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新时代的新使命

社会进入了数字时代，计算机技术应用无处不在，这使得计算机学科的外延不断扩展，体现在学科专业上，就是不断出现新的计算机相关学科。一级学科就有计算机科学与技术、软件工程、智能科学与技术、网络空间安全等。计算机专业教学指导委员会下的本科专业数量不断攀升，新的相关专业还在快速增加。一方面表明计算机的重要性日益凸显，另一方面也意味着计算机专业需要明确什么是自己的核心知识体系、能力要求和素养目标。

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计算机专业的发展重点

人工智能带来的影响是非常深刻的。生成式人工智能 Chat GPT 出现以后的流行度和 TikTok 的影响度不在同一个量级，TikTok 和之前的技术，比方说微信，也不在同一个量级上。国际上一些咨询机构也普遍对于AI相关岗位的预测非常乐观。在这样的背景下，传统计算机专业的知识结构显得陈旧，甚至有人宣扬 10 年后学计算机将找不到工作。计算机专业要居安思危，认真思考一个学科专业存在的核心价值到底是什么？支撑一个学科专业存在的因素有很多，既有社会经济发展对相关专业人才的需求，又有人的成长方面的需求。在工业化时代，由于大规模工业化生产对掌握专业技能人才的需要，因此，大学教育对专业能力的培养占据核心地位，产业对人才的需求就成为学科专业存在的最重要的因素。然而，随着人工智能时代的到来，知识的获取不再是困难的事情，一个学科专业存在的最重要的因素应该是对人的成长提供了什么必需的和独特的思维方式，这才是最根本的问题。计算机学科毫无疑问是计算思维，这一点已经得到了越来越多专家的认可。计算思维是有别于其他各种思维方式，具有其独特性的。大数据出现以后，出现了数据思维。笔者曾撰文认为数据思维是计算思维的一个重要组成部分，是计算思维的发展[1]。到了今天的人工智能，有学者认为这是一个新的思维模式。笔者认为人工智能思维还是计算思维的一部分，是计算思维的新的发展。只有这样，计算机学科的位置才能更加稳固。一句话，培养学生深厚的计算思维能力和素养是计算机学科的核心使命，研究培养计算思维的有效路径是计算机教育的核心任务。

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与时俱进的计算机学科

如何更有效地培养计算思维？计算机专业开设了很多的课程，这些课程是否有效地支撑了计算思维的培养？笔者曾和一些 985 高校计算机学院分管教学的副院长一起，编写了一本书《计算机科学与技术专业培养方案编制指南》[2]。这个培养方案框架以工程教育认证的要求为依据，针对如何确定培养目标、如何设计毕业要求等内容进行解读。我们把计算机专业课程分成了 3 个模块：计算平台、问题求解、数据科学。计算机类专业的核心课程都应该涵盖这 3 个模块，但各个模块的“强度”可以根据各自的学科专业定位有所侧重。这 3 个模块的内容也随着计算机技术的发展而发生快速的变化，尤其是问题求解的变化最大。计算平台部分要加强对分布式系统和并行系统的介绍，问题求解要突破程序语言依赖，程序设计以后怎么教，这个是大问题！数据科学，现在看得比较清楚了，应该包括大数据和人工智能的内容。现在的人工智能其实是基于数据的计算智能。这 3 块构成了计算机专业最核心的知识体系。

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以数据为中心的新型计算机专业

以数据为中心的思想如何体现在人才培养的过程中？由于现代计算机的体系结构并没有发生变化，仍然是遵循冯·诺伊曼架构，因此，计算机专业的核心知识体系还应该包括计算平台、问题求解和数据科学三大板块，但这 3 块的内容要与时俱进，体现以数据为中心的内涵。例如，在计算平台部分，要加强并行计算和分布式系统的教学，让学生具备高效处理大规模数据集的能力；数据库的教学要从“用数据库”为主转移到“造数据库”为主，加强对数据库管理系统内核技术原理的介绍。要加强对智能系统的构建与优化的学习，包括介绍如 GPU 等处理器硬件，让学生理解硬件对 AI 算法性能的影响；还可以在操作系统和编译原理课程中，考虑融入 AI 算法优化内容，让学生学会如何提升智能系统的运行效率。在问题求解板块，应纳入数据驱动的智能算法设计内容，如机器学习和数据挖掘算法；加强数据可视化技术学习，使学生能够通过图形化手段更直观地理解数据和算法效果；通过实际案例和 AI 创新项目，教授学生如何从数据中发现问题、分析问题并解决问题。在算法设计中融入科技伦理教育，让学生认识到大数据技术和 AI 技术的社会影响和责任。在数据科学板块，一方面要增加数据工程和数据治理类课程，培养学生从大量数据中提取有价值信息的能力；另一方面要增加机器学习和深度学习类课程，培养学生人工智能能力。

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人大计算机本科人才培养的改革与实践

基于以上认识，我们在人大推行以数据为中心的新型计算机专业人才培养。围绕计算机系统、问题求解、数据科学这 3 个板块，在图灵班（计算机专业拔尖班）做实验。计算平台模块强化并行和分布的内容，一开始就应该让本科生接受并行与分布式思想的教育。这一块现在全部课程已经打通了。问题求解模块才刚刚开始，因为之前还不知道怎么弄。问题求解要把数据思维和人工智能思维加进去。数据科学这块的改变也是比较大的。未来还要实施“一生一库”的计划[3]。“一生一库“的意思就是本科生用 4 年的时间，每个学生都要研制一个数据库系统。在这三大板块学习的基础上，我们还注重个性化培养，包括科研早培、学科竞赛、工程实践等多个赛道，也包括一些学科交叉。做了几年实验，效果还可以，2022 年获得北京市教学成果一等奖。比方说，科研早培的成效，以前本科生从来没有人能够到顶会发文，现在每年都有本科生能在顶会发论文[4]。有更多的学生对计算机专业感兴趣了，选择计算机专业继续深造。

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结 语

在计算机专业学生的知识结构中，计算平台、问题求解与数据科学三大板块是相互关联、相互支撑的。通过在各个板块中巧妙地融入数据思维和人工智能思维，进一步丰富计算思维的培养，不仅能够提升学生的专业技能，还能够培养他们的创新思维和解决复杂问题的能力。相信这种融合了数据与人工智能思维的计算思维新模式，对于培养新时代的计算机科学专业人才具有重要的意义。

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说明

2024年6月大湾区大学李晓明教授组织了“新时代计算机本科教育论坛”。本文是根据作者在该论坛上的发言内容整理而成。

参考文献：

[1] 杜小勇. 数据思维应成为计算思维不可或缺的组成部分[J]. 中国计算机学会通讯, 2019(9): 51-52.

[2] 中国计算机学会. 计算机科学与技术专业培养方案编制指南[M]. 修订版. 北京: 清华大学出版社, 2020.

[3] 陈红, 卢卫, 杜小勇.“101计划”数据库课程的改革探索与实践[M]. 计算机教育, 2023(11): 22-28.

[4] 张峰, 杜小勇. 以“思辨、勤奋、鼓励”为要点的本科生科研创新能力培养[M]. 计算机教育, 2024(8): 6-9.

作者简介：杜小勇，男，教授，研究方向为数据库与大数据 ，duyong@ruc.edu.cn。