面向国家战略需求的中德交叉学科人才培养比较研究<br/>——以中山大学和凯泽斯劳滕工业大学的计算机学科为例

面向国家战略需求的中德交叉学科人才培养比较研究
——以中山大学和凯泽斯劳滕工业大学的计算机学科为例

2023-01-08黄明鸣卢宇彤

软件导刊 2022年10期

黄明鸣，衡益，江颖，卢宇彤，吴迪，万海

（中山大学计算机学院，广东广州，510006）

0 引言

高等教育是国家发展水平和发展潜力的重要标志。要办出中国特色世界一流大学，形成高水平的人才培养体系是保障［1］。围绕立德树人根本任务，2017 年以来我国颁布、实施了系列政策措施，包括《加快推进教育现代化实施方案（2018-2022 年）》《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》《关于实施基础学科拔尖学生培养计划2.0 的意见》《关于深化产教融合的若干意见》《中国教育现代化2035》等。我国从“十三五”迈入“十四五”规划建设，立足人才强国战略，高等院校和科研院所进一步优化学科结构和人才培养体系，对促进人的全面发展、建设高等教育强国意义重大。

推动我国高等教育内涵式发展，需要聚焦交叉学科建设和交叉人才培养。现代科学既高度分化又高度综合，而交叉科学又集分化与综合于一体，实现了科学的整体化［2］。随着新一轮科技革命和产业变革加速演进，学科深度交叉融合势在必行，经济社会发展对高层次创新型、复合型、应用型人才需求更加迫切［3］。2018 年5 月习近平总书记在北京大学考察时指出“要下大气力组建交叉学科群”，2020 年10 月国家自然科学基金委员会宣布正式成立交叉科学部，2020 年12 月教育部发布《关于设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”和“国家安全学”一级学科的通知》［4］，2021 年4 月习近平总书记在清华大学考察时强调要用好学科交叉融合的“催化剂”，2022 年1 月三部委发布《关于深入推进世界一流大学和一流学科建设的若干意见》［5］。我国不断推进交叉学科的融合发展是主动呼应了科学发展的必然诉求，而新时代发展格局更要求持续培养出高层次的交叉学科复合型人才。

放眼全球，德国作为现代大学发源地，是最早将科研与教学相结合的传统高等教育强国。凯泽斯劳滕工业大学作为德国一所年轻大学，坐落在不足10 万人口的小城市，却在校园内创建容纳了10所国家级、地方级研究机构，该校计算机专业等多个学科通过对内对外的深度合作实现了教研相长，高水准地响应了德国国家、地方和企业等多个层面在创新发展过程中对复合交叉型人才的持续需求，这是在德国其他大学所鲜见的。在中国的高等教育现代化建设进程中，中山大学计算机学院依托综合实力雄厚的中山大学，通过主动探索优化教育教学新模式，持续在主干基础学科、优势特色学科、新兴交叉学科及相关专业方向获得高质量的教学、科研成果，主动服务于国家战略需求和地方社会经济发展。显然，人才培养是一个长期、复杂的系统工程。本文旨在以中山大学和凯泽斯劳滕工业大学的计算机学科专业为例，分析比较两国交叉学科人才培养体系，总结相关专业成果发展的历史和经验，为加快推进我国高等教育的高质量建设和发展提供参考依据。

1 中山大学计算机科学与技术专业人才培养

1.1 历史沿革和学科发展

中山大学计算机学院的历史沿革可追溯至1979 年创建的计算机科学系，它是我国最早招收计算机专业本科生的单位之一，也是华南地区最早招收计算机学科硕士、博士研究生的单位之一，至今已有40余年的人才培养历史。

在学科专业整体协同发展方面，中山大学计算机学院建有计算机科学与技术、软件工程、网络空间安全3 个一级学科博士点、计算数学二级学科博士点，计算机科学与技术、网络空间安全2 个博士后流动站，及计算机类（含计算机科学与技术、网络空间安全、软件工程、信息与计算科学）和保密管理两个本科招生大类，各专业方向聚力融合、互促共进。其中，作为计算机学科核心专业之一的计算机科学与技术专业于2019 年入选国家级一流本科专业建设点；信息与计算科学专业于2020 年入选国家级一流本科专业建设点。此外，计算机科学拔尖学生培养基地入选“基础学科拔尖学生培养计划2.0 基地（2021 年度）”，拥有来自全国各地的优质生源，是华南地区招生分数线最高的专业之一。

1.2 培养目标和总体要求

以中山大学计算机科学与技术专业为代表，该专业的人才培养总体目标是培养政治立场坚定、立志服务于国家重大战略需求的高端处理器芯片和计算机系统结构领域创新型人才。

根据本—硕—博完整的人才培养体系设立分阶段培养目标，建立实施分阶段的选拔考核和考察评价机制，注重本硕博培养的衔接性，统筹三阶段创新能力培养体系，帮助高层次人才快速成长。其中，在本科生人才培养阶段，以计算机科学理论为基础、以计算机硬件和软件为核心主线，结合超级计算机与高性能计算、人工智能等具体的前沿热点研究方向，设立完备的课程体系，加强学生对计算机学科基础理论的学习和理解，强化学生运用计算机知识解决实际问题的能力，鼓励学生和了解学习计算机学科各领域的前沿发展，致力于培养计算机相关领域的研究与应用复合型人才。

1.3 课程体系和培养模式

仍以计算机科学与技术专业为代表，该专业的课程体系涵盖了通识教育和专业教育两方面。在通识教育课程设置方面，中山大学计算机学院积极投入全校性的深化通识教育改革，加强通识教育课程模块的质量和内涵建设，建立由“交叉与综合模块”与“创新创业模块”构成的通识课程教育体系，以此完善学生的知识结构，培养学生的多学科思维与创新创业能力。在专业教育课程方面，以“厚基础、强系统”为指导设置思想本科课程。具体而言，厚基础主要包括开设一系列数理基础和计算机基础相关的必修课程；强系统主要是指赋予学生理解计算机系统的整体性、关联性、层次性、动态性和开放性的能力，使其掌握计算机硬软件协同工作及相互作用机制，能够综合运用多种知识与技术完成全系统开发。此外，在特色课程方面，专业还设立了计算机芯片相关课程。

包括计算机科学与技术专业在内，中山大学计算机学院各专业建立了“一专四全”的培养模式，具体内容包括：

（1）专业化学科培养。面向国家重大战略需求，结合计算机科学与技术专业特点，构建教学—实践—科研一体化、本硕博贯通的教学体系，强化创新能力的培养。

（2）全科式基础强化。加强学生思想道德和人文素养教育，重点强化学生的数理基础和计算机软硬基础。

（3）全方位科研训练。以科研训练助推专业方向发展，打造基于探索类课程和综合实践的多轮迭代能力培养方案，鼓励学生参与跨专业的学科交叉学习研究。

（4）全程化导师引领。实施本科生“全程导师制”，建立本科生学业导师、科研导师和职业导师制度，实现与硕、博阶段的有效衔接。

（5）全球化资源导入。建立多方位、多层次的国际学术交流平台，支持国际化教学发展，培养学生国际化思维。

2 中德交叉学科人才培养比较研究

2.1 学校多学科综合优势突出明显

大学的战略定位和发展理念对大学各个学科的传承、发展与创新均具有极为关键的影响，构成了学科人才培养的先决条件和重要保障。中山大学和凯泽斯劳滕工业大学综合实力雄厚，各学科的成长、进步又进一步支撑大学蓬勃发展，更好地实现人才培养、科学研究、服务社会等大学应有职能。两所大学的相关基本信息如表1所示。

中山大学创立于1924 年，是具有100 多年办学传统的国内一流、国际知名的教育部直属现代综合性大学。学校以“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”为基本导向，现已形成“综合性、研究型、开放式”的特色。学科门类覆盖面广，是教育部直属高校中学科门类最齐全的学校之一。在第四轮全国学科水平评估中，A 类学科数（A+、A、A-）共14个；在第二轮“双一流”大学名单中，11 个学科再次入选国家“双一流”学科名单，入选学科数全国并列第8，学科总体实力居于国内高校前列。在综合性全球大学排名上，2021 软科世界大学学术排名（ARWU2021）位列全球第89。“十三五”期间，中山大学的计算机学科的排名稳步上升，ARWU 排行榜上进入国际前100，ESI 排名进入全球前1.34‰，2019 年、2020 年QS 计算机学科排行榜进入国内前8-12；在Computer Science Rankings 排名中的计算机视觉领域，中山大学位居亚洲第3，世界第5；2020 年《泰晤士报高等教育》（Times Higher Education，THE）中国学科评级中，计算机科学与技术、软件工程均被评为A 级。

凯泽斯劳滕工业大学（Technische Universität Kaiserslautern，TUK）成立于1970 年，建校迄今逾50 年历史。学校致力于不断提升国内外综合实力，为地区和国家发展提供科学源动力，中长期的发展目标是成为德国综合排名前10 的工业大学［6］。该校十分重视多学科、多领域建设发展，同时各学科自发围绕相关领域展开高质量的合作，共同促进大学的教学、科研与应用转化。在大学整体排名上，THE 针对1968-1985 年间成立的世界年轻大学进行了大学排名，TUK 一度位列全球第82［7］；在多维全球大学排名（U-Multirank）中TUK 总体得分为7 分，属于“非常好”类别（2020 年）［8］。在专业学科排名上，TUK 在Wirtschaftswoche 德国权威高校排行榜（2019 年、2020 年）［9］中的电气工程（第6）、信息工程（第6）和计算机科学（第8）领域表现突出。

Table 1 Basic information about SYSU（Sun Yat-sen University）and TUK表1 中山大学和凯泽斯劳滕工业大学基本信息

2.2 交叉学科与特色专业推动融合发展

大学的首位属性应是国家属性。在中国特色社会主义教育发展的探索进程中，当面对“如何更好推进由外延式发展向内涵式发展转变，由常规发展向主动发展转变”这一重要挑战时，中山大学计算机学院始终坚持立德树人根本任务，坚持走符合国情的教育发展和改革实践之路，形成了契合教育规律、具备鲜明特色，且能够培养出国际化优秀人才的育人体系。两所高校计算机专业交叉学科人才培养体系的比较如表2所示。

在上述“课程体系和培养模式”基础上，以关乎国家战略的前沿热点研究方向——“超级计算”为例，中山大学计算机学院以已设专业为依托，面向我国高性能计算事业可持续发展和“卡脖子”核心技术领域，建设“高性能计算人才”培养体系，以解决我国高性能应用水平与国外差距较大、高性能计算人才短缺、人才培养难度大、现有人才资源难以支撑迅猛增长的应用需求等一系列难题。作为全球唯一拥有世界排名前10 超级计算机的学院，以及作为国内唯一拥有“计算数学”二级学科的计算机学院，该院在国内设立了首个超级计算专业方向，遵循高性能计算人才培养核心目标，融合计算机科学与技术、信息与计算科学和软件工程等3 个专业的课程体系，制定具有显著理工结合、学科交叉特点的高性能计算人才的专业培养方案。围绕“三全育人”一体化育人体系，建立面向超算特色的全程导师制度，充分发挥导师在科研、学业方面对学生的全程指导、培养作用，发掘高性能后备人才进行深造培养，并进一步充实强化高性能计算领域的科研教学团队；实现在校学生的“院内科研导师—院外应用专家—超算研发人员”三方协同培养方案，包括由院内教师担任科研导师、企业导师担任职业导师对学生进行协同培养、参与共建课程体系，以及由超算研发人员结合实际科研项目和应用案例助推产学研融合的人才培养、组织参与创新创业科技竞赛活动等。实践表明，该培养体系为高校、科研机构和企业输出了一大批专业素质过硬、学习能力强和整体综合素质高的交叉研究人才。

Table 2 Comparison of interdisciplinary talent cultivation system concerning majors in computer Science of SYSU and TUK表2 中山大学与凯泽斯劳滕工业大学计算机专业交叉学科人才培养体系比较

TUK 设置了本—硕—博完整的人才培养体系，并执行宽进严出的学位授予标准，这与中山大学一致的。TUK 具有德国高校的共性和特色教学模式，其教学模块可分为基本模块和扩展模块等，其下涵盖的每个具体主题模块拥有至少1 门课程，采用大课（Vorlesung）、练习课（Übung）、研讨课（Seminar）、实验或实习课（Praktikum）等多种授课形式。仅就计算机科学本科专业（Informatik，B.Sc.）而言，该专业的课程体系立足学科特色，重视以课堂教学为主的专业教育和以项目训练为主的实践教育，设置了基本模块、扩展模块和补充模块部分及学位论文部分，其中基本模块作为必修内容涵盖软件开发、计算机系统、理论基础、跨学科资格等4 个子模块，为学生面向应用和面向多学科融合的多元化发展奠定了坚实的基础。

2.3 教学资源及教研平台提供坚实保障

积极有效的教育实践不仅需要师资、设备、环境等教学资源的有力支撑，还需要高水平的科学研究平台和成果来反哺教学，达到科教融合育人的目的。不得不提的是，从两所学校的教研平台与研究机构可见，他们作为跨院系、跨学科的组织，打破了学科、部门间的壁垒，构建了极具特色的学科交叉融合的大平台，在区域、国家甚至全球范围发挥了极为重要的作用，进一步提升了大学及相关机构的跨学科前沿研究的引领性，对教学和人才培养的意义重大，由此实现了学科专业乃至整个院校长期不断的良性循环发展。

中山大学计算机学院的人才培养离不开一批水平先进、设施完善的实验室和教学科研平台，包括国家超级计算广州中心、高性能计算2011 协同创新中心、国家数字家庭工程技术研究中心、数字家庭互动应用国家地方联合工程实验室等4 个国家级科研平台，机器智能与先进计算教育部重点实验室、教育部超算软件工程中心、广东省信息安全重点实验室、广东省计算科学重点实验室、广东省大数据分析与处理重点实验室等8 个省部级科研平台及数据科学与计算机实验教学中心，这些实验室和平台大大加速了学科交叉研究成果的产出。总体而言，计算机学科人才培养充分发挥了国家、省、部、市级多层次平台的优势与特色，通过融合计算数学、高性能计算和软件工程专业教学资源，优化计算数学、高性能计算和软件工程专业方向的课程设置，构建了一套完整有效的人才培养体系。教育教学的内涵式发展成效显著，近两年中山大学计算机学院在校生发表CCF A 类/一区文章80 余篇，在全国同类专业中名列前茅。本科生在国内外各类比赛中表现突出，近10年在世界大学生超算大赛中共获最佳性能奖2 次、e-Prize奖2 次、最佳应用性能奖3 次、总决赛一等奖8 次，在ACM国际大学生程序设计竞赛中稳居全国前5、曾位列全球第6，其它各类竞赛获奖共计500余人次。

TUK 学科建设与中山大学有相似之处，从理论教学到实践教学，从人才培养到师资发展，均体现了学校和校内外研究机构间的融合发展。主要共有10 所国家级和地方级研究机构坐落在TUK 校园内，并与学校保持深度合作。他们共同构成了凯泽斯劳滕地区科学与创新联盟（Vorstandsvorsitzender der Science &Innovation Alliance Kaiserslautern，SIAK）的核心。该联盟是一个高度专业化的多学科网络，致力于为工业界、经济界和行政界的科学研究者及合作伙伴提供基于最新技术和方法的创新性解决方案。特别是德国科学组织联盟成员之一——弗劳恩霍夫应用研究促进协会（Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.），作为德国和欧洲最大的应用科学研究机构之一，他所设立的多个研究所从创立之日起就始终与学校携手并进。例如，TUK 创建的德国人工智能研究中心（German Research Center for Artificial Intelligence，DFKI）如今已成为世界上最大的人工智能研究中心，该中心建立于上世纪1988 年的事实从侧面反映了TUK 及其合作伙伴具有极为敏锐的把握世界尖端技术发展趋势的能力。包括TUK 师生在内，来自65 个国家的660 名研究、管理人员和440 名研究生参与了250 多个DFKI 在研项目，有140 余名德国境内外大学的教授曾经或正在DFKI 工作，学校则通过与DFKI 共建的实习计划等方式培养学生科研、就业的关键能力和素质，直接或间接推进了所在机构及团队的人才培养。

2.4 数字化教学和资源共享切实服务社会

数字化教学整合了高等院校高水平资源，有助于提高高校的资源配置效益，推动引领区域社会创新性发展，促进全日制、非全日制学习和跨学科学习，营造终身学习理念，强化职业教育、交叉学科教育与传统理工科教育之间的联系。

中山大学计算机学院建设并完善基于“天河二号”超级计算机打造的、全球规模最大的高性能计算教育实践平台——超算习堂，自上线以来访问量超过800 万人次，服务用户超过1.1 万人，用户遍布全国29 个省份和自治区的900 余所单位，已上线近100 门MOOC 课程和53 门实训课程，面向粤港澳大湾区开展了500 余场专题培训，为包括港澳台地区在内的全国学生完成近8 000 次并行程序评测，每年提供免费机时超过2 000 万核时。这些教育教学工作对推动国内高性能计算和超级计算机的高水平复合型人才培养和成果产出均产生了深远的积极影响。

TUK 于1992 年成立远程和独立研究中心（Distance and Independent Studies Center，DISC），迄今积累了近30 年的数字化教学经验，已有1.5 万名学生完成该中心的数字化远程学习。目前，DISC 提供包括人力资源、管理与法律以及科学与工程等领域在内的27 门硕士课程或证书课程，2020 年参加学习的学生人数约占学校学生总人数的28%。2017 年，在线评估门户网站FernstudiumCheck.de 发布“最受欢迎的远程学习提供者”排名中，TUK 的DISC 位列第1，辐射影响范围较广、作用明显。

3 对我国高等院校计算机相关专业建设发展的借鉴意义

服务国家利益与时代主题，是各国高等教育一贯的使命和责任。以满足国家战略需求和服务社会发展为导向，我国和德国的高等教育从未停止过改革的步伐。

人才培养是一个复杂的系统工程，而交叉学科复合型人才对基础科学和应用科学的研究意义重大。我国对此早有布局，曾陆续出台了“卓越计划”“‘六卓越一拔尖’计划2.0”“强基计划”等。为落实相关文件精神，中山大学等国内双一流建设高校从人才培养的系统性出发，目标明确、贯彻有力，取得了显著成效，其成果效应已外延至全国、超越国界。从国际角度看，围绕德国工业4.0 时代的战略规划，德国大学沿袭教研结合的传统教学方式，搭建复合型人才培养体系。TUK 突出面向多学科交叉的实践教育，及早把握住了跨学科发展的必然趋势和复合型人才的增长需求，结合自身优势特色采取系列举措，培养了一大批交叉学科人才，继而因优质人才支撑得到高质量发展。

借鉴以上经验，国内高等院校在发展文理医工学科的同时，可注重突出特色、错位发展，努力形成新的学科增长点，发展跨学科的教学和科研，营造多学科融合发展的良好氛围，以人才培养为核心，在教育教学、科学研究、成果转化、数字化办学、国际化教育、后勤保障等方面重点突破、循序渐进、兼顾发力，使多层次的人才培养成规模、筑体系、出成效、立标杆。同时，高等教育界可参考德国精英集群、精英高校的模式，促使多所高校在相关优势学科领域形成耦合强力，发挥高校共同引领作用，聚焦“卡脖子”关键技术联合攻关项目。