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浅谈信息与计算科学专业的认识及建设

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摘要:人才培养是一流大学建设的核心目标,人才培养的过程体现在学生所属专业的规划与建设上,因而专业建设是一流大学建设的重要一环。分析了信息与计算科学专业的发展与现状,介绍了我校信息与计算科学专业在专业定位、培养目标、师资队伍、课程设置、教学管理等方面的一些工作,探讨了下一步专业建设的方向。

关键词:信息与计算科学;专业建设;人才培养方案;课程设置;实践教学

一、信息与计算科学专业的认识

1998年教育部对所有专业的数量与名称进行了统一的调整,将原来的八个数学学科专业合并为三个专业,即数学与应用数学专业、信息与计算科学专业,以及(与经济类的统计学合一的)统计学专业。“信息与计算科学专业”由信息科学、计算数学、运筹学和控制论四个主干专业方向整合而成[1]。专业方向的多样性导致了专业发展过程中专业认识的若干问题。

(一)信息与计算科学专业的定位当前信息与计算科学专业的定位出现了两种方向性问题:一是许多学校在专业调整前就具有计算数学专业,由于历史、师资等原因,自然地保持以计算数学为专业方向,而仅增设几门信息方面的课程[2];二是一些学校将该专业当做计算机专业,轻视数学基础的培养、过分强调社会应用性[3]。如何结合专业要求以及学校实际做好专业定位是专业发展与专业人才培养的首要任务。教育部数学类教学指导分委员会指出[2],信息与计算科学专业的定位应该是:“信息与计算科学专业主要研究信息技术的核心基础与运用现代计算工具高效求解科学与工程问题的数学理论与方法(或更简明地说,研究定向于信息技术、计算技术的数学基础)”。同时指出“这样的专业定位明显地与计算机科学与信息工程是有区别的。”

(二)信息与计算科学专业的办学思想办学思想涉及培养什么人才的问题,这与学校的实际情况有关。正是由于院校众多、情况复杂,导致专业办学思想不明朗———有的院校将该专业的人才培养目标定位为培养创新型人才,有的定位为培养应用型人才,有的定位为复合型人才等等。教育部数学类教学指导分委员会赞成将“强基础、宽口径、重实际、有侧重、创特色”作为信息与计算科学专业的办学指导思想[2]。“强基础”主要强调信息与计算科学专业学生的数学基础决不可以削弱。“宽口径”是适应当前本科通才教育特征的办学理念,这里主要用以强调在专业教育过程中应避免过度专门化。“重实际”有两层含义:一是紧密联系信息技术与计算技术的实际;二是应紧紧结合本校的实际。“有侧重”主要建议各学校在专业方向选择与课程开设上力戒“面面俱到”,鼓励在“加强数学基础,发展信息与计算科学”这样的一个大前提下,各校根据自己的特点,在各自熟悉的应用领域长期深入,办出自己的优势与特色。

(三)信息与计算科学专业的课程体系正是由于定位不明,导致课程体系多样:有的采用计算数学专业的课程体系,有的采用计算机专业的课程体系,有的是二者叠加。特别是信息方向的课程,多种多样———有的开设软件开发课程、有的开设信息编码课程、有的开设信息安全课程、有的开设图像处理课程、有的以并行计算为主、有的以数值分析为主等等。

(四)信息与计算科学专业的规模专业目录调整后,鉴于专业名称的吸引力以及信息产业的快速发展,信息与计算科学专业成了招生热门专业。1998年全国不足80个专业(1998年调整专业目录前,全国设立计算专业的学校约有70个,全国设立信息专业的学校还不足10个)[1];2016年,全国约有500所高校设置信息与计算科学专业,每年招生规模近3万人[4]。如果专业特色不突出,学生就业将会面临严峻的挑战。

二、我校信息与计算科学专业的建设

(一)明确专业定位我校信息与计算科学专业于1998年经教育部批准设置,1999年招收了第一届本科生。2008年,本专业被评为山东省特色专业,2011年,本专业所依托的“计算数学”学科被确定为山东省“十二五”重点学科。定位时,以教育部数学类教学指导分委员会给出的信息与计算科学专业的定位为依据,即:“信息与计算科学专业主要研究信息技术的核心基础与运用现代计算工具高效求解科学与工程问题的数学理论与方法(或更简明地说,研究定向于信息技术、计算技术的数学基础)”[2],我们首先确定信息与计算科学专业是数学类本科专业;另外,我专业教师在数值计算与数据处理方向实力突出,与此实际相适应,在定位的信息技术方面,我们以数据处理及相关的数学理论、软件研发及应用为研究对象;在计算技术方面,我们以计算科学的数值方法及相关的数学理论为研究对象。最终,我们确定了我校信息与计算科学专业的办学定位为:本专业是以数据处理和计算科学的数值方法及相关的数学理论、软件研发及应用为研究对象的数学类本科专业,为国家建设和发展培养信息量化分析和计算科学高级人才。

(二)确定培养目标与专业教学规范[5]相适应,我们确定的专业人才培养目标是:培养能够从事计算科学研究或者数据分析及信息挖掘工作的创新型复合型专业人才。学生毕业后,能在科技、教育等部门从事研究、教学或在企事业单位、金融机构和行政部门从事应用研究、科技开发、数据分析和软件研发等工作。培养目标确立的依据是:信息与计算科学专业涵盖信息科学、计算数学、运筹学和控制论四个主干专业方向,每一方向的深层发展都需要本专业培养出高水平的创新型人才;国家经济建设和社会发展需要越来越多的既有数学和计算科学基础又有信息量化分析处理能力的复合型专业人才。

(三)加强专业师资队伍建设一流大学的建设离不开高水平的本科教育。培养专业创新型人才,必须具有高水平的学科力量[4-5]。我校信息与计算科学专业所依托的“计算数学”学科是山东省“十二五”重点学科。学院一直把学科建设放在龙头地位,按照“以学科带专业、以专业促学科”的指导思想,制定了数学学科建设发展规划,积极开展学术研究,努力推进学科建设。在师资队伍建设方面,学院坚持培养与引进相结合的原则,取得了良好成效。本专业教师在矩阵计算方面的学术研究处于国内先进地位,在偏微分方程计算、运筹学等领域的研究具有一定影响力。依托于专业教师的这些科研优势,近几年先后引进了2位“绿卡工程”客座教授,1位“筑峰工程”教授,3位海外特聘教授。另外,通过加大支持力度,在原有教师中培养出山东省优秀教师1人,教育部新世纪人才计划2人。目前,信息与计算科学专业有专任教师41人,其中教授9人(博士生导师5人),副教授14人。在科研上逐渐形成了矩阵计算团队、运筹与控制团队、偏微分方程计算团队。近三年来,信息与计算科学专业教师在研或立项国家自然科学基金共18项(其中重大项目1项,面上基金项目6项,青年基金项目12项),省部级项目共16项,本专业教师共发表论文超过百篇,被SCI、EI索引近90篇。教师队伍年龄结构呈现中青年骨干教师为主的良性可持续发展的态势。

(四)做好课程设置教育部要求,信息与计算科学专业的办学思想应该是“强基础、宽口径、重实际、有侧重、创特色”[2],并据此给出了专业教学规范[5]。根据这一指导思想,经过调研[6-10]并结合我院实际,我们在2016年修订了信息与计算科学专业培养方案。方案中确定:信息与计算科学专业所开设课程由公共基础层面课程、专业知识层面课程和专业教育层面课程三部分组成。公共基础层面课程设置情况(“宽口径”思想):包含思想政治类、大学外语类、大学物理类、军事、体育类课程,共39.5学分。专业知识层面课程设置情况(“宽口径”思想):学校设置“科学精神与科学技术”、“社会发展与公民教育”、“经典阅读与人文修养”、“艺术与审美”、“海洋环境与生态文明”五个通识教育知识模块课程供学生选修,共8学分。专业教育层面课程设置情况:这是课程设置的核心部分,既要体现专业办学思想,又要有自己的特色。经过调研并结合专业发展趋势以及我院师资现状,我们确定该部分课程包含学科基础类课程、专业知识类课程和工作技能类课程。具体如下:1.学科基础类(“强基础”思想)———自2016年开始数学院实行大类招生,学生前两年不分专业,必须完成下列15门数学类学科基础课的学习:数学分析I、II、III,高等代数I、II,空间解析几何,常微分方程,复变函数,实变函数,概率论,数理统计,结构化程序设计,数值分析,数学模型,专业概览,共59学分。2.专业知识类(“有侧重、创特色”思想)———信息与计算科学专业按照模块化方案培养学生,分为计算科学模块和信息科学模块,学生完成学科基础类课程学习后,可根据个人兴趣与发展规划选择一个模块的课程进行学习。计算科学模块:体现培养目标中所要求的“能从事计算科学研究工作”,本模块包含必修课与选修课。必修课(12学分)———从下列课程中至少选修4门:泛函分析,数值代数,偏微分方程数值解法,数学物理方程,最优化方法,多元统计分析。选修课———从信息模块必修课或专业选修课中至少修满16学分的课程。信息科学模块:体现培养目标中所要求的“能从事数据分析及信息挖掘工作”,本模块包含必修课与选修课。必修课(12学分)———从下列课程中至少选修4门:数字图像处理,离散数学,数据结构,数据挖掘,软件工程,并行计算基础。选修课———从计算科学模块必修课或专业选修课中至少修满16学分的课程。两个模块的专业选修课包括:现代数值方法选讲、机器学习、运筹学基础、图论与网络优化、博弈论基础、计算复杂性理论基础、抽样调查、非参数统计、应用回归分析、统计计算、随机过程、时间序列分析、近世代数、拓扑学、计算机操作系统、计算机图形学、Java面向对象的程序设计、C++面向对象的程序设计、数据库等。特别地,为了实现培养目标中的“复合型人才”的培养,我们还开设了个性特色培养课程:宏观经济学、微观经济学;地球科学概论、地球物理信息处理基础;流体力学、流体力学实验。此部分课程面向高年级同学,每人至多选择同一学院的两门课程。3.工作技能类(“重实际”思想):必修课(16学分):数学实验基础,数学实验,数学分析实践I,数学分析实践II,高等代数实践I,高等代数实践I-I,创新创业教育,毕业论文。选修课(5学分):数学建模实践,统计软件,LaTeX科技排版,软件实训。

(五)保证教学质量1.保证课程教学质量(1)选用优秀教材。我校信息与计算科学专业开设课程中,除《专业概览》是讲座形式,不使用教材外,其它课程都使用的教材多由高等教育出版社、科学出版社、清华大学出版社、北京大学出版社出版,而且版本较新,大多是国家规划教材和教育部推荐以及省部级获奖教材。(2)重视教学研究。学院鼓励教师开展教育教学研究与教学改革项目的申请,近三年来,共获得省教学改革立项项目2项,校级项目16项。近几年,本专业教师获得中国海洋大学优秀教学成果奖7项,发表教育教学论文近20篇。(3)加大教学投入、改善办学条件。本专业每年都投入教学经费约60万元用于教学运行、教学改革与专业建设、实验教学与实践教学、教师培训进修、学生活动等。学院现有3个实验室:数学实验室、数学建模实验室和高性能计算实验室。其中,数学实验室配置160台电脑,主要用于本科生教学实验;数学建模实验室配置33台电脑,主要用于学生国际国内数学建模竞赛实验等;高性能计算实验室配置集群式计算服务器1套(20个节点),能进行并行计算,主要用于大学生创新计划科研实验、各种大学生科技竞赛实验等。(4)积极进行课程资源建设。本专业重视数字技术在教学中的应用,抓住学校正在加大网络教学投入时机,鼓励教师开展课程网络资源建设与网络教学工作。目前已经完成了山东省精品课程《高等数学》与《常微分方程》的建设,正在爱课程数字课程网络平台开设MOOC通识课程《数学文化》和在智慧树数字课程网络平台进行专业必修课《数学实验基础》的教学工作。(5)加强教学管理。本专业的教学工作纳入到学院的监督体系中。学院坚持教授为本科生授课制度,近3年本专业教授、副教授讲授本科课程者的比例为100%。具体体现在:教学质量保障方面———除有学校督导进行监督外,学院还不定时安排教学经验丰富的教师进行听课与指导以及对学生进行问卷调查,以适时调整教学安排;对刚入职的新教师,第一学期不安排其课堂教学,而是为其指定指导教师,要求其旁听指导教师所授课程,积累授课经验;鼓励教学经验较为丰富的教师申报学校组织的教学评估,并对评估优秀者给予嘉奖,本专业共有21位教师参与中国海大学教学评估,其中12人获得优秀。课程考试方面———学院统一规定了各门课程总成绩的构成与比例,要求教师保留各单项成绩的说明与依据,严格按照学校要求进行试卷归档;为避免考试违纪行为,考试前学院会对本专业学生进行诚信迎考教育,与所有学生签订诚信考试承诺书,近三年来本专业无考试违纪行为发生。2.保证实践教学质量实践教学共分为三个层面,分别是学科基础及专业知识教育层面,工作技能教育层面,创业创新教育层面。各层面有若干课程及其它活动支撑,分别实现学生专业素质培养、技能培养、创新意识及能力培养这三个培养目标。(1)学科基础及专业知识教育层面的实践课程主要指一些学科基础课、专业必修与选修课的上机实验部分以及部分学科基础课的习题课。主要在学院数学实验室与数学建模实验室完成。(2)工作技能教育层面的实践课程主要包括数学软件类课程、实习实训与毕业论文。数学软件类课程有数学实验、统计软件等;实习实训主要指为学生开设《软件实训》课程,与东软公司和甲骨文公司合作,每年定期选派学生进行为期4周的软件实训,培训合格者获得4个学分。主要培训方向有:C++方向,Java方向,和大数据处理方向。毕业论文要求本专业40余名教师参与指导,支持跨专业、跨学院做毕业论文或申请做校外毕业设计。(3)创新创业教育层面,开设《创业创新教育》课程,让学生通过参加各类科技活动、社会实践、创业训练,取得成效,获得学分。本专业创新创业教育的具体做法有:a.鼓励学生积极参加学校的各种创新创业实践项目,如校内本科生研究发展计划(OUC-SRDP)、国家级大学生创新创业训练计划。b.支持学生进行科技创新活动。选拔优秀学生参加到学院教师主持的科研项目研究中,研究成果除作为毕业论文主要内容外,优秀成果还可在科研期刊上发表。c.组织学生参加科技竞赛活动。学院建设有“中国海洋大学大学生数学创新实践活动基地”,包括“建模俱乐部”、“大数据俱乐部”和“高性能计算俱乐部”三个学生社团,组织、培训、指导学生参加多个学科竞赛以及相应的赛前培训工作,如:美国大学生数学建模竞赛;深圳杯数学建模夏令营竞赛;“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛;大学数学竞赛;ACM-ICPC程序设计大赛;“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛;iGEM国际遗传工程机器大赛等。d.倡导学生参加社会实践活动,开展假期调研与三下乡活动。e.开展以学生为主体的创新研习小组活动。选拔部分学生组织了“量化投资研究小组”,本专业教师及来自校外企业的专家共同参与指导,由学生讲解,共同研讨有关证券投资技术分析的方法;组织学生成立了“数学兴趣小组”,每周公布数学问题,开展有奖征解;组织了以教师为主,师生共同参与的StudyGroup活动,对创新实践活动常用的数学方法、统计学习方法等进行研习。f.举办以创新创业教育为主题的校园文化活动。学院将学生校园文化活动进行整合,打造“小数点”学生活动品牌,推广宣传数学文化。开展“数学文化节”,内容涉及“创业大赛”、“玩转数学”、“数学建模大赛”、“数海拾贝”征文大赛以及以“数学-文化与实践”为主题的专家讲座等活动。

三、专业建设中人才培养方面取得的部分成绩

1.正常毕业率较高。以2016届毕业生为例:大学英语四级通过率100%,六级通过率76.1%,考研率45%,体质测试合格率100%。正常毕业率与获得学士学位证书率为93.5%。2.就业率较高。2015届本专业毕业生共45人,未就业5人,就业率为88.9%;2016届本专业毕业生共47人,未就业5人,就业率为89.36%;2017届本专业毕业生共37人,截止2017年8月,就业率达到97%。3.毕业生社会认可度较高。2016年学院对进入企事业单位的20名毕业生进行了就业跟踪调查,用人单位对毕业生整体满意度达到80%以上;另外,近几年本专业每年有十名左右毕业生被推免至北京大学、浙江大学、复旦大学、南开大学、厦门大学等名校读研并被接收,每年约有2-4名同学出国留学。4.学生就读数学的意愿逐年提高。2015年,本专业招收60人,第一志愿报考人数19人,占31.7%。自2016年起,数学院实行大类招生,2016年共招数学类学生112人,第一志愿报考人数为63人,占56.3%;2017年共招数学类学生121人,第一志愿报考人数为82人,占67.8%。第一志愿人数逐年增多。5.创新成绩突出。以2016度为例。本年度本专业学生发表科研论文2篇;获全国大学生数学建模竞赛国家一等奖1项、二等奖2项、山东省一等奖6项,在竞赛组委会从全国参赛队所提交的近30000篇论文中评选出的10篇优秀论文中本专业学生参与的有2篇;在全国大学生数学竞赛中,本专业学生获得国家二等奖3人、山东省一等奖4人。6.创业有突破。2016年3月,包含本专业学生在内的数学科学学院八名同学组成德尔塔数据创业团队,正式注册成立了青岛德尔塔数据科技有限公司。该创业团队的研究方向涵盖数据挖掘、统计学、运筹学、应用开发等,其前身是中国海洋大学大数据俱乐部,2015年入驻学校大学生创业孵化基地,2016年3月在学校就业创业指导与服务中心的帮助下由俱乐部的核心技术团队成立了青岛德尔塔数据科技有限公司,并致力于进行大数据终端应用的定制化服务,可以提供包括数字、图表、文本、视频在内的多种信息的数据挖掘、可视化实现以及人才培训等服务。四、专业建设中发现的若干问题经过多年建设,我校信息与计算科学专业取得了很大进步,但多年来,仍有一些没有解决的问题困扰着专业的发展,这也是未来专业建设需要努力的方向。1.缺乏高水平学科带头人。学科的发展能极大带动专业的发展,引进高水平学科带头人是学院需要下大力气解决的重点工作。2.数字课程资源建设滞后。在当前网络课程大发展的时期,应抓住机会、与时代同步,大力推进专业课程数字化建设。3.专业教学团队需要提升。目前本专业在计算数学、运筹学、信息科学方向已经形成稳定的教学团队,学院应促使这些团队多出教学成果,向高水平教学团队迈进。4.专业特色需要凝练。数学有自己的发展规律,可以强调专业发展以强化数学基础为主,但在当前形势下,全国有近500个学校设有信息与计算科学专业、每年近3万名毕业生,竞争如此激烈,如何才能使得自己更加突出,所培养的学生更加有竞争力?专业特色就显得很重要了。凝练出自己的特色并在培养方案中加以实施,是值得我们探讨的重要工作。

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作者:张京良 王卫国 李长军 单位:中国海洋大学 数学科学学院

科学杂志责任编辑:张雨    阅读:人次