【摘要】本文首先对信息与计算科学专业的课程设置中存在的问题进行了分析,提出了以计算数学为理论基础、计算机科学为工具、实现信息处理的模块化培养模式,并建立了基于不同培养方向的模块化教学的课程体系;在此基础之上,又进一步制定了一套相关的、系统的实践课程体系,包括课程名称、修课要求、教学内容及目标等;最后,对数学建模思想、3+1定制培养模式和实践教学管理机制进行了探讨。
【关键词】实践教学 模块化教学 课程体系
【中图分类号】G640 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)10(a)-0156-03
信息与计算科学专业是1999年教育部在高等院校设立的本科专业,为“数学”一级学科下的二级学科,其课程体系及培养方向在不同的院校差异很大。在2004年山东大学召开的山东省高校“信息与计算科学”专业课程体系研讨会上,与会院校都介绍了自己的培养模式。大致可分为两类:少数大学走精英模式,培养高级计算数学专业人才;多数大学走“计算机应用”模式,培养具有一定数学基础的计算机应用人才。我校从1999年开始,已连续招收9届“信息与计算科学”专业的本科生,已有6届毕业生。在此期间,我们根据毕业生的反馈信息,不断总结经验、分析就业市场、进而调整完善课程体系。本专业毕业生主要有考研、出国深造、就业等几种去向。考研的学生有很多(超过50%)转到经济、管理、计算机、信息科学等其它专业;就业的大多在政府机关和IT产业(包括一些日本、韩国的计算机公司)工作。毕业生反馈回来他们得益最多的就是扎实的计算数学基础和在新背景下对数据的分析处理能力,这也是国外一些企业愿意招聘中国毕业生的原因,他们形容中国学生的数理基础像砖头,而他们自己的学生的数理基础像瓦片。我们对“信息与计算科学”专业的定位就是培养学生使用数学的方法对信息的处理能力,是从课程体系的建设到每门课的内容的具体安排都要始终与培养目标相符,建立起理论与实践并重的、具有自己特色的一个新专业,因此建立合理的课程体系和实践教学体系已成为我们所面临最具体的主要任务。
1 传统课程设置中存在的问题
在当前越来越强调高等院校的人才培养模式要与市场需求接轨的大背景下,传统的教学模式已受到挑战,掌握数据处理、数值计算和智能计算的新技术是信息时代“信息与计算科学”专业毕业生所应具备的。目前,我校该专业的实践教学中主要存在着以下问题:
1.1 实践教学的总体过程缺乏系统性、整体性的设计和安排,实践课程作为理论课程的补充,在专业教学过程中所占的比例太低,难以起到与理论课程相互支持的互补作用
另外,各门课的任课教师对实践环节的处理各自为政,实践内容、教学模式和考试方式等均未有科学的论证和合理的规范,甚至一些至关重要的实践环节就干脆被省略了,这一切都会导致学生对所学理论知识的理解和应用能力的降低,以及面对就业市场的尴尬。
1.2 培养模式陈旧,专业实验室和专业实践基地投入不足
目前信息与计算科学专业依然与数学系的应用数学专业共用“数学实验室”。实验室的硬件、软件及实验指导教师的设置均难以满足信息与计算科学专业对实践环节的要求。更严重的缺乏是自开设本专业以来,就未设立实验基地。在全校众多专业中只有“信息与计算科学”与“应用数学”专业没有毕业实习环节。教育部于1999年规定“信息与计算科学”为数学学科下设的二级学科,是要将传统的计算数学理论、信息科学和计算机技术结合起来,培养出能掌握信息处理技术的新型毕业生。显然,传统的“应用数学”框架下的理论和教学模式已不再适合新专业的设置要求。
1.3 没有健全的管理、激励机制,造成实践教学不能很好的运行
由于历史的原因。人们对实践教学的忽视,导致对实践教学的投入不足,包括对从事实践教学的人员的业绩评估等。在本科教学评估中仍是侧重对理论课的考核,对实践环节和对学生实践能力的鉴定都缺乏力度。对实践课程的定量统计、实践指导教师的设置培训以及工作量认可都存在问题[3]。
针对上述问题,本专业采用分层分模块培养模式,实行本科生导师制,鼓励并引导学生进入教师的科研项目以提高学生的创新意识及实践能力;倡导学生根据个人志趣和条件进入大学生科研训练计划和第二专业辅修计划;对部分学生实行3+1定制式培养模式。
2 信息与计算科学专业模块化实践教学体系的构建与实施方案
我们对“信息与计算科学”专业的模块化实践教学体系做了初步探讨,提出了具体的实施方案,并针对在实施过程中可能出现的问题进行了分析。
2.1 培养目标
确定基础理论教育与专业技能并重的指导思想,通过实践教学体系的建立、健全和实施在实践过程中加深学生对理论知识的理解,同时培养学生掌握和运用先进的计算方法和计算工具,从而提高实践能力,为进一步深造和适应就业市场打好基础;使本专业的毕业生具备深厚的数学基础、较广博的计算数学专业知识、良好的应用软件和数值软件研发能力,掌握数据分析与处理的基础理论和最新技术,并具备初步的科研能力。
2.2 按模块组成的实践教学课程体系
信息与计算科学专业实践教学体系以专业课程设置为基础,由以下三个部分组成:
(1)基础阶段:完成基础数学、信息科学、计算科学的基本理论认识与基本操作技能的教育,为进入专业基础阶段打好基础。主要包括数学基础模块和部分计算机技术模块(C语言程序设计、数据库原理等)的课程
(2)专业基础阶段:针对信息与计算科学专业所必备的实践能力设置实践内容,结合数学建模、本科生科研训练计划,为学生进入大四的专业提升阶段做好准备。主要包括数学实验模块以及学生所选的计算数学、数据处理和金融保险等某一模块的部分课程。
(3)专业提升阶段:要求学生在这一阶段掌握多门专业课的应用实践,鼓励创新为进行毕业设计和将来能够尽快适应研究生阶段的科研工作做好准备。
数学基础:数学分析,高等代数,实变函数,常微分方程,数理方程,概率论,统计基础,计算方法,随机过程初步等,见表1。
计算数学:数值代数,数值逼近,微分方程数值解法,数值最优化,计算数学专业课同步实验等,见表2。
计算机技术:C语言程序设计,数据库原理,软件工程, C++面向对象程序设计,计算机图形学,计算几何,Java程序语言设计等,见表3。
数学实验:数学模型,数学模型实验,数学实验Ⅰ,数学实验Ⅱ,数值软件等,见表4。
信息科学:信息论基础,密码学基础,人工神经网络,人工智能导论等,见表5。
数据处理:应用统计,多元统计分析,FFT与小波分析,数字信号处理等,见表6。
金融保险:证券投资分析,证券投资分析实习,多元统计分析,保险精算,统计预测与风险决策,见表7。
3 在实践教学体系的建设中贯穿数学建模思想的必要性
数学本身就是产生于对实际问题的分析及抽象化。微积分理论建立之后,对现实世界中的很多问题都可以通过适当的分析、建立模型来求解。上世纪,随着计算机科学的发展和网络的普及,在适当的条件下利用计算机模拟给出实际问题的解,更是成为科学研究中的热点,经过多年的发展已作为科学研究的一门基本工具应用到各个领域。尤其是在实验难度大、花费高的海洋科学和航天航空等领域中,计算建模已逐渐成为主要依赖的研究方法[1,2]。
传统的数学授课模式主要是在传授数学理论,在实践教学中贯穿数学建模思想,让学生不仅能掌握数学的理论知识,并且能通过数学模型的应用来理解和领会科学,许多科学现象、物理背景和数学概念、数学方法就能更容易地被学生接受和理解。另外,这种教学方法本身带有研究性教学思想,更加符合我国的教育方针和我校的研究性大学的定位。
本专业开设了数学建模和数学建模讲座两门课,但我们所强调的数学建模思想绝不是仅限于开设两门有关“数学建模”的课程,而是要在整个实践课程体系中始终贯穿着数学建模的思想。在“数学建模”、“数学实验”中,教会学生建模的思想和方法;在“数理统计”、“统计预测与风险决策”等课程中,介绍各种数据挖掘模型在证券分析与金融保险中的应用;在“数学规划”、“计算机网络”中着重讲解运筹学的各种模型在计算机科学中的应用。
4 关于实践教学管理机制和3+1定制模式的探讨
整个实践教学环节的有效实施必须以设置齐全的实践教学基地和高水平的实践课程指导教师为基础。因此实践教学基地(实验室、毕业实习基地等)必须作为一个教学实体存在,有针对性地建立适当的管理和激励机制,以支持实践教学指导教师持续有效地实施实践环节,是实现我们培养目标的关键。
在已建成数学实验室和人工神经网络实验室的基础上进一步建立计算数学实验室、数据处理实验室和大学生科技创新中心,与崂山烟草专卖局、青岛颐杰利科技工程有限公司联合建立数学院实践基地是我们目前的主要工作。我院与东软集团首次签订了3+1定制培养模式协议,即前三年在我系学习,大四时与用人单位(东软集团)签订就业合同并到单位参加课程学习与实践培训(同样被学校承认学分)。课程设置体现专业培养标准的同时也有利于学生的个人发展,并兼顾就业市场的演化趋势。
3+1定制培养模式:
见表8。
另外,我们有专门的专业负责小组根据国际上学术发展、就业市场演变情况对培养模式进行与时俱进的改革以及教学内容的动态更新。至2008年,本专业培养本科生6届共350名,近6年来,毕业生一次就业率平均为91%,远远高于教育部和劳动人事部公布的全国高校毕业生一次就业率平均水平。每年毕业的学生中,约有35%考取研究生或出国留学;约35%的毕业生从事IT产业;约25%进入政府机关及其他专业领域工作;约5%选择自主创业。毕业生对社会需求有较好的适应性,应该说是得益于我们的分层次模块化教学模式和实践技能培养与理论传承并重的教学思想。
参考文献
[1] 段勇,傅英定,黄廷祝.浅谈数学建模思想在大学数学教学中的应用[J].中国大学教学,2007(10):32-34.
[2] 张鸿雁,谷群辉,何勇.关于“数学实验与数学建模”课程教学改革中的几个问题的探讨.数学理论与应用,2002(4):9-11.
[3] 姜启源.数学实验数学建模.数学的实践与认识,2001(5):613-617.