新工科背景下計算機實習實踐教學的改革探索

余 琍，徐 霜，張滬寅

（武漢大學 計算機學院，湖北 武漢 430072）

0 引言

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

1 實習實踐教學改革理念

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

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

堅持以學生為本的原則，融合學科優(yōu)勢資源及前沿研究成果，依托國家虛擬仿真實驗教學中心建設“虛實”融合的線上線下一體化實踐教學平臺及實驗資源，實現(xiàn)時間與空間上的開放共享，為學生提供全天候、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)質互聯(lián)網IT 企業(yè)，建立校內外一體化實習實踐教學新模式

原有的實習教學強調學生自主聯(lián)系計算機企業(yè)及研發(fā)單位，開展與畢業(yè)就業(yè)和社會實踐相結合的專業(yè)實習活動，專業(yè)實習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)實習實踐工作升級換代，而且要將學生實習作為學校專業(yè)必修課程來組織實施。與社會知名互聯(lián)網企業(yè)合作，一方面引入企業(yè)工程師來學校擔任實習教學導師，另一方面帶領學生赴知名企業(yè)，在企業(yè)開展一定時長的實習實訓活動，同時將企業(yè)實訓線上資源，提供給學生開展自主學習，以建設形成校內外一體化實習實踐機制。

2 實習實踐教學體系建設框架

依托計算機類專業(yè)優(yōu)勢學科平臺，以系統(tǒng)能力培養(yǎng)為導向，校企協(xié)同，學科優(yōu)勢資源共享[8]，打造“專業(yè)基礎實踐能力培養(yǎng)—專業(yè)綜合實踐能力訓練—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實踐教學體系（如圖1 所示）。建設包括計算機類基礎實踐教學平臺、計算機類專業(yè)實踐教學平臺、計算機類專業(yè)共享綜合實驗平臺、校外實踐平臺、學生創(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，逐級遞進培養(yǎng)學生的專業(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實踐教學體系

其中，基礎實踐教學平臺建設有基礎硬件和程序設計類計算機基礎課程實驗室，以保證學生專業(yè)基礎課程實驗開展。專業(yè)實踐教學平臺建設了網絡工程及大型軟件應用類實驗室，加強學生的專業(yè)動手能力。校外實踐平臺、學生創(chuàng)客空間、創(chuàng)業(yè)實踐基地都屬于開放式實驗環(huán)境，提供給學生開展創(chuàng)新創(chuàng)造創(chuàng)業(yè)探索和競賽訓練。

3 實習實踐教學內容及特色創(chuàng)新

自2018 年以來，為適應新工科建設要求，我們開展計算機類專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案修訂，更加重視學生專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)，強調實習教學環(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計和安排：一是做好學生課程實驗實踐教學環(huán)節(jié)的改進；二是完成學生實習實訓教學整體設置布局，以提升實習工作質量。

在學生實驗課程教學方面，與理論課程配套的實驗課程對學生專業(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“習而學”的工程教育理念，制訂多模塊、相互銜接的遞進式實踐教學體系，以保證其學時、學分比例不低于總學分的25%；設置計算機類專業(yè)基礎實驗（包括基礎硬件實驗和程序設計）、計算機類專業(yè)課程設計（包括操作系統(tǒng)課程設計、計算機網絡課程設計等）；在選修課程中，提供人工智能、物聯(lián)網、云計算、大型應用軟件設計類的實驗應用課程。

為統(tǒng)一組織好學生進行專業(yè)實習，分別在一、二、三年級的第3學期開設初級項目實踐（1 學分）、中級項目實踐（2 學分）、綜合項目實踐（3 學分）3 門必修課程，設置創(chuàng)客實踐等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類選修課程，以保證學生在培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的實習實踐學習。開展校企合作，開設的初級項目實踐、中級項目實踐、綜合項目實踐全部由行業(yè)內知名企業(yè)承擔教學工作。初級項目實踐主要是促進對計算機系統(tǒng)和軟件開發(fā)的認知，包括程序設計基礎技能和工程實踐基礎實訓兩部分內容，培養(yǎng)學生的軟件開發(fā)、文檔編寫、團隊協(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（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 嵌入式應用方向、Java 應用開發(fā)等內容的實訓，提升對Linux、Java 技術的應用技能。綜合項目實踐課程注重對知識的提升應用，安排實際工程項目的集中實訓，提高工程能力和創(chuàng)新意識。2019 年暑假，我們組織學生去東軟公司開展JavaEE 企業(yè)級應用開發(fā)實訓類課程，并推薦優(yōu)秀學生直接進入東軟相關項目組參與項目研發(fā)。

指導學生參加各類學科競賽，以賽促教、以賽促學[11]，每年參加ACM、全國物聯(lián)網設計競賽、中國大學生計算機設計大賽、花旗杯金融創(chuàng)新應用大賽、中國大學生服務外包創(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。

鼓勵學生參與國際交流，組織優(yōu)秀學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、美國哈佛大學、澳大利亞悉尼大學，參加為期3～8 周的暑期課程，并組織學生答辯，認定考核成績和學分。

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

4 實習實踐教學成效

武漢大學計算機學院經過近些年來對實習實踐教學工作的改進，在教學和人才培養(yǎng)工作上取得了卓著成效。近兩年獲湖北省教學成果一等獎2 項，開設前沿講座和實習實訓課程12門，建設翻轉課堂課程5 門，出版國家級規(guī)劃教材11 本，持續(xù)建設國家級精品課程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)合實驗室或實習實踐基地，實習實訓投入460多萬元。

由于對企業(yè)實習效果的認可，在校實習實踐類課程的學生參與度也逐年提高。2019 年第3 學期，學院共開出各類實訓課程30 余門，邀請騰訊、百度等知名企業(yè)專家來校講課，952 名本科生參加了學院第3 學期的實習實踐類課程，參加學生數(shù)量居全校首位。2015 年獲全國“互聯(lián)網+”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)網設計競賽獎總數(shù)居全國第一。兩年時間里累計獲得各類競賽獎130 余項，獲獎學生500 多人，參與學生1 200 多人。競賽獲獎學生中有80%到國內985 高校和國外知名高校繼續(xù)深造，直接就業(yè)的學生中有98%就職于BAT 互聯(lián)網企業(yè)或國家重要部門，畢業(yè)后就業(yè)質量較高。

5 結語

如何做好新工科背景下計算機類專業(yè)本科學生實習實踐教學，一直是提高計算機專業(yè)人才培養(yǎng)質量的關鍵工作[12]。在教學實踐中，武漢大學設計了面向計算機類專業(yè)的“三層次多平臺支撐”的實習實踐教學體系，提出了“以課程實踐教學為基礎，企業(yè)實習實訓為核心，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)實習實踐模式，在實踐中取得了良好效果。當然，計算機類專業(yè)學生實習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。