应用型本科计算机专业系统能力培养模式探索与实践

当前，随着大数据技术、人工智能、边缘计算等技术的推广应用，计算机行业进入高速发展期。因此，高校计算机专业要紧跟时代发展，培养掌握计算机技术，具有系统观，能够进行软硬件协同设计、构建计算机应用系统、主动适应学科发展的软硬件贯通人才。本文针对东南大学成贤学院存在的计算机专业学生系统能力培养不足问题，结合应用型高校人才培养定位，分析应用型本科计算机专业人才培养在价值塑造、知识传授、能力提升方面的要求，提出着力培养学生在系统层面进行自主分析、设计、调优、检错，解决本领域复杂工程应用问题的能力——应用系统能力，以应用系统能力的强化为抓手，推进计算机产业应用型人才的培养。1计算机专业学生系统能力培养模式存在的问题1.1能力培养模式与新的人才培养要求不匹配计算机系统能力是计算机产业发展的关键。应用型大学应重点培养能解决复杂工程问题，具有系统观的应用型、复合型和创新型人才，尤其是培养学生以计算机系统能力为核心的计算机应用系统能力。但是，应用型本科计算机专业学生应用系统能力的培养未受到充分重视，教师缺乏对应用系统能力培养的整体考虑，能力培养目标不够明确，计算机应用系统能力的内涵不够清晰，培养步骤不够明确，教学体系不够清晰，尤其是未充分体现出对学生系统观和创新思维的培养。1.2课程体系与人才培养新要求不匹配计算机专业课程体系由计算机基础理论知识、实践教学等环节构成，但由于缺少主导计算机应用系统能力培养所需知识链的实践平台，实践技能训练更新速度与企业发展不同步，制约了学生应用系统能力的培养。专业课程设置覆盖面较宽，人才培养的指向性不够明确，课程之间缺乏关联，知识点之间缺乏必要的关联性和系统性，导致实验实践内容对学生核心能力的培养不足。课程内容重概念、重理论，轻细节、轻实例，训练规模和难度不大，与教育部提出的“两性一度”“金课”标准有一定差距，培养的学生缺乏对核心技术和复杂工程的综合分析、设计和应用能力，只能解决局部的应用问题。2计算机专业学生系统能力培养模式的探索2.1明确应用型本科计算机专业系统能力培养内涵，满足计算机产业发展需求应用型本科高校应加强应用型、复合型、创新型人才的培养[1]，尤其是计算机专业，要培养具有系统全栈能力和创新意识的复合型应用人才。计算机专业的学生还应该具备计算思维和创新思维能力，对复杂计算机应用系统的认知、设计、开发、应用和优化能力，对跨多学科知识的交叉融合能力和对领域变化快速适应的能力[2]，即计算机应用系统能力。2.2重构计算机应用人才培养体系，满足计算机应用系统能力培养需求应用型本科计算机专业应精准把握人才培养的定位，创建计算机应用型系统能力模型，构建符合应用型人才培养的计算机应用系统能力课程体系，建立“贯穿实践全程、贯通课程内外、连接校内校外”的实践能力培养体系，营造多样化、层次化、多元化的实践教学环境[3]，着力打造学生软硬件协同设计的能力，培养学生成为满足行业新需求的应用型、复合型和创新型人才。应用型本科计算机专业基于计算机应用型系统能力模型和新的课程体系，构建具有专业特色的递进式能力培养体系，能够促进基于应用系统能力培养的教学改革，全面提升人才培养质量。3计算机专业学生系统能力培养模式的实践3.1研究应用型本科人才培养定位，创建计算机应用型系统能力模型按照分层次培养的原则，应用型本科计算机类人才培养既要与研究型大学错位发展，又要符合国家和行业发展的需求，以具有系统观的“应用型、复合型和创新型”人才为培养目标。通过分析研究国家人才培养新要求和计算机行业对计算机人才在系统观、创新思维、复合型应用等方面所需知识、能力、素质的要求，应用型本科计算机专业在新的人才培养要求下，基于“立足应用、强调系统、自主创新”的人才培养新理念，以计算机应用系统能力培养为目标，以解决复杂工程问题为导向，提出能力培养要从局部专业能力向系统级、创新级和面向高端应用型人才的能力培养层面提升，在深度调查研究的基础上，创建了如图1所示的“四横双纵”的计算机应用型系统能力模型，通过增加系统基本原理知识，提供统一的系统观和通用的概念基础等[4]，着力进行复杂计算机应用系统的认知、分析、设计与优化能力等方面的培养模式探索实践。图1“四横双纵”的计算机应用型系统能力模型所谓“四横”，对应计算机应用系统能力的四个层次：计算机系统的认知能力层：这是最基本的层次，是设计应用系统的先决条件，这一层面包括对计算机软件系统、硬件系统的基本认知和对软硬件结合系统的认知，了解底层硬件，理解高级语言的实现原理和方法，考虑如何通过系统支撑上层应用。计算机应用系统分析能力层：是在系统认知的基础上，能够对一个简单或较为复杂的应用系统进行分析，其关键点是学会从问题入手，通过分层分模块，最终进行具体系统实现过程的分析。计算机应用系统设计能力层：要求学生以某个具体的应用系统为背景，掌握自顶层向下的设计思想，通过分层结构层层细化，完成系统的设计。这一过程还包括算法的设计、系统的抽象层次理解等。计算机应用系统能力层次的最上层是计算机应用系统的实现与优化层。在设计能力层的基础上，通过自下而上、逐层实现的方法，完成一个应用系统的具体实现，其中最重要的是采用工程化的方法和流程解决问题，根据系统结构进行优化，根据实时性需求确定取舍，充分考虑系统的健壮性。贯穿于四个层次的是在方法论和实践论上的“两纵”。在方法上，计算思维始终指导着四个层次能力的培养。计算思维能力包括抽象和分解能力、递归分解能力、封装能力、交互能力等，还包括系统思维能力，如系统边界辨识、系统内部和系统外部的交互描述、系统内部分析方法、系统内部矛盾协调等。在实践论上，主要表现为四个层次能力的培养始终贯穿实践创新能力和计算机应用系统能力的培养。四个层次从下往上层层递进，学生逐渐掌握思维方法，同时，计算机的系统观也不断成熟，在认知—分析—设计—实现—优化中螺旋上升，并逐步掌握创新能力。3.2以新模型为纲，重构符合应用型人才培养的计算机专业课程体系计算机专业基于国家对计算机人才的需求，以计算机应用系统能力培养为目标，在深度调研的基础上，对原有的课程体系进行了解构和重构，从系统观、复合性、创新性等方面入手，以解决复杂工程问题为顶层教学目标，从价值塑造、知识传授、能力培养三个维度重构课程体系。首先，确定符合能力培养要求的知识体系架构，进行知识领域、知识单元、知识点的核心知识体系描述；其次，解构原有课程体系，根据知识结构的要求分层设计课程，精减与培养目标不适应的课程，保留部分课程并进行优化组合，引入符合新需求的新课程[5]，重构以系统观为主线的课程体系；认真分析课程之间的内在关联，理顺课程之间前导后续、相互支撑的关系，把计算机应用系统能力培养所需知识体系细化分解到对应的课程中，帮助学生形成对计算机应用系统的全面认识。新课程体系的第一个维度是价值塑造：在教学过程中融入工程伦理教育、精益求精的大国工匠精神、科技报国的家国情怀和使命担当等思政教育内容[6]，增加以自主技术为背景的课程与实践，同时，将企业文化、企业真实案例、企业实训中的质量管理等引入课堂教学和实践环节。新课程体系的第二维度是知识传授：夯实理论基础，加强工程实践方法论的教育。参照能力模型，将课程划分为软件应用系统开发课程群[7]、人工智能应用系统开发课程群和嵌入式应用系统开发课程群三个核心课程群。以课程群为单位，引入顶层设计思想，完成自顶层向下的教学内容改革。以系统观设计教学内容，将设计并实现完整计算机应用系统的总任务划分成若干个可映射到不同课程、又可相互集成的子模块，这些子模块集成与持续融合，最终构成完整的计算机应用系统，在此基础上，引导学生在局部或全局开展创新活动。新课程体系的第三维度是能力培养：注重实践赋能，开展基础能力、专业能力和综合能力训练，让学生在程序设计能力与算法设计能力、系统需求分析能力、系统设计能力、系统测试能力等方面得到全面提升。计算机专业以行业需求为导向，以能力模型设计为突破口，以校企深度合作为切入点，构建了以计算机应用系统能力为主线、环环相扣、螺旋进阶、持续优化、与行业企业需求无缝对接的实践能力培养体系[8]。将企业需求融入人才培养过程，将企业技术力量融入教学实施环节，打通人才培养供给侧和产业需求侧，整合校内校外资源，将真实的实践环境等融入人才培养全过程，形成课内递进式实践教学、课外自主研学创新、校外实践基地、资源平台与网络助学协同的实践能力培养体系。3.3以有力支撑新型人才培养为目的，建立递进式能力培养体系新的人才能力培养模型和课程体系以计算机应用系统能力培养为目的，具有综合性强、实践性强、价值引领作用强的特点，因此，计算机专业需要对新的课程体系在培养模式、机制实施和能力达成评价体系方面加以探索。计算机专业创建计算机应用型系统能力模型，在该模型指导下重构课程体系，以多元培养机制为支撑，通过多元的能力培养模式支持课程体系实施，最终通过能力评价机制等途径，达成应用系统能力的培养目标，形成递进式能力培养体系，并通过达成度跟踪反馈，持续改进，螺旋上升。计算机专业应探讨多元化的能力培养模式，以培养具有系统观的应用型、复合型和创新型人才为核心目标，通过重构课程体系、更新课程内容、建立产教融合实践能力培养架构、强化课程思政建设、改革学业评价、建设师资队伍等方式，构建多元化的人才培养模式，完成“四横双纵”的计算机应用系统能力培养，在价值塑造、知识传授和能力培养三个方面让学生全面健康发展[9]，有效解决应用型本科计算机专业普遍存在的教学问题，使人才培养满足产业需求，实现教育链、人才链、创新链与产业链深度融合[10]。计算机专业应施行多元化的培养机制。新的课程体系的实施、培养模式的应用都需要相应机制为保障。培养模式的多元性，带来培养机制施行的多元性。新的课程体系需要教师、科研、学工、实验室、企业等多方资源的协调一致。通过学校、院系、专业、企业等的共同协商，计算机专业制定以应用系统能力培养为导向的人才培养机制、产教融合协同育人机制[11]、教师培养机制、教学组织和管理机制、学业多元评价机制、教学质量保障机制、教学质量评价机制，为人才培养保驾护航。计算机专业应制定应用系统能力达成评价体系。科学、合理和真实的评价体系能反映学生是否具备应用系统能力，反馈教学中存在的问题，为课程体系和教学内容的持续改进提供依据[12]。计算机专业应建立科学有效的贯穿所有教学环节的评价体系，学校、教师、学生、企业、行业专家多方参与评价。专业教学指导委员会定期对教师的课程教学等重要环节进行评价，通过调查问卷分析毕业生对自身应用系统能力掌握方面的评价[13]，通过向用人单位发放调查反馈表了解毕业生在岗位上的工作情况，了解用人单位对毕业生的评价[14]，同时，通过目标达成度的持续跟踪，不断完善课程体系、人才培养模式和培养机制，形成人才培养的良性循环。4结语经过多年的探索与实践，计算机专业形成了具有独立学院应用型人才培养特色的“四横双纵、三维联动、多元协同”的计算机应用系统能力培养模式。该培养模式的实施