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高校信息與計算科學專業(yè)課程教學改革與探索
高校信息與計算科學專業(yè)課程教學改革與探索
代少軍，裴永珍，吳雄華
�。ㄌ旖蚬I(yè)大學理學院，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)的學生實踐能力日益提高，對傳統(tǒng)的專業(yè)課程教學改革進行相應調(diào)整和改革，以期更好地培養(yǎng)信計專業(yè)應用型人才。本文以天津工業(yè)大學理學院為例，對信計專業(yè)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(zhì)量與教學改革研究計劃重點課題“依托戰(zhàn)略信息產(chǎn)業(yè)，立足應用能力培養(yǎng)的信計專業(yè)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(shù)組合工作。
地方院校信息與計算科學專業(yè)（以下簡稱信計專業(yè)），以培養(yǎng)服務區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的應用型人才為己任，其人才培養(yǎng)的目標定位也應定位在應用型人才培養(yǎng)上，而數(shù)學應用能力的培養(yǎng)是信計專業(yè)應用型人才培養(yǎng)的核心。但是傳統(tǒng)上，信息與計算科學屬于數(shù)學類專業(yè)，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(yè)的畢業(yè)生有著厚實的數(shù)學基礎，但在應用數(shù)學知識解決企業(yè)實際問題方面仍不能得心應手。另一方面，隨著科學技術發(fā)展，特別是計算機軟件和信息技術的突飛猛進，數(shù)學研究和應用的領域不斷拓廣和深入，數(shù)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(shù)學應用能力又具有行業(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)正是就這一目標進行改革，科學地選擇信計專業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)的結合點，在課程體系中增加一些與行業(yè)從業(yè)能力相關的課程和實踐環(huán)節(jié)，同時對信計專業(yè)的課程進行改革，實現(xiàn)由側重基礎和理論向側重方法和應用的轉(zhuǎn)變。天津工業(yè)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(guī)劃重點課題“基于應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)學類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式的研究與實踐”，通過建立校企緊密結合的人才培養(yǎng)模式，突破了數(shù)學類專業(yè)由于沒有對口的行業(yè)在應用型人才培養(yǎng)中面臨的挑戰(zhàn)，成功地解決了數(shù)學類專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)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(yè)問題僅僅是第一步，要讓學生真正具有數(shù)學的應用能力，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等數(shù)學類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式改革的核心。理學院針對信計專業(yè)開設的所有課程，進行頂層設計、系統(tǒng)規(guī)劃，采取由淺入深的方式構建每門課程中以數(shù)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(shù)學規(guī)律的多媒體課件的數(shù)學實驗內(nèi)容的課程體系，將所有課程分為學科基礎課、專業(yè)基礎課、專業(yè)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(huán)節(jié)，培養(yǎng)更好地服務于國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)———信息產(chǎn)業(yè)的應用型人才。其最終的成果可輻射到數(shù)學類其他專業(yè)、全校本科和研究生的數(shù)學類公共課。本文對理學院信計專業(yè)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(shù)學分析、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(shù)學規(guī)律的多媒體課件，以學科基礎課程與后續(xù)課程中緊密聯(lián)系的知識點為標準，來篩選信計專業(yè)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(shù)學模型，利用學科基礎課的知識點研究解決數(shù)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(wǎng)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(shù)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(shù)學分析中二分法的知識，設計數(shù)值分析中關于方程求解的實驗項目等。最終依據(jù)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(shù)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(diào)專業(yè)基礎課程承上啟下的作用。專業(yè)基礎課程，主要課程包括：離散數(shù)學、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(shù)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(shù)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(nèi)容。如：利用最短路徑算法，設計物流網(wǎng)絡中最優(yōu)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(jīng)網(wǎng)絡和SVM方法，預測本地區(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)學中的傳染病模型進行分析求解；利用Matlab，對生物數(shù)學中的具體優(yōu)化問題進行軟件二次開發(fā)等。依據(jù)課程間、知識點間的邏輯關系，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，并進行相應的教學方法改革。
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)學基礎、密碼學與網(wǎng)絡安全、信息論與編碼、數(shù)據(jù)通訊與計算機網(wǎng)絡、組合數(shù)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(shù)論中的同余理論設計實現(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)絡硬件資源動態(tài)分配的實驗項目；利用圖論中的最小帶權樹算法，設計實現(xiàn)最優(yōu)編碼的實驗項目；利用概率匹配算法，設計實現(xiàn)語音采集與編碼及網(wǎng)絡傳輸?shù)�，形成以�?shù)學在密碼與編碼課程的應用為特色的案例庫，以問題驅(qū)動教學改革，通過小型項目的開發(fā)，培養(yǎng)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(xù)的企業(yè)實踐夯實基礎。
軟件設計方向?qū)I(yè)課程，包括：操作系統(tǒng)、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(fā)為實踐教學手段，研究探討軟件設計方向?qū)I(yè)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(shù)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(tǒng)的體系結構分析；通過堆、排序、索引、數(shù)據(jù)庫等知識點，設計文件管理系統(tǒng)；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(chǎn)生密鑰程序；基于軟件開發(fā)生命周期進行漢字行編輯程序的設計；基于面向?qū)ο蠓治�，進行編程語言類庫管理系統(tǒng)的分析與設計等。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。
4.實現(xiàn)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(fā)技術、Oracle數(shù)據(jù)庫應用技術、軟件測試技術等課程和畢業(yè)設計、企業(yè)實習等實踐環(huán)節(jié)，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(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)訓練，讓學生具有一定的從業(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)學生的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量，并為校企聯(lián)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(xù)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(yè)資格證書，提高教師的職業(yè)技能；并安排教師到企業(yè)實踐訓練或校外實訓基地頂崗鍛煉，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，也為以后教授學生奠定良好基礎。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(yè)成為天津市“十二五”戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)專業(yè)，通過學校與學校聯(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，改建了數(shù)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(yè)現(xiàn)今的課程的改革能夠極大地調(diào)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(yè)認同增加；能夠極大地提高信計專業(yè)學生數(shù)學應用能力，并為以后的項目開發(fā)和從業(yè)提供堅實的基礎，能夠進一步提高學生的就業(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(fā)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(yè)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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