新工科背景下计算机系统能力的培养

摘要：在信息技术发展和应用新形势下，計算机类专业人才需要具备更深入、更专业的系统级设计、实现和应用能力。在新工科背景下，计算机类专业教育中的系统能力培养更是首当其冲。各高校不断加强新工科计算机类专业系统能力培养，推动高新技术与计算机类专业知识、能力、素质的深度融合，探索计算机类专业改造升级的实施路径，以此来提高学生适应新经济发展的整体素质和综合能力。

关键词：新工科；课程群；计算机系统能力；实践体系；实践平台

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）09-0159-03

Abstract：In the new situation of information technology development and application， computer professionals need to have deeper and more professional system level design， realization and application ability. Under the new engineering background， the system ability cultivation in the computer specialty education is the first to bear the brunt. Colleges and universities constantly strengthen the system ability training of computer major in new engineering subject， promote the deep integration of high and new technology and computer specialty knowledge， ability and quality， and explore the implementation path of computer specialty transformation and upgrading that improve the students overall quality and comprehensive ability adapting to the development of the new economy.

Key words： New engineering department； Curriculum group； Computer system capability； Practice system； Practice platform

1 引言

自2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后有了复旦共识、天大行动和北京指南，旨在培养与国际接轨的复合型新工科人才。我国经济已经进入高质量发展阶段，新技术、新产业和新模式对计算机类专业人才的培养提出了新要求，大力推进“新工科”计算机类专业人才培养的改革也势在必行。我国计算机产业的发展，需要计算机类专业人才掌握解决复杂工程问题和进行软硬件协同设计的能力，掌握计算机系统能力的计算机类专业人才，才能适应新工科背景下市场对人才需求的不断变化。计算机系统能力的培养主要从理论知识体系、实验实训体系、实验教学平台等方面来体现和提高学生对计算机系统分析、设计、创新等能力。

2 新工科背景下计算机系统能力培养现状

2.1 新工科内涵

新工科，包含五新，即新理念、新结构、新模式、新质量和新体系，主要针对新兴产业的专业，以互联网和工业智能为核心，如人工智能、大数据、区块链、云计算、虚拟现实等相关工科专业，也包括对智能制造、机器人、云计算等传统工科专业的升级改造，培养创新实践能力强，具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。为了适应未来新经济和智能时代的工作需求，新工科建设将改造升级传统计算机类专业，要求从事计算机开发和应用工作的计算机类专业人员必须深入了解和掌握计算机系统内部的工作机制和原理，具备较强的工程实践能力和创新能力。

2.2 计算机系统能力培养目标

计算机类专业学生的系统能力核心是在掌握计算机系统原理基础上，深入地掌握计算机系统内部各软/硬件部分的关联关系和逻辑层次，了解计算机系统呈现的外部特征及与人和现实世界的交互模式，开发构建以计算机技术为核心的高效应用系统。

系统能力包括系统知识和工程实践能力。系统知识是掌握计算机核心系统的工作原理、构造方法和软硬件相互协同关系；工程实践能力是用工程方法开发计算机应用系统。

应从理论知识和实践应用上全面提升计算机类专业学生的系统能力培养，以适应未来计算机科学技术和新经济的持续快速发展，满足未来智能时代社会对计算机类人才的迫切需求。

2.3目前高校计算机系统能力培养存在的问题

1）各门课程独立规划、独立设计和独立教学，知识体系规划缺乏系统性，造成知识体系中的知识点冗余，各门课程间衔接关系脱节，不利于综合素质和能力的培养。

2）课堂教学与实际应用脱节，课程偏理论，知识抽象，采用传统的递进式教学，忽略先修课程关系。重知识，轻能力，尤其是全面的系统能力。学生难以建立完整的计算机系统观念，缺乏对计算机核心理论的深入理解，无法掌握计算机核心技术。

3）学生缺乏系统级工程训练，各课程多采取“横向”分析式教学方法，忽略“纵向”视角。实践过程缺乏足够的训练规模和难度，解决问题的专业能力也有所欠缺，导致计算机技术综合运用能力和素质不足，难以确保计算机专业能力的有效形成。

4）硬件设备维护成本高、在线实验课程匮乏以及虚拟实验平台欠缺等原因，导致学生课下实验不充分；其次系统类师资不足，一线教师不具备系统开发的实际经验。

5）对学生能力进行考评的系统欠缺，各课程仍采用统一的教学目标和考核标准，无法因材施教，进行个性化培养。

3 新工科背景下计算机系统能力的培养

3.1基于OBE构建层次递进、深度融合的课程体系

系统能力的培养具有突出的工程教育特征，是解决复杂工程问题的直接体现。采用OBE教育模式构建课程体系突出强调计算机类专业学生的计算机系统能力培养、系统设计、应用和创新能力的强化与提升。该课程群建设坚持立足实际、循序渐进、多步优化的原则，同时兼具系统性、逻辑性、完整性和科学性。以提升计算机系统能力为人才培养目标，实现逻辑思维层的概念贯通、专业素养层的程序贯通、核心能力层的系统贯通以及学科拓展层的应用贯通。

3.1.1 建立课程群、多课程协同改革

在理论知识教学上，建立新的系统级综合课程，强化系统知识、重新规划建设计算机系统核心课程群，由《数字逻辑》《计算机组成原理》《计算机体系机构》《操作系统》《编译原理》等多门课程联动协同教学，并確定每门课程的培养目标和能力评价方法。让课程群之间的内容联系更紧密、衔接更顺畅、系统性更强。构建层次递进的创新人才培养课程体系，能满足快速发展的前沿科技对人才知识结构的需求。

3.2 面向复杂系统能力的实验体系

计算机系统能力培养的核心是掌握计算机软硬件协同工作机制和基本运行原理，最终设计和实现计算机系统。面向系统能力培养的实验体系则应该是多层次、自适应和可持续改进的。

3.2.1 采用工程案例驱动课程群

设计多目标、递进式、迭代化的综合性实验，满足不同学生个性化培养的目标，逐步递进、迭代培养学生的兴趣，逐渐增加实验难度以减轻学生压力、缓解畏惧困难的情绪，最终从使用计算机系统到构建计算机系统。以能力培养为导向的实验内容，要求做到创新性、规模性、集成性、演变性以及综合性。

以课程群为单位设计综合性实验，力求保证创意新、高质量的实践实训，由企业工程师将工程项目案例融入课程群中，一个工程案例贯穿整个核心课程群，再将问题的复杂性、开放系统的规模性、技术工具的多样性以及运用知识的系统性进行综合，以实现基于课程群的综合实训，保证实训的长期性、系统性、递进性和延续性。

长期性：主要跨越2～3个学期，保证足够时间的投入。

系统性：综合运用课程群中多门课程的知识点。

递进性：确保多样化能力的循序渐进培养。

延续性：在其他课程群的实验中可持续开展。

3.2.2创建软硬贯穿、虚实结合的实验平台

构建学科专业基础能力培养实验、系统能力培养实验和科研能力培养三类软硬融合、虚实结合的实验平台。为提升学生能力与素质，实验平台应涵盖软硬协同的认知实验、基础实验、综合设计和创新研究，实现从“使用计算机”到“构建计算机”。通过建立“四位一体”的实验教学中心和“面向实验的在线交互、在线实验进程控制、在线实验过程分析评价、实验云资源”等虚实融合的软硬件综合实验平台，帮助学生学习和提升系统能力等级，服务教师多层次分析学生能力情况，以便更好地改进教学设计。

3.3 “产教融合”理念下协同育人、提升计算机系统能力

“产教融合”是切实可行的培养机制，不论是人才培养、专业建设、课程建设、实习实践、师资培养等，都需要高校和产业的协同合作。建立产业与高校之间的信息融通、资源共享的协同育人创新体系。既可以解决高校师资不足的窘况，又可以使用产业提供的在线实验教学平台来培养和提高学生计算机系统能力。

“产教融合”可提供校企合作平台和联合研究，企业通过发布项目、提供需求、提供实践环境和内容等方式推动高校的计算机系统能力培养工作。同时还可提高高校为经济社会服务发展的能力，为行业企业技术进步服务的能力以及为学习者创造价值的能力。

3.4分类分级的差异化教学方式

基于学生能力差异化的现实情况，为综合实训题目设置不同难度，主要以课后自学和实践为主，课堂上教师主要负责引导和答疑。同时为学生设置最低目标，成绩则采用“书面报告”+“口头汇报”形式，以量化方式考核学生能力水平。

4 结束语

信息化、网络化和智能化给新工科建设增加了新的技术内涵，面对新技术、新经济、新业态，深化工程教育改革，大胆创新，整合资源，建立新工科教育体系，培养高质量的新工科人才。只有改造传统工科专业，发展新兴工科专业，强化和提升计算机系统能力，主动布局未来战略领域计算机类专业人才培养，才能提高国家硬实力和国际竞争力，这也成为全国高校与世界一流大学竞争和交流的重要途径。

参考文献：

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[2] 言十.新工科建设与系统能力培养[J].计算机教育，2018（7）

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[4] 廖媛媛.基于独立学院的Web应用开发课程群的探究[J].电脑知识与技术，2018（5）.

【通联编辑：王力】