基于创新项目驱动的创新实践课程的教学改革

袁科 闫永航 周黎鸣 李征 秦春斌

摘  要： 针对大学生“双创”教育实践中，仅有项目获批的学生可参与创新实践活动的问题，开展了基于创新项目驱动的创新实践课程教学改革。提出一种所有学生全覆盖方式，各项目组老师基于已完成项目来编写创新项目指导书，所有学生可选择感兴趣的项目，进行体验式创新实践，以训练和提升创新思维水平并提高编程实践能力。教学改革实施三个学期以来，取得了良好效果。

关键词： 创新项目; 创新实践课程; 全覆盖; 体验式创新; 创新思维训练

中图分类号：G642          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）05-84-03

Abstract： Aiming at the problem that only the students whose projects are approved can participate in the innovative practice in the "innovation and entrepreneurship" education practice for college student， the teaching reform of innovative project driven based innovative practice course is carried out. This paper proposes a full coverage approach for all students. Teachers of each project group compile guidebooks for innovative projects according to the completed projects. All students can choose projects they interested to participate in the experiential innovative practices， in order to train and improve the level of innovative thinking and improve the ability of programming practice. Since the implementation of the reformation for three semesters， good results have been achieved.

Key words： innovative project; innovative practice course; full coverage; experiential innovation; innovative thinking training

0 引言

创新对于一个国家的发展至关重要。党的十八大以来，习近平总书记就创新发展发表了一系列重要讲话，强调必须把創新作为引领发展的第一动力，摆在国家发展全局的核心位置，加快形成以创新为主要引领和支撑的经济体系和发展模式。2014年9月夏季达沃斯论，李克强总理发表关于大学生“大众创业、万众创新”的讲话。2015年，李克强总理在《政府工作报告》中鼓励社会各界参与到创新创业的浪潮之中。2018年9月18日，国务院下发《关于推动创新创业高质量发展打造“双创”升级版的意见》。可见，国家对于创新日益重视。如何培养大学生创新思维与实践能力已经成为关乎着一个国家在未来能否立足于世界民族之林的大事。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中对大学生创新思维和实践能力的培养提出明确要求，表明我国现阶段高等教育改革的主要目标之一就是实现大学生创新能力的培养与开发[1]。如何推动创新实践教育的发展呢？目前的方法存在一些问题需要解决。以大学生双创计划为例，该计划需要学生先编写项目申请书，申请书评审获批后，方可得到经费支持实施，而项目未获批的同学将失去参与双创项目训练的机会。以学生参与老师项目为例，只有科研实践能力较强的同学才有机会参与，以提高自己的创新实践能力。

为了做到所有学生参与创新实践项目的全覆盖，以训练并提升学生的创新思维能力。我们必须重新思考如何开展创新实践教育。大学生创新实践培养的本质是什么？是否必须完成一次实际的创新，即研究开发出之前没有的算法、产品等？是否可以提供这样一种项目课程，让学生参与到一种创新的过程，即使涉及到的知识或算法是已有的。从而使学生的创新思维、精神与实践能力得到培养与提高。我们称此种课程为体验式创新课程，一种结合了体验式教学[2]思想与创新[3]要求的课程。

朱卫平[4]开展了创新创业教育在促进计算机智能科学课程教学研究，没有体现体验式教学的思想。张育广等[5]对创新创业体验式教学模式进行了探索，尚未付诸实践。张灿龙等[6]提出一种融聚大创项目和综合实训的创新人才培养模式，有效提升了创新人才的培养质量和数量，但是系统性不足。河南大学计算机与信息工程学院通过实施大学生创新实践项目训练课程。由一线教学与科研老师编制30个计算机专业类创新项目，供所有学生参与到创新实践能力训练中来，系统性地解决了该问题。

1 课程定位

该课程对于学生应用所学知识进行创新思维与实践训练具有举足轻重的作用。该课程在我院培养方案中的名称是创新项目实践，实际内容会因不同的创新项目而异。课程性质为专业选修课，开课学期为第四和第五学期，学分为2学分，学时为64学时，教材为教师自编指导书。

传统课程指导思想一般都是基于一门课程的具体知识，目标定位是追求课程知识的系统全面，缺乏创新训练内容。以本人主持完成的“素数探寻与应用实战之旅”创新实践项目课程为例，针对传统课程定位的问题，制定指导思想与目标定位。指导思想具体为通过学习、演练、解析和提升前人实际运用的素性判定与应用方法，体会和训练创新思维;不是项目本身要创新出新的素性判定与应用方法，而是重在过程和体验，同时提高解决实际问题的编程能力与培养团队协作意识。目标定位具体为不追求内容过多与难度过大，也不追求学生在实践时间内确实做出创新性工作;追求的是体验前人在改进素性判定算法与应用素数解决新问题过程中闪耀的创新性思维;追求的是学生亲自一步一个脚印地完成几个实际的历史项目;追求的是让学生通过参加创新实践课程，以后有兴趣去完成更高级别的程序设计。

2 课程教学指导书设计与组成的改革和创新

传统课程教学，以教师讲授知识为主;课程教材没有特别指出学生如何自学知识，如何自我锻炼提高应用知识解决问题的方法。为此，我们对教材进行改革与创新，自己编写了解决该问题的课程指导书。

2.1 课程教学指导书设计改革

课程教学指导书的具体设计思想改革如下：

⑴ 创新实践既不是老师讲授知识为主，也不是学生看书学知识为主，而是以学生动手为主。该教学设计将学生动手干什么、如何干进行体现;把知识、技术、兴趣、动手能力训练、创新思维培养等蕴含在实践式教学中。

⑵ 学生使用指导书能明确地知道每次集中需要完成什么任务、怎么完成;也能清楚完成的程度是好、中、差，还是没有完成。

⑶ 其他指导教师（不是编写者）使用指导书能明确地知道学生每次集中应该提前预习什么知识、需要课前做哪些准备工作;集中时完成什么任务，该验收什么内容;并能清楚地评价学生完成的程度是好、中、差，还是没有完成。

⑷ 考核组教师使用指导书能明确地知道考核点、考核内容与评价标准。

2.2 课程教学指导书组成创新

根据课程教学指导书的设计思想，对课程教学指导书的具体组成做如下创新。

该创新项目任务分为基本任务和提升任务。以我们已完成的“素数探寻与应用实战之旅”创新实践项目课程为例，基本任务包括八个专题：①平凡的素性判定与合数分解，②小整数素性判定算法，③特殊素数判定算法，④大整数运算与素性判定，⑤大整数库实现大整数运算、素性判定、建立素数库，⑥大合数因数分解，⑦寻找最大素数，⑧验证哥德巴赫猜想。提升任务包括4个专题：①基于云服务器的大整数素性判定的算法研究，②大整数因数分解算法系统研究，③基于RSA的信息加密与破译，④RSA加/解密高效算法探究。

课程教学指导书的第一章是有关该创新项目的简单说明。第二章是每次实践的任务清单，明白要完成什么任务，是否完成，完成程度;每一节对应一次活动。第三章的节与第二章的节完全对应，是完成第二章任务的相应知识或操作步骤或参考算法代码，需要对照学习。学生应该阅读、分析并掌握编程中的参考程序，掌握后可另外再写一个或模仿写一个或直接照搬使用，重点是如何按照改进点进行修改。第四章提升任务是选做内容，学有余力、兴趣浓厚的同学可选择完成，进一步提高综合创新实践能力，也可作为以后的毕业设计题目。第五章是是第三章与第四章的相关补充或参考材料。

3 教学实施过程改革

3.1 教学内容实施改革

针对传统教学内容一般只专注于传授课程基本知识，缺乏创新思想训练的问题，在教学内容实施上进行了突出创新能力训练的改革，下文以我们实际主持完成的“素数探寻与应用实战之旅”创新实践项目课程为例进行介绍。

该课程第一次课，首先介绍素数的历史、性质、判定问题与素因数分解问题的由来，以及素数在密码学中的应用，目的是激发学生的学习兴趣。其次，告知学生在将来的工作中，要想取得更大的成绩，就必须具有创新思维和算法设计能力。然后，向学生说明该课程实践内容以体会算法创新为主，要求学生重点从算法的演进中体会创新的过程，并提高个人的算法设计能力。最后，要求学生必须编程实现算法，目的是进一步深入理解算法，并提高个人的编程能力。

该课程具体的教学内容从最基本的手工的素数判定方法，一步一步演进到现代利用计算机方法进行素数判定;从基本的手工素因子分解，到利用计算机进行素因子分解，继而从利用大整数分解困难问题设计RSA加解密，到RSA密码破译逐步递进;从基本素数判定问题，到梅森素数、孪生素数、哥德巴赫猜想的验证。使学生在兼具挑战性与趣味性的实践过程中，逐步体会素数判定与应用的创新过程，激发学生将创新思维应用到今后的学习与工作中。

3.2 教学活动方式改革

针对传统教学内容教学形式单一的问题，该课程采用多种方式，最大程度发挥学生学习的积极主动性，试图使学生由“要我学习”到“我要学习”，由“课堂集中学习”到“课下有条件就学习”的转变。

具体地，该课程教学活动包括集中讲解、集中实践、集中答疑、集中交流、课后自学与课后实践6种方式。其中集中讲解是指由指导教师讲解相关内容。集中实践是指参与项目的所有同学在指定的时间和地点进行上机操作，便于交流、咨询和管理。集中答疑是指指导教师在指定的时间和地点回答学生共性问题。集中交流是指学生在指定的时间和地点互相观看、分析、交谈各自的算法思想和相关知识。课后自学是指非集中时间学生学习相关知识。课后实践是指非集中时间学生在宿舍或其他场所使用计算机编写、调试与分析程序。

3.3 人员分组与考核改革

该课程由于注重课程自学与讨论，考核方式也进行了不同于传统笔试或机试的改革。改革如下：该课程总人数限选30人，三人为一组，每组推荐一名同学作为组长。考核按学生自评、组内自评、组间互评、指导教师组评审、学院指定考核组评审等多步进行。课程成绩通过查看与运行学生源程序情况，并要求解释关键部分代码功能的方式确定。

4 教学实施效果

以本人主持完成的“素数探寻与应用实战之旅”创新实践项目课程为例，该课程不是设计成要求学生实现一个大系统，而是将素数判定、因数分解、加解密与密码破译等任务进行分解。由于这种处理方式，学生每次上课任务清晰，最终大多数同学都能顺利完成每次任务，部分优秀学生还较好完成了提升任务。

为了保证学生切实得到提高，课程结束时，要求每位学生进行学习总结，并给出问题与建议。大多数学生认为通过参与该创新项目，创新思维与意识、算法与编程能力都得到提高。部分学生也指出一些项目实施中的问题，我们根据情况进行了相应改进，以使后续学生上课取得更好的效果。

5 结束语

该创新实践课程主要从课程定位、课程教学指导书设计与组成、教学内容、教学活动方式与考核等方面进行了系统改革，满足了所有学生参加创新实践项目训练全覆盖的需求。目前该创新项目已经在三个本科教学中实施，学生创新思维与编程实践能力得到了切实提高，教学效果良好。由此可见，该创新实践课程改革比较成功，具有一定的推广价值，可作为“国家级大学生双创计划”的有益补充。

接下来我们将根据新工科的内涵——“工科”是本质，“新”是取向[7]，改进创新項目课程。以“素数探寻与应用实战之旅”为例，通过将前沿密码学算法与协议（都用到素数）引入到提升任务中，打开素数的应用之门，并与学院的实训基地合作，持续进行新工科创新人才培养的课程改革实践。

参考文献（References）：

[1] 李云飞.大学生创新能力的培养与开发探究[J].继续教育研究，2017.7：22-24

[2] 冯晨昱.论体验式教学在高校创新创业教育中的运用[J].国家教育行政学院学报，2017.7：68-73

[3] 蔡艺武.创新与自主创新的内涵及测度研究[D]. 厦门大学硕士学位论文，2008.

[4] 朱卫平.创新创业教育促进计算机智能科学课程的教学[J].计算机教育，2018.10：8-11

[5] 张育广，刁衍斌.高校体验式创新创业教育模式的探索[J].中国高等教育，2017.6：67-69

[6] 张灿龙，李志欣.融聚大创项目和综合实训的创新人才培养[J].计算机时代，2018.2：77-79

[7] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017.3：7-12