产学研合作培养模式下信息与计算科学专业课程体系重构研究

潘俊杉

（湖北大学数学与统计学学院 湖北 武汉 430062；应用数学湖北省重点实验室 湖北 武汉 430062）

信息与计算科学专业是由数学、计算机科学、信息科学等学科相结合形成的交叉学科。传统的信息与计算科学专业以培养科学计算、信息处理和软件开发人才为主，但是科学计算对人才专业技能要求很高，本科毕业生难以满足用人单位的需求；而信息处理和软件开发虽然就业渠道广，但毕业生往往缺乏实践经验，难以获得应用市场的青睐。为了解决这一困境，众多高校[1-2]开展了与产业联合的人才培养模式的探索。

随着《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》的深入实施，创立高校与行业、企业和研究机构等单位联合培养人才的新机制和新模式也逐渐涌现。安徽工业大学的张涛等人[3]开展了信息与计算科学专业结合校企合作基地的实训实习教学改革；合肥学院[4]依托校企合作平台结合新工科建设的要求，探索了信息与计算科学应用型工程技术人才培养模式；长春大学祖力等人[5]开展了信息与计算科学专业课程体系的改革。尽管这些改革取得了很好的效果，但它们主要局限于校企合作的实习实训改革，未能深入探索如何将产学研模式深度结合到专业课程体系建构中。因此，以培养行业真正需要的实用型人才为出发点，依托产学研合作培养模式，开展产学研合作培养模式下的专业课程体系重构研究，具有重要的意义。

1 存在的问题

湖北大学（以下简称“我校”）信息与计算科学专业创办于2000年，以培养数学基础扎实、计算机应用素养良好的，能在信息技术产业、工程领域、科研院校等相关部门从事教学研究、软件开发、系统设计与维护、数据分析及管理咨询等工作的交叉复合型人才为目标。为了达到这一培养目标，本专业课程结构设置为数学类课程占百分之六十，信息类课程占百分之四十。两个体系的课程都要兼顾，势必造成课程结构设置泛而浅，也无法凸显专业特色。此外，由于信息技术的不断更新，信息类课程难以跟上信息技术的更迭速度，从而造成课程内容的滞后，这也是亟待解决的问题之一。实践环节是人才培养中最重要的一环，传统的课程实践环节以验证课程知识点为主，旨在强化学生对理论知识体系的理解。这必然导致学生对知识点的掌握尚可，但无法把握整个知识体系，也无法与实际工作的需求相结合。为了解决上述问题，必须深入产业一线，了解产业的新需求，关注产业的新技术和发展方向。结合产业需求构建学科的专业课程体系，更新课程内容，改革实践环节，从而培养更符合业界需求的交叉复合型人才。

2 改革目标

产学研合作培养模式下，信息与计算科学专业课程体系重构的主要目的是解决因专业定位不清晰造成的专业课程体系泛而浅的问题。其主要目标是凸显专业特色，结合企业生产开发的实战经验，建立一个以培养产业真正需要的实用型交叉复合人才为出发点，理论和实践紧密结合的专业课程体系和多元化教学模式，以及结合实际产业项目的软硬件教学资源库。具体目标是：

①紧密结合前沿技术与产业发展趋势，构建凸显学科特色、方向清晰的课程体系；②结合产业的技术新进展，更新课程教学内容，以解决原课程内容滞后、与市场脱节等问题；③探索一套以项目为导向的多元化教学模式，构建与理论教学体系相契合的分层实践教学体系；④利用企业项目平台，组建校企共建的面向产业和技术新进展的软硬件教学资源库。

3 改革措施

3.1 凸显特色、方向清晰的课程体系与教学内容改革

大数据人才不仅需要掌握大数据技术（如Hadoop、HBase、TensorFlow），更重要的是必须具备大数据分析相关的数学基础。信息与计算科学专业融合了大数据领域必备的数学、计算科学、信息计算等学科基础，这使得大数据方向成为我校信息与计算科学专业的特色之一。课程体系设置方面，在数学分析、高等代数、概率统计、离散数学、数值分析等核心数学课程的基础上，把与大数据相关的大数据分析与应用、数据库系统、操作系统、计算机网络、数据挖掘、机器学习等课程设置为专业方向课，凸显了大数据方向特色。

课程内容的重构方面，结合企业的产业经验、人才技能要求，重新选择和调整教学内容。以产业和技术的最新发展为指引，教师与生产经验丰富的企业技术专家一起精简原有教学内容中落后的技术部分，结合产业发展的技术前沿，重新整合教学内容，形成新的知识体系结构，最终制定新的教学大纲和教学计划。

以“数据库系统”课程举例说明。数据库技术研究的是信息处理过程中，大量数据有效组织和存储的问题，它是计算机领域中最为广泛的应用技术。数据库原理是计算机相关专业最重要的专业基础课程之一。现有的数据库系统课程多以关系型数据库为主，研究结构化数据的有效存储、数据共享等，主要包括关系数据库、关系数据库标准语言SQL、数据库安全性、数据库完整性、关系数据理论、并发控制、数据库恢复技术等内容。然而，大数据背景下，越来越多的非结构化数据涌现出来。现有的基于结构化的关系型数据库无法有效处理这些非结构化的数据，因此NoSQL、NewSQL等新型数据库系统应运而生。现有的新型数据库系统如：键值类数据库（如Redis、Cassandra）、文档类数据库（如MongoDB）、列式存储数据库（如Vertica、HBase）、图数据库（如Neo4J）等，适用于不同结构的数据以及不同的业务场景。这些新型数据库可作为数据库的前沿技术纳入“数据库系统”课程的知识体系中。但是，哪些数据库是产业界广泛应用的，如何将它们与现有关系型数据库相结合，则需要与大数据产业生产一线的企业共同探讨。

3.2 以项目为导向的多元化教学方式的改革

教学方式的改革要以培养学生综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力为目标，围绕虚拟或实际项目，结合多种突出创新思维的教学模式（如微课、翻转课堂等），构建讲、练、设计多元化的新型教学方式。

以“操作系统原理”课程举例说明。操作系统原理是计算机相关专业的核心课程。现有的操作系统原理课程一般以Linux或Windows操作系统为主线，研究计算机系统的资源管理方式和资源管理实现，其内容主要包括：进程管理、内存管理、处理机调度、I/O管理和文件系统等。操作系统原理的理论性强，知识点多，以教师为中心的教学方式，会使学生感觉枯燥缺乏兴趣，无法获得好的教学效果。如果以实际项目为中心，即以搭建一个简单的操作系统内核为目标，就能以问题驱动的方式促使学生主动学习，不仅锻炼了学生的实践和解决问题的能力，也强化了学生对知识点的理解。此外，企业的技术专家通过微课点评或翻转课堂的形式，为学生讲解实际项目中的工程问题及解决方案、讲授大数据处理的分布式架构如Hadoop的部署和运行，以及Hadoop分布式资源调度Yarn等内容，将大数据基本技能与课程知识相结合，使学生从听得懂、能动手，到最终做出来，切实提高解决问题的综合能力。

3.3 与理论教学体系相契合的分层式实践教学体系的改革

实践环节的改革要以强化学生创新意识、培养创新精神和实践能力为目标，依托校企合作的实践实训平台，从三个方面进行：一是基础实践能力的培养，将产业的技术需求融入基础实践环节的教学设计中，让实践环节既能渗透到基础课程体系中，加深学生对理论知识的理解，又能结合实际提升学生的学习兴趣和动手能力；二是专业实践能力的培养，以企业生产中的工程问题来改革专业实践环节，加强学生解决复杂工程问题的能力培养；三是综合实践能力的培养，以企业实际项目为导向，联合企业技术专家，深入课堂联合授课和开展实践教学，提升学生的专业技能和创新能力。

在基础实践能力的培养环节，我们将实验课与理论课拆开，形成一门单独课程的同时增加实验学时，用虚拟仿真环境或在线教学平台实操、采用小组讨论的方式让学生自己讲解实操过程及实现思路。在专业实践能力的培养环节，本专业在第五和第六学期末都会开展为期一周的、由知名企业技术专家讲授的专业实践课程，让学生接触产业一线的实际项目，并自己着手实现，既能让学生了解产业的技术前沿，又提高了他们解决实际工程问题的能力。在综合实践能力的培养环节，组织学生参加“互联网+”“挑战杯”等创新创业大赛，以及中美数学建模、“蓝桥杯”等技能竞赛。学生从选题、实现到报告的撰写都必须小组通力合作完成，很好地锻炼了学生的创新能力和综合实践能力。此外，本专业还会集中在合作企业开展为期8周的实习实训，熟悉企业的生产流程和事务处理，为后期就业做好“预热”。同时，鼓励学生以实习过程中的实际项目作为毕业设计选题，请企业技术专家做指导教师。这种面向产业需求的课题不仅能激发学生的研究兴趣，还能切实解决企业的实际问题，更进一步地锻炼了学生的综合实践和创新能力。这种分层次的实践教学全面锻炼了学生的实操能力，切实提升了学生的创新能力和综合实践能力。

3.4 产学研模式下软硬件教学资源平台的建造

传统的教学资源类别单一，设备和平台落后，且无法满足学生日益增长的学习和实操需求。为了丰富产学研模式下软硬件教学资源，本专业依托合作企业的实践实习基地，组建校企共建的面向新产业和新技术的教学资源库，保障教学课程的实施。平台建立后，利用平台资源可以实现实践课程教学内容的组织，虚拟仿真实操、在线考试、综合能力测试等。

4 结语

信息与计算科学是一个多学科交叉融合的专业。在本专业的人才培养中，通常存在专业特色不鲜明，培养出的毕业生与市场脱节等问题，其根源在于人才培养未能与产业需求紧密结合。本文分析了信息与计算科学专业在专业课程设置和教学中存在的问题，探讨了产学研合作模式下进行专业课程体系重构的教学改革，提出了紧密结合科学技术前沿与产业发展趋势，构建凸显特色、方向清晰的课程体系，探索项目导向的多元化教学方式，探索理论与实践紧密结合的多层实践教学体系，以及组建校企共建面向新产业和技术新进展的软硬件教学资源库等教学改革措施。