地方高校计算机类工程实训智能化服务模式的研究与实践

彭 成 ，周晓红，文 鸿，文志诚，邓晓军

（1. 湖南工业大学 计算机学院，湖南 株洲 412007；（2.中南大学 信息科学与工程学院，湖南 长沙 410083）

0 引 言

随着新工科[1]时代的到来，中国高等教育与工程人才培养必须符合产业结构升级和地方经济发展的需要。特别是计算机技术在大数据[2]、云计算[3]、智能制造[3]等行业的普遍应用，以工程能力创新为核心的计算机类人才需求变得十分庞大，地方高校计算机类专业正面临人才培养转型带来的严峻挑战。这决定了相关学科的计算机工程人才培养体系必须适应全球智能化工业发展的需要，也决定了地方高校工程教育人才培养模式[4]的彻底改革与转型。新工科时代给计算机专业人才提出新的能力需求的同时，也给现有的工程教育教学方法带来了革命性的变化。在这样的背景下，计算机专业人才工程能力培养面临诸多新问题，主要表现在以下几个方面。

1）学生实训难。

目前，实践训练难以灵活实施，难以构建符合教学需要的软件开发与运行环境；学生难以学习和体验真实软件项目的开发流程，难以应用计算思维思考和解决专业中存在的问题，对学生工程能力提升十分有限。因此，通过智能化手段提升实训过程的合理性、科学性、有效性是亟待解决的关键问题。

2）学生工程能力评测难。

学生工程能力评测工作是监督和指导工程实训的重要措施，是实训教学的重要组成部分。学生工程能力评价方法的选择和评价体系的构建关系到评价结果是否客观、可靠以及能否指导日后的实训工作的改进。因此，如何评估学生项目的完成情况，如何证明学生具备复杂工程项目的开发能力，也是亟待解决的关键问题。

3）学生工程素养不强。

目前，地方高校计算机类专业工程实训教学中对学生的工程能力培养尚未形成完整体系，学生工程素养不强，工程教育理念没有完全嵌入专业教育体系，没有形成工程实训教育课程体系，缺乏保证工程实训教育环境形成的体制、机制和模式，工程实训教育难以有效开展。

因此，以工程实训智能化培养为目标的计算机工程专业实践教学平台与体系的创新，是当前地方高校工程教育升级的主要途径，亟待从培养体制上寻求新的突破，以确保人才的技术技能培养符合“产教结合与智慧教育”新兴产业发展需要。

1 工程实训现状及分析

国外在相应工程实训体系构建上起步较早，目前关于实训模式的研究，大都从广义的实训（即实践教学的角度）进行总结和界定，形成了一些比较成功的实训教学模式。例如美国混合学习[5](Blended Learning)是高校工程实训重要的发展趋势，成为工程实训教育领域的研究热点,并被大量运用到学校教育和企业培训中；德国的双元制模式[6]以企业为主导，注重实践过程管理；澳大利亚的技术与继续教育TAFE（Technical and Further Education）实训模式[7]；英国的三明治实训模式[8]主张理论学习与生产劳动交替进行；新加坡的教学工厂实训模式[9]实训的场所在校内，采用全真化的工作过程。

这些国外先进的教学理念与模式从不同的角度和层次对工程实训进行了理论研究和实践探索，对国内生产性实训模式研究与实践具有借鉴作用和理论价值，但其实训环境固化，工程项目实训内容缺少更新，对工程能力的度量主观性较大。

国内在多年工程实训改革的基础上，也提出了一些具有特色、符合我国高校实际的实训模式，如沈阳建筑大学工程管理专业提出的夹层制实训教学模式[10]；广东工业大学将生产运作管理的“6S管理”[11]方法引入高等学校工程训练中心日常管理与建设；湖北汽车工业学院将CDIO（构思—设计—实现—运作）[12]工程教育模式运用到计算机等相关专业人才的培养；哈尔滨理工大学探讨将软件企业普遍采用的CMMI[13]（Capability Maturity Model Integration）即软件能力成熟度集成模型管理理念运用到软件工程专业实训教学管理过程中；南华大学和电子科技大学等高校结合混合学习方法，充分利用网络实训平台、MOOCs 与威客平台等各种网络媒介。近期，国防科技大学在国内率先建立了集实训、课堂和竞赛为一体的互联网教学平台，为广大师生、编程爱好者、企业员工等提供便捷的学习资源；浙大推出网新仿真实训平台，培训所选项目案例均为企业真实的中高端精选项目，极具代表性、实战性，涉及的知识点多、深、新。

国内非常重视实训模式的研究，并通过长期的探索实践，逐步将国外实训教育模式优化改进，进而满足自身实训教育的需求。然而，还存在诸多问题需要进一步研究和解决。

2 构建智能化服务模式体系

2.1 多元化分层育人模式构建

以学生工程实践能力的“三要素”（工程意识、工程技能、工程素养）为核心，以智能化工程实训的“四类型”（开发式的课程实验、项目驱动的综合性实践、面向实际应用的项目研发、面向行业需求的工程实践）为基础，以工程素质培养的“二层次”（多元化工程知识获取、专业深入的工程技能培养）为主线，建立特色鲜明的“三四二”计算机类工程能力培养模式，见图1。

图1 多元化分层育人模式

2.2 实训课程体系建设与内容改革

以专业基础、专业方向、公共选修、综合实践的计算机类专业四大实践课程为基础，依据“专业兴趣→基本技能→专业能力→工程应用”不同层级的能力目标，建设工程能力训练为主线的计算机类专业课程群，见图2，在专业和工程实践的基础上对学生进行多方面的能力训练。本课程群不是单学科单一的课程实验，它覆盖了计算机科学、信息科学、信息工程、软件工程、统计学、物联网技术等多个学科，集合了C、C++、Java、ASP、数据结构、数据库原理、多媒体技术等语言类课程的课程群体系。

图2 以工程能力训练为主线的计算机类专业课程群

结合行业应用需求及时反馈到理论教学、实验、课程设计、生产实习和毕业设计等教学环节中，形成“通用案例教学（实验、理论课程）—课程知识应用提升（课程设计）—专业技能综合实践（生产实习、毕业设计）”环环相扣逐步加强的应用型课程教学内容体系，见图3。学生在综合实践环节中，通过选择不同的行业工程应用可实现企业实际岗位“一站式”的人才培养，达到“横广”（项目实施完成后，可提供多个供学生选择的应用行业）和“纵深”（学生选择一个行业典型应用，强化某方面的能力）的有机统一。

2.3 实训评价指标体系构建

对智能实训平台系统进行指标抽取，列出指标树，并统计分析。按照不同的指向层面，指标分为3个层次，梳理影响实训过程的影响因子，明确列出各指标，形成实训评估指标体系。该评估指标体系共有3个一级指标、6个二级指标和10个观测点(见表1)。

图3 面向行业应用的计算机类专业教学内容体系

表1 实训效果评估指标体系

通过对实训评估指标体系的10个观测点进行整理、归纳，利用自定义查询、统计和后台数据库搭建等方法，对指标进行集中查询、统计分析与跟踪，设置对应指标权重，通过算法自动计算定量评估结果，由此形成实训教学质量水平评估包。

3 智能服务体系实践

3.1 工程实训智能化服务平台

采用“立标杆、树典型、以点带面提升学生的工程能力和素养”的培养理念，将有限的资源投入工程实训平台，让平台来承载学校、企业、教师和学生的利益诉求。图4为工程实训智能化服务平台系统，该平台将为工程实践提供真实的生产环境，可降低实训内容制作与运营成本，自动评测学员的工程开发能力。

图4 计算机类工程实训智能化服务平台架构

该平台是一种新型工程人才培养服务环境，通过提供各种实训项目将高校和企业的工程人才培养活动有机地结合起来。

院校的工程实训活动能为计算机类相关专业提供配套的在线实训项目，全面提升学生的工程实践能力，提高教师的工程实训效率和效果，推动院校在创新型和工程型人才培养方面的快速变革与升级。平台包括3个层次：平台层、内容层、业务层。

业务层为教师和学生提供通用教学工具、计算机类工程实训服务、网校服务、人才数据服务以及直播等交流互动服务。其中实训服务通过实训项目为学生提供覆盖知识学习、编程、配置、操作、评测等各种实训服务。

内容层主要提供计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全等专家的实训项目。平台将汇聚大量优秀教师，教师与平台合作建设一批高品质实训项目，对全面提升学生的专业水平和工程能力具有重要价值。

平台层负责制作和管理不同类型的实训支撑环境，每个实训支撑环境能够支持特定类型的实训活动，比如安装和配置Spark的实训环境可以支持Spark相关的大数据实训。此外，平台层还需要提供各种评测服务，用以在不同的实训环境中对学生的工程实训活动进行评估，准确度量学生的工程实践能力。

3.2 实训效果

以计算机科学与技术专业的程序设计与软件开发类实验为研究对象，学习者进入实验任务的实训路径见图5。具体流程包括：第一步，学习者根据自己的兴趣、掌握的基本技能、未来预计从事的职业及所在专业选择适当的实训项目开展实训；第二步，进入实训平台，开始实训；第三步，实训过程中，如果需要补充相应基本原理和基础知识，可以随时查阅学习；第四步，根据系统给出的实训案例，完成实训；第五步，结合实际应用场景，在工业级环境中实战；最后，实训完成后，实时反馈学习者实验结果及实训过程中需要加强的学习点及学习提示。

以学习者选择“MySQL数据库编程开发”为实验主题进行实验任务活动为例，当学习者进行“MySQL数据库编程开发”的实验主题后，项目简介主要介绍本主题实训包括的内容，从数据库连接、数据库实例与数据表的创建、数据记录的增删查改等方面进行介绍，共设置了7个关卡培养和考核学员数据库应用开发能力，具体包括：第1关，数据库连接与实例创建；第2关，数据表的创建；第3关，数据查询操作；第4关，数据库的插入操作；第5关，数据表的删除操作；第6关，数据表的更新操作 ；第7关，数据库的应用。

图5 实训路径

经过一段时间的运行，系统自动收集用户行为数据，可以查看每日的新增用户、活跃用户以及启动数，并进行数据分析。系统活跃度数据展示的是DAU（日活跃用户），这类数据可以直观地反映用户活跃性的趋势。用户画像可以清晰地反映出加入平台进行实训的男女比例、年龄分布、地域分布、应用偏好等数据，根据这些数据可以进一步优化和扩展平台功能。

4 结 语

笔者结合实际的工程教学经验，提出了面向地方高校计算机专业人才工程实训培养方案，在课程体系构建、教学方法改革、保障措施等方面进行了研究和探索，基于此将所有实训环境转移到云端，通过在线方式为广大终端用户提供智能化、个性化的实训服务，为高校计算机类工程人才培养提供一个全方位的在线学习、实时评测、个性定制的大规模工程实训服务平台。下一步重点工作将基于高校应用场景，结合企业的实际应用需求构建更大规模的实训平台，为深层次提升教育信息化基础设施功能和性能、为下一代工程实训公共服务平台提供核心技术支持。希望本文的研究能为“新工科教育”与“智慧教育”的有机结合提供一种发展思路和有益参考。