计算机专业本科生创新能力培养模式研究

刘 丹

（武汉大学 国家网络安全学院，湖北 武汉 430072）

0 引言

本科阶段是对大学生创新创造能力进行培养的关键阶段，在这一阶段，学生的专业认知、专业方向选择、奋斗目标的确定都处于迅速发展的状态。实践证明，在本科教育阶段，通过课堂教育与业余科研相结合的模式提高本科生的创新能力，是一种行之有效的模式[1-5]。

依据美国颁布的国家科学教育标准，大学人才培养“重点应是教育学生掌握人们每天使用的多种技能，如创造性地解决问题、批判的思维和在工作中具有合作精神”[6]。美国教育注重养成综合能力，本科教育尤其强调培养学生在复杂社会的综合适应能力。英国创新人才培养模式的突出特点是实行导师制[7]，注重培养学生的自学能力、动手能力和创新能力。我国提出“提高自主创新能力，建设创新型国家”的目标，要求“进一步营造创新环境，努力造就世界一流的科学家和领军人才，注重培养一线的创新人才”；同时，教育部颁布质量工程实施纲要，把大学生创新能力的培养提高到前所未有的地位。全国高校以质量工程为契机，积极探索大学生创新能力的培养，建立以大学科和平台为基础的课程结构体系，制订多层次创新人才培养规格，以适合我国国情和各学校的特点。

1 计算机专业本科生创新能力的指标体系

评价本科生的创新能力是一个很复杂的问题，很多研究者把目光投向学生毕业以后若干年的成就，这种评价方法无疑是很科学的，但对于高校教育者的指导作用以及对在校生的激励作用则相当有限，因此，必须考虑选取学生在校时即能够表现出来的一些数据指标，作为评判学生创新能力的参考依据。在本科生学习的阶段，首先，本科生参与科学研究的能力、愿望和比例与学生的创新能力相关；其次，本科生参加各类专业性学术竞赛的成绩与学生的创新能力相关；第三，本科生依托专业知识参与社会活动的相关能力也和学生的创新能力相关。

1.1 本科生参与科学研究的相关指标

计算机专业本科生参与科学研究不仅是一种可能，而且在实践中已经被证明是一种相当有效的教育模式。学生创新能力的最终检验标准是学生在实际科学研究中表现出的创造力和学术能力，本科生参加科学研究是迅速提升创新能力的一条重要途径[8]。

本科生参加科学研究能够固化一些指标，相关的指标包括本科生参与科研项目的参与度、申请业余科研项目的数量等参与性指标；本科生在各类级别的刊物、学术会议中发表论文的数量、级别，以本科生为主要作者的专利获批数、软件著作权获批数等成果性指标。

1.2 本科生参加各类学术竞赛的相关指标

计算机专业的本科学生可以参加的学术竞赛种类很多，主要有官方性质的ACM程序设计大赛、信息安全大赛、仿真大赛、超算比赛等全国性比赛，也有一些企业和社会团体举办的区域性竞赛和商业性竞赛，如中软杯程序设计大赛、花旗杯业余科技作品大赛等。学生参加学术竞赛的相关指标包括参与率的指标，就是参加学生占全体学生的总比重；获奖率指标，就是参与的学生中获得奖项的多少和高低。两项指标共同反映本科生参加各类学术竞赛的活跃度和效果，总体显示出学生的创新能力。

1.3 本科生依托专业知识参与社会活动的相关指标

本科生依托自己的专业知识参与社会活动的相关数据也可以作为本科生创新能力的参照指标。目前学生参与程度较高的社会活动主要有：①参与现有的技术类社团，如参加计算机协会、网络编程协会、ACM协会、自强学堂等社团；②大学生自己创办的学术社团，如计算机学院在校生创办的“武汉大学讲座网”等；③计算机专业的大学生参与创业的情况，包括以在校大学生为主进行创业型公司的创办、参加大学生创业计划的竞赛等活动，这些指标都从不同的侧面反映大学生创新能力的强弱。

2 计算机专业本科生创新能力的培养过程

创造力的主体固然是学生，但整个教育环境的培养无疑是起到主导作用的。本科生的学习周期是4年，在这有限的时间中要激发出学生的创造力，需要有诱导、激发和强化的过程。计算机专业学习的很多内容对于相当一部分大学生而言是全新的，因为高中阶段并没有接触过相关的内容，所以对学生创新能力的培养就必然包含学生情感上对计算机相关知识及其思维模式的接受过程。

2.1 以学生为本的教学模式，调动学生的学习主动性

在教学过程中应注重学生学习主动性的培养，以学生为本，注重在教学工作中与学生的平等沟通，变教学为导学，将学习主体转移到学生身上；同时，必须转变以学科为主的课程设计，建设多方面、全方位的教学课程体系，在通识教育课程的基础上结合学科教育课程，让学生在专业知识上打好坚实的基础；此外，设置学科方向课程及实践教学课程，让学生在学科方向上有所精通，尊重学生个人的发展方向，培养学生严谨求实的科研作风和学生初步的科学研究能力，实现知识、能力、素质协调发展；转变传统学科教学模式，在教学过程中通过案例分析、课程设计等方式培养学生主动探索问题的能力，从而调动学生的学习主动性。

2.2 创新实践教学体系，培养学生的实践能力

由于计算机专业的特性，实践教学是学生学习的必备环节，必须提升到与理论教学并重的地位。从专业人才培养需要出发，统筹考虑实验课程体系的建设，计算机专业本科生的实践教学可分为6个层次：①学科原理型实验，帮助学生理解学科基本知识。②学科设计型实验，在实验过程中帮助学生基于学科综合知识，设计实现一个综合性系统，提高学生的动手能力，让学生对学科知识有更深层次的理解。③学科前沿型实验，在实验过程中帮助学生探索学科前沿知识，提高学生的创新意识和创新能力。④行业前沿型实验，在实验过程中帮助学生了解学科的行业前沿应用，通过学院建设的多种实训平台，结合行业中存在的工程问题，综合使用学科知识。⑤实习实践，设立实习实践制度，在第3学年或第4学年让学生提前进入实习基地进行一学期的实习实践。对于有意向就业的学生，可让其直接进入实习基地，承担工程研发任务，通过工程实践选择自己的就业方向；对于有意向继续深造的学生，可让其选择在学院内加入导师课题组，承担部分科研任务，提前培养科研能力。⑥毕业论文或毕业设计，学生可以基于实习实践过程中遇到的问题选择毕业论文或毕业设计的题目，在毕业前进一步提高综合能力。

在需要学生进行实践的课程中，推进学科教学方法改革，帮助学生在实践中主动探索；与此同时，建立课程设计制度，通过实践性课程设计，帮助学生提高学科实践能力。

2.3 完善实践质量保障体系，丰富学生实践内容

1）完善实践质量保障体系，建设优秀的实践教学师资团队。

优秀的实践教学体系需要强大的师资队伍作为支撑。加强实践教学师资队伍建设，教学团队既要拥有理论教学能力，又要拥有实践教学能力。实践教学师资团队绝对不能只有实践教学能力而忽略理论教学能力，必须在实践教师团队中配置高水平的科研人员，直接参与实验课程设计中，以保障实践教学体系的质量。

2）丰富学生实践内容，建设高水平综合实验中心。

先进的教学实验平台是优秀的实践教学体系的基础，丰富学生实践内容，建设高水平综合实验中心至关重要。先进的教学实验设备能够提高学生的学习兴趣，培养学生的实践能力和创新能力。在提供先进教学设备的前提下，还需要积极加强和完善实验室管理制度，推动实验教学中心的开放化管理，允许学生在教学时间之外申请使用实验室，以提高实验室利用率，为有发展潜力的本科生提供更好的实践平台。通过大量接触和使用先进的教学实验平台，学生能够真正具有优秀的实践能力，进一步培养和发挥学生的科研创新能力。

2.4 构建课外创新实践培养方案，营造学生的创新氛围

课外学习作为课内学习的补充，由一系列相互连接的课外活动构成，这些活动与专业学习密切相关，共同调动学生的创新积极性。

1）一年级：新生年度创新计划。

以武汉大学计算机学院为例，学院从2008年起就开始在新生中推行年度创新计划，要求所有的新生自主组队，每4个人1个团队，向学院申报拟研究课题，学院予以立项。在第一年的学习完成以后，学院予以检查和评奖。

2）二年级：业余科研立项。

依托“国家级大学生创新创业训练计划”，学院在大学二年级号召学生积极响应相关的通知，积极自主组队参与，具体管理包括合同签订、进度检查、中期检查、结题验收、经费管理等相关环节。

3）三年级：各类科研学术竞赛。

以竞赛促实践教学是很多学校的做法，武汉大学计算机学院也不例外，目前学生有组织地参与ACM比赛和信息安全大赛已经蔚然成风。这些竞赛的获奖可以极大地提高学生的成就感、专业认知和科研热情。

4）四年级：研究生进入实验室与就业实习。

在大学四年级时，已经有一定科研基础并且接受过部分训练的学生可以参与导师的部分科研任务。学院通过推荐免试研究生的机制让这一部分学生与导师实现提前对接，正式参与科学研究[9]。

3 计算机专业本科生创新能力培养的管理与激励机制

从管理和激励的角度来看，要分别从教师和学生两个方面调动积极性，调动教师关注本科生创新能力的热情和兴趣，调动学生学习专业知识的主动性和激发思维的活跃度。

3.1 本科生导师制和教学改革研究制度

1）本科导师制。

为本科生设立本科导师制，为本科班级设立导师组，轮流负责本科班级辅导工作。设立本科导师能够针对性地帮助学生挖掘学科兴趣，吸引有发展潜力的学生提前进入导师课题组，引导学生承担研发任务，让学生对本专业产生更加浓厚的兴趣，从而激励学生更加积极主动地学习。本科导师制度也能够让学生在课堂之外接触教师，教师对学生的引导能够帮助学生更快地成长和进步。

2）教研项目立项。

本科生教学在研究型大学中处于一个比较边缘的位置，教师对本科生教学投入的精力较少。为了提升教师对本科生教学的关注和兴趣，武汉大学计算机学院每年从教学建设经费中拨出专款设立院级教学研究项目，吸引教师申报，并在教师申报的教学改革项目中培育和申报更高级别的教学研究项目，近5年来，共设立教改项目50余项。

3.2 业余科研牵引机制

1）本科生科研立项。

除国家、学校的科研课题之外，学院每年设立30～50项科研课题，让更多的学生有机会参与科研活动，直接训练他们的创造性思维和创新能力。通过科研活动，学生可以直接接触学科前沿的相关工作，更加积极主动地探索科学知识；与此同时，科研活动能够帮助学生结合学科理论和科研实践，不仅收获更多的专业知识，同时还培养积极探索的科学精神，让学生体会科研过程中的乐趣，进而激发学生对本学科的兴趣，还能让学生正确面对失败挫折，培养学生的协作精神和团队意识。

给学生留有较大的空间，充分发挥学生的自主性，让学生将理论与实践相结合、动手与动脑相结合，不仅可以促进学生智力因素的发展，而且能够促进学生非智力因素的发展。通过训练可以较早完成科学研究基本素质培养的准备，有利于培养学生积极探索、勇于进取的科学精神；在科学研究实践中，通过团结协作解决实际问题，有利于培养学生的科研兴趣，使其体验创造的乐趣，进而激发学生崇尚科学、追求真理的高尚情感。

2）科技社团与兴趣小组。

学院成立的多个科技社团能够把学生组织起来，让学生从一入校就能感受学术氛围，如以竞赛为主题的ACM协会、以就业为主题的金山俱乐部等。从二年级开始，学生自发组成多个以创新活动为目标的兴趣小组，在导师的指导下从事学习、业余科研活动，培养在课堂之外的学科知识应用能力，以具有更好的自学和动手能力。兴趣团体能够引导学生主动自学，学生之间也可以互相激励，产生更强的竞争意识。由于学生必须要完成创新活动，在这类实践活动中学生的自学能力和创新能力也会进一步提高。

3.3 对成绩突出学生的奖励与引导机制

设置有利于引导学生投身创新教育活动的激励机制，在评定奖学金、推免研究生等方面，加大创新能力所占比重，鼓励学生把创新能力的培养放在突出位置。在奖学金评定中，充分利用社会资源，争取Google奖学金、IBM奖学金、花旗奖学金等多项社会奖学金，这些奖学金都设置有“有突出科研成绩和竞赛获奖优先”的评选条款，用于鼓励有创新能力和创新精神的学生。在推荐免试研究生方面，列出“不参加分数排队直接推荐免试研究生”的特殊政策，鼓励全国大学生数学建模一等奖、全国电子设计竞赛一等奖、ACM程序设计大赛亚洲赛区金奖、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖、全国计算机仿真大赛一等奖、电子设计大赛信息安全邀请赛一等奖等获得者，可不参加学生综合成绩计分排名，经复试合格后，直接确定为学院的推免候选人。

3.4 质量监控体系

完善的质量监控体系必不可少，可专门成立教学督导办公室，检查监控整个教学过程的落实。通过加强对课堂教学质量和教师教学效果的督察、教学实践环节的检查等日常性教学管理工作，有力地促进各项工作的落实。通过加强培养模式改革、课程结构体系改革、教学内容改革、教学方法改革、考试方式改革等，提高对学生创新能力培养的针对性。为了确保实践教学体系的教学质量，建立实验室建设与管理评估、实验课程评估、优秀实验技术人员评估等一系列评价体系。

4 结语

以武汉大学卓越工程为实施契机，计算机学院围绕学校提出的“创新、创造、创业”人才教育理念，将创新能力的培养作为教学改革重点，进行改革和创新，制订新的培养方案，稳步推进课程体系建设，以提高教学质量，培养更多更好的“三创”复合型人才[8]，同时把实践教学列为优先建设的项目，启动信息安全专业“3+1”教学模式试点，现已初步建立起与创新能力培养要求基本适应的教学模式、教学组织与管理体系、创新实践教学体系、业余科研活动、激励机制、质量监控体系。通过实施这一培养模式，学生的创新意识、创新能力、实践能力和在就业、深造等方面的竞争力明显增强，教学管理更加规范，教学资源的利用更加有效。随着计算机大量地投入使用，三大实训平台、创新实验室的建设已初具规模，校外实习基地也已建立15个。在以后的工作中，我们还要深入学习，不断探索和研究新的实践教学体系，创新思维，为培养优秀的创新型人才做出更大的贡献。