基于創(chuàng)新項目驅(qū)動的創(chuàng)新實踐課程的教學(xué)改革

袁科 閆永航 周黎鳴 李征 秦春斌

摘? 要： 針對大學(xué)生“雙創(chuàng)”教育實踐中，僅有項目獲批的學(xué)生可參與創(chuàng)新實踐活動的問題，開展了基于創(chuàng)新項目驅(qū)動的創(chuàng)新實踐課程教學(xué)改革。提出一種所有學(xué)生全覆蓋方式，各項目組老師基于已完成項目來編寫創(chuàng)新項目指導(dǎo)書，所有學(xué)生可選擇感興趣的項目，進(jìn)行體驗式創(chuàng)新實踐，以訓(xùn)練和提升創(chuàng)新思維水平并提高編程實踐能力。教學(xué)改革實施三個學(xué)期以來，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞： 創(chuàng)新項目; 創(chuàng)新實踐課程; 全覆蓋; 體驗式創(chuàng)新; 創(chuàng)新思維訓(xùn)練

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）05-84-03

Abstract： Aiming at the problem that only the students whose projects are approved can participate in the innovative practice in the "innovation and entrepreneurship" education practice for college student， the teaching reform of innovative project driven based innovative practice course is carried out. This paper proposes a full coverage approach for all students. Teachers of each project group compile guidebooks for innovative projects according to the completed projects. All students can choose projects they interested to participate in the experiential innovative practices， in order to train and improve the level of innovative thinking and improve the ability of programming practice. Since the implementation of the reformation for three semesters， good results have been achieved.

Key words： innovative project; innovative practice course; full coverage; experiential innovation; innovative thinking training

0 引言

創(chuàng)新對于一個國家的發(fā)展至關(guān)重要。黨的十八大以來，習(xí)近平總書記就創(chuàng)新發(fā)展發(fā)表了一系列重要講話，強(qiáng)調(diào)必須把創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，擺在國家發(fā)展全局的核心位置，加快形成以創(chuàng)新為主要引領(lǐng)和支撐的經(jīng)濟(jì)體系和發(fā)展模式。2014年9月夏季達(dá)沃斯論，李克強(qiáng)總理發(fā)表關(guān)于大學(xué)生“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的講話。2015年，李克強(qiáng)總理在《政府工作報告》中鼓勵社會各界參與到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的浪潮之中。2018年9月18日，國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展打造“雙創(chuàng)”升級版的意見》?？梢姡瑖覍τ趧?chuàng)新日益重視。如何培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維與實踐能力已經(jīng)成為關(guān)乎著一個國家在未來能否立足于世界民族之林的大事。

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中對大學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)提出明確要求，表明我國現(xiàn)階段高等教育改革的主要目標(biāo)之一就是實現(xiàn)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與開發(fā)[1]。如何推動創(chuàng)新實踐教育的發(fā)展呢？目前的方法存在一些問題需要解決。以大學(xué)生雙創(chuàng)計劃為例，該計劃需要學(xué)生先編寫項目申請書，申請書評審獲批后，方可得到經(jīng)費支持實施，而項目未獲批的同學(xué)將失去參與雙創(chuàng)項目訓(xùn)練的機(jī)會。以學(xué)生參與老師項目為例，只有科研實踐能力較強(qiáng)的同學(xué)才有機(jī)會參與，以提高自己的創(chuàng)新實踐能力。

為了做到所有學(xué)生參與創(chuàng)新實踐項目的全覆蓋，以訓(xùn)練并提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。我們必須重新思考如何開展創(chuàng)新實踐教育。大學(xué)生創(chuàng)新實踐培養(yǎng)的本質(zhì)是什么？是否必須完成一次實際的創(chuàng)新，即研究開發(fā)出之前沒有的算法、產(chǎn)品等？是否可以提供這樣一種項目課程，讓學(xué)生參與到一種創(chuàng)新的過程，即使涉及到的知識或算法是已有的。從而使學(xué)生的創(chuàng)新思維、精神與實踐能力得到培養(yǎng)與提高。我們稱此種課程為體驗式創(chuàng)新課程，一種結(jié)合了體驗式教學(xué)[2]思想與創(chuàng)新[3]要求的課程。

朱衛(wèi)平[4]開展了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育在促進(jìn)計算機(jī)智能科學(xué)課程教學(xué)研究，沒有體現(xiàn)體驗式教學(xué)的思想。張育廣等[5]對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)體驗式教學(xué)模式進(jìn)行了探索，尚未付諸實踐。張燦龍等[6]提出一種融聚大創(chuàng)項目和綜合實訓(xùn)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，有效提升了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)質(zhì)量和數(shù)量，但是系統(tǒng)性不足。河南大學(xué)計算機(jī)與信息工程學(xué)院通過實施大學(xué)生創(chuàng)新實踐項目訓(xùn)練課程。由一線教學(xué)與科研老師編制30個計算機(jī)專業(yè)類創(chuàng)新項目，供所有學(xué)生參與到創(chuàng)新實踐能力訓(xùn)練中來，系統(tǒng)性地解決了該問題。

1 課程定位

該課程對于學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行創(chuàng)新思維與實踐訓(xùn)練具有舉足輕重的作用。該課程在我院培養(yǎng)方案中的名稱是創(chuàng)新項目實踐，實際內(nèi)容會因不同的創(chuàng)新項目而異。課程性質(zhì)為專業(yè)選修課，開課學(xué)期為第四和第五學(xué)期，學(xué)分為2學(xué)分，學(xué)時為64學(xué)時，教材為教師自編指導(dǎo)書。

傳統(tǒng)課程指導(dǎo)思想一般都是基于一門課程的具體知識，目標(biāo)定位是追求課程知識的系統(tǒng)全面，缺乏創(chuàng)新訓(xùn)練內(nèi)容。以本人主持完成的“素數(shù)探尋與應(yīng)用實戰(zhàn)之旅”創(chuàng)新實踐項目課程為例，針對傳統(tǒng)課程定位的問題，制定指導(dǎo)思想與目標(biāo)定位。指導(dǎo)思想具體為通過學(xué)習(xí)、演練、解析和提升前人實際運用的素性判定與應(yīng)用方法，體會和訓(xùn)練創(chuàng)新思維;不是項目本身要創(chuàng)新出新的素性判定與應(yīng)用方法，而是重在過程和體驗，同時提高解決實際問題的編程能力與培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作意識。目標(biāo)定位具體為不追求內(nèi)容過多與難度過大，也不追求學(xué)生在實踐時間內(nèi)確實做出創(chuàng)新性工作;追求的是體驗前人在改進(jìn)素性判定算法與應(yīng)用素數(shù)解決新問題過程中閃耀的創(chuàng)新性思維;追求的是學(xué)生親自一步一個腳印地完成幾個實際的歷史項目;追求的是讓學(xué)生通過參加創(chuàng)新實踐課程，以后有興趣去完成更高級別的程序設(shè)計。

2 課程教學(xué)指導(dǎo)書設(shè)計與組成的改革和創(chuàng)新

傳統(tǒng)課程教學(xué)，以教師講授知識為主;課程教材沒有特別指出學(xué)生如何自學(xué)知識，如何自我鍛煉提高應(yīng)用知識解決問題的方法。為此，我們對教材進(jìn)行改革與創(chuàng)新，自己編寫了解決該問題的課程指導(dǎo)書。

2.1 課程教學(xué)指導(dǎo)書設(shè)計改革

課程教學(xué)指導(dǎo)書的具體設(shè)計思想改革如下：

⑴ 創(chuàng)新實踐既不是老師講授知識為主，也不是學(xué)生看書學(xué)知識為主，而是以學(xué)生動手為主。該教學(xué)設(shè)計將學(xué)生動手干什么、如何干進(jìn)行體現(xiàn);把知識、技術(shù)、興趣、動手能力訓(xùn)練、創(chuàng)新思維培養(yǎng)等蘊含在實踐式教學(xué)中。

⑵ 學(xué)生使用指導(dǎo)書能明確地知道每次集中需要完成什么任務(wù)、怎么完成;也能清楚完成的程度是好、中、差，還是沒有完成。

⑶ 其他指導(dǎo)教師（不是編寫者）使用指導(dǎo)書能明確地知道學(xué)生每次集中應(yīng)該提前預(yù)習(xí)什么知識、需要課前做哪些準(zhǔn)備工作;集中時完成什么任務(wù)，該驗收什么內(nèi)容;并能清楚地評價學(xué)生完成的程度是好、中、差，還是沒有完成。

⑷ 考核組教師使用指導(dǎo)書能明確地知道考核點、考核內(nèi)容與評價標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 課程教學(xué)指導(dǎo)書組成創(chuàng)新

根據(jù)課程教學(xué)指導(dǎo)書的設(shè)計思想，對課程教學(xué)指導(dǎo)書的具體組成做如下創(chuàng)新。

該創(chuàng)新項目任務(wù)分為基本任務(wù)和提升任務(wù)。以我們已完成的“素數(shù)探尋與應(yīng)用實戰(zhàn)之旅”創(chuàng)新實踐項目課程為例，基本任務(wù)包括八個專題：①平凡的素性判定與合數(shù)分解，②小整數(shù)素性判定算法，③特殊素數(shù)判定算法，④大整數(shù)運算與素性判定，⑤大整數(shù)庫實現(xiàn)大整數(shù)運算、素性判定、建立素數(shù)庫，⑥大合數(shù)因數(shù)分解，⑦尋找最大素數(shù)，⑧驗證哥德巴赫猜想。提升任務(wù)包括4個專題：①基于云服務(wù)器的大整數(shù)素性判定的算法研究，②大整數(shù)因數(shù)分解算法系統(tǒng)研究，③基于RSA的信息加密與破譯，④RSA加/解密高效算法探究。

課程教學(xué)指導(dǎo)書的第一章是有關(guān)該創(chuàng)新項目的簡單說明。第二章是每次實踐的任務(wù)清單，明白要完成什么任務(wù)，是否完成，完成程度;每一節(jié)對應(yīng)一次活動。第三章的節(jié)與第二章的節(jié)完全對應(yīng)，是完成第二章任務(wù)的相應(yīng)知識或操作步驟或參考算法代碼，需要對照學(xué)習(xí)。學(xué)生應(yīng)該閱讀、分析并掌握編程中的參考程序，掌握后可另外再寫一個或模仿寫一個或直接照搬使用，重點是如何按照改進(jìn)點進(jìn)行修改。第四章提升任務(wù)是選做內(nèi)容，學(xué)有余力、興趣濃厚的同學(xué)可選擇完成，進(jìn)一步提高綜合創(chuàng)新實踐能力，也可作為以后的畢業(yè)設(shè)計題目。第五章是是第三章與第四章的相關(guān)補(bǔ)充或參考材料。

3 教學(xué)實施過程改革

3.1 教學(xué)內(nèi)容實施改革

針對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容一般只專注于傳授課程基本知識，缺乏創(chuàng)新思想訓(xùn)練的問題，在教學(xué)內(nèi)容實施上進(jìn)行了突出創(chuàng)新能力訓(xùn)練的改革，下文以我們實際主持完成的“素數(shù)探尋與應(yīng)用實戰(zhàn)之旅”創(chuàng)新實踐項目課程為例進(jìn)行介紹。

該課程第一次課，首先介紹素數(shù)的歷史、性質(zhì)、判定問題與素因數(shù)分解問題的由來，以及素數(shù)在密碼學(xué)中的應(yīng)用，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，告知學(xué)生在將來的工作中，要想取得更大的成績，就必須具有創(chuàng)新思維和算法設(shè)計能力。然后，向?qū)W生說明該課程實踐內(nèi)容以體會算法創(chuàng)新為主，要求學(xué)生重點從算法的演進(jìn)中體會創(chuàng)新的過程，并提高個人的算法設(shè)計能力。最后，要求學(xué)生必須編程實現(xiàn)算法，目的是進(jìn)一步深入理解算法，并提高個人的編程能力。

該課程具體的教學(xué)內(nèi)容從最基本的手工的素數(shù)判定方法，一步一步演進(jìn)到現(xiàn)代利用計算機(jī)方法進(jìn)行素數(shù)判定;從基本的手工素因子分解，到利用計算機(jī)進(jìn)行素因子分解，繼而從利用大整數(shù)分解困難問題設(shè)計RSA加解密，到RSA密碼破譯逐步遞進(jìn);從基本素數(shù)判定問題，到梅森素數(shù)、孿生素數(shù)、哥德巴赫猜想的驗證。使學(xué)生在兼具挑戰(zhàn)性與趣味性的實踐過程中，逐步體會素數(shù)判定與應(yīng)用的創(chuàng)新過程，激發(fā)學(xué)生將創(chuàng)新思維應(yīng)用到今后的學(xué)習(xí)與工作中。

3.2 教學(xué)活動方式改革

針對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)形式單一的問題，該課程采用多種方式，最大程度發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，試圖使學(xué)生由“要我學(xué)習(xí)”到“我要學(xué)習(xí)”，由“課堂集中學(xué)習(xí)”到“課下有條件就學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。

具體地，該課程教學(xué)活動包括集中講解、集中實踐、集中答疑、集中交流、課后自學(xué)與課后實踐6種方式。其中集中講解是指由指導(dǎo)教師講解相關(guān)內(nèi)容。集中實踐是指參與項目的所有同學(xué)在指定的時間和地點進(jìn)行上機(jī)操作，便于交流、咨詢和管理。集中答疑是指指導(dǎo)教師在指定的時間和地點回答學(xué)生共性問題。集中交流是指學(xué)生在指定的時間和地點互相觀看、分析、交談各自的算法思想和相關(guān)知識。課后自學(xué)是指非集中時間學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識。課后實踐是指非集中時間學(xué)生在宿舍或其他場所使用計算機(jī)編寫、調(diào)試與分析程序。

3.3 人員分組與考核改革

該課程由于注重課程自學(xué)與討論，考核方式也進(jìn)行了不同于傳統(tǒng)筆試或機(jī)試的改革。改革如下：該課程總?cè)藬?shù)限選30人，三人為一組，每組推薦一名同學(xué)作為組長?？己税磳W(xué)生自評、組內(nèi)自評、組間互評、指導(dǎo)教師組評審、學(xué)院指定考核組評審等多步進(jìn)行。課程成績通過查看與運行學(xué)生源程序情況，并要求解釋關(guān)鍵部分代碼功能的方式確定。

4 教學(xué)實施效果

以本人主持完成的“素數(shù)探尋與應(yīng)用實戰(zhàn)之旅”創(chuàng)新實踐項目課程為例，該課程不是設(shè)計成要求學(xué)生實現(xiàn)一個大系統(tǒng)，而是將素數(shù)判定、因數(shù)分解、加解密與密碼破譯等任務(wù)進(jìn)行分解。由于這種處理方式，學(xué)生每次上課任務(wù)清晰，最終大多數(shù)同學(xué)都能順利完成每次任務(wù)，部分優(yōu)秀學(xué)生還較好完成了提升任務(wù)。

為了保證學(xué)生切實得到提高，課程結(jié)束時，要求每位學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)總結(jié)，并給出問題與建議。大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為通過參與該創(chuàng)新項目，創(chuàng)新思維與意識、算法與編程能力都得到提高。部分學(xué)生也指出一些項目實施中的問題，我們根據(jù)情況進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，以使后續(xù)學(xué)生上課取得更好的效果。

5 結(jié)束語

該創(chuàng)新實踐課程主要從課程定位、課程教學(xué)指導(dǎo)書設(shè)計與組成、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動方式與考核等方面進(jìn)行了系統(tǒng)改革，滿足了所有學(xué)生參加創(chuàng)新實踐項目訓(xùn)練全覆蓋的需求。目前該創(chuàng)新項目已經(jīng)在三個本科教學(xué)中實施，學(xué)生創(chuàng)新思維與編程實踐能力得到了切實提高，教學(xué)效果良好。由此可見，該創(chuàng)新實踐課程改革比較成功，具有一定的推廣價值，可作為“國家級大學(xué)生雙創(chuàng)計劃”的有益補(bǔ)充。

接下來我們將根據(jù)新工科的內(nèi)涵——“工科”是本質(zhì)，“新”是取向[7]，改進(jìn)創(chuàng)新項目課程。以“素數(shù)探尋與應(yīng)用實戰(zhàn)之旅”為例，通過將前沿密碼學(xué)算法與協(xié)議（都用到素數(shù)）引入到提升任務(wù)中，打開素數(shù)的應(yīng)用之門，并與學(xué)院的實訓(xùn)基地合作，持續(xù)進(jìn)行新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的課程改革實踐。

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