工程教育認(rèn)證和“雙創(chuàng)”理念下計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐課程改革探索

火久元 蘭麗 劉夢(mèng)

摘? 要： 為了使計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生以創(chuàng)新思維解決復(fù)雜工程問(wèn)題，將工程教育認(rèn)證和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念融入計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系，提出一種通過(guò)構(gòu)建具有創(chuàng)新復(fù)雜工程問(wèn)題特征的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)，據(jù)此重構(gòu)計(jì)算機(jī)實(shí)踐課程的思路和方法。該方法通過(guò)將教師團(tuán)隊(duì)實(shí)際科研項(xiàng)目融入計(jì)算機(jī)相關(guān)實(shí)踐教學(xué)中，基于案例法重新設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新復(fù)雜工程問(wèn)題特征的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目，依據(jù)創(chuàng)新復(fù)雜工程問(wèn)題實(shí)踐項(xiàng)目的需求，重構(gòu)計(jì)算機(jī)專業(yè)的創(chuàng)新性實(shí)踐課程體系，從而使實(shí)踐課程各教學(xué)環(huán)節(jié)與《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中的畢業(yè)要求以及創(chuàng)新復(fù)雜工程問(wèn)題屬性特征之間建立更加緊密的關(guān)系，使計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐課程更加符合工程教育認(rèn)證和“雙創(chuàng)”對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的要求。

關(guān)鍵詞： 工程教育認(rèn)證; “雙創(chuàng)”理念; 計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系; 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：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(rèn)證要求培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生具備能夠利用學(xué)科知識(shí)分析解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力?！半p創(chuàng)”要求全面提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)，使培養(yǎng)的工科人才具備創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)能力和解決創(chuàng)新型復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。如何將工程教育和雙創(chuàng)教育理念深度融合，使計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐課程體系既能在教學(xué)過(guò)程中夯實(shí)基礎(chǔ)，又能培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的亟待研究。

在有關(guān)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面，當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生普遍存在以下幾個(gè)問(wèn)題[1-2]：①創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)，創(chuàng)新思維能力薄弱;②創(chuàng)新實(shí)踐能力薄弱;③創(chuàng)新所需專業(yè)基礎(chǔ)不牢固;④知識(shí)遷移能力較差等。很多學(xué)者和專家針對(duì)工科專業(yè)如何進(jìn)行創(chuàng)新性課程體系改革以及創(chuàng)新型人才培養(yǎng)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(jì)算機(jī)專業(yè)在進(jìn)行工程教育認(rèn)證的過(guò)程中，將工程教育和“雙創(chuàng)”教育理念緊密結(jié)合，積極探索計(jì)算機(jī)專業(yè)的實(shí)踐課程體系改革。

1 將教師團(tuán)隊(duì)實(shí)際科研項(xiàng)目融入計(jì)算機(jī)相關(guān)實(shí)踐教學(xué)中，提升學(xué)生“雙創(chuàng)”能力

在傳統(tǒng)的案例教學(xué)實(shí)踐中，案例通常都是成熟使用多次的，雖然經(jīng)典，但創(chuàng)新性不足。為了在教學(xué)中提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及能力，課程組在設(shè)計(jì)課程教學(xué)案例時(shí)，有意識(shí)將具有工程背景的實(shí)際科研項(xiàng)目作為計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)載體，參照復(fù)雜工程問(wèn)題的特征屬性，涉及工程實(shí)際、教師科研、學(xué)生競(jìng)賽等方面的工程項(xiàng)目進(jìn)行整合、設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換成多學(xué)科交叉融合的復(fù)雜工程問(wèn)題，構(gòu)建具有創(chuàng)新復(fù)雜工程問(wèn)題特征的計(jì)算機(jī)實(shí)踐項(xiàng)目案例。

1.1 計(jì)算機(jī)實(shí)踐項(xiàng)目案例舉例

下面以基于案例教學(xué)法的嵌入式實(shí)踐案例項(xiàng)目《基于智能物聯(lián)網(wǎng)的傳染病智慧隔離病房》，來(lái)說(shuō)明創(chuàng)新復(fù)雜工程問(wèn)題特征的實(shí)踐項(xiàng)目的構(gòu)建過(guò)程。

《基于智能物聯(lián)網(wǎng)的傳染病智慧隔離病房》是課題組申請(qǐng)獲批的科研課題。該項(xiàng)目主要針對(duì)當(dāng)前新型冠狀病毒感染的肺炎在全球肆虐，嚴(yán)重威脅到了成千上萬(wàn)人的生命安全健康，由于該病毒有極強(qiáng)的傳染性，在這場(chǎng)“戰(zhàn)疫”中，不斷傳來(lái)醫(yī)護(hù)感染，醫(yī)護(hù)過(guò)度疲勞、確診病人私自離院等發(fā)生在病區(qū)的事件，故提出基于智能物聯(lián)網(wǎng)的傳染病智慧隔離病房。

負(fù)壓隔離病房是救治傳染性較強(qiáng)的呼吸道傳染病人，隔離病原微生物及保護(hù)醫(yī)護(hù)人員的重要醫(yī)療設(shè)施[9]。為解決這些問(wèn)題，亟需研發(fā)一款智能的、安全的傳染病負(fù)壓隔離病房。該作品基于智能物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)壓隔離病房，使病房?jī)?nèi)空氣靜壓低于病房外相鄰環(huán)境空氣靜壓;通過(guò)壓強(qiáng)傳感器、人體探測(cè)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(jìn)行感測(cè)數(shù)據(jù)的接收，再通過(guò)4G、WiFi、寬帶網(wǎng)、VPN等傳輸，再進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)整或者人為控制調(diào)整，構(gòu)造了一種安全舒適、智能的病房環(huán)境，從而防止了空氣傳播的疾病對(duì)病房外環(huán)境和其他人的感染。

基于該科研項(xiàng)目，課題組對(duì)原項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行分析、抽取、重構(gòu)，設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目案例。如圖1所示。該項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析、系統(tǒng)建模、方案選擇、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)實(shí)施等各個(gè)環(huán)節(jié)，涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、嵌入式軟件開發(fā)、Web系統(tǒng)開發(fā)、后臺(tái)系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)、服務(wù)集成、傳感器與電路板集成、數(shù)據(jù)挖掘與分析，以及電子元件焊接等多課程的知識(shí)儲(chǔ)備。

1.2 《基于智能物聯(lián)網(wǎng)的傳染病智慧隔離病房》案例設(shè)計(jì)

《基于智能物聯(lián)網(wǎng)的傳染病智慧隔離病房》的系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

照明系統(tǒng)：病房、衛(wèi)生間、走廊各一個(gè)燈光控制器，均可手動(dòng)/自動(dòng)控制;走廊燈光根據(jù)時(shí)間表可自動(dòng)控制。

感應(yīng)消毒系統(tǒng)：當(dāng)醫(yī)護(hù)人員觸發(fā)緩沖室中的人體紅外線感應(yīng)器時(shí)，消毒裝置開啟并進(jìn)行消毒。

壓強(qiáng)控制：病房與緩沖室各一個(gè)壓強(qiáng)傳感器，當(dāng)病房?jī)?nèi)的壓強(qiáng)高于緩沖室的壓強(qiáng)閾值時(shí)啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)降低壓強(qiáng);抽風(fēng)機(jī)可以手動(dòng)控制，也可自動(dòng)控制;可以指定抽風(fēng)機(jī)連續(xù)工作30min。

濕度控制：病房濕度低于閾值啟動(dòng)加濕器，增加濕度;可以手動(dòng)控制也可自動(dòng)控制。

溫度控制：根據(jù)病房自動(dòng)控制空調(diào)進(jìn)行工作;可以手動(dòng)控制也可自動(dòng)控制。

門控報(bào)警：人體紅外傳感器位于緩沖室內(nèi)門后方，當(dāng)病人未經(jīng)允許而打開內(nèi)門時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器，醫(yī)護(hù)人員進(jìn)入隔離室時(shí)會(huì)關(guān)閉蜂鳴器的自動(dòng)控制;醫(yī)護(hù)人員可手動(dòng)關(guān)閉蜂鳴器。

煙霧報(bào)警系統(tǒng)：當(dāng)煙霧濃度達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)傳感器報(bào)警，醫(yī)護(hù)人員可手動(dòng)關(guān)閉。

經(jīng)過(guò)深入的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，基于智能物聯(lián)網(wǎng)的傳染病智慧隔離病房的系統(tǒng)模型如圖3所示，該課題深度結(jié)合了計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生所需的硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)等方面的知識(shí)，具有工程教育認(rèn)證以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育所需的復(fù)雜性、綜合性和實(shí)踐性。因此，基于智能物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練可以充分體現(xiàn)課題的創(chuàng)新性，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力。同時(shí)由于該課題具有工程復(fù)雜性，學(xué)生在訓(xùn)練的過(guò)程中，也能很好地培養(yǎng)學(xué)生利用學(xué)科知識(shí)分析解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

2 依托創(chuàng)新性復(fù)雜工程問(wèn)題，重構(gòu)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐課程體系

通過(guò)將創(chuàng)新性復(fù)雜工程問(wèn)題特征引入計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐課程，重構(gòu)實(shí)踐課程知識(shí)體系，將解決復(fù)雜工程問(wèn)題所需的知識(shí)和技術(shù)納入新的教學(xué)大綱，探索分層次實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和手段。利用理論知識(shí)學(xué)習(xí)和分層次實(shí)踐的方式培養(yǎng)學(xué)生解決計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件復(fù)雜工程問(wèn)題所需的知識(shí)和能力。

具體實(shí)施方法為以下六個(gè)步驟，如圖4所示。

⑴ 專業(yè)課題組通過(guò)廣泛調(diào)研，收集和整理計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐設(shè)計(jì)課程的相關(guān)資料進(jìn)行文獻(xiàn)研究，整理調(diào)研實(shí)驗(yàn)過(guò)程中形成的信息及數(shù)據(jù)資料;

⑵ 通過(guò)查閱和收集項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)前期在工程實(shí)際、教師科研、學(xué)生競(jìng)賽等方面的工程項(xiàng)目進(jìn)行整合、設(shè)計(jì);

⑶ 制定課題研究實(shí)施方案，進(jìn)行課題的細(xì)化、分工與協(xié)作安排;

⑷ 設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐過(guò)程涉及課程的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的思路和方案;

⑸ 利用案例分析法，將前期項(xiàng)目資料轉(zhuǎn)換成多學(xué)科交叉融合、具有創(chuàng)新性的復(fù)雜工程問(wèn)題，構(gòu)建實(shí)踐案例項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì);

⑹ 建立實(shí)踐課程的教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案，建立計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新性復(fù)雜性工程問(wèn)題的案例庫(kù)，進(jìn)而改革和優(yōu)化實(shí)踐課程體系，修訂專創(chuàng)融合的人才培養(yǎng)方案。

按照?qǐng)D4的實(shí)施方法，課題組重構(gòu)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐課程體系計(jì)算機(jī)專業(yè)的創(chuàng)新性實(shí)踐課程體系，整個(gè)實(shí)踐課程體系涉及到綜合嵌入式硬件設(shè)計(jì)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)、前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析方法、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)以及應(yīng)用服務(wù)器搭建等技術(shù)基礎(chǔ)上，涵蓋基本知識(shí)認(rèn)知、軟件使用、設(shè)備操作、創(chuàng)新實(shí)踐等多個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容。在課程系統(tǒng)改革中，還將設(shè)置針對(duì)市場(chǎng)的需求調(diào)研及相關(guān)文獻(xiàn)研究、技術(shù)學(xué)習(xí)、工程倫理探討以及法律法規(guī)等相關(guān)課程，以及設(shè)置學(xué)生分組研究討論、方案構(gòu)思與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)、文檔撰寫與答辯等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從而建立實(shí)踐課程各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)與《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中的畢業(yè)要求及創(chuàng)新性復(fù)雜工程問(wèn)題屬性特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了在工程教育認(rèn)證背景下，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念融入計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程體系中，提出從教師團(tuán)隊(duì)實(shí)際項(xiàng)目形成具有創(chuàng)新性復(fù)雜工程問(wèn)題特性的項(xiàng)目案例庫(kù)，依據(jù)具有創(chuàng)新性特征的復(fù)雜工程問(wèn)題，重構(gòu)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐課程。由于項(xiàng)目案例來(lái)源于教師團(tuán)隊(duì)的實(shí)際項(xiàng)目，因此使所涉及各實(shí)踐課程的實(shí)踐內(nèi)容聯(lián)系更加緊密，實(shí)踐課程各教學(xué)環(huán)節(jié)與《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中的畢業(yè)要求及創(chuàng)新性復(fù)雜工程問(wèn)題屬性特征之間有了更加明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而使計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐課程體系更符合于工程認(rèn)證和“雙創(chuàng)”培養(yǎng)學(xué)生的要求。通過(guò)該套課程體系的實(shí)施，使學(xué)生既能在學(xué)習(xí)實(shí)踐中更好地培養(yǎng)創(chuàng)新思維，同時(shí)也更有助于學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的分析及解決能力的培養(yǎng)。

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