中国大数据产业发展白皮书》指出：中国大数据产业规模持续高速增长，高校和企业对于专业化、复合型大数据人才培育力度持续加大，高层次大数据人才需求逐渐加大。作为实现创新发展的重要动能，大数据技术已成为我国信息化建设的重要支撑。

大数据作为国家基础性战略资源,大数据技术发展与应用前景非常广阔。大数据人才需求缺口巨大,许多高校纷纷开设大数据相关专业。刘莹莹等[9]分别对“51job”和“智联招聘”两个招聘网站中国内大数据人才的岗位类型进行了数据统计，得出大数据开发工程师职位的需求数量排名第一。饶绪黎等[10]在基于互联网数据的大数据人才需求调研中发现，大数据开发类的岗位需求量巨大，而且岗位薪资待遇明显高于传统行业平均薪资。随着大数据产业的炙热发展，大数据人才需求量逐年增多，高素质技术技能型大数据人才供给的巨大缺口，将会影响大数据产业的发展，给高校大数据人才的培养带来巨大挑战。

2 新工科视域下面向大数据方向的计算机科学与技术专业培养体系探索

针对国家新工科战略需求等对计算机科学与技术专业人才培养模式提出的新要求，根据“需求驱动目标，目标驱动模式”，以新工科建设为背景，以学生为本、以学生发展为中心，以基于学习产出的教育（Outcomes-based Education，OBE）理念及构思、设计、实现和运作（Conceive、Design、Implement and Operate，CDIO）的工程教育模式为指导，以面向新工科大数据方向能力强化为导向，以突显工程实践应用能力和创新创业能力为特色，以产教融合、校企合作的协同育人为契机等，对传统计算机科学与技术专业教学存在的问题进行梳理、分析和总结，从修订人才培养方案、加强教师队伍建设、改进教学方法和手段、深度强化产教融合和校企合作、创新实践教学和创新创业体系、改进能力考核评价机制六大方面，探索以适应时代发展和社会、产业需求的面向大数据方向的新型计算机科学与技术专业人才培养模式，培养具有良好综合素质和可持续竞争力的新工科大数据人才。新工科视域下计算机科学与技术专业大数据方向培养体系探索框架如图1所示。

图1 新工科视域下计算机科学与技术专业大数据方向培养体系探索框架

2.1 基于OBE理念的人才培养方案的修订

2.1.1 修订和优化专业培养目标，凸显工程实践应用能力的培养

结合“大众创业，万众创新”时代需求和社会需求状况，结合行业企业发展竞争和地方区域经济需求以及井冈山大学应用转型的实际需求，以需求引领和新工科建设为驱动，基于OBE理念和产教融合，校企共同修订和优化面向新工科大数据方向的计算机科学与技术专业人才培养目标，凸显学生工程实践应用能力的培养，打造好就业可胜任的应用型、创新型、复合型新工科人才。

2.1.2 构建面向大数据方向的专业知识和课程体系，强化实践和创新能力培养

基于专业培养目标和大数据行业企业能力培养要求，转变人才培养理念，彰显“以学生为本，以学生发展为中心”的教育理念，彰显OBE/CDIO工程教育理念，构建计算机科学与技术专业知识新体系，使之面向大数据方向。将大数据方向的一些课程融入计算机科学与技术专业知识体系中，并将创新创业教育和第二课堂实践育人融入专业教育中，贯穿于该专业的学习全过程，为培养具备工程实践应用能力和创新创业能力的新工科人才打好基础。

本校面向大数据方向的计算机科学与技术专业培养的核心能力是大数据开发能力，分别以计算机软硬件理论和技术、大数据理论和技术为理论和技术支撑，以自然科学、数理统计提供方法支持，以编程思维和程序设计能力以及软件开发能力提供能力支持，以应用软件项目开发和大数据项目开发为应用支持开展大数据开发能力的培养。根据《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》《工程教育认证标准》和新工科人才培养需求等对本专业课程建设的要求，遵循学校对本科人才培养方案修订指导意见的要求，课程体系建设从“通识课程+学科基础课程+专业基础课程+专业方向课程（限选）+专业拓展课程（任选）”的五模块课程体系以及集中性实践、创新创业就业和第二课堂实践育人等方面知识的构建。依托计算机科学与技术专业大数据方向的知识体系，通过重点强化实践和创新能力的培养来修改、优化课程设置，课程体系知识结构如图2所示。

图2 面向大数据方向的计算机科学与技术专业知识和课程体系

2.2 加强师资队伍建设，打造“双师双能型”师资

师资队伍培养是专业建设的基础工作和根本任务。计算机类专业的新工科更加强调学生解决复杂工程问题的能力和实践创新能力，对教师的工程实践背景和企业导师的素养也提出了明确要求。从事大数据技术应用研究和开发的人才集中在IT企业，高校师资在前沿技术上很难与企业同步而略显滞后，特别是在专业技术师资力量方面尤其突出，总体来说，大数据方向的师资力量薄弱。在建设“双师双能型”师资队伍方面，围绕“以能力建设为核心，以制度创新为动力”的师资队伍建设理念，结合新工科计算机专业发展建设思路，积极引进和培养大数据研究方向的计算机类相关专业的人才。

学校要高度重视人才引进和培养工作，不断加强师资队伍建设，以提高教师的专业发展能力。师资队伍可采取“走出去”和“引进来”的策略进行建设。一方面，引进外来师资。学校要通过提高紧缺专业人才的引进待遇，加大力度引进具有大数据方向工作背景的企业精英和科研骨干或者校外兼职教师。另一方面，走出去培养自有师资。围绕提高教师的大数据方向的理论水平、项目实践能力和创新能力，可通过以下途径进行培养：（1）积极选派骨干教师到名校访学培训、到名企顶岗锻炼，利用大数据专业技术培训基地或在线课程等多种形式进行大数据方向的专业理论学习和专业技能培训；（2）通过对口支援渠道，强化教师的云计算、大数据、人工智能和移动互联网等新一代信息技术的学习；（3）依托产教融合校企合作，建设“双师双能型”专业教师队伍，鼓励教师参加企业的师资培训和实践锻炼，或邀请行业（企业）专家或技术骨干到学校为教师进行系统的大数据专业技能培训；（4）鼓励教师参加百度、Google等公司举办的有关大数据和人工智能等课程方面的免费师资培训；（5）鼓励教师参加校外实践活动，联合企业承接各类大数据应用工程项目，鼓励教师参与行业、企业、科研院所的创新创业项目研究与实践，鼓励教师指导学生的创新创业实践等项目；（6）鼓励教师参加计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试、CCF计算机软件能力认证考试和IT公司的专业技能认证考试等，尽可能取得相应资格认证证书。

2.3 改进教学方法和手段，凸显以学生为中心的教育理念

为适应新工科学生的个性化教学，需要转变教学理念，秉持“学生为主，成果导向”的方针，以OBE和CDIO理念为指导，改进教学方法和创新实践教学，使之凸显“以学生为中心”的教育理念，以强化和提升学生工程实践应用能力和创新创业能力。

OBE/CDIO是新工科背景下国内外倡导的热门教育理念。基于OBE和CDIO理念，从“以教师为中心”转向“以学生为中心”，改进教学方法和手段，引入以学生为中心的MOOC和SPOC等线上教学及线上线下混合教学等适合学生需要的个性化教学方式，积极围绕以学生为主体而推行先进的教学手段和方法，如思维导图、问题驱动法、翻转课堂和微课等，并积极探索项目式、讨论式、启发式、探究式、互动式和混合式教学方法以改善教学成效，吸引学生主动参与课堂学习，充分调动学生思考问题、解决问题的积极性，激励学生自主学习，从而取得更好的教学效果。

2.4 深度强化产教融合校企合作，跨步推进协同育人

开设大数据方向的课程需要大数据的实操平台和具有丰富大数据实操经验的师资，解决这一挑战可采用产教融合校企合作的方式。电子与信息工程学院已获批教育部—中兴通讯ICT产教融合创新基地，计算机科学与技术专业已纳入该基地的联合培养。

产教融合和校企合作是培养学生实践应用能力和创新能力的重要途径。深度强化产教融合和校企合作，拓宽培养渠道，开阔多维视野，跨步推进协同育人，探索思路主要有：（1）校企双方结合地方、区域经济发展和产业升级转型需求，深度结合应用型、复合型、创新型、新工科大数据人才培养目标，共同精心设计面向大数据方向的计算机科学与技术专业知识体系、课程设置和能力要求，凸显培养学生实践应用能力和创新能力，完善培养方案。（2）建设校企混编教学团队，探索双师双能型队伍建设新模式；传统计算机科学与技术专业课程由本校老师担任，而大数据方向和职业素养课程主要由企业师资担任。（3）实施本科生双导师制，校企师资搭配全程引导学生的大学视野。（4）校企双方共建云计算与大数据实验室，搭建云计算与大数据实操平台，优化实践教学平台。（5）通过引入职业资格考证和学科专业竞赛等，构建“专业能力、职业能力以及创新创业能力”多核心的技术应用型创新人才培养体系。在培养过程中，植入企业、行业元素，将人才培养模式向校企协同育人模式倾斜，让更多的专业实践知识在企业中练就，增强学生的就业视野。（6）聘请行业、企业的软件开发和大数据领域的技术人才到学校兼职，参与学校的课程教学活动和课程建设工作，开阔学生的名企视野。（7）邀请大数据相关企业技术骨干为学生分享实战经验和作技术前沿学术报告，拓展学生的技术视野。（8）校企联合培养大数据技术骨干教师，以提升大数据教学团队的执教能力、工程实践和专业技术应用创新能力，强化“双师双能型”师资队伍。

2.5 完善实践教学培养体系，提升实践应用和创新创业就业能力

面向大数据方向的计算机科学与技术专业是理论性、实践性、应用性和工程性都较强的新工科专业，其实践教学培养体系要以模拟“解决复杂工程问题”为载体，根据OBE中的成果反向设计理念，围绕大数据开发核心能力，将现代行业企业中所要解决的复杂工程问题所形成的真实成熟项目的研发过程，转化为可分解、可操作、系统化的教学过程，其重点突出“实践、综合和创新”。依据本校所建立的“三模块结合、梯度推进”的专业实践教学体系，本专业按照以下具体思路并遵循“模块化、系统化”框架探索以创新实践教学的培养体系。

1）模块一：课内实验实训+独立的实验实训课程+集中性训练环节的专业技能训练体系

针对课内实验实训，建立校内实践平台，强化课堂实验实践教学环节。针对具体课程的实验内容，通过设置演示性、验证性、设计性、创新性和综合性的实验，完成课程的各个局部的实验模块，并且提倡多设置难度适中的设计性、创新性和综合性的实验。针对独立的实验实训课程，如数据结构与算法、面向对象程序设计（Java）等课程设计，以及大数据处理技术、大数据分析技术等课程综合实训，尽量设置难度适中的多个设计性和综合性的实验，让学生们根据自己的兴趣意愿去选择。针对集中性训练环节，可考虑设置一定数量的难度适中的专业技能问题进行综合考核。

2）模块二：专业见习+综合实践项目+毕业实习+毕业论文（设计）的专业实践体系

针对综合实践项目，依托课程之间的紧密联系，建设课程群级别的综合实践项目以衔接课程群中各课程之间的实践环节，从而培养学生综合分析、设计和应用能力。本专业可设计应用软件开发综合实践项目、大数据开发综合实践项目等。在项目难度上，控制在学生能力范围内再往上拔高一些难度，让他们踮踮脚就能达到，以吸引他们的学习兴趣，激发他们的挑战性。在项目安排上，一般可考虑安排在暑期小学期集中1周或2周时间完成。针对毕业实习+毕业论文（设计），本专业采用3+1培养模式，前3年在校方学习，第4学年进入企业进行专业实习和毕业设计，以校企联合共建校外实践基地，加强与软件开发类及大数据公司的合作，采用分散与集中兼有的方式组织学生实习以培养学生综合应用专业知识的能力，帮助学生尽早融入相关需求领域的实际工作环境，带领部分学生入驻企业开发企业需求的软件，同时所开发的软件项目可作为学生毕业设计的选题，与企业导师共同指导学生的毕业设计，并允许学生在企业进行毕业设计的答辩。

3）模块三：第二课堂实践育人活动

按照学校“第二课堂实践育人活动”要求，需包括实践实习、创新创业、技能特长三个类别，设置5个课程模块，分别为：社会活动与社会实践、学科与专业技能竞赛、科研训练与创新创业、文化艺术创作、专业素养与职业资格，并将它们作为集中性实践教学环节之一纳入人才培养方案，使其成为实践教学体系的重要组成部分。

鉴于面向大数据方向的计算机科学与技术专业的工程实践应用等工科特性，更应强调学科与专业技能竞赛、科研训练与创新创业、专业素养与职业资格这三大模块。

（1）强化学科与专业技能竞赛以促进教学。基于学校所制定的一系列学科竞赛经费资助和奖励以及管理办法，教师要积极鼓励和引导学生参加本学科的各种专业技能竞赛，比如中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“挑战杯”中国大学生创业计划大赛、中国大学生服务外包创新创业大赛、中国大学生程序设计竞赛、中国大学生计算机设计大赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛、全国高校大数据应用创新大赛和中国高校计算机大赛—大数据挑战赛、团体程序设计天梯赛、移动应用创新赛、网络技术挑战赛，以及相应的一些省级和校级大赛，以激发学生兴趣，锻炼他们软件开发创新能力和大数据处理与分析等能力。

（2）强化科研训练与创新创业项目以驱动教学。鼓励学生参与教师和企业工程师的科研项目，申请大学生创新创业计划项目、企业招标项目等，指导老师和学生团队共同头脑风暴、碰撞创新点子并开发相应的软件系统以解决生活中的实际问题；开设创新创业知识课程，启发学生创新创业意识，训练学生创新创业思维与能力，开展丰富多彩的创新创业实践活动。培养学生发现问题、设计和解决问题能力，在扎实掌握专业知识和技能的同时，营造良好的创新创业氛围，为创新创业打下良好的基础。

（3）强化专业素养与职业资格以铺垫就业。开设专业素养知识方面的课程，如职业素养、职业定位与发展、大学生涯规划与就业指导、求职能力提升等课程，由企业方师资担任这方面的课程，并贯穿于整个学习过程中；鼓励学生参加相关专业技术资格（水平）考试及认证考试等，并尽可能获取相应资格证书。

学院建设了软件创新实验室和科研训练室等平台以吸引志趣相投的优秀学生进入，指导老师规划和指导学生软件开发和科研能力的锻炼和提升，组建软件开发创新小团队，不定期举行软件开发技术沙龙，并通过指导老师和高年级学生以传帮带的方式给学生们营造良好学习氛围，以促进学生软件开发和科研能力的培养；另外，将教师自身的一些科研项目、与企业的合作项目以及承接社会需求的一些软件开发项目带入软件创新实验室和科研训练室，对内培养学生，让学生参与到真实需求的科研项目和软件开发项目中来，使学生熟悉科研和软件开发的整个流程，了解项目团队分工合作，培养学生的实践能力和团队协作精神、软件行业职业素养，让他们积累一定的软件开发和科研项目经验。同时，考虑与计算机、软件和大数据相关的知名企业建立联合培养基地，组织学生到相关企业进行参观和实习。

通过第二课堂实践育人活动，以科技竞赛、科研项目和资格证书促进学生学习的动力和氛围，强化培养学生的软件开发创新能力和大数据处理与分析等能力，达到以赛、研、证促学、促教和促创，从而提升学生实践应用和创新创业就业能力。

总之，实践教学中通过不断探索上述思路，构建基础能力实验、专业能力实训和综合能力实践等不同类型和层次的“校内+校外、课内+课外”的多元化实践教学体系，以理论为基础，以成果为导向，以培养应用型人才为目标，加强实践环节，创新实践教学，多维度、全方位强化学生的专业实践操作应用能力，提升学生创新创业及就业能力。

2.6 改进考核评价机制，倾向工程实践应用能力的考核机制

基于上述问题的解决与实施，探索和创新配套的教学管理制度和教学评价体系，改进考核评价机制，使之倾向工程实践应用能力和创新创业能力的考核评价。基于OBE和CDIO理念，建立本专业人才能力的指标体系和教学质量评价的指标体系，修改、优化课程考核评价机制，建立多元化、过程性课程成绩评价机制，强调学生的工程实践实际应用能力和创新创业能力。同时，加大突显工程实践应用能力和创新创业能力的课程在传统专业课程学习中所占的比重。依据课程体系实际情况，建立基于教学全过程的多维度量化指标体系以促进课程成绩的考核机制趋向更合理、更准确地评价和检验教学效果，从而突显新工科建设面向工程实践、应用与创新。

3 结语

面向大数据方向的计算机科学与技术专业是在新工科视域下紧跟新一代信息技术改造升级的专业，各大高校的新工科数据科学与大数据技术等专业建设还处于探索阶段，专业培养方案、大数据师资以及大数据实验平台和专业实验室等软硬件各方面的条件和技术等尚不成熟，可借鉴的经验也还很少，还需要在专业建设过程中不断摸索前行。本文以新工科建设为背景，从人才培养方案等六方面探索构建计算机科学与技术专业大数据方向的人才培养体系，以期为其他同类院校的人才培养改革与发展提供参考和借鉴。