竞赛驱动的计算机实践教学体系设计

2018-05-21黄建忠张沪寅彭红梅

实验室研究与探索 2018年4期

黄建忠，杜博，张沪寅，彭红梅

(武汉大学计算机学院，武汉 430072)

0 引言

李克强总理在高等教育改革创新座谈会上提出“注重增强学生实践能力，培养工匠精神，践行知行合一，多为学生提供动手机会，提高解决实际问题的能力，助力提升中国产品的质量。”实践教学是巩固和加深理论知识的有效途径，是培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要环节，也是用人单位评价学校培养人才效果的关键性指标。随着社会的发展，在计算机类本科人才实践教学的过程中，也出现了一些教学问题，主要包括：实践教学各个环节之间相对独立、联系较少，缺乏实践教学体系；实践教学过程中软硬件的条件难以满足理论教学的需要；实验项目较为固定、死板，与时代需要脱节；实践教学师资力量配备薄弱；实践教学与人才培养结合较为松散[1-3]。

经过10余年的研究与实践，我校积累了大量的实践教学经验，形成了一套以学科竞赛为驱动的面向计算机类创新型人才培养的实践教学体系，以竞赛倒逼实践平台与资源的发展建设，在实验教学上下功夫，取得了较突出的人才培养效果[4-7]。

1 实践教学改革理念

1.1 探索“以赛促学”的创新驱动实践教学发展模式

大学生学科竞赛已经成为深化高校创新创业教育改革的重要载体、促进大学生全面发展的重要平台，是推动产学研用结合的关键纽带，是高素质人才培养的一条有效途径。竞赛是整合课内外实践教育教学的重要环节，是培养学生创新精神的重要抓手[8-10]。

探索实践“以平台建设支撑学科竞赛，以学科竞赛培养创新人才”的实践能力培养方法，坚持“以赛促学、以赛促研、以赛促建、以赛促新”，推动创新驱动发展及竞赛成果应用转化，以学科竞赛培养学生的创新能力和人文精神，利用学科竞赛激发学生的学习热情，增强学生的自主学习动力与科研创新意识，不断提升人才核心竞争力。

1.2 倡导“以学生为本”的线上线下一体化实训实践

计算机类的竞赛，学生要想取得优异成绩，一定要在思维、技能、强度等方面强化实践。实验平台与实验室是学生完成实践教学不可或缺的重要场所，也是学生自主创新设计的重要基地或平台。实训实践可以说是学生成长、成人、成才的必由之路[11-12]。

倡导以学生为本的理念，融合学科优势资源及前沿研究成果，依托“虚实”融合的线上线下一体化实践教学平台及实验资源，时间与空间上的开放共享，为学生科研竞赛训练提供强有力的保障，可实现全天候、个性定制化、大规模协同实验。学生通过全流程实践锻炼，实验室为学生的创意提供平台支撑，竞赛中会涌现更多的优秀作品，以点带面推动创新创业教育实践。

2 实践教学体系与人才培养模式

2.1 面向社会需求与创新驱动，制定实践教学体系

以培养高素质实践人才为宗旨，以加强内涵建设、提升本科教学管理水平、提高人才培养质量为主要内容，结合计算机类相关专业的指导性专业规范，构建了“四类型六环节”的计算机类本科实践教学体系，如图1所示。依据创新型人才成长规律设计循序渐进的细粒度培养机制，将实验类型分为基础实验、专业实验、综合实验和科研创新实践四种类型，通过认知实验、验证实验、设计实验、综合实训、毕业设计和科研竞赛等六个环节来进行实验教学[4-5]。

实践教学体系内容覆盖了计算机科学与技术、信息安全、物联网工程等整个计算机类专业的核心研究领域的知识点，也涵盖了计算机类本科专业的四个年级各环节的实践内容。低年级学生通过基础实验和专业实验完成课堂知识的学习与认知，高年级学生通过综合实验和科研创新实践完成创新思维与实践能力的培养，形成了“认知、设计、创新、应用”的计算机系统综合能力培养模式[13-14]。

图1 计算机类本科实践教学体系

2.2 创建“以赛促学”创新型人才培养模式

坚持“学科竞赛为牵引、创新平台为支撑”，实现“以赛促学、以赛促研、以赛促建、以赛促新”，创建出“以赛促学”的创新型人才培养模式，以实践平台建设支撑学科竞赛，推动竞赛成果向实验平台资源转化，利用学科竞赛激发学生的学习热情，增强学生的自主学习动力与创新科研意识，实现以学科竞赛培养具有“创新能力、创新意识、创新人格”的高素质创新型人才，提升核心竞争力。

以创新为培养目标，以竞赛为促进手段，按学年制为学生制定细粒度合理的阶段目标。第一年为目标规划期，结合学生的兴趣与特点，确立学习目标并制定整体规划。第二年为知识储备期，根据学科竞赛或科研立项，让教师与学生自由组合形成竞赛和研究小组。第三年为成果形成期，以参加竞赛等形式进行科研成果展现及争取竞赛获奖。第四年为成果转化期，将获得的竞赛成果和科研成果总结推广及应用转化，为学生的就业或创业提供良好的机遇。

3 “学赛”结合的实践资源建设

3.1 打造“虚实”融合的实践教学平台

实践平台创新是实践教学体系建设的关键环节和重要内容。在“四类型六环节”的实践教学体系框架下，一方面强化建设实体实验室，另一方面也开放大规模在线实验平台，以资源共享、“虚实”融合的方式构建线上线下一体化的实践教学平台。这些实践环境为计算机类专业的本科教学内涵建设、品牌特色专业建设提供了强有力支撑。学生通过全流程多平台的实训锻炼，提高了创新实践能力与专业素养。

实践教学平台设计为3层架构，如图2所示。我校建设了网络安全云平台、高性能计算平台、物联网工程实训平台、网络工程实训平台、计算机系统学习平台等，也是为国家级虚拟仿真实验教学中心服务的开放共享平台，构建了实验资源的多层次共享机制[15]。

图2 实践教学平台架构

3.2 采用众创机制更新实验资源

以众创实验项目为突破口，采用“众创机制”激励教师、研究生教辅、本科生、合作单位技术骨干、校友组成的实验教学团队协同参与设计实验，不断将教师科研成果、合作单位的真实项目和学生的参赛获奖作品加以转化，形成特色实验项目，为学生实验、实训、课外科研、学科竞赛、创业实践等源源不断注入更新优质实践教学资源。典型实验资源建设情况见表1。

改变以往“被动学习”的呆板模式，鼓励学生参与到众创实验项目设计中，引导学生设计方案和实验步骤，通过“群组式讨论”分析实验设计方案和实验过程的优点和不足，锻炼学生团队协作能力。通过众创机制，学生的创新意识大幅加强，涌现了一批优秀的实验项目，反哺了实验平台的更新建设，让更多学生受益。

表1 典型实验资源建设情况

3.3 秉持开放共享，助推校企合作资源转化

汇聚知名高校、IT企业与政府部门优势资源，通过“引进来”和“送出去”相结合的方式，扩宽学生的交流与沟通渠道，促进实践教学的对外辐射，也为与科研成果的快速转化奠定基础。

加强与国内知名IT企业、政府与行业主管部门签订合作协议，共同建立工程实践教育基地和校内联合实验室，将这些企事业单位的实际需求转化为实践教学的目标，采用目标导向的实践人才培养方法。建立校外学生实训基地，通过实战演练，开阔学生视野，让学生切身感受到IT企业的文化氛围、工作环境，增强学生的紧迫感和危机感，提高学生的学习自发性，并为未来就业和创业打下基础。

4 实践教学特色与创新

致力于实验教学体系与人才培养模式的创新，打造以“引领、共享、创优、突破”为核心的实验室文化，在10余年的实践教学建设进程中形成了自身特色。

(1) 构建了“四类型六环节”计算机类本科实践教学体系，为专业人才培养贡献教学经验。我校在计算机类专业课程体系、实践培养方案、实验室建设等方面积累了大量案例，创建了全国第一个信息安全本科专业实践教学体系，建设了一流的物联网工程实训实验室，牵头制定了全国第一个“高等学校信息安全专业指导性专业规范”、高等学校物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规范。实践教学体系与专业规范成为50多所国内外高校制定实践教学方案的依据，起到了辐射示范效应。

(2) 融合多学科平台科研优势和创新实践成果，创新设计了“虚实”融合的实验平台新架构。借助计算机技术、软件工程和网络空间安全等一级学科，建设“虚实”融合的线上线下一体化实践教学模式，自主设计大规模在线计算机类虚拟仿真实验云平台。平台通过不断更新建设实践教学内容，集聚社会资源、提高资源利用率、减小重复建设代价、提供广泛交流与实践的平台，为专业建设与人才培养打造先进的实践平台。近几年为本校培养了2 000余名计算机类专业本科生，为校外4 000余人次提供了实验教学服务。

(3) 探索“以赛促学”的新型人才培养模式，推动实验项目设计的众创机制，构建出实践基地平台与学科竞赛的双向互反馈机制。探索学赛与平台结合的计算机拔尖人才培养模式，汇聚校内外优势资源，形成实践平台与学科竞赛的良性互助循环。创建了引送结合的校企助推机制，激励教师、学生、合作单位技术骨干、校友协同参与实践教学资源建设。目前，我校已与30余家企事业单位共建工程实践教育基地、校企联合实验室和校企合作实习基地等，这些资源每年为400余名学生参加信息安全、物联网设计、互联网+创新创业、程序设计等10余项赛事提供支持。

(4) 重视“内培外引”的实践教师培养，建设高素质的实践教学团队。在团队建设中，发挥团队负责人的示范带头作用，通过传、帮、带，带动实践教学团队的研究工作，鼓励教师到国内外大学进行学习与交流，研究和分析其他学校的成功经验。每年还聘请经验丰富的企业高管作为高校导师，在具体的实践教学中担任指导教师。另外，学校在人事制度、业绩考核、成果奖励等方面推行激励机制，实行将论文、项目经费、竞赛及实践教学打通考评，支持不同教师发挥个人所长。比如，对于在重要学术竞赛中获突出成绩的教师可破格晋升高一级职称。

5 实践教学成效

实践教学特色建设是实践平台及资源建设与发展的核心。我校10余年在计算机实验教学体系、创新型人才培养等方面的研究与实践成效明显。近年来，我校在高等学校国家级实验教学示范中心联席会主办的会议评选中获奖5项，获奖数居前列。实践教学团队还获其他教学奖励14项，获批各类教学研究项目22项，发表教学论文32篇，出版教材36部。

通过实验平台与基地的建设，已经举办了六届华中区程序设计邀请赛、四届武汉大学研究生程序设计大赛、两届武汉大学“互联网+”创新创业大赛、全国高校网络安全技能竞赛、第二届全国研究生智慧城市技术与创意设计大赛、首届全国大学生物联网设计大赛华中及西南赛区复赛等赛事。

近5年，我校计算机类专业有1 900多人次参加各类全国大学生学科竞赛，参加人数达到60%，人才培养的数量与质量均有大幅提升。学生获国家级奖项165个，获奖人数434人，获奖学生占学生总人数的23%，获奖人数较前期提高了70%以上。其中，在中国“互联网+”大学生创新创业大赛中获金奖2项，在全国大学生信息安全竞赛中获一等奖12项，在全国大学生物联网设计竞赛中获一等奖7项，在国际大学生程序设计竞赛(ACM/ICPC)亚洲区域赛中获金奖9项，在全国大学生计算机系统与程序设计竞赛中获金奖2项。竞赛获奖的学生85%到国内985高校和国外知名高校继续深造，直接就业的学生98%就职于著名IT企业和国家重要部门，社会对我们培养的学生给予了高度认可和好评。

6 结语

经过10余年实践教学改革与探索，我校构建了“四类型六环节”的计算机实践教学体系，建设了一支优秀的实践教学队伍，建立了“以赛促学”创新型人才培养模式，打造了“虚实”融合的实践教学平台，汇聚了一批特色实验资源，校企合作共建资源丰富，取得了很好的教学效果。当然，大学生学科竞赛与实践教学体系及拔尖人才培养等方面还有很多需要不断探索与实践应用。培养高素质的优秀人才，是一项长期努力奋斗的目标，需要不断地开展更多卓有成效的工作。

参考文献(References)：

[1] 鲁嘉华，成琼，张燕.开放式实践教学模式促进机制的构建[J].实验室研究与探索,2014,33(3):172-175.

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[3] 王浩程,冯志友,王文涛.基于工程创新教育的实践教学体系探索[J].实验室研究与探索,2014,33(1):182-185.

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[5] 黄建忠,张沪寅,裴嘉欣.网络安全虚拟仿真实验教学体系设计[J].实验室研究与探索,2016,35(10):170-174.

[6] 杜瑞颖,张焕国,彭国军,等.武汉大学信息安全专业实践教学体系的探索与研究[J]. 计算机教育,2007(10):22-27.

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