高校信息與計算科學專業課程教學改革與探索

高校信息與計算科學專業課程教學改革與探索

　　高校信息與計算科學專業課程教學改革與探索

　　代少軍，裴永珍，吳雄華

　　（天津工業大學理學院，天津300387）

　　摘要：信計專業具有很強的實踐性，社會要求高校信計專業畢業的學生實踐能力日益提高，對傳統的專業課程教學改革進行相應調整和改革，以期更好地培養信計專業應用型人才。本文以天津工業大學理學院為例，對信計專業課程教學改革方面進行探討。

　　關鍵詞：教學體系；課程改革；案例教學

　　基金項目：天津市普通高等學校本科教學質量與教學改革研究計劃重點課題“依托戰略信息產業，立足應用能力培養的信計專業課程改革與實踐教學體系構建”部分研究成果，課題批準號：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，主要從事代數組合工作。

　　地方院校信息與計算科學專業（以下簡稱信計專業），以培養服務區域經濟發展的應用型人才為己任，其人才培養的目標定位也應定位在應用型人才培養上，而數學應用能力的培養是信計專業應用型人才培養的核心。但是傳統上，信息與計算科學屬于數學類專業，在教學上往往側重于基礎和理論，忽視方法和應用，造成信計專業的畢業生有著厚實的數學基礎，但在應用數學知識解決企業實際問題方面仍不能得心應手。另一方面，隨著科學技術發展，特別是計算機軟件和信息技術的突飛猛進，數學研究和應用的領域不斷拓廣和深入，數學已成為一種技術，滲透到人類生活的方方面面，社會對既具有數學應用能力又具有行業從業能力的信計專業的畢業生有很大需求。目前，地方院校信計專業正是就這一目標進行改革，科學地選擇信計專業與信息產業的結合點，在課程體系中增加一些與行業從業能力相關的課程和實踐環節，同時對信計專業的課程進行改革，實現由側重基礎和理論向側重方法和應用的轉變。天津工業大學理學院對該項改革進行了長期的探索與實踐，主持了天津市教育規劃重點課題“基于應用型人才的理科人才培養模式的探索與實踐”，參加了天津市重點教改項目“基于資源共享的數學類專業應用型人才培養模式的研究與實踐”，通過建立校企緊密結合的人才培養模式，突破了數學類專業由于沒有對口的行業在應用型人才培養中面臨的挑戰，成功地解決了數學類專業畢業生的就業問題，該成果獲天津市教學成果二等獎。在取得成果的同時，我們也清醒地認識到，解決學生的就業問題僅僅是第一步，要讓學生真正具有數學的應用能力，使其成為未來發展的核心競爭力，這才是信息與計算科學等數學類專業應用型人才培養模式改革的核心。理學院針對信計專業開設的所有課程，進行頂層設計、系統規劃，采取由淺入深的方式構建每門課程中以數學方法應用的典型案例和綜合應用實例為主，附加一些直觀演示數學規律的多媒體課件的數學實驗內容的課程體系，將所有課程分為學科基礎課、專業基礎課、專業方向課和項目實訓等課程群，通過四年不斷線且循序漸進的實驗實踐環節，培養更好地服務于國家戰略新興產業———信息產業的應用型人才。其最終的成果可輻射到數學類其他專業、全校本科和研究生的數學類公共課。本文對理學院信計專業的課程教學改革進行探討。

　　1.加強學科基礎課程的基礎地位。學科基礎課程，主要是由數學分析、高等代數、解析幾何、微分方程及概率統計等課程構成。探討五門學科基礎課中的各自特點，建立以解答案例為主的學科基礎課程實驗模塊，附加一些直觀演示數學規律的多媒體課件，以學科基礎課程與后續課程中緊密聯系的知識點為標準，來篩選信計專業開設的方向如信息安全及軟件設計領域的典型案例，并進一步建立數學模型，利用學科基礎課的知識點研究解決數學模型的方法，設計實驗項目，形成基礎課程實驗模塊。如：利用矩陣的乘法掌握，設計網絡安全中關于通訊過程中線性分組碼的編碼設計及校驗的實驗項目；利用解線性方程組的方法，設計數值分析中關于迭代法的實驗項目；利用貝葉斯公式的知識，設計密碼學中關于密碼攻擊成功率的實驗項目；利用數學分析中二分法的知識，設計數值分析中關于方程求解的實驗項目等。最終依據學科基礎課程知識點的邏輯關系，形成學科基礎課程的特色案例庫及多媒體課件庫，將數學基礎實驗課程模塊化，并將其固化為特色教材和講義。

　　2.強調專業基礎課程承上啟下的作用。專業基礎課程，主要課程包括：離散數學、數值分析、微分方程數值解、數據挖掘等課程，是信息與計算科學專業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科基礎課，同時實驗模塊可提高學生的算法分析和程序設計能力。我們研究探討數值計算類課程特點，提煉具有應用背景的相關知識點，理清與學科基礎課之間的邏輯關系，研究算法分析等子課題對數值計算的需求；并結合相關領域的實際問題，篩選課程的典型方法，精選應用結合點，研究問題解決方法，設計實驗項目內容。如：利用最短路徑算法，設計物流網絡中最優的快遞送達路線；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神經網絡和SVM方法，預測本地區經濟發展；利用插值法，繪制某地區空氣污染的分布圖；利用ODE數值解法，對生物數學中的傳染病模型進行分析求解；利用Matlab，對生物數學中的具體優化問題進行軟件二次開發等。依據課程間、知識點間的邏輯關系，以實際問題為驅動，在問題的解決處理中掌握知識，鍛煉能力；形成數值計算方向特色案例庫，并進行相應的教學方法改革。

　　3.突出專業方向課程的專業作用。專業方向課程，主要分信息安全方向課程和軟件設計方向專業課程。信息安全方向課程，包括：信息安全數學基礎、密碼學與網絡安全、信息論與編碼、數據通訊與計算機網絡、組合數學等課程。本方向課程篩選課程典型方法，探尋相關領域背景知識，精選理論知識和學科前沿問題與實踐的結合點，合理設計實驗項目。如：利用數論中的同余理論設計實現RSA公鑰加密系統的實驗項目；通過統計分析的方法，破解傳統的加密體制的實驗項目；通過橢圓曲線的理論，設計數字簽名算法的實驗項目；利用匈牙利算法，實現網絡硬件資源動態分配的實驗項目；利用圖論中的最小帶權樹算法，設計實現最優編碼的實驗項目；利用概率匹配算法，設計實現語音采集與編碼及網絡傳輸等，形成以數學在密碼與編碼課程的應用為特色的案例庫，以問題驅動教學改革，通過小型項目的開發，培養學生在信息安全領域解決實際問題的能力，是項目的重要組成部分，為后續的企業實踐夯實基礎。

　　軟件設計方向專業課程，包括：操作系統、Java程序設計、軟件工程、計算機圖形學等課程。以小型項目開發為實踐教學手段，研究探討軟件設計方向專業課程特點，篩選課程典型方法，結合項目背景領域知識，精選應用結合點，設計項目實施方案或運用課程方法建立數學模型，詳細設計項目實施步驟，形成課程實踐項目。如：基于NT技術的Windows操作系統的體系結構分析；通過堆、排序、索引、數據庫等知識點，設計文件管理系統；利用Java重載技術，設計手機日歷應用程序；采用RSA算法，設計產生密鑰程序；基于軟件開發生命周期進行漢字行編輯程序的設計；基于面向對象分析，進行編程語言類庫管理系統的分析與設計等。通過具有企業背景的小型項目的開發，初步培養學生在軟件行業從業能力，是項目的重要組成部分，為企業實踐奠定基礎。

　　4.實現項目實訓課程的綜合應用作用。項目實訓課程，主要涉及Java應用開發技術、Oracle數據庫應用技術、軟件測試技術等課程和畢業設計、企業實習等實踐環節，是所有課程的綜合應用階段，課程具有靈活性和廣泛性。教師從合作企業所參與或研發的項目中，篩選能突出專業特色的企業級實踐項目。此實踐項目的實戰訓練，讓學生具有一定的從業能力，使信計專業的畢業生既能達到企業的用人需求，還能在將來的職業生涯中突出本專業的優勢。本課程的實施實現高校人才培養與企業需求的無縫對接，提高信計專業學生的就業率和就業質量，并為校企聯合辦學提供范例。

　　5.提高教師的實踐能力。學院首先選取高學歷、高職稱，具有較強科研能力，同時能夠在后續課程中任教的教師任課。學院激勵教師主動學習實踐技能，獲取職業資格證書，提高教師的職業技能；并安排教師到企業實踐訓練或校外實訓基地頂崗鍛煉，培養和提高教師職業意識道德技能，不斷提高教師實踐操作能力，也為以后教授學生奠定良好基礎。同時，長期聘請具有企業實踐及開發能力的高級程序員及軟件工程師開展一系列的講座，使學生對各個課程的知識點的掌握和了解程度加強。教師能夠根據對后續課程的了解，在學科基礎課程中不斷插入典型案例，避免了學科基礎課程學習的枯燥，使學生能夠較容易接受新知識。

　　6.加強實驗室的建設和使用。學院信息與計算科學專業成為天津市“十二五”戰略型新興產業專業，通過學校與學校聯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，改建了數學實驗室。教師能夠不斷地通過案例教學，使用實驗室讓學生開展實驗課程，這樣使得實驗能夠得到充分利用，同時學生能夠在整個學習的課程中使用Matlab軟件結合學習，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，課程設計與實踐結合的平臺進一步加強，讓更多的學生在教師指導下參與課外研究或設計實踐，拓展學生的思路和拓寬實踐訓練的渠道。

　　理學院信計專業現今的課程的改革能夠極大地調動學生學習的積極性與主動性，使學生學習目的更加明確，專業認同增加；能夠極大地提高信計專業學生數學應用能力，并為以后的項目開發和從業提供堅實的基礎，能夠進一步提高學生的就業率和就業質量，從而徹底改變信計專業畢業生在就業方面的劣勢。但是，任何教學的改革總是有不足和不妥當之處，因此我們要不斷地推進教學改革的發展，努力完善及改進。

　　參考文獻：

　　[1]郭開文，裴永珍。高校信計專業實踐教學體系探索[J].高校實驗室工作研究，2013，（3 ）：1-2.

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