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高校信息與計算科學(xué)專業(yè)課程教學(xué)改革與探索
高校信息與計算科學(xué)專業(yè)課程教學(xué)改革與探索
代少軍，裴永珍，吳雄華
（天津工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，天津300387）
摘要：信計專業(yè)具有很強的實踐性，社會要求高校信計專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生實踐能力日益提高，對傳統(tǒng)的專業(yè)課程教學(xué)改革進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和改革，以期更好地培養(yǎng)信計專業(yè)應(yīng)用型人才。本文以天津工業(yè)大學(xué)理學(xué)院為例，對信計專業(yè)課程教學(xué)改革方面進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：教學(xué)體系；課程改革；案例教學(xué)
基金項目：天津市普通高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計劃重點課題“依托戰(zhàn)略信息產(chǎn)業(yè)，立足應(yīng)用能力培養(yǎng)的信計專業(yè)課程改革與實踐教學(xué)體系構(gòu)建”部分研究成果，課題批準(zhǔn)號：D02-0701；天津市“十二五”綜投項目
作者簡介：代少軍（1978-），男，湖北宜昌人，博士，副教授，主要從事代數(shù)組合工作。
地方院校信息與計算科學(xué)專業(yè)（以下簡稱信計專業(yè)），以培養(yǎng)服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的應(yīng)用型人才為己任，其人才培養(yǎng)的目標(biāo)定位也應(yīng)定位在應(yīng)用型人才培養(yǎng)上，而數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的培養(yǎng)是信計專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的核心。但是傳統(tǒng)上，信息與計算科學(xué)屬于數(shù)學(xué)類專業(yè)，在教學(xué)上往往側(cè)重于基礎(chǔ)和理論，忽視方法和應(yīng)用，造成信計專業(yè)的畢業(yè)生有著厚實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，但在應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決企業(yè)實際問題方面仍不能得心應(yīng)手。另一方面，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，特別是計算機軟件和信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，數(shù)學(xué)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域不斷拓廣和深入，數(shù)學(xué)已成為一種技術(shù)，滲透到人類生活的方方面面，社會對既具有數(shù)學(xué)應(yīng)用能力又具有行業(yè)從業(yè)能力的信計專業(yè)的畢業(yè)生有很大需求。目前，地方院校信計專業(yè)正是就這一目標(biāo)進(jìn)行改革，科學(xué)地選擇信計專業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)的結(jié)合點，在課程體系中增加一些與行業(yè)從業(yè)能力相關(guān)的課程和實踐環(huán)節(jié)，同時對信計專業(yè)的課程進(jìn)行改革，實現(xiàn)由側(cè)重基礎(chǔ)和理論向側(cè)重方法和應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。天津工業(yè)大學(xué)理學(xué)院對該項改革進(jìn)行了長期的探索與實踐，主持了天津市教育規(guī)劃重點課題“基于應(yīng)用型人才的理科人才培養(yǎng)模式的探索與實踐”，參加了天津市重點教改項目“基于資源共享的數(shù)學(xué)類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的研究與實踐”，通過建立校企緊密結(jié)合的人才培養(yǎng)模式，突破了數(shù)學(xué)類專業(yè)由于沒有對口的行業(yè)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中面臨的挑戰(zhàn)，成功地解決了數(shù)學(xué)類專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)問題，該成果獲天津市教學(xué)成果二等獎。在取得成果的同時，我們也清醒地認(rèn)識到，解決學(xué)生的就業(yè)問題僅僅是第一步，要讓學(xué)生真正具有數(shù)學(xué)的應(yīng)用能力，使其成為未來發(fā)展的核心競爭力，這才是信息與計算科學(xué)等數(shù)學(xué)類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革的核心。理學(xué)院針對信計專業(yè)開設(shè)的所有課程，進(jìn)行頂層設(shè)計、系統(tǒng)規(guī)劃，采取由淺入深的方式構(gòu)建每門課程中以數(shù)學(xué)方法應(yīng)用的典型案例和綜合應(yīng)用實例為主，附加一些直觀演示數(shù)學(xué)規(guī)律的多媒體課件的數(shù)學(xué)實驗內(nèi)容的課程體系，將所有課程分為學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課和項目實訓(xùn)等課程群，通過四年不斷線且循序漸進(jìn)的實驗實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)更好地服務(wù)于國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)———信息產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用型人才。其最終的成果可輻射到數(shù)學(xué)類其他專業(yè)、全校本科和研究生的數(shù)學(xué)類公共課。本文對理學(xué)院信計專業(yè)的課程教學(xué)改革進(jìn)行探討。
1.加強學(xué)科基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)地位。學(xué)科基礎(chǔ)課程，主要是由數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)、解析幾何、微分方程及概率統(tǒng)計等課程構(gòu)成。探討五門學(xué)科基礎(chǔ)課中的各自特點，建立以解答案例為主的學(xué)科基礎(chǔ)課程實驗?zāi)K，附加一些直觀演示數(shù)學(xué)規(guī)律的多媒體課件，以學(xué)科基礎(chǔ)課程與后續(xù)課程中緊密聯(lián)系的知識點為標(biāo)準(zhǔn)，來篩選信計專業(yè)開設(shè)的方向如信息安全及軟件設(shè)計領(lǐng)域的典型案例，并進(jìn)一步建立數(shù)學(xué)模型，利用學(xué)科基礎(chǔ)課的知識點研究解決數(shù)學(xué)模型的方法，設(shè)計實驗項目，形成基礎(chǔ)課程實驗?zāi)K。如：利用矩陣的乘法掌握，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)安全中關(guān)于通訊過程中線性分組碼的編碼設(shè)計及校驗的實驗項目；利用解線性方程組的方法，設(shè)計數(shù)值分析中關(guān)于迭代法的實驗項目；利用貝葉斯公式的知識，設(shè)計密碼學(xué)中關(guān)于密碼攻擊成功率的實驗項目；利用數(shù)學(xué)分析中二分法的知識，設(shè)計數(shù)值分析中關(guān)于方程求解的實驗項目等。最終依據(jù)學(xué)科基礎(chǔ)課程知識點的邏輯關(guān)系，形成學(xué)科基礎(chǔ)課程的特色案例庫及多媒體課件庫，將數(shù)學(xué)基礎(chǔ)實驗課程模塊化，并將其固化為特色教材和講義。
2.強調(diào)專業(yè)基礎(chǔ)課程承上啟下的作用。專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要課程包括：離散數(shù)學(xué)、數(shù)值分析、微分方程數(shù)值解、數(shù)據(jù)挖掘等課程，是信息與計算科學(xué)專業(yè)課程體系的重要組成部分。本課程承上啟下，所涉及的知識點源于學(xué)科基礎(chǔ)課，同時實驗?zāi)K可提高學(xué)生的算法分析和程序設(shè)計能力。我們研究探討數(shù)值計算類課程特點，提煉具有應(yīng)用背景的相關(guān)知識點，理清與學(xué)科基礎(chǔ)課之間的邏輯關(guān)系，研究算法分析等子課題對數(shù)值計算的需求；并結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域的實際問題，篩選課程的典型方法，精選應(yīng)用結(jié)合點，研究問題解決方法，設(shè)計實驗項目內(nèi)容。如：利用最短路徑算法，設(shè)計物流網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)的快遞送達(dá)路線；通過圖的著色算法，合理安排交通路口紅綠燈；通過曲線擬合，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和SVM方法，預(yù)測本地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展；利用插值法，繪制某地區(qū)空氣污染的分布圖；利用ODE數(shù)值解法，對生物數(shù)學(xué)中的傳染病模型進(jìn)行分析求解；利用Matlab，對生物數(shù)學(xué)中的具體優(yōu)化問題進(jìn)行軟件二次開發(fā)等。依據(jù)課程間、知識點間的邏輯關(guān)系，以實際問題為驅(qū)動，在問題的解決處理中掌握知識，鍛煉能力；形成數(shù)值計算方向特色案例庫，并進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)方法改革。
3.突出專業(yè)方向課程的專業(yè)作用。專業(yè)方向課程，主要分信息安全方向課程和軟件設(shè)計方向?qū)I(yè)課程。信息安全方向課程，包括：信息安全數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、密碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全、信息論與編碼、數(shù)據(jù)通訊與計算機網(wǎng)絡(luò)、組合數(shù)學(xué)等課程。本方向課程篩選課程典型方法，探尋相關(guān)領(lǐng)域背景知識，精選理論知識和學(xué)科前沿問題與實踐的結(jié)合點，合理設(shè)計實驗項目。如：利用數(shù)論中的同余理論設(shè)計實現(xiàn)RSA公鑰加密系統(tǒng)的實驗項目；通過統(tǒng)計分析的方法，破解傳統(tǒng)的加密體制的實驗項目；通過橢圓曲線的理論，設(shè)計數(shù)字簽名算法的實驗項目；利用匈牙利算法，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)硬件資源動態(tài)分配的實驗項目；利用圖論中的最小帶權(quán)樹算法，設(shè)計實現(xiàn)最優(yōu)編碼的實驗項目；利用概率匹配算法，設(shè)計實現(xiàn)語音采集與編碼及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)龋纬梢詳?shù)學(xué)在密碼與編碼課程的應(yīng)用為特色的案例庫，以問題驅(qū)動教學(xué)改革，通過小型項目的開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生在信息安全領(lǐng)域解決實際問題的能力，是項目的重要組成部分，為后續(xù)的企業(yè)實踐夯實基礎(chǔ)。
軟件設(shè)計方向?qū)I(yè)課程，包括：操作系統(tǒng)、Java程序設(shè)計、軟件工程、計算機圖形學(xué)等課程。以小型項目開發(fā)為實踐教學(xué)手段，研究探討軟件設(shè)計方向?qū)I(yè)課程特點，篩選課程典型方法，結(jié)合項目背景領(lǐng)域知識，精選應(yīng)用結(jié)合點，設(shè)計項目實施方案或運用課程方法建立數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)設(shè)計項目實施步驟，形成課程實踐項目。如：基于NT技術(shù)的Windows操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分析；通過堆、排序、索引、數(shù)據(jù)庫等知識點，設(shè)計文件管理系統(tǒng)；利用Java重載技術(shù)，設(shè)計手機日歷應(yīng)用程序；采用RSA算法，設(shè)計產(chǎn)生密鑰程序；基于軟件開發(fā)生命周期進(jìn)行漢字行編輯程序的設(shè)計；基于面向?qū)ο蠓治�，進(jìn)行編程語言類庫管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計等。通過具有企業(yè)背景的小型項目的開發(fā)，初步培養(yǎng)學(xué)生在軟件行業(yè)從業(yè)能力，是項目的重要組成部分，為企業(yè)實踐奠定基礎(chǔ)。
4.實現(xiàn)項目實訓(xùn)課程的綜合應(yīng)用作用。項目實訓(xùn)課程，主要涉及Java應(yīng)用開發(fā)技術(shù)、Oracle數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)、軟件測試技術(shù)等課程和畢業(yè)設(shè)計、企業(yè)實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)，是所有課程的綜合應(yīng)用階段，課程具有靈活性和廣泛性。教師從合作企業(yè)所參與或研發(fā)的項目中，篩選能突出專業(yè)特色的企業(yè)級實踐項目。此實踐項目的實戰(zhàn)訓(xùn)練，讓學(xué)生具有一定的從業(yè)能力，使信計專業(yè)的畢業(yè)生既能達(dá)到企業(yè)的用人需求，還能在將來的職業(yè)生涯中突出本專業(yè)的優(yōu)勢。本課程的實施實現(xiàn)高校人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的無縫對接，提高信計專業(yè)學(xué)生的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量，并為校企聯(lián)合辦學(xué)提供范例。
5.提高教師的實踐能力。學(xué)院首先選取高學(xué)歷、高職稱，具有較強科研能力，同時能夠在后續(xù)課程中任教的教師任課。學(xué)院激勵教師主動學(xué)習(xí)實踐技能，獲取職業(yè)資格證書，提高教師的職業(yè)技能；并安排教師到企業(yè)實踐訓(xùn)練或校外實訓(xùn)基地頂崗鍛煉，培養(yǎng)和提高教師職業(yè)意識道德技能，不斷提高教師實踐操作能力，也為以后教授學(xué)生奠定良好基礎(chǔ)。同時，長期聘請具有企業(yè)實踐及開發(fā)能力的高級程序員及軟件工程師開展一系列的講座，使學(xué)生對各個課程的知識點的掌握和了解程度加強。教師能夠根據(jù)對后續(xù)課程的了解，在學(xué)科基礎(chǔ)課程中不斷插入典型案例，避免了學(xué)科基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的枯燥，使學(xué)生能夠較容易接受新知識。
6.加強實驗室的建設(shè)和使用。學(xué)院信息與計算科學(xué)專業(yè)成為天津市“十二五”戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)專業(yè)，通過學(xué)校與學(xué)校聯(lián)合獲得天津市大量資金支持，把這些資金用于加大機房建設(shè)，改建了數(shù)學(xué)實驗室。教師能夠不斷地通過案例教學(xué)，使用實驗室讓學(xué)生開展實驗課程，這樣使得實驗?zāi)軌虻玫匠浞掷�，同時學(xué)生能夠在整個學(xué)習(xí)的課程中使用Matlab軟件結(jié)合學(xué)習(xí)，起到雙贏的效果。另外，通過實驗室投入的加大與條件不斷的完善，課程設(shè)計與實踐結(jié)合的平臺進(jìn)一步加強，讓更多的學(xué)生在教師指導(dǎo)下參與課外研究或設(shè)計實踐，拓展學(xué)生的思路和拓寬實踐訓(xùn)練的渠道。
理學(xué)院信計專業(yè)現(xiàn)今的課程的改革能夠極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，使學(xué)生學(xué)習(xí)目的更加明確，專業(yè)認(rèn)同增加；能夠極大地提高信計專業(yè)學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，并為以后的項目開發(fā)和從業(yè)提供堅實的基礎(chǔ)，能夠進(jìn)一步提高學(xué)生的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量，從而徹底改變信計專業(yè)畢業(yè)生在就業(yè)方面的劣勢。但是，任何教學(xué)的改革總是有不足和不妥當(dāng)之處，因此我們要不斷地推進(jìn)教學(xué)改革的發(fā)展，努力完善及改進(jìn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]郭開文，裴永珍。高校信計專業(yè)實踐教學(xué)體系探索[J].高校實驗室工作研究，2013，（3 ）：1-2.
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