计算机专业卓越拔尖人才培养研究

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　　摘 要：为寻求本科创新人才培养教育教学改革新思路、新模式，推动和实现计算机教育内涵式发展，基于武汉大学计算机专业卓越拔尖人才培养设计改革思路，提出培养计算机研究型人才与工程应用型人才的教育教学创新举措和具体方法，并分享了近5年来的教学改革实践创新成果。从所取得的教学成果和学生培养质量看，卓越拔尖人才培养方法创新教学实践极大提升了人才培养质量。
　　关键词：拔尖创新人才;实验班教学;研究型人才培养;工程应用型人才培养
　　DOI：10. 11907/rjdk. 192812 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2020）002-0157-03
　　英标：Research on the Training of Top Talents and Excellent Engineer of Computer Science
　　英作：YU Li， WANG Heng， LIU Shu-bo
　　英单：（School of Computer Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China）
　　Abstract：In order to seek a new way of thinking and a new mode of teaching reform in the cultivation and education of undergraduate innovative talents， promote and realize the connotative development of computer education， this paper introduces the design and reform ideas of training excellent and top-notch computer talents in Wuhan University， and puts forward the innovative measures and specific methods of education and teaching for training computer research talents and engineering application talents. It also shares the innovation achievements of teaching reform in the past five years. From the two aspects of the teaching achievements and the quality of students’ training， the teaching practice of innovation in excellent and top-notch personnel training methods has greatly improved the quality of personnel training.
　　Key Words： innovative talents; experimental class teaching; research talents training; engineering application talents training
　　0 引言
　　2019年2月，國务院印发《加快推进教育现代化实施方案（2018-2022年）》，文件明确指出要推进高等教育内涵发展，建设一流本科专业，深入实施“六卓越一拔尖”计划2.0，实施一流专业建设“双万计划”，实施创新创业教育改革燎原计划、高等学校毕业生就业创业促进计划[1]，目的就是要推动专业教育从规模扩张走向内涵发展。计算机类专业是现代高校发展最为活跃的本科专业之一，在新科技革命时代，以云计算、大数据、人工智能为代表的IT技术发展对计算机专业人才培养提出了新的要求和挑战[2]。清华大学姚期智[3]通过计算机科学实验班探索拔尖创新人才培养实践，旨在培养领跑国际计算机科学发展的拔尖创新人才;浙江大学吕正则等[4]提出要通过构建面向真实工程世界的体验式教学模式培养创新型工程应用人才;武汉大学周叶中[5]提出教学改革的总体思路是在夯实基础的前提下，打通本科生选修研究生课程的通路，以培养更高素质的创新型计算机工科学生。在面临大机遇和大挑战的时代，推动计算机教育内涵发展，将赋予“如何做好计算机类本科专业创新型人才培养工作”这个老话题新的含义。武汉大学于2010年起开始计算机本科专业卓越拔尖创新人才培养，强调应用型和研究型计算机专业创新人才分类培养。
　　武汉大学计算机学院一直坚持“人才培养为本，本科教育是根”的办学观，“以成人教育统领成才教育”的育人观、“厚基础、跨学科、鼓励创新和冒尖”的教学观、“激发教师教与学生学双重积极性”的动力观[6]，通过多维度提升教学质量达到提高专业建设水平的目标。本科教育以卓越拔尖学生实验班为试验区，通过实验班教学尝试，寻求计算机人才培养教学质量提升新思路、新模式和新方法。
　　1 计算机专业卓越拔尖人才培养设计思路
　　1.1 计算机拔尖人才培养
　　计算机拔尖人才培养依托国家基础学科拔尖人才培养试验计划开展。成立弘毅学堂计算机班，旨在构建高水平人才培养平台，借鉴国内外一流高校人才培养理念、培养模式和培养方法，培养具有国际一流水平的基础学科领域研究型领军人才[7]。
　　基于高水平研究型人才培养思路，弘毅学堂计算机班面向国家人才培养战略，依据计算机学科特点，定位人才培养目标为：培养掌握扎实计算机学科专业基础知识、具备良好实践技能、了解国际学科发展动态和研究前沿、受过系统科学研究训练、具有国际竞争力的计算机学科拔尖学生，强调培养的学生为基础研究型拔尖人才。弘毅学堂计算机班教学工作从高端研究型计算机专业人才培养目标出发，探索以能力培养为核心的立体化拔尖人才综合培养体系。不断优化课程体系，按照“国际化、少而精、开放式”的思路，腾出更多时间给学生自学，总学分从150学分减少到130学分左右。内容包括通识教育课程、大类基础课程、专业核心课程和专业选修课程四大类，以真正贯彻“宽口径、厚基础”的方针。 　　1.2 计算机卓越工程师人才培养
　　计算机专业卓越工程师培养计划开始于2012年，是在响应国家系列卓越计划1.0政策背景下开始的工程应用型人才培养教学试验。学院从计算机科学与技术专业中选拔了40名具有一定知识基础和研究志趣的工程技术开发方向的本科生成立计算机卓越工程师班，构建具有学院学科特色的“卓越工程师教育培养计划”课程体系。
　　计算机卓越工程师班人才培养目标为：以“云计算和大数据、物联网、嵌入式和多媒体技术”4个培养方向为核心，培养具有良好素质、掌握自然科学基础知识和计算机科学理论、计算机软/硬件系统及应用知识、受过科学研究与实际应用初步训练，并具备本领域分析并解决问题的能力，具备良好外语能力的应用型卓越工程技术人才[8]。改革和创新工程教育人才培养模式，创立高校与行业企业联合培养人才新机制，强调培养的人才能主动服务行业企业需求，着力提高学生服务国家和人民的社会责任感、勇于探索的创新精神和善于解决问题的工程实践能力。
　　2 计算机卓越拔尖人才培养创新举措
　　2.1 计算机拔尖人才培养课程教学创新举措
　　研究国际一流计算机专业课程体系，科学制定弘毅學堂计算机班人才培养方案和课程体系。改革现有系列硬件课程授课方案，重构以计算机系统为核心的课程模块，并在计算机科学、信息安全、软件工程等学科领域制定以研究方向为主线的课程体系，形成重学术能力培养的弘毅学堂计算机班人才培养方案。
　　在授课形式上，研究并确立了小班化教学，鼓励以问题为导向的启发式课堂教学模式。课程教学除了采用名校原版教材，坚持每年级聘请外籍教授到学院为弘毅计算机班授课，如引进美国ABET工程认证专家、南加州大学外籍授课教师，引入国际先进教学理念，让学生真实感受到原汁原味的美国大学课堂教学理念和学术研究氛围，既为学生提供国际化培养环境，也为学院青年教师成长提供条件。弘毅学堂计算机班每年招收20～30名学生，全部为小班教学，选用国外经典原版教材，双语或全英文授课，在各门核心课程中倡导以中心问题引领的讨论式学习，增强学生实践设计能力。
　　在学生专业能力培养上，将学生科研素质作为拔尖计划人才培养核心，在计算机大类学生培养基础上，按照拔尖人才培养工作要求，创建了立体化的拔尖人才综合培养体系。坚持以科技竞赛为牵引，以基地为平台，搭建了从学生自主科研、导师科研团队到国家级基地科研项目的多层次科研实践环境，组织学生参加学科竞赛、纵向科研、横向工程化项目，使学生在科研兴趣发现、科学研究方法掌握、工程化动手能力等方面得到全面锻炼。同时采取走出去的方式，带领“弘毅学堂”计算机班的学生去美国计算机专业排名前列的著名大学（斯坦福大学、加州大学伯克利分校、南加州大学、加州大学洛杉矶分校、加州理工学院）游学，参观世界著名的 IT 企业（谷歌、脸书、苹果、思科），通过亲身体验一流的教学与学术氛围，了解技术前沿发展，学生们认识到自身不足的同时，也得到了未来研修方向的指引，开拓了专业视野。
　　2.2 计算机卓越工程师培养教学设计创新举措
　　计算机卓越工程师人才培养围绕如何提高计算机专业学生解决复杂工程问题的能力而开展，在人才培养体系改革方面，开展了如下两方面的改革创新：
　　（1）重构计算机专业教学多元目标价值体系，使学生具备扎实计算机理论基础和工程实践能力、较强创新意识和创新能力。高层次科技人才培养是一个不断探索与创新的实践过程，立足于服务新形势下国家建设需要，高校人才培养体系（课程设置、教学过程、科研管理等）和管理运行机制（政策条件、组织保障等）都需要不断创新与完善，试图利用各种校校联合、校企联合、协同创新，以支撑高层次科技创新人才培养。
　　（2）创新教学、实验、实习一体化教学模式，使学生具有良好沟通、交流能力，以及解决物联网、嵌入式和多媒体技术中复杂工程问题的能力。高层次创新科技人才不同于一般工程科技人才，其人才特征应满足国家对未来科技发展的战略部署与要求。其培养模式也应正确处理好理论教学与工程实践、科技创新与专业素养的关系。基于此，建设了系列实践课程、企业课程，并针对每个学生发展特点和需求设计个性化培养方式。在课程内容修订上，增加了当前技术发展、行业动向等内容，强调课程案例与课程内容深度结合，并与企业加强沟通合作，推动企业深度参与卓越工程师学生培养。
　　3 实践及成效
　　经过近8年的卓越拔尖人才培养实践，总结了一套培养高端理论研究型和高级工程应用型计算机人才的教育方案，以开展卓越工程师班和弘毅计算机班两类实验班教学为试验区，开展了更加有深度、更加创新的教学模式探索。拔尖人才培养成果获得了湖北省教学成果一等奖，卓越工程师教改项目以优秀等级顺利结题。通过整合课程体系及内容、革新授课方式方法、构建教学实践体系，从整体上提升了计算机专业人才培养水平，并为计算机大类专业人才培养改革提供了借鉴与参考。
　　3.1 基础学科拔尖人才培养实践效果
　　近几年，弘毅学堂计算机班学生在专业上表现优秀，ACM 大赛每届都有数十人获奖，学生参与的各项科研项目每年都有上百项，学生撰写的论文也被CCF推荐的A类会议录取。弘毅学堂计算机班学生的专业能力普遍高于普通班，在学科竞赛、业余科研、学术交流上表现活跃，在计算机领域有一定影响力，三届毕业生受到国内外高校和企业的关注。
　　目前已培养六届毕业生百余人，毕业去向统计如表1所示。与计算机专业“非拔尖计划”学生培养情况相比，参与拔尖计划的毕业生全部正常毕业，取得学士学位，而普通专业平均有5%～8%不能正常毕业。毕业生读研深造比例（大于90%）高于非拔尖计划学生近25个百分点，拔尖计划学生到海外读研比例近60%，高于普通班学生近20个百分点，国内读研比例基本持平，即弘毅学生出国深造的更多。与普通班相比，参与拔尖计划的弘毅学生读研所在学校在国际和国内影响更大，培养的学生质量明显优于计算机大类学生。 　　3.2 计算机卓越工程师人才培养实践效果
　　卓越工程师班人才培养工作已在2014级和2015级本科生中初显成效。2014级卓工班成绩优良率达95%，平均成绩90分以上达13人，连续两年被评为“校先进班集体”。多名学生在全国大学生信息安全大赛、美国数学建模大赛、ACM-ICPC国际大学生程序设计竞赛、美国大学生数学建模大赛中获奖。培养的80余名毕业生中，100%顺利毕业，70%继续深造，30%高薪就业。毕业生培养质量调查结果显示，40多家主流IT企业满意度100%，学生专业实践能力强，具有很强竞争力。依托卓越工程师人才培养工作，加强了校企深度合作，建设了1个国家级工程实践教育中心，多家企业支撑学生专业实习实践。每年引入的企业讲授课程达五百余课时，极大开拓了师生视野。
　　3.3 卓越拔尖人才培养辐射作用
　　卓越拔尖人才培养作为计算机专业人才培养改革试验区，通过教学改革小规模试行方式寻求有效的专业化教育方法，改进现有课程体系，通过整合新的资源和教学元素提升专业教学整体水平。通过近8年尝试，总结了一套提升教学效果的方法并正在向计算机类学生培养中影响和渗透。形成了一批理论教学及实践教学成果，如黄浩 [9]提出了数据挖掘课程教学新方法，黄建忠[10]设计了面向计算机专业的“四类型六环节”实验教学体系，对国内其它高校起到了很好的借鉴作用。
　　2019年，利用卓越班所建立的良好校企关系对普通专业学生开放三学期实习实训课程，选课人数达到 1 122人，占总人数的52%，为提升学生动手实践能力起到了良性促进作用。学院也于本学期开始推广弘毅学堂计算机班先行开展的硬件类课程改革成果，通过修订计算机类专业培养方案，采用新的硬件课程体系，购置硬件课程实验平台，以提高整体学生计算机系统能力。在此过程中，教师不断改进教学内容，参加教学培训，大大提升了教学能力，也建设了一支高水准的教学团队。卓越拔尖人才培养试验区的工作，为计算机类学生整体培养水平提升起到了较好的促进和辐射作用。
　　4 结语
　　推动计算机本科专业人才培养内涵式发展，需要探索新形势下本科生教育教学改革的新思路、新路径。要对学生培养目标进行准确定位，根据培养目标不同采用不同的教育教学方式，分别建立所需的专业知识结构和能力体系。通过建设卓越拔尖人才培养实验班，开展多年的人才培养试验区改革探索，找到了一套行之有效的方法以提升学生专业理论水平和实际应用能力，并在实践中收获了可以推广至计算机大类专业的教学经验和成果。相信未来在进一步推广培养思路和方法的道路上，将培养出更多高素质的计算机专业创新型人才。
　　参考文献：
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　　[4] 吕正则，张炜，李拓宇，等. 打造“系统工程师”的我国高等工程教育体系变革策略[J]. 高等工程教育研究，2016（5）：27-32.
　　[5] 周叶中. 人才培养为本 本科教育是根————关于研究型大学本科教育改革的思考[J]. 中国大学教学，2015（7）：4-8
　　[6] 郭小明. 培养国际化、个性化、创新型的计算机人才——访北京大学信息科学技术学院张铭教授[J]. 计算机教育，2007（4）：4-7.
　　[7] 余琍. 计算機学科拔尖创新人才小班制培养[J]. 计算机教育，2014（15）：31-33.
　　[8] 武小平. 面向卓越工程师系统能力培养的嵌入式方向教学探讨[J]. 计算机教育，2017（9）：31-33.
　　[9] 黄建忠，杜博，张沪寅，等. 竞赛驱动的计算机实践教学体系设计[J]. 实验室研究与探索，2018（4）：162-165.
　　[10] 黄浩，余琍，刘树波，等. 以实践和创新能力培养为导向的数据挖掘课程教学方法研究[J]. 教育教学论坛，2019（49）：130-132.
　　（责任编辑：孙 娟）
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