高校信息与计算科学专业课程教学改革与探索

地方院校信息与计算科学专业（以下简称信计专业），以培养服务区域经济发展的应用型人才为己任，其人才培养的目标定位也应定位在应用型人才培养上，而数学应用能力的培养是信计专业应用型人才培养的核心。但是传统上，信息与计算科学属于数学类专业，在教学上往往侧重于基础和理论，忽视方法和应用，造成信计专业的毕业生有着厚实的数学基础，但在应用数学知识解决企业实际问题方面仍不能得心应手。另一方面，随着科学技术发展，特别是计算机软件和信息技术的突飞猛进，数学研究和应用的领域不断拓广和深入，数学已成为一种技术，渗透到人类生活的方方面面，社会对既具有数学应用能力又具有行业从业能力的信计专业的毕业生有很大需求。目前，地方院校信计专业正是就这一目标进行改革，科学地选择信计专业与信息产业的结合点，在课程体系中增加一些与行业从业能力相关的课程和实践环节，同时对信计专业的课程进行改革，实现由侧重基础和理论向侧重方法和应用的转变。天津工业大学理学院对该项改革进行了长期的探索与实践，主持了天津市教育规划重点课题“基于应用型人才的理科人才培养模式的探索与实践”，参加了天津市重点教改项目“基于资源共享的数学类专业应用型人才培养模式的研究与实践”，通过建立校企紧密结合的人才培养模式，突破了数学类专业由于没有对口的行业在应用型人才培养中面临的挑战，成功地解决了数学类专业毕业生的就业问题，该成果获天津市教学成果二等奖。在取得成果的同时，我们也清醒地认识到，解决学生的就业问题仅仅是第一步，要让学生真正具有数学的应用能力，使其成为未来发展的核心竞争力，这才是信息与计算科学等数学类专业应用型人才培养模式改革的核心。理学院针对信计专业开设的所有课程，进行顶层设计、系统规划，采取由浅入深的方式构建每门课程中以数学方法应用的典型案例和综合应用实例为主，附加一些直观演示数学规律的多媒体课件的数学实验内容的课程体系，将所有课程分为学科基础课、专业基础课、专业方向课和项目实训等课程群，通过四年不断线且循序渐进的实验实践环节，培养更好地服务于国家战略新兴产业———信息产业的应用型人才。其最终的成果可辐射到数学类其他专业、全校本科和研究生的数学类公共课。本文对理学院信计专业的课程教学改革进行探讨。

1.加强学科基础课程的基础地位。学科基础课程，主要是由数学分析、高等代数、解析几何、微分方程及概率统计等课程构成。探讨五门学科基础课中的各自特点，建立以解答案例为主的学科基础课程实验模块，附加一些直观演示数学规律的多媒体课件，以学科基础课程与后续课程中紧密联系的知识点为标准，来筛选信计专业开设的方向如信息安全及软件设计领域的典型案例，并进一步建立数学模型，利用学科基础课的知识点研究解决数学模型的方法，设计实验项目，形成基础课程实验模块。如：利用矩阵的乘法掌握，设计网络安全中关于通讯过程中线性分组码的编码设计及校验的实验项目；利用解线性方程组的方法，设计数值分析中关于迭代法的实验项目；利用贝叶斯公式的知识，设计密码学中关于密码攻击成功率的实验项目；利用数学分析中二分法的知识，设计数值分析中关于方程求解的实验项目等。最终依据学科基础课程知识点的逻辑关系，形成学科基础课程的特色案例库及多媒体课件库，将数学基础实验课程模块化，并将其固化为特色教材和讲义。

2.强调专业基础课程承上启下的作用。专业基础课程，主要课程包括：离散数学、数值分析、微分方程数值解、数据挖掘等课程，是信息与计算科学专业课程体系的重要组成部分。本课程承上启下，所涉及的知识点源于学科基础课，同时实验模块可提高学生的算法分析和程序设计能力。我们研究探讨数值计算类课程特点，提炼具有应用背景的相关知识点，理清与学科基础课之间的逻辑关系，研究算法分析等子课题对数值计算的需求；并结合相关领域的实际问题，筛选课程的典型方法，精选应用结合点，研究问题解决方法，设计实验项目内容。如：利用最短路径算法，设计物流网络中最优的快递送达路线；通过图的着色算法，合理安排交通路口红绿灯；通过曲线拟合，BP神经网络和SVM方法，预测本地区经济发展；利用插值法，绘制某地区空气污染的分布图；利用ODE数值解法，对生物数学中的传染病模型进行分析求解；利用Matlab，对生物数学中的具体优化问题进行软件二次开发等。依据课程间、知识点间的逻辑关系，以实际问题为驱动，在问题的解决处理中掌握知识，锻炼能力；形成数值计算方向特色案例库，并进行相应的教学方法改革。

3.突出专业方向课程的专业作用。专业方向课程，主要分信息安全方向课程和软件设计方向专业课程。信息安全方向课程，包括：信息安全数学基础、密码学与网络安全、信息论与编码、数据通讯与计算机网络、组合数学等课程。本方向课程筛选课程典型方法，探寻相关领域背景知识，精选理论知识和学科前沿问题与实践的结合点，合理设计实验项目。如：利用数论中的同余理论设计实现RSA公钥加密系统的实验项目；通过统计分析的方法，破解传统的加密体制的实验项目；通过椭圆曲线的理论，设计数字签名算法的实验项目；利用匈牙利算法，实现网络硬件资源动态分配的实验项目；利用图论中的最小带权树算法，设计实现最优编码的实验项目；利用概率匹配算法，设计实现语音采集与编码及网络传输等，形成以数学在密码与编码课程的应用为特色的案例库，以问题驱动教学改革，通过小型项目的开发，培养学生在信息安全领域解决实际问题的能力，是项目的重要组成部分，为后续的企业实践夯实基础。

软件设计方向专业课程，包括：操作系统、Java程序设计、软件工程、计算机图形学等课程。以小型项目开发为实践教学手段，研究探讨软件设计方向专业课程特点，筛选课程典型方法，结合项目背景领域知识，精选应用结合点，设计项目实施方案或运用课程方法建立数学模型，详细设计项目实施步骤，形成课程实践项目。如：基于NT技术的Windows操作系统的体系结构分析；通过堆、排序、索引、数据库等知识点，设计文件管理系统；利用Java重载技术，设计手机日历应用程序；采用RSA算法，设计产生密钥程序；基于软件开发生命周期进行汉字行编辑程序的设计；基于面向对象分析，进行编程语言类库管理系统的分析与设计等。通过具有企业背景的小型项目的开发，初步培养学生在软件行业从业能力，是项目的重要组成部分，为企业实践奠定基础。

4.实现项目实训课程的综合应用作用。项目实训课程，主要涉及Java应用开发技术、Oracle数据库应用技术、软件测试技术等课程和毕业设计、企业实习等实践环节，是所有课程的综合应用阶段，课程具有灵活性和广泛性。教师从合作企业所参与或研发的项目中，筛选能突出专业特色的企业级实践项目。此实践项目的实战训练，让学生具有一定的从业能力，使信计专业的毕业生既能达到企业的用人需求，还能在将来的职业生涯中突出本专业的优势。本课程的实施实现高校人才培养与企业需求的无缝对接，提高信计专业学生的就业率和就业质量，并为校企联合办学提供范例。

5.提高教师的实践能力。学院首先选取高学历、高职称，具有较强科研能力，同时能够在后续课程中任教的教师任课。学院激励教师主动学习实践技能，获取职业资格证书，提高教师的职业技能；并安排教师到企业实践训练或校外实训基地顶岗锻炼，培养和提高教师职业意识道德技能，不断提高教师实践操作能力，也为以后教授学生奠定良好基础。同时，长期聘请具有企业实践及开发能力的高级程序员及软件工程师开展一系列的讲座，使学生对各个课程的知识点的掌握和了解程度加强。教师能够根据对后续课程的了解，在学科基础课程中不断插入典型案例，避免了学科基础课程学习的枯燥，使学生能够较容易接受新知识。

6.加强实验室的建设和使用。学院信息与计算科学专业成为天津市“十二五”战略型新兴产业专业，通过学校与学校联合获得天津市大量资金支持，把这些资金用于加大机房建设，改建了数学实验室。教师能够不断地通过案例教学，使用实验室让学生开展实验课程，这样使得实验能够得到充分利用，同时学生能够在整个学习的课程中使用Matlab软件结合学习，起到双赢的效果。另外，通过实验室投入的加大与条件不断的完善，课程设计与实践结合的平台进一步加强，让更多的学生在教师指导下参与课外研究或设计实践，拓展学生的思路和拓宽实践训练的渠道。

理学院信计专业现今的课程的改革能够极大地调动学生学习的积极性与主动性，使学生学习目的更加明确，专业认同增加；能够极大地提高信计专业学生数学应用能力，并为以后的项目开发和从业提供坚实的基础，能够进一步提高学生的就业率和就业质量，从而彻底改变信计专业毕业生在就业方面的劣势。但是，任何教学的改革总是有不足和不妥当之处，因此我们要不断地推进教学改革的发展，努力完善及改进。

参考文献：

[1]郭开文，裴永珍。高校信计专业实践教学体系探索[J].高校实验室工作研究，2013，（3 ）：1-2.

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