工程教育認證和“雙創”理念下計算機專業實踐課程改革探索

火久元 蘭麗 劉夢

摘? 要： 為了使計算機專業學生以創新思維解決復雜工程問題，將工程教育認證和創新創業理念融入計算機專業課程體系，提出一種通過構建具有創新復雜工程問題特征的計算機系統實踐項目庫，據此重構計算機實踐課程的思路和方法。該方法通過將教師團隊實際科研項目融入計算機相關實踐教學中，基于案例法重新設計具有創新復雜工程問題特征的計算機系統實踐項目，依據創新復雜工程問題實踐項目的需求，重構計算機專業的創新性實踐課程體系，從而使實踐課程各教學環節與《工程教育專業認證標準》中的畢業要求以及創新復雜工程問題屬性特征之間建立更加緊密的關系，使計算機專業實踐課程更加符合工程教育認證和“雙創”對培養學生的要求。

關鍵詞： 工程教育認證; “雙創”理念; 計算機專業課程體系; 教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）03-110-04

Exploration on the reform of practical courses of computer specialty for Engineering

Education Accreditation and the innovation and entrepreneurship

Huo Jiuyuan， Lan Li， Liu Meng

（School of Electronic andInformation Engineering， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou， Gansu 730070， China）

Abstract： In order to make the computer majored students solve complex engineering problems with innovative thinking， and integrate Engineering Education Accreditation and the innovation and entrepreneurship concept into the curriculum system of computer specialty， this paper puts forward a idea and method of new for reconstructing computer practical courses by constructing a computer system practice project library with the characteristics of innovative complex engineering problems. The method integrates the actual scientific research projects of the teacher team into the computer related practical teaching， redesigns the computer system practice projects with the characteristics of innovative complex engineering problems based on the case method， and reconstructs the innovative practice curriculum system of the computer specialty according to the needs of the innovative complex engineering problems practice projects， so as to establish a closer relationship between the teaching links of the practical courses and the graduation requirements in the "Specialty Accreditation Standard For Engineering Education" as well as the attribute characteristics of innovative complex engineering problems， and make the practical courses of computer specialty more in line with the requirements of Engineering Education Accreditation and "innovation and entrepreneurship" to cultivate students.

Key words： Engineering Education Accreditation; concept of innovation and entrepreneurship; curriculum system of computer specialty; teaching reform

0 引言

工程教育認證要求培養的計算機專業學生具備能夠利用學科知識分析解決工程實際問題的能力。“雙創”要求全面提升學生的創新創業素質，使培養的工科人才具備創新能力、創業能力和解決創新型復雜工程問題的能力。如何將工程教育和雙創教育理念深度融合，使計算機專業實踐課程體系既能在教學過程中夯實基礎，又能培養學生解決復雜工程問題、創新思維和實踐能力的亟待研究。

在有關創新型人才培養方面，當前高校計算機類專業學生普遍存在以下幾個問題[1-2]：①創新意識不強，創新思維能力薄弱;②創新實踐能力薄弱;③創新所需專業基礎不牢固;④知識遷移能力較差等。很多學者和專家針對工科專業如何進行創新性課程體系改革以及創新型人才培養展開深入的研究與探討，并取得了大量的研究成果[3-7]。

我校計算機專業在進行工程教育認證的過程中，將工程教育和“雙創”教育理念緊密結合，積極探索計算機專業的實踐課程體系改革。

1 將教師團隊實際科研項目融入計算機相關實踐教學中，提升學生“雙創”能力

在傳統的案例教學實踐中，案例通常都是成熟使用多次的，雖然經典，但創新性不足。為了在教學中提升學生的創新意識及能力，課程組在設計課程教學案例時，有意識將具有工程背景的實際科研項目作為計算機學科相關專業的實踐教學載體，參照復雜工程問題的特征屬性，涉及工程實際、教師科研、學生競賽等方面的工程項目進行整合、設計，轉換成多學科交叉融合的復雜工程問題，構建具有創新復雜工程問題特征的計算機實踐項目案例。

1.1 計算機實踐項目案例舉例

下面以基于案例教學法的嵌入式實踐案例項目《基于智能物聯網的傳染病智慧隔離病房》，來說明創新復雜工程問題特征的實踐項目的構建過程。

《基于智能物聯網的傳染病智慧隔離病房》是課題組申請獲批的科研課題。該項目主要針對當前新型冠狀病毒感染的肺炎在全球肆虐，嚴重威脅到了成千上萬人的生命安全健康，由于該病毒有極強的傳染性，在這場“戰疫”中，不斷傳來醫護感染，醫護過度疲勞、確診病人私自離院等發生在病區的事件，故提出基于智能物聯網的傳染病智慧隔離病房。

負壓隔離病房是救治傳染性較強的呼吸道傳染病人，隔離病原微生物及保護醫護人員的重要醫療設施[9]。為解決這些問題，亟需研發一款智能的、安全的傳染病負壓隔離病房。該作品基于智能物聯網平臺，通過設計負壓隔離病房，使病房內空氣靜壓低于病房外相鄰環境空氣靜壓;通過壓強傳感器、人體探測傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器、光照傳感器等進行感測數據的接收，再通過4G、WiFi、寬帶網、VPN等傳輸，再進行自動控制調整或者人為控制調整，構造了一種安全舒適、智能的病房環境，從而防止了空氣傳播的疾病對病房外環境和其他人的感染。

基于該科研項目，課題組對原項目內容進行分析、抽取、重構，設計了計算機系統實踐項目案例。如圖1所示。該項目需要實現嵌入式軟件系統設計分析、系統建模、方案選擇、數據分析、系統實施等各個環節，涉及到計算機網絡、無線網絡、嵌入式軟件開發、Web系統開發、后臺系統開發、數據庫系統開發、服務集成、傳感器與電路板集成、數據挖掘與分析，以及電子元件焊接等多課程的知識儲備。

1.2 《基于智能物聯網的傳染病智慧隔離病房》案例設計

《基于智能物聯網的傳染病智慧隔離病房》的系統功能模塊結構如圖2所示。

照明系統：病房、衛生間、走廊各一個燈光控制器，均可手動/自動控制;走廊燈光根據時間表可自動控制。

感應消毒系統：當醫護人員觸發緩沖室中的人體紅外線感應器時，消毒裝置開啟并進行消毒。

壓強控制：病房與緩沖室各一個壓強傳感器，當病房內的壓強高于緩沖室的壓強閾值時啟動抽風機降低壓強;抽風機可以手動控制，也可自動控制;可以指定抽風機連續工作30min。

濕度控制：病房濕度低于閾值啟動加濕器，增加濕度;可以手動控制也可自動控制。

溫度控制：根據病房自動控制空調進行工作;可以手動控制也可自動控制。

門控報警：人體紅外傳感器位于緩沖室內門后方，當病人未經允許而打開內門時啟動蜂鳴器，醫護人員進入隔離室時會關閉蜂鳴器的自動控制;醫護人員可手動關閉蜂鳴器。

煙霧報警系統：當煙霧濃度達到報警閾值時傳感器報警，醫護人員可手動關閉。

經過深入的系統分析與設計，基于智能物聯網的傳染病智慧隔離病房的系統模型如圖3所示，該課題深度結合了計算機專業學生所需的硬件、軟件、網絡以及系統等方面的知識，具有工程教育認證以及創新創業教育所需的復雜性、綜合性和實踐性。因此，基于智能物聯網平臺進行實踐訓練可以充分體現課題的創新性，可以很好地培養學生的創新和創業能力。同時由于該課題具有工程復雜性，學生在訓練的過程中，也能很好地培養學生利用學科知識分析解決工程實際問題的能力。

2 依托創新性復雜工程問題，重構計算機專業實踐課程體系

通過將創新性復雜工程問題特征引入計算機相關專業的實踐課程，重構實踐課程知識體系，將解決復雜工程問題所需的知識和技術納入新的教學大綱，探索分層次實踐教學內容和手段。利用理論知識學習和分層次實踐的方式培養學生解決計算機系統軟硬件復雜工程問題所需的知識和能力。

具體實施方法為以下六個步驟，如圖4所示。

⑴ 專業課題組通過廣泛調研，收集和整理計算機專業實踐設計課程的相關資料進行文獻研究，整理調研實驗過程中形成的信息及數據資料;

⑵ 通過查閱和收集項目團隊前期在工程實際、教師科研、學生競賽等方面的工程項目進行整合、設計;

⑶ 制定課題研究實施方案，進行課題的細化、分工與協作安排;

⑷ 設計計算機專業實踐過程涉及課程的創新創業教育改革的思路和方案;

⑸ 利用案例分析法，將前期項目資料轉換成多學科交叉融合、具有創新性的復雜工程問題，構建實踐案例項目的教學設計;

⑹ 建立實踐課程的教學設計、實驗方案，建立計算機專業實踐教學的創新性復雜性工程問題的案例庫，進而改革和優化實踐課程體系，修訂專創融合的人才培養方案。

按照圖4的實施方法，課題組重構計算機專業實踐課程體系計算機專業的創新性實踐課程體系，整個實踐課程體系涉及到綜合嵌入式硬件設計、嵌入式軟件設計、前端系統設計、數據分析方法、數據庫存儲技術、網絡數據傳輸技術以及應用服務器搭建等技術基礎上，涵蓋基本知識認知、軟件使用、設備操作、創新實踐等多個方面的教學內容。在課程系統改革中，還將設置針對市場的需求調研及相關文獻研究、技術學習、工程倫理探討以及法律法規等相關課程，以及設置學生分組研究討論、方案構思與設計、系統設計與開發、文檔撰寫與答辯等實踐教學環節，從而建立實踐課程各個教學環節與《工程教育專業認證標準》中的畢業要求及創新性復雜工程問題屬性特征之間的對應關系。

3 結束語

本文探討了在工程教育認證背景下，將創新創業理念融入計算機專業的課程體系中，提出從教師團隊實際項目形成具有創新性復雜工程問題特性的項目案例庫，依據具有創新性特征的復雜工程問題，重構計算機專業實踐課程。由于項目案例來源于教師團隊的實際項目，因此使所涉及各實踐課程的實踐內容聯系更加緊密，實踐課程各教學環節與《工程教育專業認證標準》中的畢業要求及創新性復雜工程問題屬性特征之間有了更加明確的對應關系，從而使計算機專業實踐課程體系更符合于工程認證和“雙創”培養學生的要求。通過該套課程體系的實施，使學生既能在學習實踐中更好地培養創新思維，同時也更有助于學生對復雜工程問題的分析及解決能力的培養。

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