面向新工科的计算机科学与技术专业课程体系及实践教学改革

刘金江，李贺，马晓普，张新刚

（南阳师范学院计算机科学与技术学院，南阳 473061）

0 引言

为了应对中国产业变革及新一轮的科技革命，适应“中国制造2025”国家战略需要及产业经济创新发展，同时将国际工程教育思想本土化，“新工科”应运而生[1]。新工科的重要求是打破现有工科的培养模式，采用多方协同人才培养模式，对各类优质教育资源进行整合，从而培养出创新及实践动手能力强的工科人才。因此，教育部在2017 年提出“新工科”建设行动路线推动传统工科专业改造升级[2]。

目前，人类已进入智能社会后，该人工智能学科会渐渐的向其他学科和专业渗透，尤其是计算机科学与技术专业。随着人工智能的发展，高等教育的价值也将进一步提高。因此，各高校应尽快建立与新工科相一致的计算机学科专业，并深入研究我国计算机科学与技术方面的人才培养体系、课程设置、实验平台及成果转化等方法，改革传统计算机学科的教育教学方法，形成有新工科特色的计算机科学与技术专业工程教育方法。但是，由于传统的专业是按学科划分的，因此，目前的计算机科学与技术专业课程体系以理论为主，强调学科知识的系统性和完备性[3]。另外，地方高校由于师资力量、实验平台、科研平台及学科建设有限，工程教育在人才培养上存在一定的问题，如实践教学课时不够及与企业实际需求不适应等。造成学生在解决实际问题及适应性等方面的能力不足。为了解决这些问题，并使计算机教育跟上信息时代的脚步，抓住高等教育发展的新机遇，因此在新工科背景下进行地方高校计算机科学与技术专业课程体系及实践教学改革探索具有重要的现实意义。

1 计算机学科对新工科人才的新要求

1.1 具备多学科交叉知识

随着物联网、云计算、5G、大数据及人工智能等信息技术快速发展。计算机科学与技术是一个多个学科交叉而成的一门专业。计算机科学与技术主要包括计算机科学、通信、电子学、控制学、信息论、智能科学、哲学、语言学及系统论等[4]。因此，一个合格计算机科学与技术专业人才需要具备多学科知识。

1.2 具备多领域应用能力

计算机科学与技术的应用领域广泛，基本包含工业、农业及社会生活的各个行业（如工业生产、通信、医疗、金融、社会治安、交通领域及服务业等）[5]。学生在学好专业技术的前提下也需要掌握这些行业的相关知识，只有这样才能提高计算机科学与技术在各领域的应用。

1.3 具备创新创业精神

目前，创新驱动发展成为了我国现阶段发展的重要力量，互联网经济成为经济发展的新引擎[6]。在大众创业、万众创新的号角下，信息技术作为创新创业过程中的一个大趋势。因此，当今新形势下培养具有创新创业精神的计算机科学与技术专业人才对我国经济发展及大学毕业生创新创业具有重要意义。

2 地方高校计算机科学与技术课程体系改革

目前，许多高校已经认识到目前的计算机科学与技术课程体系已经不能适应社会和学生发展的需要。尤其是地方普通高校在师资、科研及学科力量薄弱情况下进行计算机科学与技术专业的教学。目前地方高校在计算机科学与技术专业的课程设置上主要存在课程内容陈旧、实践课程不足、教材理论过强、教学模式老旧及工程教育与企业需求适应等问题[7]。针对这些问题，南阳师范学院计算机科学与技术学院重新定位人才培养目标，对课程体系进行改革，优化理论及实践课程，具体如下:

2.1 地方高校计算机科学与技术专业人才培养目标

计算机科学与技术专业培养德、智、体、美、劳全面发展，掌握数学与自然科学基础知识，掌握计算机、网络与信息系统相关的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法，具有较强的专业能力和良好的综合素质，熟悉计算机科学领域的核心技术与应用，具备主流软件开发，能够在信息技术行业，特别是在Web 开发、数据处理及人工智能领域从事系统的分析、设计、开发与应用等工作，具有一定的人文素养和科学素养，拥有较强的学习能力、创新能力、实践能力、交流能力和团队协作能力的应用型技术人才。

2.2 地方高校计算科学与技术专业课程改革

（1）计算机科学与技术课程体系改革

南阳师范学院计算机科学与技术专业课程体系主要包括学科基础课程、专业核心课程及个性化课程。其中，学科基础课程主要包括数学基础课程、计算机基础课程数字电路及大学物理等课程。数学基础课程主要包括高等数学、线性代数、离散数学、概率论与数理统计。计算机基础课程主要包括计算机导论、程序设计基础、数据结构与算法、面向对象程序设计。

专业核心课程主要包括汇编语言程序设计、计算机应用与编程、数据库概论、计算机组成与结构、计算机网络、操作系统、软件工程、网络信息安全、Python 与数据分析、Linux 操作系统、算法设计与分析等课程。

为了满足学生对计算机科学与技术专业的不同方向需求以及在各领域的应用需求，在个性化课程中设置了三个培养等方向。主要有软件开发（数据库应用系统综合实践、网站开发技术、Java EE 开发技术、软件项目管理、软件质量保证与测试及小程序开发等）、大数据（大数据技术原理、大数据应用开发、数据库应用技术、数据挖掘技术及数据可视化）和人工智能（人工智能导论、计算机图形学、数字图像处理、智能优化方法、机器学习及机器人学等）方向。

（2）优化理论及实践课程

在学科基础课、专业核心课和个性化课程中加大实验模块，增加课程设计，建立以理论为基础，应用为导向的计算机教学实践模式。

在专业基础方面，除了基础的理论学习，在公共课实验的基础上，增加程序设计实验课时，并增加课程设计，加强学生的专业基础。

在专业强化阶段，除了专业核心课程的学习，还有数据结构实验、计算机网络实验、机器学习及神经网络等实验。增加了企业和项目实践课程，从而提高计算机科学与技术专业本科学生的实践能力。

在专业应用阶段，进行个性化培养，以学生兴趣为导向，开展相关应用课程实验，主要包括机器人实验、大数据实验、数字图像处理实验等。通过毕业实习（以毕业设计和毕业论文为导向进行）进一步提高学生解决实际问题及创新创业的能力。

3 地方高校计算机科学与技术专业实践教学模式

3.1 地方高校计算机科学与技术专业实践平台建设

（1）计算机学科实验平台建设

在新工科建设背景下，南阳师范学院广泛应用多种计算机实验教学平台（主要希冀一体化计算机实践教学平台、包括百度飞桨（PaddlePaddle）深度学习平台、机器人教学实验平台和大数据综合实验平台等），提高学生兴趣。

（2）采用案例教学法

建立了计算机实践教学案例库，主要包括数据结构与算法（线性表、栈和队列、二叉树、最小生成树、最短路径、查找及排序实验）、汇编语言（判断闰年、哈密顿回路、矩阵乘法、选择排序、全排列、字符统计及计数排序等实验）、计算机网络（交换机和路由器的配置、VLAN 划分、生成树、交换机端口镜像、链路聚合及Web 方式管理交换机等实验）、计算机组成原理（4 位全加器、4 位比较器、4 位加法器、单周期CPU、多周期CPU 及MIPS 微系统实验）、操作系统（内存管理、进程与异常、系统调用与fork、文件系统、进程管理、处理机调度及分区存储管理等）等实验。

3.2 地方高校计算机科学与技术专业实践教学改革

（1）校企合作

建立起具有学科特色的计算机科学与技术专业人才培养模式，校企合作是关键。学校应积极派遣教师进企业进修，了解企业需求，并提高教师的工程能力，建立具有地方区域特色的师资队伍及校企协调的新工科教学模式，从而避免计算机科学与技术专业实践与企业实际脱节。从而培养出适合社会发展的人才。

（2）“双导师”负责制

另外，实行“双导师”制，通过校企之间建立教师指导团队，以项目为牵引，将企业实践作为第二课堂学分，制定计算机专业相关的学术科技作品竞赛的奖励机制，积极引导学生参加各项计算机学科相关的比赛，从而提高学生的创新实践方面的能力。

4 结语

随着信息技术的进一步发展，计算机科学与技术专业已成为学生学习的热门专业。在新工科背景下，计算机人才培养应注重提高学生解决问题的能力，适应新技术的不断发展。目前，各类新技术不断涌现，如区块链、虚拟现实技术、5G/6G 技术、量子密码、深度学习、机器学习、数据挖掘等。在这种背景下，笔者结合近年来的了解到的企业需求对计算机科学与技术专业课程体系和实践教学改革改革给出了一些建议和方案，可以为地方高校计算机科学与技术专业课程体系建设及实践教学模式改革提供参考。