二类本科院校计算机专业人才培养的质量保证

钟阿林，夏道平，邓莉（.三峡大学计算机与信息学院，宜昌　44000；.三峡大学科技学院，宜昌　44000；.武汉科技大学计算机科学与技术学院，武汉　40074）



二类本科院校计算机专业人才培养的质量保证

钟阿林1，夏道平2，邓莉3
（1.三峡大学计算机与信息学院，宜昌443000；2.三峡大学科技学院，宜昌443000；3.武汉科技大学计算机科学与技术学院，武汉430074）

摘要：

关键词：

二类本科院校；工程应用；科学素养；培养质量

0　引言

高等本科院校学生的培养质量一直是所有高校非常关注的一个问题。计算机科学与技术专业（为了简洁，本文以后简称计算机专业）作为一个兼具科学性与工程性的专业，有其相对于其他专业而言不同的特点。计算机专业学生在整个四年本科的学习过程中，既要学习计算机科学理论课程，如数值计算、离散数学、计算理论和程序理论等，又要学习计算机系统课程（包括计算机组成与体系结构、计算机软件等），还要学习计算机应用技术类课程。整个课程体系庞杂，在本科专业毕业总学分存在上限的前提下，一些将自己定义为应用型办学的二类本科院校，对课程进行了一定的取舍。这样做的好处是既减轻了学生在校期间的课程压力，又实现了面向应用的预期培养目标。但是，对理论课程教学的弱化会直接导致对学生计算机科学素养培养的不足，使学生在专业上进一步发展的潜力变小。因此，如何保证本科计算机专业的培养质量，对于二类本科院校来说，是一个严峻的挑战，也是一个开放的研究领域。龙青云等[1］指出，对于学生素质较差、学校资源缺乏的二类本科院校，应该从专业设置、课程体系、授课模式、教师队伍建设、课外活动以及资源投入等六个方面进行改进，以提高对学生创新能力的培养。李浪[2］强调计算机专业应用型人才培养的重要性，提出了计算机专业应用型人才培养体系结构并构建了相应的实践课程体系。许艳等[3］指出地方本科院校应从计算机专业的实际情况出发，在课程设置、师资队伍建设、学科竞赛、学生科研、校企合作等方面进行改革，以实现区域经济与地方高等教育协调互动发展。尤玲玲[4］充分思考了“大类招生、分流培养”模式在本科院校计算机专业学生培养中的应用，并提出一些强化措施。上述研究大多关注如何培养计算机应用型人才，本文的研究重点是在保证计算机专业工程应用能力的同时，如何提高其计算机科学素养。下面将对本科计算机专业培养应注意的问题进行深入分析，并在此基础上提出一些保证培养质量的有效途径。

1　计算机专业内涵及培养目标

计算机科学与技术的基本内容涵盖计算机科学理论、计算机组成与体系结构、计算机软件、计算机硬件、计算机网络、计算机应用技术以及人工智能等领域[5］。计算机科学理论涵盖算法分析与设计、离散数学、计算复杂性理论、自动机理论、程序理论等广泛的内容，是整个计算机专业的理论基础。计算机组成与体系结构主要研究计算机硬件的具体实现以及计算机系统的概念结构及属性。计算机软件则指计算机系统中的程序及其文档，包含系统软件、支撑软件及应用软件，软件语言、软件方法学以及软件工程和系统。计算机硬件主要介绍中央处理器、存储器、I/O设备的工作原理与设计、制造及检测技术。计算机网络则主要研究网络体系结构、网络通信协议、网络资源共享机制及网络应用。计算机应用技术研究计算机在计算机图形学、数字图像处理、计算机辅助设计与制造、计算机控制、计算机信息系统以及计算机仿真等领域所涉及的原理、方法和技术，是计算机科学与技术学科的一个重要组成部分。人工智能主要研究智能信息处理理论、人工智能系统的实现。

从上述计算机专业的内涵可以看出，计算机专业无论从深度还是广度上，对人才的培养都提出了较高要求。如何界定培养目标，是决定计算机专业培养质量的一个首要问题。

卡耐基·梅隆大学计算机系周以真教授指出计算机专业学生应具有计算思维。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[6］。计算机思维概念一经提出，便引起国内外计算机教育及研究领域的高度重视。在美国，卡耐基·梅隆大学以及美国数学研究所（AIM）等组织进行了关于计算思维的专题讨论，美国国家科学基金会专门发布了重大基金资助计划CDI（Cyber-Enabled Discover and Innovation）；在英国，以爱丁堡大学为主的高校也开始研究与计算思维有关的主题；在国内，董荣胜等[7］讨论了计算思维与计算机方法论的关系，并介绍了以学科认知理论体系构建为核心的计算机方法论的研究与应用。由此可见，计算思维对于计算机专业具有关键性的意义，应该作为该专业学生的一个重要培养目标。

计算专业学生应该能够站在系统的高度考虑和解决应用问题，具有系统层面的认知和设计能力，这也正是本专业学生区别于其它就读非计算机专业但从事软件开发学生的优势所在，我们称之为系统思维。南京大学袁春风等[8］指出，系统思维能力即：能够对软、硬件功能进行合理划分，能够对系统不同层次进行抽象和封装，能够对系统的整体性能进行分析和调优，能够对系统各层面的错误进行调试和修正，能够根据系统实现机理对用户程序进行准确的性能评估和优化，能够根据不同的应用要求合理构建系统框架等。国内外著名高校都非常重视计算机专业学生系统思维能力的培养，如美国的加州大学伯克利分校及斯坦福大学，它们从教学体系、课程教学及实验教学等各方面保证学生系统思维能力的培养[9-10］，国内的如南京大学也在逐渐开始进行系统思维能力培养的探索[8］。由此可见，系统思维应作为计算机专业的另一个重要培养目标。

2　构建基于完整知识框架的课程体系

要实现上述的培养目标，必须有一个完整的知识框架。根据ACM及IEEE-CS共同制订的Computer Science Curricula 2013[11］以及Computing as a Discipline[12］给出的关于计算学科的二维定义矩阵，计算机科学与技术学科的知识框架可表示为表1。

表1　计算机科学与技术学科二维定义矩阵

由表1可看出，学科二维定义矩阵包括横向与纵向两种关系，横向关系即抽象、理论、设计，这三个过程的相互作用蕴藏着学科的科学问题，纵向关系即学科各个主领域之间的联系，包含了学科的核心概念和方法。两种关系共同构筑了学科认知领域的理论体系。

构建基于完整知识框架的课程体系，方能保证学生充分理解计算机科学与技术学科的核心概念以及熟练掌握抽象、理论和设计这三个过程的内涵及相互关系，从而实现计算思维与系统思维兼得的目标。

部分二类高校制订专业培养课程体系时，为了给实践类课程更多的时间分配，将构成知识框架的主干课程弱化甚至删除，这是违背计算机专业本科教学培养理念的。下面以三峡大学及武汉科技大学计算机课程体系设置情况为例，分析一下国内二类本科院校计算机专业的教学现状。两所高校该专业的专业课程设置情况如表2和表3所示，对比Computer Science Curricula 2013所规定的知识体系，我们可以看出，两所高校的课程设置中均缺乏“计算科学”类核心课程，这直接导致了学生计算思维的缺陷以及编程思想的缺乏，两所高校均缺乏“程序理论“类课程，这会影响学生编程思想的建立，两所高校均缺乏“并行与分布式计算”类课程，这使学生无法建立现代计算机系统主流架构及并行编程泛型的概念。

表2　三峡大学计算机科学与技术专业-专业必修课程设置

表3　武汉科技大学计算机科学与技术专业-专业必修课程设置

我们进一步对两所高校的课程设置进行对比，可以发现，武汉科技大学的课程体系相对完整，三峡大学的课程体系中缺少《编译原理》和《电子电路技术》这两门课程，不开设《编译原理》课程，会造成学生对整个计算机系统的思维出现断层，而不开设《电子电路技术》课程，会失去整个计算机硬件体系的基础。因此，构建基于完整知识框架的课程体系是非常必要的。

3　加大核心课程的教学权重

表1所示的主领域中，计算科学（CN）、离散结构（DS）以及算法与复杂性（AL）是与计算思维密切相关的课程簇，而结构与组成（AR）、操作系统（OS）、网络与通信（NC）、并行与分布式计算（PD）、以及系统基本原理（SF）则是与系统思维密切相关的课程簇。因此，在保证知识框架完整性的前提下，这些课程必须在教学资源（实验设备、学时等）分配中以及教学管理上给予较大的权重。

国内部分二类高校高度重视应用类课程如《Qt程序设计》、《Java高级技术》以及《.NET高级技术》等，从培养学生工程应用能力的角度来说，这是无可非议的，但问题的关键是这些高校在对核心课程与非核心课程进行教学资源分配以及教学管理时等同对待，甚至弱化核心课程，把本科教育变成了实质性的职业教育，这显然是违背计算机本科教学的培养目标的。我们对三峡大学计算机专业近两年毕业生进行了网络调查，大部分学生反映他们在对基于框架的编程较为熟练，但凡涉及到计算机系统底层编程以及解决系统级问题时，均感觉力不从心。这种现象实际是学校对应用类课程重视而对培养系统思维的核心课程忽视所导致的。因此，核心课程的教学权重必须加大。我们提出如下的三种具体途径：

（1）加大核心课程的学时分配比例。加大核心课程的学时比例，会让学生有很多的时间去掌握核心知识体系。但是，这会导致非核心课程如工程应用类课程学时的减少，这个矛盾可以通过去除一些重复性课程的方法来解决。例如，《Qt程序设计》、《Java高级技术》《.NET高级技术》这三门课程的本质都是讲授基于已有的框架进行可视化编程，因此，这三门课程只需要选择其中一门来开设，如《Java高级技术》，学生学习了《Java高级技术》，通过举一反三，自然能很快自学《Qt程序设计》和《.NET高级技术》这两门课程的内容。

（2）加大面向核心课程实验室的建设力度。很多二类本科高校在建立计算机实验室时，停留在大量购置台式通用计算机层面上，这固然能够满足容纳很多学生进行应用开发训练的要求，但是，很多课程是需要专门的硬件和软件的。例如：《计算机组成与结构》需要专门的与计算机硬件发展前沿紧密结合的硬件实验箱，需要专门的软件如SPEC CPU2006[13］来进行性能测试实验，《并行与分布式计算》课程需要SAN、NAS等存储系统进行网络存储实验。因此，如果实验室建设仅仅停留在满足学生上机需要的层次，必然会导致学生对专业核心课程理解的弱化。由此可见，计算机实验室的建设应该加大核心课程所需要的专业实验室建设的力度。

（3）加大核心课程的教学管理。教学管理包括教学文件、教学目标、教学过程以及教学成果的管理。要实现人才培养方案所预期的目标，必须加强核心课程的教学管理，其中教学过程是教学管理中的一个关键环节。衡量核心过程教学过程的质量，应该考虑以下因素：①教学内容是否达到并满足教学大纲要求；②教师是否对该课程在学科知识框架中的地位以及前修、后续课程的关系进行了充分说明；③教师是否提供了足够的参考文献以及其他学习资源（如网址、软件工具等）；④教师是否才用了完善而合理的考核体系；⑤教师是否从学科前沿引导学生；⑥教师是否注重学生科学素养的培养等。很多高校教育督导团检查教学过程停留在常规层次，如教师的上课仪态、作业批改的工整性、是否按时上下课等，而忽略了教学是否达到课程内在要求的检查。例如，很多教师在讲述《计算机组成与结构》课程时，90％的时间在讲授基于计算机组成部分，仅仅花了10％的时间讲授计算机系统结构问题，以至于学生在学完本门课程之后，对集群、SMP（Symmetric Multiple Processing，对称多处理）等一些现代计算机系统的基本概念都不清楚，这显然是不符合要求的。因此，加大对核心课程教学的实质性管理是亟需的。

4　高度重视算法训练

众所周知，算法是计算机软件的核心。部分二类本科院校追求存粹的技能培养，往往开设为数众多的计算机语言类课程以及开发平台类课程，而不重视对学生的算法训练，这实际上是一种舍本求末的做法，这样培养出来的学生仅仅熟练于语言的语法结构以及基于平台的积木式编程，而缺乏真正的高水平编程能力。目前，很多高校已经认识到算法训练对于计算机专业学生的重要性。一些高校如华中科技大学等开设了专门的ACM算法班，北京大学以及杭州电子科技大学均建立了专门的算法训练网站[14-15］，为学生提供了开放式在线算法训练平台。我们认为，计算机专业学生的算法培养，可以从以下几个方面进行：①充分重视《数据结构》、《算法分析与设计》等课程的教学；②组织和学生参加以算法为主的国际、国内编程大赛，如ACM比赛；③将学生在开放式算法平台上进行算法训练所取得的成绩计入学分，以提高学生对算法训练的重视程度；此外，由于数学是算法的基础，必须强调学生对于数学的学习。

5　结语

二类本科院校对计算机专业学生的培养往往轻理论、重应用，这样就会导致学生计算机科学素养的不足，甚至使本科教育陷入职业教育的误区。本文详细描述了计算机科学与技术学科的内涵，并指出计算思维和系统思维是计算机专业学生的两个重要培养目标，在此基础上，分析了目前一些二类本科院校计算机教育存在的问题并提出了构建基于完整知识框架的课程体系、加大核心课程的教学权重以及高度重视算法训练等三个保证计算机专业学生培养质量的重要途径，希望能为国内二类本科院校的计算机专业培养提供一些思路和视野。目前还有很多二类本科高校对计算机专业的培养被就业率所束缚，片面追求与企业的快速对接，把一些本应在毕业后工作中学习的知识，提前到本科四年中来学习，这会带来许多弊端，关于这个问题的研究，是我们未来的工作。

参考文献：

[1］龙清云，胡巧多.应用型本科院校计算机专业创新人才培养研究[J］，实验技术与管理，2010，27（11）：165-168.

[2］李浪.地方本科院校计算机专业应用型人才培养对策研究[J］，衡阳师范学院学报，2014，35（6）：61-65.

[3］许艳，陈华.地方本科院校计算机专业应用技术型人才培养的探索与实践[J］，云梦学刊，2015，36（6）：142-144.

[4］尤玲玲.大类招生、分流培养——对本科院校计算机专业学生采取的思考[J］，保山学院学报.2013（5）：61-63.

[5］张效祥.计算机科学技术百科全书（第二版）[M］，清华大学出版社，2005：19-19.

[6］Wing J M.Computational Thinking．Communications of the ACM，2006，49（3）.

[7］董荣胜，古天龙.计算思维与计算机方法论[J］，计算机科学.2009，36（1）：1-4.

[8］袁春风，王帅.系统能力培养初探，中国计算机学会通讯.2013，9（9）：48-55.

[9］http://inst.eecs.berkeley.edu/～cs61c/sp16/.

[10］http://www.stanford.edu/class/.

[11］http://www.acm.org/education/CS2013-final-report.pdf.

[12］Denning P J，et al．Computing as a discipline．Communications of the ACM，1989，32（1）.

[13］http://www.spec.org/cpu2006/.

[14］http://poj.org/.

[15］http://acm.hdu.edu.cn/.

All the time，much attention has been paid to the educating quality of undergraduate students in university.Essentially，the major of computer science and technology possesses characters of both science and engineering.However，in order to foster the engineering application ability of computer students，some secondary undergraduate colleges often abandon teaching of some theoretical courses，and therefore resulting in the insufficiency of scientific literacy of students，even make the undergraduate education fall into the wrong region of vocational education.So，it is significant for improving student cultivating quality to exploring how computer education in secondary undergraduate colleges can effectively train the ability of engineering application and scientific literacy.Combining computer teaching practice of China Three Gorges University and Wuhan University of Science and Technology，we deeply analyze the existing problems in computer teaching in secondary undergraduate colleges，and present some effective approaches to guarantee training quality.

Keywords：

Secondary Undergraduate College；Engineering Application；Scientific Literacy；Cultivating Quality

Quality Guarantee of Talent Cultivation for Computer Major in Secondary Undergraduate Colleges

ZHONG A-lin1，XIA Dao-ping2，DENG Li3
（1.College of Computer Science and Information Technology，China Three Gorges University，Yichang 443000；2.College of Science and Technology of China Three Gorges University，Yichang 443000；3.College of Computer Science and Technology，Wuhan Science and Technology University，Wuhan 430081）

Abstract：

高等本科院校学生的培养质量一直是所有高校非常关注的一个问题。本质上计算机科学与技术专业兼具科学性与工程性的特点，但是，二类本科院校为了追求计算机专业学生的工程应用能力的培养，往往会舍弃部分理论课程的教学，这样就会导致学生计算机科学素养的不足，甚至使本科教育陷入职业教育的误区。研究二类本科院校的计算机教学如何使得学生既具备工程能力又具备科学素养，对于提高学生的培养质量有着重要的意义。结合三峡大学与武汉科技大学计算机科学与技术专业的教学实践，深入分析二类本科院校计算机专业学生培养应注意的问题，并针对这些问题，提出一些保证学生培养质量的有效途径。

文章编号：1007-1423（2016）15-0006-05

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.15.002

作者简介：

钟阿林（1969-），男，三工学博士，讲师，研究方向为分布式计算、系统虚拟化技术、多核体系结构

夏道平（1982-），男，湖北荆州人，硕士，讲师，研究方向为模式识别与人工智能、智能信息处理

邓莉（1972-），女，湖北钟祥人，博士，研究方向为云计算、分布式计算

收稿日期：2016-03-10修稿日期：2016-05-15