計算機與信息大類招生模式下多學科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)改革與實踐

1、 計算機與信息大類招生模式下多學科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)改革與實踐 尹 輝，阮秋琦，于雙元，樊崇藝（北京交通大學 計算機與信息技術學院，北京 100044）Summary：大類招生模式給計算機與信息類高校人才培養(yǎng)帶來新的挑戰(zhàn)，同時多學科交叉融合的發(fā)展趨勢也給創(chuàng)新型人才培養(yǎng)創(chuàng)造新的機遇。針對現(xiàn)有培養(yǎng)框架與課程體系在多學科背景與大類招生模式下存在的問題，研究計算機與信息技術學院4個專業(yè)5個方向的培養(yǎng)目標和專業(yè)定位，提出以多學科交叉為基礎的結構化培養(yǎng)框架及綜合與特色并重的課程體系，對多學科背景與大類招生模式下計算機與信息類創(chuàng)新人才培養(yǎng)實踐進行分析和探討。Keys：大類招生；學科交叉；教學改革；計算機與信息

2、類：1672-5913（2014）13-0010-05基金項目：北京交通大學校級重點教改項目“計算機與信息類專業(yè)體系建設與人才培養(yǎng)探索與實踐”（2011-41）。第一作者簡介：尹輝，女，副教授，研究方向為計算機視覺、智能計算等，。0 引 言隨著現(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展，學科之間的相互滲透和融合越來越深入，知識交叉對于創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性日漸突出，大類招生模式為創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革創(chuàng)造了條件。近年來，國內外眾多綜合性知名大學結合本校特點，在此方面進行了積極的探索和大膽改革1，如美國一些著名大學在管理上采取按學科門類設置學院的方法，將相關專業(yè)設置在同一學院，便于在科學管理的基礎上加強專業(yè)間

3、的合作與交流，有利于學生跨專業(yè)選修課程，為在相近學科內培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才奠定基礎2。國內如北京大學信息科學技術學院提出“加強基礎、淡化專業(yè)、因材施教、分流培養(yǎng)”的理念；浙江大學著力進行多元復合型跨學科人才培養(yǎng)，開設跨學科平臺的各類試驗班；清華大學本科階段的人才培養(yǎng)也從單一學科背景下的專業(yè)教育向多學科交叉背景下、通識教育基礎上的寬口徑人才培養(yǎng)模式轉變，按大類培養(yǎng)人才。由此可見，在高校人才培養(yǎng)模式研究中，日益強調綜合與特色兩者的有機結合。專業(yè)大類招生模式正是在這種相關學科的交叉融合發(fā)展趨勢下發(fā)展起來的一種新模式3。該模式按專業(yè)大類進行招生，學生經過一定階段的基礎學習后，根據(jù)本人意愿、專業(yè)興趣、就業(yè)

4、方向等因素，在教師的引導下進行中期專業(yè)分流4。因此，專業(yè)大類招生本質上是人才培養(yǎng)模式的變革，為高校人才培養(yǎng)帶來新的挑戰(zhàn)。筆者重點研究計算機與信息大類招生模式下的培養(yǎng)框架及課程體系建設等關鍵問題，以北京交通大學計算機與信息技術學院本科培養(yǎng)為研究對象，探討如何充分發(fā)揮多學科優(yōu)勢，構建更為符合專業(yè)大類特點的培養(yǎng)框架以及建設綜合與特色并重的課程體系，從而加強創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為復合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)奠定基礎。1 結構化的培養(yǎng)框架構建在分專業(yè)招生模式下，培養(yǎng)框架根據(jù)各個專業(yè)的不同定位與特色分別構建。對于大類招生模式，培養(yǎng)框架的構建必須綜合考慮各個專業(yè)的專業(yè)定位及培養(yǎng)目標5。以北京交通大學計算機與信

5、息技術學院本科培養(yǎng)為例，目前設有計算機科學與技術、生物醫(yī)學工程、信息安全以及物聯(lián)網4個專業(yè)，擁有計算機科學與技術一級學科、信息與信號處理國家重點學科、信息安全北京市重點交叉學科和軟件工程一級學科，學科和專業(yè)均有自己的特色，學科間聯(lián)系緊密，專業(yè)間既有共性，又有特殊性。為了更好地達到“寬口徑、厚基礎、有特色、重個性、強能力、求創(chuàng)新”的總體培養(yǎng)目標，北京交通大學計算機與信息技術學院本科培養(yǎng)計劃2012版中將其分解為素質培養(yǎng)、能力培養(yǎng)、知識培養(yǎng)三大部分，如圖1所示。（1）素質培養(yǎng)重點關注學生的人文素養(yǎng)、交流溝通能力、表達與寫作能力和團隊合作精神，培養(yǎng)學生積極進取、主動學習、嚴謹求實、勇于探索的精神，具

6、備創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，具有社會公德和職業(yè)道德，能夠做到愛崗敬業(yè)、團隊協(xié)作、遵紀守法、具有較強的社會責任感、德智體美全面發(fā)展。（2）能力培養(yǎng)重點培養(yǎng)學生熟練運用中文和外語進行交流的能力以及英文讀寫能力、良好的管理與組織能力、信息檢索能力、規(guī)范翻譯以及書寫專業(yè)資料和文書的能力、熟練操作各種計算機應用軟件的能力。通過學習，學生能夠充分了解行業(yè)和企業(yè)等社會需求，具備專業(yè)系統(tǒng)分析、設計與實現(xiàn)的能力，能夠基本具備綜合運用本專業(yè)及相關專業(yè)的原理和技術進行系統(tǒng)級和應用級的科學研究、系統(tǒng)開發(fā)、技術應用、系統(tǒng)集成等，具備創(chuàng)新實踐能力、工程應用能力以及本學科領域的理論和技術研究潛質，同時具備較強的自主學習能力、獲取

7、新知識和追蹤本學科發(fā)展動態(tài)的能力以及社會適應能力。（3）知識培養(yǎng)首先培養(yǎng)學生樹立正確的人生觀、價值觀和健全人格，具備良好的思想品德，掌握法律法規(guī)、體育等人文社科基礎知識，進一步掌握扎實的數(shù)理基礎知識，建立數(shù)學建模概念和工程數(shù)學基本思想，系統(tǒng)地掌握本專業(yè)的基礎知識、理論知識以及該學科領域的前沿技術和與相關學科交叉的新知識，跟蹤該學科的發(fā)展趨勢，了解本專業(yè)技術企業(yè)、行業(yè)的需求。由此，我們提出計算機與信息類大類培養(yǎng)框架，分為4個層次，如圖2所示。各層次的設計如下：（1）通識教育層 。按照人才培養(yǎng)的共性要求和培養(yǎng)高素質社會人的要求而設置，為推進全面素質教育奠定基礎。（2）學科教育層 。根據(jù)計算機與信息

8、大類的要求，培養(yǎng)學生具備數(shù)學、物理及其擴展類基礎知識，掌握扎實的學科基礎理論與實踐技能。（3）專業(yè)教育層 。根據(jù)各專業(yè)的具體要求，培養(yǎng)學生掌握專業(yè)理論知識和實踐技能、專業(yè)前沿技術和發(fā)展趨勢，不斷地認識專業(yè)，培養(yǎng)學生具備實踐動手能力和初步的科學研究能力，更加深入和自主地學習與掌握專業(yè)知識。（4）自主教育層 。關注學生的興趣愛好，促進學生的個性發(fā)展。通過分流培養(yǎng)為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才和工程應用型人才奠定基礎，為學生的進一步深造或就業(yè)、創(chuàng)業(yè)做準備。2 綜合與特色并重的課程體系建設在分專業(yè)招生模式下，各個專業(yè)的課程自成體系，而在大類招生模式下，建設合理的課程體系一方面可以拓展學生知識面，另一方面可以充分

9、發(fā)揮各專業(yè)教學資源的優(yōu)勢，實現(xiàn)教學資源的優(yōu)勢分配，提高教學質量。在結構化的培養(yǎng)框架下，我們提出建設圖3所示的綜合與特色并重的計算機與信息類大類課程體系，采用課程群系列課程模塊的模式，實現(xiàn)通識教育與專業(yè)培養(yǎng)相結合、規(guī)范學習與自主學習相結合，基礎理論與技術拓展相結合，應用技能訓練與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結合。2.1 通識教育課程群該課程群對應培養(yǎng)框架中的通識教育層，主要分為人文系列、數(shù)理系列、技能訓練系列3個課程模塊。（1）人文系列課程模塊依托人文學院、經管學院的教學資源，開設思想政治、軍事、體育、形勢與政策、藝術、經濟與管理等課程。（2）數(shù)理系列課程模塊依托理學院，開設微積分、幾何與代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)

10、計等課程。（3）技能訓練系列主要依托語言學院開設英語課程及英語綜合應用訓練，依托大學生計算機基地和計算機學院奠定全面的計算機基礎理論知識。該課程群的課程對于4個專業(yè)、5個方向的學生是統(tǒng)一、共享的。2.2 學科門類課程群該課程群對應培養(yǎng)框架中的學科教育層，這一層次綜合考慮各學科的共性以及各個專業(yè)方向的特點，主要分為學科基礎理論系列課程模塊和大類專業(yè)基礎理論系列課程模塊。（1）學科基礎理論系列課程模塊是大類各專業(yè)共享，主要依托計算機學院的教學實力，奠定計算機軟硬件綜合能力，包括硬件集成與設計能力、算法設計和程序設計能力等。課程有高級語言程序設計、數(shù)據(jù)結構、計算機組成原理、計算機網絡原理、數(shù)據(jù)庫原理

11、、微機原理與接口技術等。（2）大類專業(yè)基礎理論系列課程模塊一方面根據(jù)后續(xù)專業(yè)課程的要求，開設計算方法、離散數(shù)學、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、模式識別等專業(yè)基礎課程；另一方面充分考慮各專業(yè)方向的特色，開設計算機科學與技術專業(yè)導論、鐵路信息技術導論、信息安全專業(yè)導論、生物醫(yī)學工程導論、物聯(lián)網專業(yè)導論等課程。計算機科學與技術專業(yè)開設算法分析與設計，信息安全專業(yè)開設初等數(shù)論，生物醫(yī)學工程專業(yè)開設人體解剖與生理學，物聯(lián)網專業(yè)開設嵌入式操作系統(tǒng)等。2.3 專業(yè)教育課程群該課程群對應培養(yǎng)框架中的專業(yè)教育層，分為專業(yè)主干系列課程模塊、專業(yè)特色系列課程模塊和專業(yè)拓展系列課程模塊。（1）專業(yè)主干課程系列模塊開設各

12、個專業(yè)的主干課程，使學生形成完整的專業(yè)理論架構并熟練掌握專業(yè)必需技能，如計算機科學與技術專業(yè)開設操作系統(tǒng)、計算機體系結構、編譯原理等（鐵路信息技術方向開設軟件工程與實踐等），信息安全專業(yè)開設密碼學、計算機與網絡安全等，生物醫(yī)學工程專業(yè)開設醫(yī)學信號處理、醫(yī)學電子等，物聯(lián)網專業(yè)開設物聯(lián)網架構與技術、無線網絡與通信技術等。（2）專業(yè)特色系列課程模塊各個專業(yè)及方向均不相同，計算機科學與技術專業(yè)分為計算機科學方向課程組（包括智能計算基礎等課程）和計算機工程方向課程組（包括嵌入式系統(tǒng)等課程），鐵路信息技術方向開設鐵路運營維護支撐信息技術等，信息安全專業(yè)開設信息論與編碼等，生物醫(yī)學工程專業(yè)開設醫(yī)學信息處理基

13、礎等，物聯(lián)網專業(yè)開設物聯(lián)網軟件中間件等。（3）專業(yè)拓展系列課程模塊涵蓋專業(yè)前沿技術類課程以及以實踐能力培養(yǎng)和科學研究訓練為載體的綜合訓練性課程和專題研究性課程，幫助學生不斷地認識專業(yè)，培養(yǎng)學生的實踐動手能力和初步的科學研究能力，使學生更加深入和自主地學習與掌握專業(yè)知識。計算機科學與技術專業(yè)開設虛擬化與云計算等課程，鐵路信息技術方向開設軌道交通設施設備等課程，信息安全專業(yè)開設惡意代碼防范等課程，生物醫(yī)學工程專業(yè)開設醫(yī)學圖像分析與應用等課程，物聯(lián)網專業(yè)開設M2M技術等課程。同時，各個專業(yè)和方向都在專業(yè)拓展模塊中開設該專業(yè)的新技術系列講座。這些講座的主題每年更新，以便學生能夠了解最新的技術前沿，跟蹤

14、該學科和專業(yè)的發(fā)展趨勢。2.4 自主教育課程群該課程群對應培養(yǎng)框架中的自主教育層，分為科研訓練系列課程模塊、創(chuàng)業(yè)訓練系列課程模塊和學科競賽系列課程模塊。各個專業(yè)的學生可以在任一專業(yè)、任一模塊中選擇課程、實驗項目和科研等活動，形成符合自身發(fā)展的個性化學習計劃和個性化培養(yǎng)方案。（1）科研訓練系列課程模塊包括大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、學術講座、學術研討課、開放性實驗項目、自主設計實驗項目等。（2）創(chuàng)業(yè)訓練系列課程模塊包括證書認定、自主就業(yè)實習、社會調查活動等。（3）學科競賽系列課程模塊包括外語類競賽、數(shù)理類學科競賽、全國大學生電子設計競賽、ACM/ICPC國際大學生程序設計大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學

15、生課外學術科技作品競賽、全國大學生電子設計競賽、微軟創(chuàng)新杯全球學生大賽、全國嵌入式軟核處理器系統(tǒng)設計大賽、CCTV全國大學生機器人電視大賽等。3 發(fā)揮多學科優(yōu)勢，培養(yǎng)創(chuàng)新能力創(chuàng)新思維的培養(yǎng)需要各學科知識的綜合運用和信息處理能力，在計算機與信息技術學院多學科的背景下，結構化的培養(yǎng)框架、綜合與特色并重的課程體系為學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了良好環(huán)境。（1）專業(yè)基礎課程建設方面。為了充分發(fā)揮多學科交叉的優(yōu)勢，專業(yè)基礎課程組的教學團隊要來自不同的學科和研究方向，由此，在課程建設過程中，一方面教師可以充分兼顧不同專業(yè)方向后續(xù)課程對于基礎知識和技能的要求，從而在課程內容、教學安排、實驗設計等方面進行更加合理的

16、規(guī)劃和建設；另一方面，學生盡早接觸不同研究方向的教師，對于培養(yǎng)專業(yè)興趣，在學習、發(fā)展方面獲得更多的選擇性、自主性和創(chuàng)造性具有重要意義。（2）系列課程建設方面。積極鼓勵科研團隊建設系列課程，促進科研成果向教學轉化，設立系列課程負責人，負責規(guī)劃整個系列課程的安排和銜接。科研團隊建設系列課程可以使教師有計劃、分層次地將科研成果逐步引入課程教學中，一方面豐富教學內容，提高教學質量；另一方面也有助于引導學生培養(yǎng)專業(yè)興趣，學習更具規(guī)劃性，對于提高學生的專業(yè)技能和專業(yè)競爭力非常有益。同時，通過系列課程的講授可以幫助教師發(fā)現(xiàn)和持續(xù)培養(yǎng)拔尖型人才，使這些人才盡早參加研究活動，加入研究團隊，對于提高研究生生源質量

17、也有很大益處。（3）課外創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面。在整個課程體系中，除了課堂教學，學生有相當部分的學分來源于課外實踐。從大二開始的大學生創(chuàng)新實驗項目為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供了一個很好的平臺，不同專業(yè)的教師可以組成指導小組，提出的課題具有交叉性，不同專業(yè)的學生也可以組成一個研究小組，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，這樣的機制有助于創(chuàng)新成果的涌現(xiàn)。在自主教育課程群中，科研訓練、創(chuàng)業(yè)訓練和學科競賽等也都需要學生運用多學科的知識完成。目前，培養(yǎng)計劃中承認的各類競賽有50多項，各類證書有40余種，大大鼓勵了學生的自主創(chuàng)新精神。4 結 語圍繞多學科背景下計算機與信息類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的問題，以北京交通大學計算機與信息技術學院具體情況為研究背景和實例，我們提出結構化的專業(yè)人才培養(yǎng)框架以及綜合與特色并重的課程體系，實施多元化、多視角的人才培養(yǎng)過程，拓展自主學習空間，有利于大類招生模式下創(chuàng)新型人才的脫穎而出。隨著計算機與信息學科的發(fā)展，大類招生模式下創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)必將隨著社會需求、培養(yǎng)目標、培養(yǎng)條件的變化而改變，這就要求我們在實踐中不斷對培養(yǎng)模式進行改革和創(chuàng)新，加強課程體系建設和課程建設，以滿足現(xiàn)代社會對于創(chuàng)新型人才的需要。1 李文新， 梅宏， 陳徐宗. 北京大學計算機學科的教學體