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信息与计算科学专业的课程教学探索
发布时间:2021-04-09 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
信息与计算科学专业的课程教学探索
 
              叶国栋  
(广东海洋大学数学与计算机学院,广东 湛江 524088)
 
[摘  要]信息与计算科学专业是教育部于1998年将原来的计算数学及其应用软件专业进行更名而成立的一个新数学类专业,主要以信息为依托,数学、信息科学以及计算机科学相交叉。培养大学生经过数学、信息论和计算机科学的训练与熏陶,能够胜任在信息科学与计算科学领域从事科学研究、软件开发、项目管理和教育教学等。本文结合对信息与计算科学专业的认识,探索在专业数学基础课程教学、计算机科学课程教学、信息与大数据课程教学、校企合作培养课程教学等设置,为推动信息与计算科学专业的发展和完善提供参考,以及提高人才培养质量。
[关键词]信息与计算科学;课程;数学;教学;教育教学论坛
[作者简介]叶国栋(1981-),男,博士,教授,研究方向:信息安全、数学模型及应用。
中图分类号:G642.0      文献标志码:A       文章编号:
 
Exploration on the course teaching in specialty of information and computing science
 
YE Guodong
(Faculty of Mathemtics and Computer Science, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China)
 
The specialty of information and computing science is a new mathematics major established by the Ministry of Education in 1998, which was changed from the name of computing mathematics and its application software specialty. It Relies mainly on information, and is the intersection of mathematics, information science and computer science. Through the training and edification of mathematics, information theory and computer science, college students can be competent to engage in scientific research, software development, project management, education and teaching in the fields of information science and computing science. Based on the understanding of the specialty of Information and computing science, this paper explores the teaching of basic mathematics course, computer science course, information and big data course, college-enterprise cooperation training course, etc. It provides reference for promoting the development and improvement of information and computing science specialty and improving the quality of personnel training.
Key words: information and computational science; curriculum; mathematics; teaching
 
0  专业认识
 
为面向新世纪高端科技型人才的需求,教育部决定策换原始的“计算数学”专业(1987年更名为“计算数学及其应用软件”),于1998年成立新的交叉专业信息与计算科学(Information and Computing Science)。根据2003年教育部数学与统计学教学指导委员会数学类教学指导分委员会的调查报告“关于信息与计算科学专业办学现状与专业建设相关问题”指出[2]:信息与计算科学专业就其范畴与研究内容而言是数学、计算机科学、信息工程等广泛学科的交叉。信息与计算科学专业应该主要研究“信息技术的核心基础与运用现代计算工具高效求解科学与工程问题的数学理论与方法”(或者说,研究定向于信息技术、计算技术的数学基础)。
广东海洋大学于2002年开始招收信息与计算科学专业的本科生,结合本校实际情况设置本专业的培养目标为[1]:培养具备一定的人文素质,具有扎实的数学基础和良好的数学思维能力,掌握信息科学、计算科学的基本理论、方法与技能,受到计算科学、信息处理技术和软件应用技术的训练,具有初步科学研究和应用所学知识解决实际问题的能力,能从事科学与工程计算、信息处理、软件开发、管理决策、数据分析的高素质应用型高级专门人才。为培养信息与计算科学专业的应用人才,毕业前使得大学生具有扎实的数学基础、良好的数学思维,并具备计算机科学、信息处理、软件与网站开发及应用能力等,在课程教学上,我校在本专业的主干课程分为[1]:(1)专业核心课教学,包括:数学分析、高等代数与解析几何、常微分方程、概率论与数理统计、Python 基础、数值分析、运筹学、数学模型、数据分析基础;(2)实践性教学,包括:生产实习、毕业实习、毕业设计、程序设计综合实践、算法设计与分析综合实践、数据分析综合实践、数学建模方法及应用综合实践;(3)实验性教学,包括:C++程序设计、Java 程序设计、数值分析、运筹学、模式识别、数学模型、数据结构与算法、数字图像处理、利息理论、金融工程学、程序设计综合实践、金融建模综合实践。
本文结合我校在信息与计算科学专业多年办学经验的基础上,在现今新工科以及数据与信息时代背景下,建议将专业课程设置分类为:(1)专业数学基础课程教学;(2)计算机科学课程教学;(3)信息与大数据课程教学;(4)校企合作培养课程。拟提出信息与计算科学专业的课程体系改革,为顺应时代的发展和社会需要,更好地在高等学校培养科技型、应用型、创新型、实践型的复合人才,推动本专业的发展和优化调整。
 
 
1  专业数学基础课程教学的探索
 
信息与计算科学专业融合了数学、计算机科学、信息科学为一体,以数学为基础。本专业要求大学生掌握数学科学的基本理论、方法与技能,能够运用数学工具和数学技术方法解决实际问题[3]。建议设置专业数学基础课程教学,包括:数学分析、高等代数与解析几何、常微分方程、概率论与数理统计、数值分析、运筹学、数学模型、复变函数、Matlab数学软件等。培养大学生具有良好的数学基础、数学思维能力、数学素养和数学模型意识。能够参加各类大学生数学建模竞赛或者大学生数学竞赛,将理论应用于实际,达到学以至用的效果,切实运用“数学”解决与生活贴近的问题,例如:2018年高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目A题[3](高温作业专用服装设计):在高温环境下工作时,人们需要穿着专用服装以避免灼伤。为设计专用服装,将体内温度控制在37ºC的假人放置在实验室的高温环境中,测量假人皮肤外侧的温度。为了降低研发成本、缩短研发周期,在模拟场景下,请用数学模型来确定假人皮肤外侧的温度变化情况。
通过专业数学基础课程教学,培养大学生的逻辑思维能力、抽象思维能力、数学基本计算能力和数学理解能力。随着科学技术的不断发展和成熟,数学及其应用已融入到军事、航空、经济、金融、管理等领域中。在解决各类实际问题时,数学工具成为了主要手段、重要途径、有力保障,因此,数学发挥着极其重要的、不可替代的作用。
 
 
2  计算机科学课程教学的探索
 
计算机科学课程是信息与计算科学专业的重要组成课程,通过计算机课程的学习使得大学生具有扎实的计算机科学技术操作能力、实践能力和开发能力,提升大学生的计算机综合素养。建议设置的计算机类课程,包括:C++程序设计、Java 程序设计、Python 基础、模式识别、数字图像处理、软件工程、数据结构、操作系统、数据库原理及应用等。为加强大学生的动手能力,在教学的同时注重创新型人才的培养与引导,这里,鼓励大学生参加学科竞赛的以验证创新型人才培养质,例如:由美国计算机协会组织的国际大学生程序设计竞赛(ACM)、中国大学生计算机设计大赛、中国软件杯计算机软件设计竞赛等。引导大学生进入实际的开发训练,挖掘大学生用计算机技术解决实际问题的综合实践能力和团队合作意识。例如:2019年中国软件杯计算机软件设计竞赛(第八届)A题[5](旅客行程智能推荐系统):按照旅行时间最短、总体花费最少、舒适度最高等多种影响行程方案选择的方式,并考虑不同旅客类型(如:商务旅客、个人出行、家庭出游等等)的旅客偏好,试开发一套智能化查询系统,支持民航航班、铁路运输、城市公共交通等多种交通方式组合,为旅客提供最优的行程推荐服务。
通过计算机科学课程学习达到高等学校信息与计算科学专业的人才培养目的[6]:掌握计算机科学的基本知识、理论和方法,具有较强的专业能力、实践能力、创新能力、开发能力,能够在相关单位或部门从事软件开发与维护、网站设计与维护、数据挖掘与分析、项目管理等应用型人才。因此,培养大学生学会以数学为工具,利用计算机科学技术开发与维护计算机的新系统、新软件、新网站、新功能。
 
 
3  信息与大数据课程教学的探索
 
信息与大数据时代的到来,信息与计算科学专业的教学课程设置也应该顺应大趋势而做出适当的改革,以增添信息与计算科学专业的生机、活力以及前瞻性。由于当前涉及到的社交网络、电子商务、移动互联、智慧社区、共享服务等,出现了以往时代不同的特征[7]:交互数量大、种类繁多、信息速度快、数据价值高、特征隐藏深、安全受重视。基于大数据时代的数字信息广泛传播,为深度挖掘数据内在的规律和特征,信息与计算科学在信息与大数据课程上建议增设:信息论、人工智能、大数据技术原理与应用、数据挖掘技术与应用、数据可视化技术、机器学习等。课程教学过程结合实践训练,培养大学生的数据挖掘能力、大数据分析与处理能力,旨在激励大学生学习数据挖掘的积极性,提高大学生通过大数据分析建立数据挖掘模型,并应用数学工具解决实际问题的综合能力。例如:2019年“泰迪杯”数据挖掘挑战赛C题[8](运输车辆安全驾驶行为的分析):请根据所提供的运输企业所采集的数据,分析车辆行驶过程中的驾驶行为对行车安全、运输效率、节能情况等的影响,运用数据挖掘的方法,建立有效的数学模型并进行适当的评价。
信息与大数据课程融入到信息与计算科学专业,进行相关的信息处理、数据挖掘、大数据分析,以提高信息与计算科学专业的办学质量,使得本专业建设更具科学性、时效性。同时,满足当前社会对数据收集、数据提取和数据挖掘的人才需求,推动信息与计算科学在正常轨道上“行驶”。结合时代特征的信息与计算科学专业才能办得更准确,更加与时俱进。
 
 
4  校企合作培养课程教学的探索
 
以数学为基础工具、以计算机科学为技术,着力培养大学生的开发能力和数据处理能力是信息与计算科学专业的培养目标。在课程教学方面:首先,通过在校期间的专业课程教学(包括基础课程、专业课程、实验课程)武装大学生的理论知识;其次,通过实训实践类课程教学丰富大学生的实际操作能力。因此,在信息与计算科学专业教学中设置校企合作培养课程,由企业单位引导大学生了解企业需求,特别是主流开发工具和应用系统平台[9],能够更好地培养实践创新能力并能获得岗前培训的效果,是培养应用型人才的高价值途径之一。
校企业合作培养课程以企业的技术人员(包括工程师等)为主讲教师,结合企业背景和自身经历以实际的研发项目入手,弥补校内实践课程的不足,引导大学生明确企业方向与需求。通过校企业合作培养课程培养大学生的自动操作能力,加强企业与大学生的深入结合,让大学生真实体会企业的工作流程、管理模式、应用平台。从而,大学生在毕业之前能够模拟融入企业、模拟为“准职工”,毕业之后能够更快速适当企业环境。
 
5  结束语
 
新的时代对信息与计算科学专业的教学设置提出了新的要求,数学、计算机科学、信息科学、大数据技术和人工智能的交叉结合是大势所趋也是时代的要求。因此,各类课程的合理设置更显其重要性。为培养大学生的数学思维能力、实验实践能力、创新驱动能力、智能计算能力、数据挖掘能力,信息与计算机科学专业的老师们要加强对本专业的认识、加强对课程教学的改革、加强理论与实践相结合、加强与时代发展步伐相接轨。
 
参 考 文 献
[1] 广东海洋大学本科专业人才培养方案,2018.6.
[2] 教育部数学与统计学教学指导委员会数学类教学指导分委员会,关于《信息与计算科学》专业办学现状与专业建设相关问题的调查报告[J],大学数学,2003,19(1):1-5.
[3] 于晓秋,野金花,高德宝,郎迪,基于“卓越计划”的信息与计算科学专业 创新人才培养的研究[J],高教学刊,2019,(13):31-33.
[4] 全国大学生数学建模竞赛网:http://www.mcm.edu.cn
[5] 中国软件杯计算机软件设计竞赛网:http://www.cnsoftbei.com/
[6] 黎永壹,杨忠强,胡俐蕊,邱桂华,计算机专业人才培养体系探究—基于工程教育专业认证与新工科建设相结合[J],钦州学院学报,2019,34(3):72-79.
[7] 罗天任,许友军,基于大数据战略的信息与计算科学专业建设的浅析[J],电子技术与软件工程,2019,(10):193.
[8] 广州泰迪智能科技有限公司网:http://www.tipdm.org/
[9] 王凯,张成堂,新工科建设下信息与计算科学专业校企合作实践[J],高师理科学刊,2019,39(2):72-75.