基于“互聯網+”知識體系的計算機公共基礎課程改革研究

胡建華

摘要：本文在調查明確信息工程教學現狀與新一代信息技術產業需求不匹配的基礎上，指出信息工程實踐教學普遍存在創新思維、創業意識培養不足的問題，提出了將學生創新、創業能力培養與教師產學研融合發展的IEC-PER（Production，Education&Research）教育理念，并將其應用于寧波大紅鷹學院信息工程實踐教學改革，分析了IEC-PER實施需要解決的關鍵問題，介紹了IEC-PER教學方法，構建了“點、線、面”一體化實踐教學改革方案。

關鍵詞：IEC-PER；創新；創業；CDIO

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）08-0080-05

國務院戰略性新興產業規劃明確了新一代信息技術產業等十大領域的發展方向和目標，新一代信息技術不僅是我國戰略性新興產業的主力軍，也是其他產業的重要技術支撐。高校作為新一代信息技術人才的培養基地，實踐教學必然要與時俱進，滿足時代的需求，而信息工程專業的綜合改造正是要探索“互聯網+”背景下實踐教學模式的創新。

在“互聯網+”時代，“大眾創業、萬眾創新”是“中國制造”走向“中國創造”的必由之路，培養具備新一代信息技術應用能力的創新創業人才是信息工程人才培養的核心。[1]但從目前情況來看，畢業生走出校門后，對新工作的適應性明顯不足，不能促進企業的產品創新，難以推動企業轉型升級，無法滿足新一代信息技術產業對人才的需求。造成上述情況的原因是多方面的，但單純從教學的角度來看，主要是理論教學沒有跟上新一代信息技術的發展，教學方法沒有注重“互聯網+”思維培養，實踐教學沒有充分注重動手能力培養，沒有和企業、產業有效需求相結合所致。

為了將創新創業能力培養與實踐教學有機結合，筆者首先確定了以高素質、應用型、新一代信息工程技術人才為培養目標，立足于中小企業產品創新和服務升級的“互聯網+產業”技術和人才需求，通過建立大量的產學研實踐基地，準確把握新一代信息技術產業的人才需求規格，據此重構信息工程實踐教學體系，引入CDIO、翻轉課堂、微課堂等先進教學方法和手段，重點培養學生的“互聯網+”創新思維和“+互聯網”創業能力，實現與新一代信息技術產業的無縫銜接。

信息工程專業綜合改革的IEC-PER教育理念

新一代信息技術人才的培養要著眼于物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等新一代信息技術的學習和應用，以及創新精神和創業意識的培養。在教育理念上，要將創新創業活動與產學研活動有機融合來重構教學大綱和實踐體系，并涵蓋傳統信息系統改造升級、新一代信息技術產品和服務構思和實現的全周期。IEC-PER教育理念的核心就是要以新一代信息技術產品創新、系統集成以及服務模式創新為載體，以新一代信息技術知識傳授為“點”，以傳統行業結構調整、產品升級和模式創新為“線”，以新一代信息技術產業培育和發展為“面”，通過“點、線、面”一體化的IEC-PER項目貫穿整個信息工程專業的實驗、實訓和實習過程，在項目構思和設計階段采用“翻轉課堂”教學模式培養學生創新思維，在實施和運行階段融入“互聯網+”思維和產學研實踐活動培養學生的創業意識，從而全面提高學生的工程實踐能力，這不僅包括個人的理論知識和專業技能，而且包括團隊意識和創新創業素質拓展。[2]

基于IEC-PER理念的信息工程專業綜合改造的關鍵問題

1.IEC-PER項目選取是重中之重

筆者通過發放社會需求問卷、歷屆畢業生訪談、和課程組教師頭腦風暴的方法，結合校企合作的長期規劃，根據實驗室建設條件，確定了一系列IEC-PER項目作為突破口。其中比較有代表性的有智能家居（Smart Home）實訓系統，如圖1所示。

本項目采用Eclipse SmartHome開放源碼框架，結合小米、海爾等企業的智能家居解決方案，面向智能硬件制造商、解決方案提供商和軟件開發商，采用移動互聯網技術、智能物聯網技術、云計算技術和大數據分析和挖掘技術，基于Raspberry Pi硬件平臺和阿里云服務構建了產學研IEC-PER項目，并與企業共建智能家居研究院，不僅有力支持了學生的創新創業活動，而且促進了區域小家電行業的產業升級和技術創新，實現了大學生創新創業活動與產學研活動的融合發展。

2.IEC-PER項目與實踐教學體系的無縫融入

筆者首先將IEC-PER項目針對不同課程的教學大綱分解成多層次、分系統的綜合設計子項目，各子項目既相對獨立，又互有關聯。教師可以在實驗、課程設計、畢業設計等課內教學中反復引用子項目，也可以在實習、實訓、助教、助研、學科競賽等課外活動中實現迭代開發。新一代信息技術理論知識結合產業發展的實踐不斷深化，全過程體現了產學研相互促進的連續性和有序發展，符合創新思維培養和創業意識教育的一般規律?？傊乱淮畔⒓夹g知識的學習首先要固化，再通過產業實踐活動進行消化，理論指導實踐，將知識轉化為能力，最終實現產品和設計的持續優化，不斷創新，直至創業成功，達到創新創業的最高境界。

IEC-PER項目的WBS結構和實踐教學流程如下頁圖2所示。

以Smart Home為例，筆者在嵌入式系統方向的教學體系中擬采取整體劃一的實踐教學體系頂層設計和產學研實踐活動逐漸深入、分步實施的策略。教師以專業講座、頭腦風暴的方式對學生進行項目引導，通過團隊組建、大作業協同完成的方式進行子系統模塊劃分和工作量任務分配，學生借助點名時刻、極客公園、極客學院、眾創空間和創客空間等網絡資源，通過自主的探究式學習完成產品和服務的創新設計和服務創新，并通過合作式團隊協作完成工程實踐。同時，教師通過翻轉課堂完成師生互動和對創新、創業、創造、創意的引導，以開放式點評對學生的學習行為給予具體指導，并以大作業實際效果進行專業技能考核。學生通過大學生創新創業實踐活動以協作式學習、實操訓練情境式學習等方式完成“產品市場分析→創新設計→產品集成開發→系統測試→產品安裝實施→系統運營”全生命周期，最后給出階段性實踐報告和系統運維記錄。

3.IEC-PER應用型師資隊伍的建設

目前，高校中大部分專業教師都是科班出身，沒有多少企業經歷，缺乏豐富的實踐經驗，當前的教師考核制度沒有發揮很好的指引作用，教師沉浸在高校的象牙塔中，這導致教師隊伍對新一代信息技術日新月異的發展缺乏敏感性，對實踐教學不感興趣，對新興產業發展不能與時俱進，他們只注重傳統教學大綱的知識講授，不注重技術前沿的把握。[3]所幸的是，本專業與新一代信息技術企業中興通訊建立了戰略伙伴關系，擬引入合作辦學機制。由于IEC-PER項目由產學研活動的智能家居成果針對嵌入式專業教學的特點轉化而來，所以教師對智能家居內容比較熟悉，這大大減少了實施的風險和培訓的工作。

4.建立面向新一代信息技術產業的創新創業實驗室

IEC-PER專業綜合改造的場景是真實的智能家居實驗室體驗項目，但目前基于單片機實驗箱的傳統教學囿于特定的芯片、器件實驗環境，即教學只能在特定的器件或實驗板之上進行實驗內容的設定或研究，無法滿足新一代信息技術日益發展的行業需要。同時，實驗設備上進行的多為驗證性實驗，內容彼此孤立，無法培養學生“從創意到產品”“從模式到服務”的整體認知。為此，筆者引入了Raspberry Pi套件建立智能家居的開放創新實驗室。Raspberry Pi是為初學者進行信息技術學習而設計的嵌入式卡片電腦，其操作系統采用Linux，但也可以運行基于Windows10的IoT家庭網關，非常適合做智能家居平臺。如圖3所示，Raspberry Pi是一款基于ARM的嵌入式系統開發主板，以TF卡為存儲器件，開發板有兩個USB接口和一個網口，用來接網線、鼠標和鍵盤，一個VGA接口和一個HDMI接口用來接入視頻信號，這就實現了PC的基本功能，而且能接TV、投影儀和鍵盤，能運行Microsoft Office辦公軟件，還可以同時玩游戲、播放高清視頻等。綜上所述，Raspberry Pi是一款提供嵌入式系統的實驗板，它雖然沒有內存、電源、鍵盤、機箱或連線，但卻音、視頻功能齊全，非常適合智能家居產品和系統的設計和實施。

智能家居實驗室的建立，將有效彌補傳統實驗室的不足（如圖4）。對嵌入式系統方向，有關單片機基本理論和基本知識的驗證性實驗可在現有實驗室進行，而基于新一代信息技術的產品設計和系統集成創新，可以分階段在智能家居實驗室中實施。以Smart Home為例，在信息工程專業大學二年級的單片機課程中，教師一般講授C51或Cortex M3，教學中就可以運用智能家居實驗室進行簡單的智能開關的實驗和課程設計；在大學三年級的嵌入式系統課程中，教師一般講授以ARM為核心的嵌入式系統開發，教學中就可以運用智能家居實驗室進行家庭中控的智能網關開發；對于信息工程專業大學四年級的畢業生來說，他們需要在真實場景下完成智能家居系統開發和系統集成，因而智能家居實驗室就有效地訓練了學生的工程實踐能力和創新創業能力。

基于IEC-PER理念的信息工程專業綜合改造

信息工程專業綜合改造始終以信息工程專業教學大綱為指導，將通識教育、專業能力培養、素質拓展、創新創業能力培養分解到專業綜合改造方案的設計中，構建了打通課程設計、專業綜合實踐、畢業設計和企業實習各環節的實踐教學體系；制定了兼顧技能與素質、廣度與深度的選修課體系，保證了大學教育專業知識體系的完整性；在綜合改造實踐中，鼓勵教師采用真實場景下的實戰教學方法和手段，保證IEC-PER理念的貫徹；以高水平科研項目和高層次學科競賽為抓手，建立產學研激勵機制作為專業綜合改造的有益補充，組織建立了產學研開發小組或工作室，鼓勵學有余力的學生開展創新創業活動，面向社會提供服務，進而加強對學生創新創業能力的培養。

信息工程專業要以驗證性實驗為基礎，實現專業知識認知培養；以課程設計、綜合實踐為貫穿專業課程模塊的線索，實現個人能力及團隊能力的培養；以畢業設計和企業實習為載體，實現創新創業綜合能力培養，從而形成面向新一代信息技術產業的逐步完善的實踐教學體系。

1.專業基礎培養：驗證性實驗

對于信息工程專業的學生來說，堅實的專業基礎是學生今后成為新一代信息技術人才的保證，也是IEC-PER培養模式的基石。作為信息工程專業課程教學的重要組成部分，本項目在專業課教學中強調驗證性實驗是基礎理論教學不可或缺的環節，這表現為IEC-PER實踐教學體系中的知識“點”。

2.協同創新能力培養：模塊級實訓

在完成通識教育和專業基礎教育后，大二的學生已經具備基本的科學文化素質和工程專業素質，教師可以對學生進行模塊化、方向化培養。物聯網、云計算、大數據等各個方向均開設了指定的公共選修課一門，方向指定選修課三門和實訓課程二門，公共指定選修課以講授該方向的基礎專業知識為主，方向指定選修課講授該專業方向所需的設計思想、編程方法、測試工具及操作和維護系統所需的軟硬件和相應工具。其中方向實訓課程獨立于其他課程，由企業導師和專門教師聯合指導，并擁有校企雙方共同認定的學時和學分。專業課程模塊及其在培養過程中所處的地位如下頁圖5所示。[4]

在劃分專業方向時，教師要先確定某方向的新一代信息技術人才應擁有的知識體系，即需要達到的培養規格，接著確定實踐課程涵蓋的知識點和專業技能，然后再以此為依據設計相應的實訓課程內容，并進一步設計每門課程在講授理論時所應關注的重點，從而使實訓課程真正成為模塊方向課程體系的核心。

實訓課程是貫穿模塊方向的主線。實訓課程在每個專業課程模塊中，將作為線索貫穿在該方向的公共指定選修課程和方向指定選修課程的知識結構體系中，重點培養學生運用所學的新一代信息技術、知識、技能和工具解決產學研工程實踐問題，并設計和實現新一代信息系統的能力，以及團隊協作和交流能力，這是IEC-PER實踐教學體系中的方向“線”。

3.IEC-PER創新創業能力培養：企業實習和畢業設計

企業實習和畢業設計作為學生創新創業能力培養的最后環節，鼓勵畢業生進入企業實習，并以實習企業的產學研項目為背景開展畢業設計。對于未能進入企業實習的畢業生，則依托校內企業產學研研究院，采用論文、專利、軟著和創業計劃等多種形式完成畢業設計，打造創新創業氛圍。面向企業實習的畢業設計能夠在培養畢業生的實際工程能力的同時，使畢業生盡快融入實際的企業氛圍，縮短就業適應周期。這表現為IEC-PER實踐教學體系中面向產業需求的應用“面”。

最終，經過師生的共同努力，智能家居系統順利完成（如圖6）。該系統綜合運用了新一代信息技術中的移動互聯網、物聯網、云計算和大數據技術，這不僅實現了與新一代信息技術產業的無縫對接，也大大提高了學生的創新能力，激發了大學生的學習興趣和創業熱情。

結論

基于IEC-PER理念的“點、線、面”一體化實踐課程教學改革的實踐最初起源于“雙師型”教學團隊與本地企業合作的產學研企業研究院，以寧波大紅鷹學院大學生創新創業活動為契機，將產學研的項目化工程教育思想貫穿于課程實踐中，而后經多位教師的不懈努力，將其拓展到實踐教學體系中，并引入了IEC-PER先進理念，獲得了一系列較好的教學成果，證明了該教學模式是行之有效的。

參考文獻：

[1]中國工程院“創新人才”項目組.走向創新——創新型工程科技人才培養研究[J].高等工程教育研究，2010（1）.

[2]王天寶，程衛東.基于CDIO的創新型工程人才培養模式研究與實踐——成都信息工程學院的工程教育改革實踐[J].高等工程教育研究，2010（1）.

[3]胡志剛，江林，任勝兵.基于CMM的教師CDIO能力評估與提升[J].高等工程教育研究，2010（3）.

[4]潘鐵軍.基于IEC-CDIO理念的信息工程專業教學改革[J].計算機教育，2011（9）.

基金項目：本文受到浙江省公益項目（2014C31G2210010），寧波市軟科學（2016A10053），寧波市創新團隊（2012B82003），寧波市智團項目，寧波市領軍與拔尖人才及寧波大紅鷹學院科研、教學項目支持。