新工科背景下計算機專業“2+1”綜合實訓課程改革與實踐

魏小梅，李芳芳，黃 鈺，徐勛光

（華中農業大學 信息學院，湖北 武漢 430070）

0 引言

為適應新時代新形勢的需要，建設支撐經濟社會高質量發展的高等工程教育，教育部于2017年起實施新工科發展戰略[1-3]。新工科對應的是新興產業，也包括對傳統工科專業的改造升級，更強調學科的實用性、交叉性與綜合性。

計算機科學與技術作為新工科戰略涵蓋的新興專業，與其他新工科專業如大數據、物聯網、智能科學也密切相關。新工科發展戰略對計算機類專業人才產生了巨大需求的同時也提出了更高的要求[4]。因此，新工科發展戰略的實施對計算機專業教育來說，既是機遇也是挑戰。由于計算機專業在新工科戰略中的重要基礎作用，以及其在本科教育的基礎地位，改革和發展好計算機類專業對工程類專業的發展已經變得非常重要，甚至不單單是本專業的問題。加強計算機專業綜合實訓課程是推進計算機類專業全方位建設與改革的關鍵抓手。通過改革實踐類課程的內容和實施方式，才能有效提高高校學生計算機綜合能力和創新能力，培養適應新時代企業需要的人才。

1 目前計算機實踐教學的不足

目前全國許多學校已開展多形式的教學改革思考和探索，尤其是在綜合實踐教學項目方面[5-6]。華中農業大學計算機科學相關專業也開展了5年的綜合實訓課程，雖然在建設實踐教學體系方面取得了一些成績，但仍然存在一些不利于學生創新能力和系統能力培養的因素，還需要進一步通過教學改革來構建更合理的教學體系，提升教學內容，豐富教學模式。概括來說，目前的實踐教學體系存在如下不足。

（1）實踐教學體系不完善。現有的實踐教學體系未形成清晰的體系結構。實驗任務跟課程相關，局限于單個課程的知識應用，缺乏知識系統性應用的設計和規劃，導致實驗任務與融合不夠、系統性不強，難以給學生提供創新和擴展空間。

（2）實踐教學內容跟不上技術發展。現有的實踐教學內容選題實用性和創新性都需要提高。計算機技術發展日新月異，新知識新問題層出不窮，使得計算機教學實踐內容需要基于企業的人才需求，不斷推陳出新，緊跟新技術的發展，才能培養符合“新工科”戰略下產業發展需要的人才。

（3）實踐教學實施方式單一。實踐內容的改革，需要相應的實訓平臺才能完成。原有的實踐教學模式下實驗平臺可以滿足一部分實訓課程的要求，但是隨著實訓課程內容的加深和技術發展的需要，與科技發展結合最緊密的產業和公司需要參與到實踐教學環節，以產學融合的方式實現校企對接，學生和市場對接，理論和應用對接。

上述實踐課程中的問題，極大地阻礙了計算機專業學生的創新實踐能力的培養。為了解決這些問題，需要通過實訓課程改革達到如下目標：①構建合理的實踐教學體系，使得綜合實訓課程既能鞏固基本的理論知識和技能，也能通過分步分級的方式逐步建立完整的計算機體系結構視野，最后達到創新性地實現校內知識和產業需求對接的目標。②更新和規范實訓項目內容。立足于計算機專業理論，結合產業需求，實時更新實訓項目內容，在覆蓋計算機專業核心知識點的基礎上，設計具有實踐性、創新性、綜合性的綜合實訓項目，并構建相關數據庫。③構建校內實訓平臺，同時開發校外實踐機會。目前校內已經有穩定的實訓平臺和資源，但是新技術日新月異，需要在一定程度上更新校內實訓資源的同時，更多的是需要開發校外實踐機會和資源，以實現真正的產業對接。

2 以新工科建設為契機，推進計算機實踐課程改革

復旦共識[1]、天大行動[2]和北京指南[3]作為新工科建設的“三部曲”指明了人才培養的新方向和工程教育改革的新途徑。新工科建設戰略指明，中國高校需要加快建設和發展新工科，并強調新工科建設需要加強研究和實踐，即在理論創新研究的基礎上，在實踐中推進和落實。在實踐推進的過程中，高校發揮創新引領作用的同時，要積極推薦產學融合，打造人才培養的新模式，培養滿足未來新產業需要、具有創新性的復合型工程技術人才[7]。美國的工程教育體系領先于其他國家，主要原因是重視課程設置中的實踐教學環節，并通過產學合作方式培養學生的工程實踐能力。反觀我國，此前的高校培養學生的知識體系與企業應用實踐有差異，培養出的人才無法適應產業結構調整需求。面對這種現狀，高校和企業需要攜手合作，協同推進高校人才培養模式改革。通過利用產學融合將產業的理念、技術、資源整合到高校的課程實訓以及師資培養中，同時將高校培養的學生、科研成果、雙創成果帶給產業，滿足產業對人才和創新的需求。

計算機科學專業正是一門強調理論創新，重視科研實踐的專業，并與多個其他新工科專業密不可分。因此，本專業實訓課程改革需要審視計算機科學專業的學科輻射范圍和延伸方向，關注專業教學內容和模式與新工科建設的關聯，在內涵和外延上更多地契合專業前沿發展，以促進新工科專業與傳統工科專業的內容有機融合，構建創新融通的系統知識體系，使學生具備學科交叉的意識和思維習慣。

3 思路和方法

以新工科發展戰略為指導，建立“2+1”實踐教學體系；以新技術和產業發展需求為目標，更新和完善實踐教學內容；以夯實基礎、產學融合為實現手段，完成實踐教學的實施。通過一整套綜合實訓的實施，培養學生綜合運用學科知識，面向企業需求設計科學的項目流程，實現合理的小組分工，協作完成項目的能力。

3.1 建立“2+1”實踐教學體系

“2+1”實踐教學體系包括校內的2次分級綜合實訓和1次校外基地實習，一共3次實踐教學對應教學的三個層次，其體系結構如圖1所示。2次校內分級綜合實訓包括軟件與理論綜合實訓和計算機應用綜合實訓，其中前者屬于專業基本技能實訓，后者屬于專業綜合能力訓練；1次校外的基地實習是在行業相關的公司開展。

圖1 綜合實訓課程體系設計

“2+1”實踐教學體系是人才培養模式連接教育與就業的關鍵一環。基本技能實訓的成果，直接關系到“2+1”人才培養模式改革的效果。根據學生和學校以及校企合作的實際情況，按照“以人為本，分型培養”的原則，“2+1”實踐教學體系的具體設計如下。

（1）軟件與理論綜合實訓。在第4學期結束的暑假開展，此時學生已經完成計算機專業基礎課程和專業課程的核心知識點（包括C語言程序設計、計算機組成原理、算法設計、計算機網絡、Java語言程序設計等），但是學生對于課程的理解和應用需要通過實踐課程來整合和提升。學校根據現有的實踐教學資源(包括校內實踐教育中心條件和師資力量)，結合當前社會需求，由具有工程實踐經驗的老師指導學生進行系統的技術學習和應用實訓。

（2）計算機應用綜合實訓。在第6學期結束的暑假開展，此時學生不僅完成了計算機專業課程的學習，還完成了面向行業前沿和應用類選修課程的學習，對計算機的整個知識體系的概念已經形成，因此在實訓選題的設計方面注重任務系統性、應用型和新穎性，并留給學生一定的拓展空間。在對學生的考核方面，注重任務完成度的基礎上，還需要對學生的創新性進行評估。

（3）校外基地實訓。在完成以上2類的校內實訓之后，學生到學校和企業聯合創辦的實訓基地實習。實訓基地嚴格按照企業的標準對學生進行實驗實習和考核。實訓結束后，基地向學校反饋學生在基地實訓期間的綜合表現，并向用人單位推薦學生到企業實習就業。學生通過招聘流程后正式進入企業進行頂崗實習，并在此期間完成實習設計。此項實訓目的是為了響應新工科培養目標，通過校企對接方式，培養有針對性、緊跟行業技術發展的人才。

3.2 研究適應新工科戰略發展的實踐教學內容

實訓項目要強調內容的研究性、創新性、綜合性，因此很多項目來自于各種科研項目和校外實習素材，符合學生的認知水平，能夠培養學生在科研方法和科研流程上的基本素養。在此基礎上，還需要加大產學融合力度，促進校內課程和校外實踐結合，優化課程資源，提供切實可行又符合學科發展的實訓內容，保障學生在鞏固所學專業知識的同時，能夠提前接觸到行業內容的應用需求，為適應將來的工作崗位做好準備。

整個實踐教學課程通過“2+1”體系分層推進，每一層課程內容整合的知識在覆蓋深度和廣度方面稍有不同。在“2+1”實踐教學體系下，融合計算機核心課程的實訓項目，可以培養學生綜合運用課程知識解決實際問題的能力，同時培養學生系統分析、設計和集成的能力。通過綜合實訓的方式，不同課程和研究方向的老師集中指導。軟件與理論綜合實訓課程內容涵蓋計算機的核心基礎課程：C/C++語言程序設計、Java語言程序設計、數據庫原理、算法設計和軟件工程。目的是讓學生形成知識構建、知識應用和能力提升。計算機應用綜合實訓則在內容設計上追求進一步的整合。實訓題目是由不同的子任務綜合而成，內容覆蓋面從電子電路、計算機組成原理等課程的硬件到最前沿的人工智能選課計算機視覺和深度學習課程，為學生構建一個完整的知識體系和訓練機會。校外基地實訓則是與企業合作實現產學結合、協同育人的目標。以企業的需求和實際項目為基礎，訓練學生運用新方法、新技術、新工具解決企業的實際問題。除了以上的“2+1”實訓體系外，還需要根據業內技術的發展變化，積極推進校企合作，與行業內優勢企業合作創立人才中心，把優秀的企業工程師請進來開展前沿技術的綜合實訓，實現育人和師資培養兩手抓。

3.3 構建產學融合構造實訓平臺

以我院（信息學院）為例，目前計算機與大數據專業建有計算機應用、計算機組成原理與體系結構、軟件工程與理論、智能信息處理、高性能計算、網絡工程、物聯網等實驗室；還有2個校企共建聯合實驗室：阿爾特拉EDA/SOPC聯合實驗室和浪潮集團高性能計算聯合實驗室。除這些校內的實訓平臺和資源外，學院還建立了13個校外教學實踐基地，包括廣州中軟國際、深圳華大基因、浪潮集團等行業著名的公司。

除了以上校內實訓平臺和校外實踐基地，我校還以信息學院牽頭，于2017年9月與華為公司簽署協議共建ICT人才中心，建立了教師引導、學生自主發展的華為俱樂部。校企雙方持續開展華為工程師進校園、高校師生進華為、ICT人才聯盟招聘雙選會等活動，務實推進校企合作，協同育人。2018年5月，首屆華中農業大學—華為技術有限公司云計算（HCNA-Cloud）實訓班開班。該實訓班從大數據的基礎云計算知識學起，理論實際相結合，培養同學們的行業應用技能，培養企業真正需要的應用型人才。通過校企合作、產學融合方式攜手為在校學生提供行業領先的技術到學校課堂，提高職業生涯起點。培訓的知識點和實踐內容見表1。

4 綜合實訓的實施

（1）實訓選題。經過多年的綜合實訓課程開展，目前已積累了一定數量的實訓項目供學生選擇，其中部分選題見表2。實訓課程正式開始前2個月，老師通過現場講解的方式為學生展示和解釋選題內容，學生根據研究興趣和對自己將來的定位選擇實訓選題。4人為一個實訓項目小組，小組成員需要分工合作才能在規定時間順利完成項目。

（2）項目準備。每個實訓小組由提供實訓項目的老師指導。小組在與指導老師對接后，開始分析以及項目分工（按照軟件設計國家標準）。在正式實訓課程開始前需要完成項目調研，具體包括前期文獻閱讀和綜述撰寫、數據收集、軟件和算法準備。

（3）項目實施。項目的實施采取集訓的形式在暑假開始的一周內，在指定的實訓實驗室完成。集訓過程中指導老師現場答疑，隨時提供技術指導。小組學生基于項目前期調研和準備工作，分工合作完成系統設計和實驗結果分析。根據項目要求可以在基本選題完成的基礎上提出創新性的改進，以激發學生的探索精神和科研熱情。

（4）項目答辯和考核。實訓周期結束后，實訓小組需撰寫并提交綜合實訓報告，并通過PPT展示項目實施情況，接受答辯老師的提問和考核。指導老師結合項目設計和完成情況、小組答辯情況、團隊的協作能力，以及文檔的撰寫質量，給出綜合評定成績。在每期綜合實訓結束后，修改整理文檔規范，作為本次實訓的總結和下一次實訓的基礎。具體需要整理成文的內容包括：①實訓課程覆蓋的核心知識點規范。該文檔規范可以發現未覆蓋到的知識點，以便在下一期的實訓課程中加以擴展。②收集和整合實訓項目。通過實踐過程發現項目的優點和不足，并在后續實訓課程中進行優化淘汰。③優化完善的實訓教學計劃，包括實訓任務的選題、教師和學生的對接、實訓課程的實施以及實訓效果的考核。

表1 2018年華中農業大學-華為技術有限公司云計算（HCNA-Cloud）實訓班授課內容

表2 部分實訓項目示例

5 結語

在分析傳統計算機專業人才培養模式缺點的基礎上，緊抓工科教學中最為關鍵的綜合實訓課程建設，我們提出契合新工科發展戰略、融合產業需求的“2+1”綜合實訓教學模式，主張圍繞一流本科教育對實踐教學的要求，深入挖掘符合現代前沿科技領域的教學方式，開展實踐教學體系、實踐教學內容、實踐教學方法等方面的研究與實踐，培養符合企業需求的新型人才。在實訓實施過程中，強調基于校內現有資源和學科知識體系的基礎開展實踐教學的同時，需要加大產學融合力度，促進校內課程和校外實踐結合，優化課程資源，提供能促進學科發展和符合行業需求的教學模式和實訓內容，培養新工科發展戰略所需要的重實踐、重創新的高素質人才。