计算机专业拔尖人才培养中的实践教学模式研究_韩锐.pdf

计 算 机 教 育Computer Education128第 4 期2023 年 4 月 10 日文章编号：1672-5913(2023)04-0128-08中图分类号：G642实践论坛基金项目：国家自然科学基金面上项目“面向云平台短时作业的集群调度器配置优化关键技术研究”（61872337）；教育部基础学科拔尖学生培养计划 2.0 研究课题“基于大数据全生命周期技术的中外拔尖学生培养模式比较研究”（20212011）。第一作者简介：韩锐，男，研究员，研究方向为计算机教育理论研究，。0引 言在建设创新型国家的时代背景和国际人才竞争的大格局下，如何培养和造就一批拔尖创新人才，已经成为当前我国“双一流”高校的工作重点。教育部启动的基础学科拔尖学生培养计划 2.0，旨在培养中国自己的学术大师1。该计划于 2019 年启动，目前仍然处于前期摸索阶段，国内2-7和国外6-14拔尖人才培养方式差异较大，评判标准也各不相同，可供研究的拔尖学生培养模式和数据均不足。尤其是，计算机作为一门高度重视实践的学科，当前针对拔尖人才培养的研究，往往从宏观上探讨人才培养模式15-18，探讨中外培养模式差异与特色培养方式19-20，或分析一至三所典型高校人才培养模式21-27，缺乏对不同地域文化和学科特色的国内外高校进行综合性对比分析，以及对计算机学科拔尖人才实践教学模式的系统性总结。1国内外拔尖人才培养现状1.1拔尖学生培养研究拔尖人才培养的内涵，既包括教育思想、培计算机专业拔尖人才培养中的实践教学模式研究韩 锐，李 爽，刘 驰（北京理工大学 计算机学院，北京 100081）摘 要：针对当前计算机学科拔尖人才培养缺乏对实践教学模式系统性总结的问题，选取在地域、文化和学科上各具特色的 26 所国内外一流高校，以案例研究的方法对计算机实践教学模式进行对比分析，为我国计算机学科拔尖人才培养提供可借鉴的经验和规律。关键词：拔尖人才培养；计算机专业；案例研究；国内外高校养目标等宏观因素，又有培养环境、师资配备以及教学内容和课程体系等具体内容。现有研究主要从 3 个方面展开：宏观研究。系统性总结高校荣誉学院的历史和结构15，学生成功培养模式16，以及通过智力和学术上的竞争使学生获得显著的成长28。中外对比。分析国内外精英教育价值增益及衡量方式17，对比中国与欧洲高等教育的联系与区别18，总结顶尖人才培养经验29。特色培养。探讨如何利用学科交叉融合与竞赛实训进行拔尖人才的培养30，以及通过产学研合作创新驱动 19培养具有时效性的高等人才 20。1.2计算机专业实践教学我国于 1993 年建立计算机类专业教学质量国家标准，为计算机人才培养建立了系统体系与目标31。近年来，从培养目标32、培养模式33、科研导向 34等不同角度进行了探讨，主要包括两方面内容：新工科人才培养。设计以项目为中心的计算机人才培养模型，以项目为载体同步培养学生的知识、能力和素质，提升实践能力35-37。典型高校分析。针对国外几所大学进行小规模调研，包括麻省理工、斯坦福、卡耐基梅隆 38、牛津大学 39、帝国理工学院和布里DOI:10.16512/ki.jsjjy.2023.04.024实践论坛第 4 期129斯托大学，从不同方面对比其培养模式40。2国内外拔尖计算机人才培养比较分析框架针对拔尖学生的实践教学模式对比分析，主要有以下两个目标。（1）目标 1：总结国内外一流高校实践教学共性特点。在全世界范围内选取兼具综合性和学科代表性的高校作为主要研究对象。面向计算机基础学科的拔尖人才培养，综合考虑全面性和典型性等因素，选取具有明显优势和代表性的 26所国内外高校作为主要研究对象。14 所国内高校：依据教育部公布首批基础学科拔尖学生培养计划 2.0 基地名单41，选取计算机科学学科首批的 12 所大陆高校（清华大学、北京大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、南京大学、浙江大学、华中科技大学、电子科技大学、西安交通大学、国防科技大学及我校），以及计算机学科排名最高的香港科技大学和香港中文大学。12 所国外高校：涵盖“泰晤士高等教育世界大学排名 THE”“软科世界大学学术排名 ARWU”“QS 世界大学排名”“U.S.News 世界大学排名”四大权威大学排名中，计算机学科排名分别位居前 10 名、前 2030 名和前 4050 名的高校；同时保证选取的高校分布于美国、欧洲、澳洲、亚洲等不同地域。分别是麻省理工大学、卡耐基梅隆大学、苏黎世联邦理工学院、剑桥大学、康奈尔大学、新加坡国立大学、佐治亚理工大学、帝国理工学院、英属哥伦比亚大学、伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校、悉尼科技大学、阿卜杜勒阿齐兹国王大学。（2）目标 2：分析不同维度下拔尖人才培养模式差异性。从培养目标、培养环境、师资配备、授课方式、社会资源 5 个维度，全面分析挖掘实践教学培养模式的共性、差异性和关联性。为确保研究的全面性和广度，应既总结分属不同地域的中外大学的共性特点，又选取典型案例介绍其特有培养模式；同时，以计算机科学专业的教学与课程体系为细粒度研究对象，从学科核心课和学科特色课两个方面，总结计算机实践教学特点。3拔尖人才培养中实践教学模式综合分析3.1培养目标1）共性特征。国内外院校在课程设置上注重培养学生的实践和创新能力，推进学科交叉融合，进而激发学生的潜能。同时，注重学生的全方位发展，强化学生的社会责任感和使命意识，培养德才兼备的计算机专业拔尖人才。2）典型院校案例分析。依据计算机学科的特点，不同高校制订了各具特色的培养目标。（1）拓实基础。清华大学开设“学堂计划计算机科学班”作为计算机科学拔尖学生培养基地，构筑基础学科人才培养特区，注重综合素质的培养1；南京大学注重德、智、体、美全面发展；哈尔滨工业大学遵循“知识与兴趣、能力与意识、素质与品德”的培养理念，因材施教。（2）创新能力。北京大学采用个性化培养的方式来挖掘学生的发展潜质；北京航空航天大学旨在培养具有创新精神的优秀计算机人才；西安交通大学注重培养学生的宽阔视野和宽厚基础，强化创新能力培养。（3）科研实践。华中科技大学以培养科学素养为目标，着力培养学生科研实践能力；电子科技大学实行“以学促研、以研促学、研学引领”的拔尖人才培养目标；香港科技大学注重培养学生的实际问题解决能力。3.2培养环境1）共性特征。国内外高校往往面向科研实践，为拔尖人才培养建立高水平的实验室，提供良好的科研软硬件条件，支撑小班化、个性化的培养模式。同时，计算机学科具有高度国际化的特征，因此，各高校通过开展国际交流计划，为学生提供一流的英文培养环境和国际化资源，对学生及时掌握计算机学科快速发展的大数据、人工智能、物联2023130计 算 机 教 育Computer Education网、边缘计算等技术至关重要。2）典型院校案例分析。（1）实践平台。清华大学、北京大学搭建诸多国家级、省部级国家重点实验室和国家工程中心，为高端人才培养提供了实践基地，支撑实验实践教学和科研创新。（2）国际交流。国内诸多高校均通过和国外一流大学合作、设立国际交流基金等方式，将境外学习项目与培养计划有机结合，对拔尖计算机人才进行联合培养。在国际上，美国华盛顿大学通过提供丰富多样的体验式开放交流活动，使学生可以和来自世界不同国家、文化、专业的优秀同学进行交流 8。3.3师资配备师资配备是高校构建课程体系的根本，教师的专业水平和教学能力对学生的培养质量至关 重要。1）共性特征。国内外高校均为拔尖人才的培养配备了雄厚的师资，其中往往由院士、教授等顶尖学者作为学科带头人，为学生树立学术大师的榜样。同时，将导师制引入本科学生的培养，由年轻教师在一线指导学生从事科研和教学实践活动，并进一步邀请领域知名学者、产业界资深人员进行授课与讲座。2）典型院校案例分析。（1）大师引领。北京大学开展“大学堂”顶尖学者讲学计划，通过学业顾问导师制引入多个海内外知名学者；哈尔滨工业大学制订“紫丁香拔尖创新人才培养计划”，举办“名师小班行”“教授接待日”等特色活动。（2）一流团队。国内外高校已形成各具特色的人才培养团队，组建了多只国家级和省级教学团队。例如，牛津大学在继承中古大学传统与弘扬现代大学使命上找到了平衡点，针对本科人才培养构建了多个一流教学团队13。3.4授课方式授课是高校人才培养的主要方式，具体体现在对学生的培养方案和方法。1）共性特征。相对于传统本科生的培养模式，拔尖学生的培养，往往使用小班化、多元化、个性化的方式。在学生本科阶段就采取导师制、书院制的培养方式，针对不同学生的特点因材施教，培养学生的实践能力。2）典型院校案例分析。（1）本研衔接。清华大学、北京大学等诸多高校在学生本科入学时就为其配备专门的新生导师，创建“通过研究学习”人才培养体系2-3，将本科与研究生培养结合起来进行总体规划与考虑，实施本研一体培养。（2）特色培养。上海交通大学探索“好奇心驱动”拔尖人才培养模式 6；浙江大学采用小班化、研讨式教学模式，实行个性化课程。类似的，华盛顿大学和纽约州立大学石溪分校均为优秀学生提供专属课程，并在每学期根据学生特点调整课程。3.5社会资源社会资源即高校为学生实践能力培养提供的学校之外的教学、科研等条件。1）共性特征。社会资源主要分为两个部分：国际交流。包括参加国际暑期学校，邀请国外名校学者来校进行短期访问，组织拔尖学生出国交流等多种形式。外部科研平台。通过产学研合作，广泛和外部企业合作，共同搭建校企联合科研实践平台。2）典型院校案例分析。（1）国际交流。北京大学与数十所国外一流大学建立长期稳定的合作关系；上海交通大学设立“吴文俊人工智能荣誉博士班”，与国外顶尖大学进行联合培养；电子科技大学设立“珠峰海外科研实习计划”“珠峰国际菁英营”等多个国际化交流项目。（2）荣誉学院。美国麻省理工大学为计算机人才培养设立高校创新创业人才培养模式11；美国纽约州立大学石溪分校依托荣誉学院，举办丰富的年度活动和社团活动，为学生的学业和人际关系提供了巨大的机会和多样性9。实践论坛第 4 期1314计算机学科实践教学课程体系对比分析4.1计算机专业课程体系通过调研中外 26 所著名高校的本科课程设置，将计算机专业课程体系分解为公共基础课、学科核心课和学科特色课三大类，如图 1 所示（注：部分高校未提供公开课程信息）。（1）公共基础课为通识教育课程，旨在全面培养学生的思想道德素质和文化素质，使学生具有较好的身体素质和心理素质。（2）学科核心课注重培养学生掌握扎实的计算机科学与技术基础理论和专业知识，注重培养学生的问题分析和求解能力，能够将数学、自然科学、工程基础和计算机专业知识融合，提出创新方法，解决复杂专业问题。（3）学科特色课则是各个高校结合自身培养目标和社会资源，为学生提供的计算机理论、技术、应用及交叉学科融合的特色课程，主要培养学生创造性思维能力，提升其科学研究能力。如图 2 所示，国内高校设置的公共基础课与学科核心课数量基本一致，占比分别为 41%和 45%，而学科特色课所占比例较少，仅为14.43%；国外高校则更注重学科核心课，其所占比例达 53%。051015202530354045THUPKUBUAABITHITSJTUNJUZJUHUSTUESTCXJTUNUDTHKUSTCUHKMITCMUETHCAMBCornellNUSGatechImperialUBCUIUCUTSKAU公共基础课学科核心课学科特色课图 1 中外 26 所高校计算机类课程设置数目对比公共基础课33%学科核心课53%学科特色课14%公共基础课41%学科核心课45%学科特色课14%（a）国内高校（b）国外高校图 2 中外 26 所高校计算机类课程设置对比2023132计 算 机 教 育Computer Education4.2课程体系对比分析针对实践教学模式，重点分析计算机专业学科核心课和学科特色课，选取代表性课程（即设置最多的 1015 门课程）进行比较分析。4.2.1 学科核心课设置合适的计算机学科核心课程，既要引导学生完成基础理论和系统知识