新工科背景下計算機實習(xí)實踐教學(xué)的改革探索

余 琍，徐 霜，張滬寅

（武漢大學(xué) 計算機學(xué)院，湖北 武漢 430072）

0 引言

高等教育在世界范圍內(nèi)正開展著一場質(zhì)量保障運動，工程教育進(jìn)入了快速和根本性變革時期，新工科建設(shè)要求計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)從注重培養(yǎng)數(shù)量向提高培養(yǎng)質(zhì)量轉(zhuǎn)型。這需要精準(zhǔn)把握高等教育發(fā)展大勢，通過一系列實踐教學(xué)改革探索行動，狠抓實習(xí)實踐教育工作[1]。目前在本科生實習(xí)實踐教學(xué)的過程中，仍存在一些需要解決的教學(xué)問題，主要包括實習(xí)實踐教學(xué)體系頂層設(shè)計不夠；理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)；教學(xué)方式落后難以激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新動力等[2]。

1 實習(xí)實踐教學(xué)改革理念

1.1 倡導(dǎo)“以學(xué)生為本”的線上線下一體化實訓(xùn)實踐教學(xué)方式，提升學(xué)生專業(yè)實踐創(chuàng)新能力

因信息化時代學(xué)生學(xué)習(xí)、生活方式變化，學(xué)生專業(yè)實踐能力培養(yǎng)不能只依靠傳統(tǒng)的課程教學(xué)形式。要做好學(xué)生實踐能力培養(yǎng)平臺設(shè)計和建設(shè)，在做好線下實驗室課程教學(xué)的同時，可以引入多種網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)方式。建設(shè)多門MOOC 課程，提供相關(guān)實驗視頻，讓學(xué)生了解實驗操作的重要過程，推動學(xué)生分組式教學(xué)，利用網(wǎng)絡(luò)線上建立相應(yīng)組群，開展集體討論、教師答疑等學(xué)習(xí)[3-6]。

堅持以學(xué)生為本的原則，融合學(xué)科優(yōu)勢資源及前沿研究成果，依托國家虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)“虛實”融合的線上線下一體化實踐教學(xué)平臺及實驗資源，實現(xiàn)時間與空間上的開放共享，為學(xué)生提供全天候、個性定制化、大規(guī)模協(xié)同實驗的條件和機會[7]。

1.2 加強校企合作，引入優(yōu)質(zhì)互聯(lián)網(wǎng)IT 企業(yè)，建立校內(nèi)外一體化實習(xí)實踐教學(xué)新模式

原有的實習(xí)教學(xué)強調(diào)學(xué)生自主聯(lián)系計算機企業(yè)及研發(fā)單位，開展與畢業(yè)就業(yè)和社會實踐相結(jié)合的專業(yè)實習(xí)活動，專業(yè)實習(xí)實踐工作分散而非必需。目前改革的理念就是不僅要將專業(yè)實習(xí)實踐工作升級換代，而且要將學(xué)生實習(xí)作為學(xué)校專業(yè)必修課程來組織實施。與社會知名互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)合作，一方面引入企業(yè)工程師來學(xué)校擔(dān)任實習(xí)教學(xué)導(dǎo)師，另一方面帶領(lǐng)學(xué)生赴知名企業(yè)，在企業(yè)開展一定時長的實習(xí)實訓(xùn)活動，同時將企業(yè)實訓(xùn)線上資源，提供給學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，以建設(shè)形成校內(nèi)外一體化實習(xí)實踐機制。

2 實習(xí)實踐教學(xué)體系建設(shè)框架

依托計算機類專業(yè)優(yōu)勢學(xué)科平臺，以系統(tǒng)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，校企協(xié)同，學(xué)科優(yōu)勢資源共享[8]，打造“專業(yè)基礎(chǔ)實踐能力培養(yǎng)—專業(yè)綜合實踐能力訓(xùn)練—科研創(chuàng)新及創(chuàng)業(yè)能力拓展”三層次多平臺支撐的計算機類實習(xí)實踐教學(xué)體系（如圖1 所示）。建設(shè)包括計算機類基礎(chǔ)實踐教學(xué)平臺、計算機類專業(yè)實踐教學(xué)平臺、計算機類專業(yè)共享綜合實驗平臺、校外實踐平臺、學(xué)生創(chuàng)客空間、創(chuàng)業(yè)實踐基地等專業(yè)實踐能力培養(yǎng)平臺，逐級遞進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[9-10]。

圖1 三層次多平臺支撐的計算機類實習(xí)實踐教學(xué)體系

其中，基礎(chǔ)實踐教學(xué)平臺建設(shè)有基礎(chǔ)硬件和程序設(shè)計類計算機基礎(chǔ)課程實驗室，以保證學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課程實驗開展。專業(yè)實踐教學(xué)平臺建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)工程及大型軟件應(yīng)用類實驗室，加強學(xué)生的專業(yè)動手能力。校外實踐平臺、學(xué)生創(chuàng)客空間、創(chuàng)業(yè)實踐基地都屬于開放式實驗環(huán)境，提供給學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)造創(chuàng)業(yè)探索和競賽訓(xùn)練。

3 實習(xí)實踐教學(xué)內(nèi)容及特色創(chuàng)新

自2018 年以來，為適應(yīng)新工科建設(shè)要求，我們開展計算機類專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案修訂，更加重視學(xué)生專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)，強調(diào)實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)的效果。在培養(yǎng)方案修訂上主要力圖做好兩個方面的設(shè)計和安排：一是做好學(xué)生課程實驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)；二是完成學(xué)生實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)整體設(shè)置布局，以提升實習(xí)工作質(zhì)量。

在學(xué)生實驗課程教學(xué)方面，與理論課程配套的實驗課程對學(xué)生專業(yè)能力提升起到了非常重要的作用。在整個培養(yǎng)方案中，遵循“習(xí)而學(xué)”的工程教育理念，制訂多模塊、相互銜接的遞進(jìn)式實踐教學(xué)體系，以保證其學(xué)時、學(xué)分比例不低于總學(xué)分的25%；設(shè)置計算機類專業(yè)基礎(chǔ)實驗（包括基礎(chǔ)硬件實驗和程序設(shè)計）、計算機類專業(yè)課程設(shè)計（包括操作系統(tǒng)課程設(shè)計、計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計等）；在選修課程中，提供人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大型應(yīng)用軟件設(shè)計類的實驗應(yīng)用課程。

為統(tǒng)一組織好學(xué)生進(jìn)行專業(yè)實習(xí)，分別在一、二、三年級的第3學(xué)期開設(shè)初級項目實踐（1 學(xué)分）、中級項目實踐（2 學(xué)分）、綜合項目實踐（3 學(xué)分）3 門必修課程，設(shè)置創(chuàng)客實踐等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類選修課程，以保證學(xué)生在培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的實習(xí)實踐學(xué)習(xí)。開展校企合作，開設(shè)的初級項目實踐、中級項目實踐、綜合項目實踐全部由行業(yè)內(nèi)知名企業(yè)承擔(dān)教學(xué)工作。初級項目實踐主要是促進(jìn)對計算機系統(tǒng)和軟件開發(fā)的認(rèn)知，包括程序設(shè)計基礎(chǔ)技能和工程實踐基礎(chǔ)實訓(xùn)兩部分內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的軟件開發(fā)、文檔編寫、團(tuán)隊協(xié)作、軟件測試技能，提高編程動手能力。中級項目實踐加強專業(yè)基礎(chǔ)（平臺）課程和主干課的實踐，實現(xiàn)對理論知識的融會貫通。例如，通過開展Linux 嵌入式應(yīng)用方向、Java 應(yīng)用開發(fā)等內(nèi)容的實訓(xùn)，提升對Linux、Java 技術(shù)的應(yīng)用技能。綜合項目實踐課程注重對知識的提升應(yīng)用，安排實際工程項目的集中實訓(xùn)，提高工程能力和創(chuàng)新意識。2019 年暑假，我們組織學(xué)生去東軟公司開展JavaEE 企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)實訓(xùn)類課程，并推薦優(yōu)秀學(xué)生直接進(jìn)入東軟相關(guān)項目組參與項目研發(fā)。

指導(dǎo)學(xué)生參加各類學(xué)科競賽，以賽促教、以賽促學(xué)[11]，每年參加ACM、全國物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽、中國大學(xué)生計算機設(shè)計大賽、花旗杯金融創(chuàng)新應(yīng)用大賽、中國大學(xué)生服務(wù)外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等賽事，以提升本科生整體專業(yè)創(chuàng)新能力。

鼓勵學(xué)生參與國際交流，組織優(yōu)秀學(xué)生報名參加國外高校組織的計算機暑期科研課程項目，先后選送本科生赴英國帝國理工、美國加州伯克利、美國南加州大學(xué)、美國哈佛大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)，參加為期3～8 周的暑期課程，并組織學(xué)生答辯，認(rèn)定考核成績和學(xué)分。

堅持“以課程實踐教學(xué)為基礎(chǔ)，企業(yè)實習(xí)實訓(xùn)為核心，以競賽創(chuàng)新教育為抓手”的實習(xí)實踐特色，使計算機實踐教學(xué)工作在國內(nèi)具有一定的輻射示范效應(yīng)。為適應(yīng)教學(xué)工作要求，實驗教學(xué)中心融合多學(xué)科平臺優(yōu)勢和創(chuàng)新實踐案例，創(chuàng)新設(shè)計“虛實”融合的實驗平臺新架構(gòu)，自主開發(fā)大規(guī)模在線計算機虛擬仿真實驗云平臺，為學(xué)生競賽創(chuàng)新活動提供良好的環(huán)境支撐。

4 實習(xí)實踐教學(xué)成效

武漢大學(xué)計算機學(xué)院經(jīng)過近些年來對實習(xí)實踐教學(xué)工作的改進(jìn)，在教學(xué)和人才培養(yǎng)工作上取得了卓著成效。近兩年獲湖北省教學(xué)成果一等獎2 項，開設(shè)前沿講座和實習(xí)實訓(xùn)課程12門，建設(shè)翻轉(zhuǎn)課堂課程5 門，出版國家級規(guī)劃教材11 本，持續(xù)建設(shè)國家級精品課程2 門，獲批國家和省級教改項目30 余項。與天源迪科、小米等20 多家企業(yè)共建國家級工程實踐教育中心、聯(lián)合實驗室或?qū)嵙?xí)實踐基地，實習(xí)實訓(xùn)投入460多萬元。

由于對企業(yè)實習(xí)效果的認(rèn)可，在校實習(xí)實踐類課程的學(xué)生參與度也逐年提高。2019 年第3 學(xué)期，學(xué)院共開出各類實訓(xùn)課程30 余門，邀請騰訊、百度等知名企業(yè)專家來校講課，952 名本科生參加了學(xué)院第3 學(xué)期的實習(xí)實踐類課程，參加學(xué)生數(shù)量居全校首位。2015 年獲全國“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽金獎數(shù)在全國居首；2017 年獲ACM-ICPC亞洲區(qū)區(qū)域賽金獎7 項；2019 年獲全國物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽獎總數(shù)居全國第一。兩年時間里累計獲得各類競賽獎130 余項，獲獎學(xué)生500 多人，參與學(xué)生1 200 多人。競賽獲獎學(xué)生中有80%到國內(nèi)985 高校和國外知名高校繼續(xù)深造，直接就業(yè)的學(xué)生中有98%就職于BAT 互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)或國家重要部門，畢業(yè)后就業(yè)質(zhì)量較高。

5 結(jié)語

如何做好新工科背景下計算機類專業(yè)本科學(xué)生實習(xí)實踐教學(xué)，一直是提高計算機專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵工作[12]。在教學(xué)實踐中，武漢大學(xué)設(shè)計了面向計算機類專業(yè)的“三層次多平臺支撐”的實習(xí)實踐教學(xué)體系，提出了“以課程實踐教學(xué)為基礎(chǔ)，企業(yè)實習(xí)實訓(xùn)為核心，以競賽創(chuàng)新教育為抓手”的計算機類專業(yè)本科人才培養(yǎng)實習(xí)實踐模式，在實踐中取得了良好效果。當(dāng)然，計算機類專業(yè)學(xué)生實習(xí)實踐等方面的工作還有許多需要探索和實踐的問題，要長期努力大膽開展各類改革創(chuàng)新。