基于創新項目驅動的創新實踐課程的教學改革

袁科 閆永航 周黎鳴 李征 秦春斌

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

關鍵詞： 創新項目; 創新實踐課程; 全覆蓋; 體驗式創新; 創新思維訓練

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標志碼：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

創新對于一個國家的發展至關重要。黨的十八大以來，習近平總書記就創新發展發表了一系列重要講話，強調必須把創新作為引領發展的第一動力，擺在國家發展全局的核心位置，加快形成以創新為主要引領和支撐的經濟體系和發展模式。2014年9月夏季達沃斯論，李克強總理發表關于大學生“大眾創業、萬眾創新”的講話。2015年，李克強總理在《政府工作報告》中鼓勵社會各界參與到創新創業的浪潮之中。2018年9月18日，國務院下發《關于推動創新創業高質量發展打造“雙創”升級版的意見》。可見，國家對于創新日益重視。如何培養大學生創新思維與實踐能力已經成為關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展規劃綱要（2010-2020年）》中對大學生創新思維和實踐能力的培養提出明確要求，表明我國現階段高等教育改革的主要目標之一就是實現大學生創新能力的培養與開發[1]。如何推動創新實踐教育的發展呢？目前的方法存在一些問題需要解決。以大學生雙創計劃為例，該計劃需要學生先編寫項目申請書，申請書評審獲批后，方可得到經費支持實施，而項目未獲批的同學將失去參與雙創項目訓練的機會。以學生參與老師項目為例，只有科研實踐能力較強的同學才有機會參與，以提高自己的創新實踐能力。

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

朱衛平[4]開展了創新創業教育在促進計算機智能科學課程教學研究，沒有體現體驗式教學的思想。張育廣等[5]對創新創業體驗式教學模式進行了探索，尚未付諸實踐。張燦龍等[6]提出一種融聚大創項目和綜合實訓的創新人才培養模式，有效提升了創新人才的培養質量和數量，但是系統性不足。河南大學計算機與信息工程學院通過實施大學生創新實踐項目訓練課程。由一線教學與科研老師編制30個計算機專業類創新項目，供所有學生參與到創新實踐能力訓練中來，系統性地解決了該問題。

1 課程定位

該課程對于學生應用所學知識進行創新思維與實踐訓練具有舉足輕重的作用。該課程在我院培養方案中的名稱是創新項目實踐，實際內容會因不同的創新項目而異。課程性質為專業選修課，開課學期為第四和第五學期，學分為2學分，學時為64學時，教材為教師自編指導書。

傳統課程指導思想一般都是基于一門課程的具體知識，目標定位是追求課程知識的系統全面，缺乏創新訓練內容。以本人主持完成的“素數探尋與應用實戰之旅”創新實踐項目課程為例，針對傳統課程定位的問題，制定指導思想與目標定位。指導思想具體為通過學習、演練、解析和提升前人實際運用的素性判定與應用方法，體會和訓練創新思維;不是項目本身要創新出新的素性判定與應用方法，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團隊協作意識。目標定位具體為不追求內容過多與難度過大，也不追求學生在實踐時間內確實做出創新性工作;追求的是體驗前人在改進素性判定算法與應用素數解決新問題過程中閃耀的創新性思維;追求的是學生親自一步一個腳印地完成幾個實際的歷史項目;追求的是讓學生通過參加創新實踐課程，以后有興趣去完成更高級別的程序設計。

2 課程教學指導書設計與組成的改革和創新

傳統課程教學，以教師講授知識為主;課程教材沒有特別指出學生如何自學知識，如何自我鍛煉提高應用知識解決問題的方法。為此，我們對教材進行改革與創新，自己編寫了解決該問題的課程指導書。

2.1 課程教學指導書設計改革

課程教學指導書的具體設計思想改革如下：

⑴ 創新實踐既不是老師講授知識為主，也不是學生看書學知識為主，而是以學生動手為主。該教學設計將學生動手干什么、如何干進行體現;把知識、技術、興趣、動手能力訓練、創新思維培養等蘊含在實踐式教學中。

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

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

⑷ 考核組教師使用指導書能明確地知道考核點、考核內容與評價標準。

2.2 課程教學指導書組成創新

根據課程教學指導書的設計思想，對課程教學指導書的具體組成做如下創新。

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

課程教學指導書的第一章是有關該創新項目的簡單說明。第二章是每次實踐的任務清單，明白要完成什么任務，是否完成，完成程度;每一節對應一次活動。第三章的節與第二章的節完全對應，是完成第二章任務的相應知識或操作步驟或參考算法代碼，需要對照學習。學生應該閱讀、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點進行修改。第四章提升任務是選做內容，學有余力、興趣濃厚的同學可選擇完成，進一步提高綜合創新實踐能力，也可作為以后的畢業設計題目。第五章是是第三章與第四章的相關補充或參考材料。

3 教學實施過程改革

3.1 教學內容實施改革

針對傳統教學內容一般只專注于傳授課程基本知識，缺乏創新思想訓練的問題，在教學內容實施上進行了突出創新能力訓練的改革，下文以我們實際主持完成的“素數探尋與應用實戰之旅”創新實踐項目課程為例進行介紹。

該課程第一次課，首先介紹素數的歷史、性質、判定問題與素因數分解問題的由來，以及素數在密碼學中的應用，目的是激發學生的學習興趣。其次，告知學生在將來的工作中，要想取得更大的成績，就必須具有創新思維和算法設計能力。然后，向學生說明該課程實踐內容以體會算法創新為主，要求學生重點從算法的演進中體會創新的過程，并提高個人的算法設計能力。最后，要求學生必須編程實現算法，目的是進一步深入理解算法，并提高個人的編程能力。

該課程具體的教學內容從最基本的手工的素數判定方法，一步一步演進到現代利用計算機方法進行素數判定;從基本的手工素因子分解，到利用計算機進行素因子分解，繼而從利用大整數分解困難問題設計RSA加解密，到RSA密碼破譯逐步遞進;從基本素數判定問題，到梅森素數、孿生素數、哥德巴赫猜想的驗證。使學生在兼具挑戰性與趣味性的實踐過程中，逐步體會素數判定與應用的創新過程，激發學生將創新思維應用到今后的學習與工作中。

3.2 教學活動方式改革

針對傳統教學內容教學形式單一的問題，該課程采用多種方式，最大程度發揮學生學習的積極主動性，試圖使學生由“要我學習”到“我要學習”，由“課堂集中學習”到“課下有條件就學習”的轉變。

具體地，該課程教學活動包括集中講解、集中實踐、集中答疑、集中交流、課后自學與課后實踐6種方式。其中集中講解是指由指導教師講解相關內容。集中實踐是指參與項目的所有同學在指定的時間和地點進行上機操作，便于交流、咨詢和管理。集中答疑是指指導教師在指定的時間和地點回答學生共性問題。集中交流是指學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知識。課后自學是指非集中時間學生學習相關知識。課后實踐是指非集中時間學生在宿舍或其他場所使用計算機編寫、調試與分析程序。

3.3 人員分組與考核改革

該課程由于注重課程自學與討論，考核方式也進行了不同于傳統筆試或機試的改革。改革如下：該課程總人數限選30人，三人為一組，每組推薦一名同學作為組長。考核按學生自評、組內自評、組間互評、指導教師組評審、學院指定考核組評審等多步進行。課程成績通過查看與運行學生源程序情況，并要求解釋關鍵部分代碼功能的方式確定。

4 教學實施效果

以本人主持完成的“素數探尋與應用實戰之旅”創新實踐項目課程為例，該課程不是設計成要求學生實現一個大系統，而是將素數判定、因數分解、加解密與密碼破譯等任務進行分解。由于這種處理方式，學生每次上課任務清晰，最終大多數同學都能順利完成每次任務，部分優秀學生還較好完成了提升任務。

為了保證學生切實得到提高，課程結束時，要求每位學生進行學習總結，并給出問題與建議。大多數學生認為通過參與該創新項目，創新思維與意識、算法與編程能力都得到提高。部分學生也指出一些項目實施中的問題，我們根據情況進行了相應改進，以使后續學生上課取得更好的效果。

5 結束語

該創新實踐課程主要從課程定位、課程教學指導書設計與組成、教學內容、教學活動方式與考核等方面進行了系統改革，滿足了所有學生參加創新實踐項目訓練全覆蓋的需求。目前該創新項目已經在三個本科教學中實施，學生創新思維與編程實踐能力得到了切實提高，教學效果良好。由此可見，該創新實踐課程改革比較成功，具有一定的推廣價值，可作為“國家級大學生雙創計劃”的有益補充。

接下來我們將根據新工科的內涵——“工科”是本質，“新”是取向[7]，改進創新項目課程。以“素數探尋與應用實戰之旅”為例，通過將前沿密碼學算法與協議（都用到素數）引入到提升任務中，打開素數的應用之門，并與學院的實訓基地合作，持續進行新工科創新人才培養的課程改革實踐。

參考文獻（References）：

[1] 李云飛.大學生創新能力的培養與開發探究[J].繼續教育研究，2017.7：22-24

[2] 馮晨昱.論體驗式教學在高校創新創業教育中的運用[J].國家教育行政學院學報，2017.7：68-73

[3] 蔡藝武.創新與自主創新的內涵及測度研究[D]. 廈門大學碩士學位論文，2008.

[4] 朱衛平.創新創業教育促進計算機智能科學課程的教學[J].計算機教育，2018.10：8-11

[5] 張育廣，刁衍斌.高校體驗式創新創業教育模式的探索[J].中國高等教育，2017.6：67-69

[6] 張燦龍，李志欣.融聚大創項目和綜合實訓的創新人才培養[J].計算機時代，2018.2：77-79

[7] 鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017.3：7-12