計算機科學與技術專業新工科建設探索

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摘要：中國地質大學（北京）計算機科學與技術專業在開展“新工科”建設過程中，與工程教育認證工作緊密結合。以提高學生解決“復雜工程問題”的能力為目標，一方面聚焦國土資源信息技術發展需求，另一方面參考工程教育的具體要求，從專業建設理念、課程體系設置、分類培養模式和教育資源建設等多方面進行了有益的探索和實踐。

關鍵詞：新工科；工程教育認證；計算機科學與技術專業；復雜工程問題

一、概論

我國積極推動創新驅動發展，實施“一帶一路”、“中國制造2025”和“互聯網+”等重大戰略，對工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創新。2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，形成了新工科建設的“復旦共識”；2017年4月8日，又在天津大學召開新工科建設研討會，明確了“新工科”建設行動路線（“天大行動”）；2017年6月9日，正式《新工科研究與實踐項目指南》（“北京指南”），引導開展新工科研究與實踐[1]。中國地質大學（北京）計算機科學與技術專業積極響應國家的“新工科”建設要求，成功獲批新工科建設項目。工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。工程教育專業認證的核心就是要確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求，是一種以培養目標和畢業出口要求為導向的合格性評價[2]。《華盛頓協議》是目前國際上最具影響力的工程教育學位互認協議，主要針對四年制本科教育，與我國現行的大學教育切合度高。2016年6月，我國成為《華盛頓協議》第18個正式會員國。成為會員國后我國的專業認證就具備了國際實質等效性，借此可促進高校按國際先進理念推動教育教學改革，加快與國際接軌。工程教育認證標準在學生、培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍和支持條件等多方面提出了明確的要求與標準，具有完整規范和與國際接軌等特點。“新工科”建設項目支持不同高校的工科專業制定符合自身特點的建設目標，以便能更好地適應新技術、新產業、新經濟發展的需要，服務于國家發展戰略。所以工程教育認證和“新工科”建設項目兩者具有明顯的區別。但是，兩者都是高等教育工程類專業建設工程，具有眾多的一致性。例如，都強調以學生發展為中心，通過系統性的教育體系建設，使畢業生具有解決“復雜工程問題”的理論知識、分析方法和實踐能力。正是由于兩者存在較高的切合度，所以我們在進行“新工科”建設過程中，一方面密切結合我校行業特色和計算機發展的新技術，聚焦國家發展需求特別是國土資源領域發展戰略，另一方面以工程教育認證的要求為依據，落實專業教學改革的達成度。

二、樹立全面優化的專業教育理念

“新工科”建設要求更新人才培養基本觀念，從“面向學科辦專業”調整為以學生為中心“面向社會需求辦專業”[3]。因此，需要從知識、能力和素質三個維度，全方位實施培養規劃（如圖1所示），提升學生的工程技術創新能力，使其具備適應新經濟時代的社會需求；改變原來專業內容過窄的狀況，強化跨學科教育，培養學生既具備科學與基礎理論修養，形成對于復雜工程的系統視野，又能從多學科的角度審視，具備人文情懷和管理素養。在繼承我校服務“大地學”辦學理念的背景下，充分發揮地質大學在國土資源行業的特色和優勢，同地學應用相結合，為地學及其延伸學科提供支撐與服務；聚焦國家戰略，特別是國土資源“三深一土”（深地探測、深海探測、深空對地觀測和土地科技）科技發展戰略[4]，樹立創新型、綜合化、全周期專業教育理念。

三、著眼“復雜工程問題”構建計算機專業課程體系

工程教育專業認證和“新工科”建設都把解決“復雜工程問題”作為進行專業課程建設的目標和落腳點。在工程教育認證標準中對于“復雜工程問題”的7方面特征，進行了明確說明。基于“復雜工程問題”本質和表象的理解[5]，我們從我校計算機專業實際條件出發，聯合我校地球科學與資源學院、水資源與環境學院和能源學院，與包括自然資源部（原國土資源部）信息中心、中國黃金集團內蒙古礦業有限公司、云錫集團、洛鉬集團等開展多種形式的產學研合作，從國土資源行業信息化的實際需求中凝練出體現“復雜工程問題”的三個主要方向：“面向地球科學的信息化建模與優化”、“基于物聯網的智能系統設計”和“跨媒體感知計算與可視化應用”。課程體系設計圍繞如何使學生具備解決“復雜工程問題”的能力展開分解為三個階段，即通識基礎教學階段、專業基礎與核心教學階段和專業實踐教學階段。通識基礎教學階段的主要目的是強化學生基礎知識，包括數理基礎、思政基礎、人文素養基礎和地球科學概論。掌握數理基礎知識，用于計算機復雜工程問題的分析與建模。掌握思政基礎，有利于樹立正確向上的人生觀和價值觀。人文素養的培養，有助于學生具有人文知識、思辨能力、處事能力和科學精神，理解計算機相關工程技術的社會價值以及工程師的社會責任，自覺遵守工程師職業道德和行為規范。地球科學概論是一門關于地球科學基礎知識的通識性課程，幫助我校計算機專業的學生掌握地球科學的基本知識和研究方法，以便服務于國土資源信息領域。專業基礎與核心教學階段的主要目的是強調學生工程性、系統性、應用性、創新性和解決復雜工程問題能力的培養。全面考慮課程之間的關聯性和相容性，優化主干專業課程和特色課程，實現統一設計、統一規劃。專業實踐教學階段的主要目的是培養學生綜合運用知識解決工程問題的能力和工業化素質。依托校內實踐教學中心和校企實踐創新基地，學生通過具體實驗、實訓和實習參與工程項目訓練，掌握系統實踐能力。組織和動員學生參與學科競賽、“大創項目”和老師的科研活動，以“項目驅動”方式來提高學生綜合運用知識解決工程問題的能力、團隊協作能力和工業化素質，最終培養良好的解決復雜工程問題的能力，滿足新經濟形勢下對于計算機專業人才能力和素質的要求。

四、建立人才分類培養的新機制

根據工程教育專業認證的要求，需要全程觀測學生對知識的掌握程度、能力的達成度以及素質的實際提升效果，有針對性地調整課程實施進度和工程實例的復雜程度。所以，為方便專業教師全面及時了解學生的狀態，我們施行本科生導師制[6]，從大一開始為每個入校新生分配學業導師。按照近似“20%：70%：10%”的比例，開展分類培養。對于少數突出拔尖的學生（約占學生數量的20%），以高水平學科競賽如ACM-ICPC競賽為抓手，從大一開始進行選拔，利用課余時間進行系統化的培養。對于大部分學生（約占學生數量的70%），通過學業導師幫助他們樹立正確清晰的專業認知，克服在學業中可能遇到的困惑，掌握好計算機專業要求的理論知識和基本技能。同時，引導他們在二、三年級時參加科研活動或者進入企業參加產學研實習，強化對專業的全面了解。學院組織優秀教師，并引入企業優質教育資源，在課余時間開設了“信息技術學術研討班”和“信息技術實踐創新班”。學業導師根據同學們的實際狀況，在尊重學生意愿的前提下，推薦他們加入“信息技術學術研討班”和“信息技術實踐創新班”，充分利用好課余時間，補充和提高課堂教學所不能覆蓋的知識和能力。對于少數學業有困難的學生（約占學生數量的10%），建立“學院-教師-學生-家長”聯系互動機制，通過制定“學業幫扶計劃”組織專業教師和高年級學長有針對性地幫助這部分同學克服學業上的困難，順利完成學業。

五、開拓校內和校外教育資源

我校在地球科學與資源利用方面具有國內領先優勢，同時國土資源行業也亟須進行信息化升級改造。在與我校地球科學與資源學院、水資源與環境學院和能源學院充分探討學科交叉創新的基礎上，挖掘地質信息領域的緊迫任務，既是我校計算機專業新工科建設的重點，也是實現工程教育專業認證要求的重要途徑。在2018年主辦了第二屆空間數據科學國際研討會暨首屆自然資源大數據高端論壇，邀請海內外著名專家學者共同探討建設和利用自然資源大數據的途徑和方法。作為參與單位，與自然資源部（原國土資源部）信息中心共同申報自然資源大數據工程技術創新中心，聚焦國土資源領域的“復雜工程問題”。與北京航空航天大學、北京郵電大學和北京科技大學等高校，就人才培養、工程教育認證和“新工科”專業建設進行研討和交流。與達內集團、北京百科榮創公司、北京博創公司和北京中公教育公司等企業建立培訓和產學研合作關系，引入企業實踐教學方面的師資和課程資源，聘請企業導師、共建實踐課程、共同指導畢業設計和合作進行項目研發，實現校企全面對接。安排學生參觀知名IT企業，熟悉將來的工作環境和特點。選派優秀學生到企業實習，提前讓他們適應企業的工作要求。

六、建設效果

我校計算機科學與技術專業在開展適應工程教育認證要求的“新工科”建設工作以來，在就業率、學風以及學科競賽和創新項目等多方面已經開始取得初步的建設效果。計算機科學與技術專業的就業率從2016屆的89.36%[7]，上升到2017屆的98.25%[8]和2018屆的98.31%[9]，成為中國地質大學（北京）本科就業率最高的專業之一，也是學生入校后最希望轉入的專業。2017年和2018年，計算機專業的本科生獲得ACM-ICPC亞洲區域賽銀牌三枚，銅牌七枚，其中2018年獲得的香港賽區銅牌是中國地質大學（北京）首次獲得境外的獎牌。此外，在這兩年里，計算機專業的本科生還獲得其他省部級以上學科競賽獎項三十七項，主持大學生創新項目二十七項，已形成了良好的學習和研究氛圍。

七、結束語

中國地質大學（北京）計算機科學與技術專業在開展“新工科”建設項目的過程中，與工程教育認證工作緊密結合。既深入分析自身特點和國土資源行業信息化發展的實際需求并凝練“復雜工程問題”的主要方向，又根據工程教育認證的具體要求，在教育理念、專業課程體系、分類培養機制和拓展教育資源等多方面進行了探索和實踐，取得了良好的效果。

作者：張玉清 周長兵 夏軍寶 管建和 鄭新奇 單位：中國地質大學（北京） 信息工程學院