新工科背景下数据计算及应用专业课程设置的思考

王 鹏 史 娜 惠周利 李有文 张 峰

（中北大学<理学院数学系>，山西 太原 030051）

新工科专业以培养“实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力”的新型应用复合型人才为目标，特别注重多学科的交叉融合，为培养高素质卓越人才的提供了重要的载体，是提高大学生综合素质和创新能力的重要途径。 教育部在2018 年最新颁布的新专业目录中将数据计算与应用列为一个新的专业，其设置的初衷正是为培养复合型人才而提出了，目前在新工科背景的冲击下，对本专业人才的培养方式等提出了更基本和更高的要求。 数据计算与应用专业作为一个新型的数学类专业，综合了传统数学与应用数学、信息与计算科学专业的专业特色， 具有广泛的应用前景。本文结合我校数学与应用数学和信息与计算科学专业的办学实践，提出了在数据计算与应用专业课程建设中的几点建议，力争达到“充分交流意见，努力形成共识”的目的。

1 明确专业内涵与定位

数据计算及应用专业是由信息科学、 计算科学、统计学等交叉渗透而形成的一个数学类专业，培养具有良好的数学基础和数学思维能力，掌握信息科学和统计学的基本理论、方法和技能，受到科学研究的基本训练，具备一定的数据建模、高性能计算、大数据处理以及程序设计能力，能运用所学知识与技能解决数据分析、信息处理、科学与工程计算等领域实际问题的复合型应用理科专业人才[1-3]。

数据计算及应用专业应该主要研究信息计算科学、统计学的核心基础，能够运用统计方法和计算工具， 高效求解科学与工程问题的数学理论与统计方法，或研究面向于信息技术、数据科学、计算技术的数学基础和统计基础[4]。

从这个意义上讲，数据获取、智能算法、统计计算、信息处理、人工智能等都构成该专业的核心方向[5]。

因此，数据计算及应用的专业内涵与定位可总结为：加强基础，注重能力；拓宽口径，重视应用；突出特色，分流培养。 加强基础，就是加强数学基础，加强数学、信息、统计学方面的数学基础，保证足够的基本训练；注重能力，就是注重学生从事科学研究的能力和动手能力；拓宽口径，就是不仅要学习数学，而且要学习数据计算及科学的相关基础知识和技能，保证学生将来能够向多个方向发展；重视应用，就是要求学生在学习理论的同时，能够具有一技之长，以便适应当前的就业环境；突出特色，就是突出数据特色、信息特色和计算特色；分流培养，指的是根据学生的基础、兴趣和爱好，为学生提供多个出路[6]。

2 专业课程设置的原则

（1）加强数学及计算数学的基础理论课程。 作为数学专业的一个新型的分支，数学类的基础理论课程是核心，这也是这个专业学生最终具有竞争力的根本所在。 “少学数学，多学计算机”的主张是缺少远见的。强调计算数学的基础课，如数值逼近、数值代数、微分方程数值解等，同时应适当增加部分新的智能优化类算法课程，如神经网络、小波分析、深度学习、机器学习等课程[7]。

（2）加强信息科学相关的理论基础课程。 由于信息科学的覆盖面广，涉及内容多样，因而强调广而全是几乎不可能的。 应强调信息科学的几个基础典型课程，使得学生对信息科学有一个较为全面的了解。 强调概论，突出典型，突出基础，强调局部完整性忽略过于工程化、技术化的内容。 强调信息科学课程的数学化，而不是数学在信息科学中的应用。 因而信息科学相关的课程，可设置以数据算法与分析，数据建模、数据挖掘、统计推断等作为基础理论课程。

（3）加强计算机科学相关的课程。 数据计算均以计算机为主要工具，这就要求数据计算及应用专业的学生，能够熟练使用计算机软件进行数据计算和软件开发的能力。 我们的培养目标是具有较强数据计算和应用能力的人才，而不是专业的计算机软件人才。 这种根据就业市场选择方向的做法只会导致专业人才培养目标的偏离，使我们失去自身的专业优势。 因而我们强调计算机软件的基础课程，建议以高级语言程序设计、数据库原理、数据结构等为核心课程。

（4）加强数学实验课程的设置。 数学实验作为一门独立的课程，课程的内容分为两类，一类配合常规课程，另一类扩展学生知识面。 配合常规课程的又可分为两种，一种是重要定理的导引，在常规课程的一些重点，难点出现之前，先安排实验，让学生先对该问题有一个感性认识， 理解为什么要研究该问题 （背景），该问题有什么规律，可能的结论是什么等，这样就为常规课程的讲授打下了基础，如果能引起学生的兴趣就更理想了；另一种是对在常规课程学到的知识进行实践。 至于扩展学生知识面的一类实验则可以不拘一格， 涉及数学的各个学科乃至一些边缘学科，让学生在形形色色的数学现象中去探索、发现，最重要的是将学生的兴趣调动起来[8]。

（5）注重在实践性教学环节中学生能力的培养。传统的数学基础课程重点在于概念、定理、结论和计算的掌握，注重于传授知识和培养计算能力。而由于数据科学与应用专业培养的是新型复合型应用人才，因此，应该在注重基础理论的基础上， 更加强调应用能力的培养，使学生能够“学好用好数学”，这些能力包括数值计算能力、数学统计软件的应用能力和数学建模能力等。

（1）数值计算和数学统计软件的应用能力。 学生应该能够熟练掌握传统的数值计算方法，熟练使用流行的数学统计软件如MATLAB, SAS，R 语言等， 学生可以在计算机上对数值分析、微分方程数值解等课程中的一些方法进行数值实验和模拟，让学生更深地理解各种算法的优缺点，这既提高了学生学习计算数学的积极性， 又提高了学生的实际编程和计算能力，使学生所学的知识得到加强和巩固。

（2）数学建模能力。 数学建模要求学生能够综合应用所学的数学知识解决工程实际问题，这种能力对于学生尤为重要。 通过参加竞赛，能够有效培养大学生在数据处理、数学应用、计算机、科学论文写作、团队协作等方面的能力，而这些能力也正是当今社会所急需的复合型人才应具备的基本能力。

3 结语

总之，我们应本着“强基础，宽口径，重实践，有侧重，创特色，注应用”的专业指导思想，多注重对学生综合能力的培养，使得我们培养的人才更能适应新工科背景下信息时代的需要，而如何更高质量、更高水平、更有特色地办好这个专业是有待于进行更深入研究的一项重要课题。