实践教学中的开放性创新实验项目探索

吕 帅，王强强，郭德贵，金京姬

（吉林大学 计算机科学与技术学院，吉林 长春 130012）

2016年全国高校计算机教育大会——能力培养篇

实践教学中的开放性创新实验项目探索

吕 帅，王强强，郭德贵，金京姬

（吉林大学 计算机科学与技术学院，吉林 长春 130012）

分析实践教学中创新能力培养不足的问题，阐述开放性创新实验项目设立的意义，结合吉大的实际情况，说明创新实验项目的整个实施过程和教学效果。

创新；创新实验；创新项目；开放性；实践；教学改革

0 引 言

计算机学科的各项教学改革均围绕着学生的培养展开。近年来得到广泛重视和积极推广的“计算思维能力”的培养，希望通过教学改革，推动计算思维观念的普及，促进在教育过程中对学生计算思维能力的培养，为提高我国在未来国际环境中的竞争力作出贡献[1]。

目前已经达成共识并得以在北京大学、南京大学等8所院校积极推广的“系统能力”的培养，希望通过计算机系统基础课程（群）的建立，提升学生的系统能力，使其更容易从计算机系统整体的角度理解操作系统、编译原理等，并进一步更好地理解计算机学科的真谛[2]。

教育部计算机专业教学指导分委员会已经明确：对于计算机专业而言，计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力以及系统能力为4大专业基本能力，其中系统能力包括系统认知、系统设计、系统开发和系统应用能力[2]；而上述能力的培养均需要通过教学过程得以灌输，实践课程与理论课程一样重要，针对计算机学科实践教学模式的改革从来没有间断过，各类竞赛、项目在其中扮演了重要的角色[3]。

1 开放性创新实验项目介绍

吉林大学教务处在大量调研的基础上，于2013年起在全校范围内开展开放性创新实验项目申报与运行工作。学校在设立该类项目之初，就是为了充分发挥吉大实验仪器设备资源优势，调动广大教师培养学生创新能力的积极性，创造本科生接受大师熏陶的机会，促进学生了解先进科学技术与研究方法，进而培养创新精神和创新能力。看得出，学校利用闲散资源，为学生和教师之间有效接触提供了条件，间接搭建了一个新型教学实践平台。对于学生来说，获得了一个名正言顺的参与甚至主导项目的权利；对于教师来说，获得了一次自主立项、实现其科研价值的机会；对于资源来说，从闲散资源，甚至是待报废资源，重新发挥了使用价值。

计算机学科尤其是计算机软件与理论和计算机应用技术二级学科，涉及的科研创新均主要依赖于软件资源和人工成本。硬件资源主要依托实验室的各类服务器、计算机、扫描仪、打印机、摄像机、照相机等外围设备，而上述硬件资源更新换代较快，对许多高精端项目难以适用，但许多学生的创新项目利用一些廉价低效的设备同样可以完成。

开放性创新实验项目不仅为学生提供了创新的机会以及必要的资源，还间接提升了设备的利用率。

2 项目实施过程

2.1 选题来源

与大学生创新创业训练计划项目不同，大学生开放性创新实验项目的选题来自于教师，而非学生自由定题。每个项目的题目和要求均来自于教师的把握，充分考虑项目的创新性和工作量。学院和学校进行两轮评审，以权衡该项目是否适于学生在指导教师的指导下完成；对于已经立项的课题，还考查在上一轮甚至上几轮的执行过程中的运行情况。

经过3年多总计7轮的运行，目前项目基本稳定，最近一轮（2016年春季学期）有451个项目接受学生申报。在此阶段，对于学校和学院来说，指导教师即为项目负责人。

一个项目的选题好坏不仅体现了教师的业务水准，也需要得到学生完成情况的积极反馈。从教师层面，一个项目的选题好坏自然需要考虑一个项目的创新性和工作量。

计算机学科在每轮项目的设置过程中，一直维持10项左右的项目持续滚动设置，选题均来自学院的中青年教师，并通过了学院负责实践课程设置的专家们的遴选，有一定的创新性和工作量，适于在优秀本科生中予以开展。

2.1.1 创新性

通过考查项目的名称和具体要求等，不难发现各类项目均不同程度地应用了本科教学内容，但又不局限于本科教学课堂、实验室的获得。学生要想完成开放性创新实验项目，均需要查阅文献资料、自发设计实验、尝试解决问题。

这里的创新性，很难真正达到国际领先或先进，但通过半年时间的调研、实验等环节，可以充分培养大学生针对某类问题的创新实践能力，促进其较为深入地了解所选项目相关的先进科学技术与研究方法，强化其相应的实验操作与分析解决问题的能力，这也正是开设这类实验项目的原始动机。

2.1.2 工作量

大学生开放性创新实验项目的执行时间近一个学期，通常从每个学期的第3～5周开始，下一学期的开学第1～3周验收。计算机学科中的绝大部分创新项目仅需要1台主机+1台远程服务器，所以，时间安排更有利于学生充分利用假期时间，不被教学任务所拖累，全身心地投入到创新实验过程中。对于偏重算法或软件的创新项目，工作量的考核目标多为几个算法或相应的软件，而代码的功能、行数、质量以及相应规范的软件说明书是主要的衡量标准。

2.2 项目申报

依托学院和学校的汇总与审查，最终通过考核的项目可以接受学生自由申报。申报形式可以组队，也可以个人申报，具体形式以指导教师的要求为准。最终的申报成功与否取决于指导教师，当然还需要考虑指导教师的指导能力、学生的前期基础是否足以完成该类项目、资源限制情况等。

学院的建议是在力所能及的情况下，尽可能满足学生的申报要求。当然，指导教师也要保证宁缺毋滥，成熟一项批准一项，保证项目的良好运行和顺利结题。

指导教师一旦接受某个或某组学生的申请，则该项目得以立项。在此阶段及之后，对于学校、学院和指导教师来说，该学生或该组学生的组长即为项目负责人，该项目在之后的执行过程中，由项目负责人协调项目组成员，在指导教师的指导下力争顺利完成项目的研究内容。

2.3 项目执行

指导教师的参与多少历来是有争论的话题，学校在这方面的管理工作也比较人性化，可以完全按照教师要求，依规划好的步骤完成实验，也可以自行规划步骤完成实验；可以采用“半授课、半实践”的形式，也可以定期“讲座—答疑”形式；可以定期交流，也可以不定期沟通。

项目的执行过程与其他类型创新实验项目类似，这里不再赘述。学校总的要求就是：教师积极参与、学生自主完成。

例如，大学生开放性创新实验项目“地图类路径规划仿真算法设计与实现”，虽然项目限定为路径规划方向，而且限定了地图类，但具体课题还是依托学生的选择而变得五花八门，如跳蚤的最优路径规划、协同机器人的次优路径规划、带加减速的赛车路径规划等。

例如，大学生开放性创新实验项目“棋类机器博弈游戏算法的设计与实现”，也分别对应了国际比赛中的不同棋类，如爱因斯坦棋、亚马逊棋、点点连格棋、飞行棋、苏拉卡尔塔等。

项目组综合考虑实验难度和自身实力，自主规定实验任务，在规定时间内完成项目。这也在实验项目的“开放性”上，为学生增加了灵活自由度。

项目的执行过程各有特色，有的项目有几个指导教师轮流授课并分组讨论；有的项目由学生和指导教师一组共同完成实验过程。我们（吕帅和郭德贵）在项目的执行过程中，尝试引入博士研究生、硕士研究生、高年级优秀本科生为项目组成员进行科普讲座、答疑等，引入学生当“助教”也是为了拉近学生和指导教师、学长学姐的距离。项目运行过程中的很多细节问题都是通过讨论解决的，多加入几个“助教”，学生就有更多寻求帮助的渠道，“助教”的很多想法也会刺激学生的思考，也更有益于项目的顺利开展。

2.4 项目验收

该类项目因为其选题的特殊性，学校和学院采用指导教师为主、学院和学校为辅的验收机制。

指导教师通过日常的指导和沟通，对该项目的研究进展最了解。基于此，计算机科学与技术学院的检查模式为：

（1）学生每人单独填写学院发布的“吉林大学计算机科学与技术学院开放性创新实验项目考核表”和“吉林大学计算机科学与技术学院开放性创新实验项目实验报告”，并提交相应的程序源代码、软件说明书等支撑材料。

（2）指导教师针对每位同学的实验进展情况进行检查，在考核表上填写评语，并最终给予通过与否的指导教师意见。

（3）学生以项目组为单位填写学校发布的“吉林大学开放性创新实验项目学期检查表”，指导教师针对每组项目的实验进展情况进行检查，在检查表上填写评语，并最终给予通过与否的指导教师意见。

（4）学院针对每组项目进行检查，主要由指导教师针对该项目的实施情况、出现的问题和解决方案等情况予以汇报。

（5）学校针对每组项目进行检查，主要由学校针对整体项目的实施情况、出现的问题和解决方案等情况予以汇报。

在整个检查验收过程中，学校和学院的核心主旨是突出指导教师的专业性，学院和学校主要为指导教师指导过程中出现的问题积极协助解决，并配合指导教师开展工作。

此外，我们还在项目中期加入了若干场讲座和交流，以便适时修正学生的研究方案，使得项目顺利进行。

3 实验数据和思考

从2012年底至今，全校已经申报并执行了7轮大学生开放性创新实验项目。吕帅和郭德贵作为共同指导教师分别于2013年秋季学期、2014年春季学期、2014年秋季学期陆续申报了3项大学生开放性创新实验项目，并滚动执行至今，学校、学院、指导项目数和人数的历年资助情况数据见表1。

需要说明的是：表1中的“项目数（学生）吕、郭指导”“人数（学生）吕、郭指导”分别表示对应学期，由吕帅和郭德贵两位副教授共同指导的3个开放性创新实验项目的对应人数。

表1 历年项目资助情况

上述项目参与人数占本科生的10.2%～18.3%，且获得奖学金的学生占绝大多数。学生通过承担项目，提升了创新实践能力。实际执行过程中，我们发现，很多同学是在执行完大学生开放性创新实验项目之后继续申报大学生创新创业训练计划项目，而且都会在学院和学校的评选中得到较高的评价。主要原因在于，由于后者的执行时间更长（通常情况下为1～2年）、创新程度要求更高（通常需要有高水平论文发表或录用），在其之前利用半年的时间申请并执行一个类似项目，其前期的知识积累、项目执行过程中的团队磨合和交流方式的养成等，必将使得其在后一个项目的申请和执行中更加有的放矢。

此外，计算机科学与技术学院和软件学院已经将开放性创新实验项目的结题列入本科生教学计划中的科技创新学分的认定中，校方的认可度也使得更多学生会拿出时间、精力投入到该类创新项目的实践过程中。

4 结 语

吉大大学生开放性创新实验项目的开展，为学生提供了一个新的创新创业训练平台。学生们普遍反映该类项目选择余地大，相比理论教学，实验教学环节更贴近现实生活和兴趣爱好，能够自主地将自己的想法付诸实践，并可以提前了解创新创业类项目对学生自身实力的要求，这也是该项举措得以实施的基础，统计数据中学生的参与比例逐年提升，也更加充分地说明了该类项目实施的有效性。

[1] 李晓明, 蒋宗礼, 王志英, 等. 积极研究和推进计算思维能力的培养[J]. 计算机教育, 2012(5)： 1.

[2] 王志英, 周兴社, 袁春风, 等. 计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究[J]. 计算机教育, 2013(9)： 1-6.

[3] 彭国军, 张焕国, 杜瑞颖, 等. 信息安全竞赛与本科生科研创新实践能力培养[J]. 计算机教育, 2010(24)： 1-4.

（编辑：郭田珍）

1672-5913(2017)03-0029-04

G642

吉林大学青年教师教学能力发展项目（2015QNZD008）；教育部计算机类专业教学指导委员会系统能力培养专业综合改革项目（吉林大学）。

吕帅，男，副教授，研究方向为人工智能、智能规划与自动推理，lus@jlu.edu.cn；

王强强（通信作者），女，研究实习员，研究方向为高教管理，wangqiangqiang@jlu.edu.cn。