以學生項目引導的全過程實踐育人探索與實踐

［摘 要］ 在全面加強大學生創新實踐能力和創新創業精神的推動下，根據網絡空間安全領域人才需求及創新實踐能力在安全類專業人才培養中的重要地位，探知創新與實踐能力內涵，以學生項目為引導重構實踐能力培養過程。根據當前在學生創新與實踐能力培養方面的實際，將培養現狀中孤島狀的模塊與內容重新整合，形成“四段一體”、“V”形結構的實踐育人新體系，探索將實踐能力訓練與專業培養方案進度相融合，注重能力獲取，并以學科競賽為驅動的全過程實踐育人新模式，全面提升學生創新與實踐能力和綜合素質，并且在學生就業和學科競賽中取得成效。

［關鍵詞］ 人才培養；創新訓練；實踐育人；教學改革

［基金項目］ 2021年度西安電子科技大學本科教改一般項目“以學生項目為引導的全過程實踐育人教育模式改革研究”（C21154）；2021年度西安電子科技大學本科教改重點攻關項目“基于AI+的信息安全拔尖人才培養體系創新與機制改革”（A21013）；2021年度西安電子科技大學本科教改一般項目“《信息與內容安全》課程建設的探索與實踐”（C21155）

［作者簡介］ 尤 偉（1984—），男，陜西西安人，工學博士，西安電子科技大學網絡與信息安全學院講師，主要從事數據安全與分析與安全風險評估研究；鄭 昱（1990—），男，陜西鳳翔人，工學博士，西安電子科技大學網絡與信息安全學院副教授，主要從事內容安全與人工智能安全研究；楊 超（1979—），男，陜西西安人，工學博士，西安電子科技大學網絡與信息安全學院副院長，教授，主要從事基于人工智能與大數據分析的網絡空間安全研究。

［中圖分類號］ G640 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）10-0045-04 ［收稿日期］ 2023-03-07

引言

加強在校大學生的創新實踐能力和創新創業精神是教育主管部門近年來一直倡導和推動的教育教學改革精神，也是當前全國各大高校所關注的重點［1］，通過不斷地改革，開展“科研訓練”“以賽代練”等多種舉措，加強對大學生科研創新能力的培養，致力于培養全面發展、綜合實力過硬的新一代學生。

創新與實踐能力是大學生運用理論與專業知識，能夠對實際工程或理論問題提出一定的新穎、獨特、有效的想法、觀點或解決方案［2］。然而在實際教學中，學生普遍存在重知識、輕技能的情況，不知道所學知識能解決什么問題，或在需要解決問題時無法與所學知識相聯系，創新能力不足，套用現有資料，復制現有方法等，不同學科或不同高校在創新與實踐能力的培養模式和方法上并沒有顯著差異［3］。創新與實踐能力并不是一項單獨的知識或技能，對大學生創新與實踐能力的培養應該與其培養方案和培養進程相結合，進行體系化的全面設計，既包含知識運用、問題分析、方案設計、開發實現等“技術”能力，也包含報告撰寫、展示陳述、團隊協作、項目管理等方面的“非技術”能力。本項研究便基于以上分析，打破多種舉措“孤島狀”的培養模式，形成體系化的周期訓練，達成對學生創新與實踐能力提升的全過程育人模式。

一、學情分析

西安電子科技大學網絡與信息安全學院近年來在提升學院本科生創新實踐能力等方面采取了多項措施和改革，例如，在大一學年開設“工程概論”課程，向學生介紹工程建設和工程管理方面的相關知識；從大二起鼓勵學生參加多種類型的學科競賽，鍛煉和提高學生綜合運用專業知識的能力；在大三通過多種形式的生產實習，使學生切身感受到產業實際狀況；在大四通過畢業設計，鍛煉和檢驗學生分析和解決復雜工程問題的綜合能力。

這一系列舉措基本貫穿了本科學生從入校到畢業的全過程，對學生的創新實踐能力起到了一定的訓練效果。但結合多年的教學與競賽指導經驗，我們發現在對學生的創新實踐能力和工程素養方面依然缺少過程性和階段性的培養，也缺少適合大部分學生的普遍性培養方法。無論學科競賽還是畢業設計，本質上均是需要學生完成作品，需要經過分析問題、查找資料、設計方案、開發實現、撰寫報告、答辯演講等環節。然而在實際的學生培養中，卻沒有針對此類研究性工作的完整實施周期對學生在各個環節實行有針對性的、系統性的“教”，更多是學生的自我提升和自我鍛煉，依靠的是學生的主觀能動性或悟性。學生在參加競賽方面自由度較高，參加比賽的級別、類別也不同，得到的鍛煉與效果因人而異、千差萬別。這使得我們對工程實踐和創新能力方面的人才培養質量的把控性不強，均衡性有限，人才培養質量的波動性較大。

基于此，我們認為在對學生進行創新實踐和綜合工程能力的培養方面還有很大的提升空間，應該考慮設計一套能夠面向全體學生、面向工程實踐全過程的綜合訓練方法。

二、建設內容

本項教改提出一種面向創新與實踐能力提升的全過程實踐育人模式，參考工程開發的“V”形周期，根據教學目標將實踐過程合理分割，形成“市場調研”“方案設計與溝通”“產品開發”“產品測試”“產品評估與演進”等五個適合于教學的不同環節，與教學實際相結合設計學生項目，根據學生的學習進度和能力水平循序漸進地在四個學期開展，做到對學生系統性、全過程的創新實踐能力培養。每個階段的項目訓練重點不同，學生組隊構成根據項目的側重點而調整，并非每次都輸出一個完整作品。具體如圖1所示。

圖1中虛線為參考的工程項目開發的“V”形生命周期，黑體加粗的文字為根據“V”形周期整合出的著重對學生進行訓練和培養的五個方面，分別為“市場調研”“方案設計與溝通”“作品實現”“作品完善”“作品評估與演進”。圖中粗線段為設計出的不同階段的學生項目（以S1—S4標記）及所對應的側重點。

1.S1階段為“項目總覽”，主要訓練學生對大型復雜項目開發中的問題與需求分析、市場調研、產品粗略設計、需求溝通，以及對設計產品的評估與演進方面的訓練，主要目標是使學生了解大型工程項目研發的一般流程，學生主要完成需求分析、方案設計、頭腦風暴等，無需進行實際的開發與實現。學生7～8人為一組，分組時應考慮組內學生不同專業、性別的搭配，各個組使用同一個設計好的項目題目，便于對教學效果進行評估。

2.S2階段為“項目開發”，主要訓練學生對于給定題目進行實際開發與完善測試，側重訓練學生的動手能力和代碼能力。此階段訓練須保證題目難易程度適當而且確保能夠實現，題目由教師發布且應具有一定實際背景，同時需求明確且完善。學生跳過“市場調研”“需求分析”等過程，專注于對給定題目進行優質的編程或硬件實現。學生分組進行，每組4～5名學生，一隊一題。

3.S3階段為“項目啟動”，是創新性訓練。學生根據自身對市場需求、社會問題等的觀察提出創新設計方案，通過項目過程的反復打磨，在教師的指導下完成一個較為完善的產品設計，此階段無須進行實際的功能開發，主要針對需求分析、市場調研、產品設計、界面設計、功能描述等方面，訓練學生專注于對社會問題與現實需求的觀察與分析，發現“痛點”，理論知識與專業技能相結合，提出創新點。學生可自由組隊，每組5～6名學生。

4.S4階段為“項目設計”，是前三階段的整合。學生需要完整地進行一次綜合訓練，以組隊形式完成一個小型工程項目，涵蓋前三階段的訓練成果。每組7～8名學生，題目可由教師發布，也可由學生自行設計，一隊一題，學生根據自身專業和興趣自愿選擇題目并最終完成。

本課題的特色在于參考工程產品的開發周期并映射到教學環節中，將學生應具備的實踐能力的各個方面進行合理拆分再融入學生的培養方案實施的全過程，以學生分組項目的形式，根據學生的學習進度，在不同學期對不同工程能力進行有針對性的訓練，全面提高學生的綜合能力，包括團隊協作、與人溝通、技術報告撰寫、答辯材料制作、表達能力訓練等“非技術”素質，最終達到培養全面復合型人才的效果。

三、實施過程與保障措施

（一）實施計劃

為保證能夠完整實現一個周期閉環，兼顧學生主動性和對學生的約束性，本項目首先以系列選修課的形式在40名大二學生中進行試點。從大二秋季學期開始連續實施4個學期后于大三春季學期結束，每學期計劃16學時，共設4次教師指導課和若干次分組討論課。

（二）實施過程

1.S1階段（2020年9月—2021年1月）：此時學生為大二秋季學期。在S1中選用《基于車載GPS的高速公路路牌自動識別系統》為目標題目，將40名學生分為5組。題目設定的背景為“需要基于在高速路中行駛的汽車，自動將汽車途經的某類道路交通標示（例如限速標示）和汽車的GPS信息上傳至數據庫中，以完成某關于交通信息庫的建設”。在實施中，學生要首先分析題目的實際意義和應用場景，再分析實時信息上傳，對路牌進行電子化采集等技術問題，還要梳理出運動中GPS定位矯正、圖像分類等技術難點，再兼顧產品推廣、可持續維護等商業模式問題。在此階段只要求學生能夠將真實開發此系統時涉及的以上全過程思考全面，無須實際解決或實現該系統。同時，每組學生需要進行團隊建設，人員有角色和工作區分，鍛煉學生的團隊協作和溝通能力。實施期間，學生須進行3次PPT匯報，提交2次進展報告，教師在PPT制作、文檔編寫、答辯技巧等方面對學生進行指導。學期結束時，組織每組學生根據此階段所學，確定一個社會生活“痛點”題目，組隊參加全國大學生創新創業訓練計劃①。

2.S2階段（2021年3月—2021年7月）：此時學生為大二春季學期，學生已開始學習專業課程。此階段的訓練主要模擬關鍵技術突破，學生能通過編程、仿真等解決實際技術“難點”。此階段向學院教師征集題目，例如《基于圖神經網絡的物聯網入侵檢測》《針對知識圖譜嵌入的投毒攻擊》等，學生根據自身專業、能力和興趣進行選題和組隊。每組學生在與指導教師溝通題目需求、技術難點、指標等任務后簽訂任務書，制訂工作計劃，每2周與指導教師進行一次技術討論，每月進行一次項目進展匯報，學期末進行項目結題匯報。經過此階段的訓練，學生應能對于題目所涉及的例如網絡協議設計、編程語言使用、IDE工具、調試優化和迭代等專業技能有更深入地掌握，同時對于科技文獻撰寫、LaTeX運用、實驗結果分析等專業素質有顯著提升。此階段的訓練效果能夠保證S1階段立項的學生項目更專業地推進。

3.S3階段（2021年9月—2021年12月）：此時學生為大三秋季學期，將開始學習大量的專業核心課程。此階段主要是對學生在專業領域的創新思維進行重點訓練，每組學生要基于對生活的觀察、對專業的理解、對“痛點”的把握、對現狀的分析、對技術的運用，提出一個能解決某個實際問題的創新點，并經過反復打磨，最終形成一個具有一定創新意義、現實意義的創新“想法”。此階段學生自由組隊，與指導教師在一學期內反復溝通，通過需求調研、市場調研、技術凝練、方案設計、前景分析、商業企劃等方面的子任務不斷改進迭代，以信安作品賽、密碼技術挑戰賽、“互聯網+”大賽為靶向目標，確定出一個能夠參賽的作品題目。

4.S4階段（2022年3月—2022年7月）：此時學生為大三春季學期。本學期學生的專業知識體系將基本建立，專業技能與專業工具也應熟練運用，同時經過前三階段的訓練，學生在創新思維、分析能力、工程能力、項目管理、團隊協作、表達能力等方面都有了提升。此階段要求學生分組完成一項高質量的學生科研作品。題目可以對S3階段成果進行進一步的技術研發和實現，也可重新選題。該階段對學生的要求是突出項目成果的質量和完整性，不僅保證作品在功能實現上的質量，還有可展示性，有市場與前景分析、成本考量等，打造出完整且優質的學生科技作品。在項目管理上，學生需要做好項目的任務書、計劃書、進度甘特圖等，并按照計劃與指導導師定期匯報和討論項目技術問題。本階段的項目成果可用于當年全國大學生信息安全競賽作品賽、中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽和全國密碼數學挑戰賽。

（三）政策保障

項目組共有8名教師，能夠保證每階段的學生分組需要，教師均有一定的工程背景，能夠保證項目的順利實施。同時，為調動學生的積極性，避免給學生增加課程負擔，完整參與項目并順利通過的可以將項目認定為其“科技制作”“競賽實踐”課的學分；作品在相關學科競賽中獲獎，能夠在推免資格評定、獎學金評定等方面得到獎勵。

四、效果與評估

經過一個周期的建設，在本教改項目周期內，學院共培育26支學生“大創”團隊，其中10項推薦國家級立項，15項省級立項。輸出29支學生團隊參加第八屆中國國際“互聯網+”創新創業大賽，獲得省級金獎1項、銀獎2項、銅獎1項，校級銀獎5項、銅獎11項。在第十五屆全國大學生信息安全競賽上取得國家級一等獎3項、三等獎5項。在2022年網絡安全優秀創新成果大賽中，獲大學生創新創業作品投資價值獎1項，大學生創新創業作品提名獎1項。經由本項目培育的學生團隊共在競賽中獲得省級以上獎項14項。

結語

本項目的特色是將創新實踐教育全過程融入大學生的培養方案，全方面提升學生的工程實踐能力和創新創業素養。通過全過程的訓練，學生在參加各類學科競賽、“雙創”競賽中，團隊質量和作品質量得到明顯提升，競賽成績有所提高；學生綜合素質的提高能夠進一步提高就業數量與質量，用人單位滿意度也相應提高了。

該項目的設計初衷是面向全體學生進行全過程的創新實踐能力培養，核心是教學模式改革，模式本身對學院或專業并無要求，不同專業、不同學科可根據實際在項目題目和內容上靈活調整，適用性較強。

參考文獻

［1］胡文燕.基于研究性教學的大學生實踐創新能力的培養［J］.創新創業理論研究與實踐，2021，4（7）：50-51+54.

［2］崔向平，錢江明，張涵淇，等.Blockly可視化編程對大學生創新能力的影響研究［J］.開放學習研究，2022，27（5）：53-62.

［3］郭建如，鄧峰.高校人才培養改革對大學生創新能力的影響［J］.高等教育研究，2020，41（7）：70-77.

Exploration and Practice of the Whole Process Practical Ability Cultivating Through the

Student Projects

YOU Wei， ZHENG Yu， YANG Chao

（School of Cyber Engineering， Xidian University， Xi’an， Shaanxi 710071， China）

Abstract： Driven by strengthening the practical ability and innovative spirit of college students， this work explores the cultivating of innovative and practical ability and reconstructed the training process of practical ability according to the demand of cyber space security human resource and the importance of innovative practical ability in cyber security professionals. Considering the current reality of students’ practical ability cultivation， the various isolated teaching pattern is re-integrated into a new four-in-one practical scheme， which refers a V-shaped structure. This scheme is integrated with the progress of the teaching program， and takes the discipline competition as the drive of the whole process of practical education， so as to comprehensively improve students? innovative and practical ability and comprehensive quality and receive good effects in the student employment and discipline competition.

Key words： student cultivation; innovation training; practical education; teaching reform