“一流本科教育”背景下计算机科学与技术专业学生创新实践能力培养模式探究*

孙冬璞 唐远新 林克正 （哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院）

“双一流”建设是当前中国高等教育发展的中心论题。在“双一流”建设的背景下，教育部明确指出“一流本科教育”是一流大学的重要基础和基本特征，要求“双一流”高校将建设一流本科纳入“双一流”建设方案。2018 年9 月17 日，教育部发布了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，强调加快建设高水平本科教育。总体目标是到2035 年，形成中国特色、世界一流的高水平本科教育。“一流本科教育”不仅涉及我国高等教育的可持续发展，而且关乎我国从高等教育大国迈入高等教育强国目标的实现。地方高校作为我国高等教育的重要组成部分，如何抓住时机、改革创新，为高等教育的发展添砖加瓦，是当前及未来必须关注和研究的问题。

一流本科教育实质上是一流的人才培养，教育部在2019 年发布的《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》中指出：“深化创新创业教育改革，挖掘和充实各类课程、各个环节的创新创业教育资源，强化创新创业协同育人”。这就明确了提高人才培养质量的重要途径是创新创业教育，表明人才培养应以学生创新实践能力培养为核心，根据自身特点，找到适合的学生创新实践能力培养模式。

一、高校学生创新实践能力培养的研究现状

在创新驱动发展战略背景下，创新教育已成为我国对一流大学建设、一流本科教育建设的核心期待与要求。[1]无论是国家层面，还是地方区域层面，无不把学生创新能力培养作为一项重要任务。[2]随着教育改革的不断深入，我国本科院校在创新人才培养方面进行了大量探索和实践，目前高等院校对学生创新能力培养研究主要包括以下几个方面：重构课程体系和人才培养方案，整合课程群实践教学，推动多元化实践教学方法及手段的运用。[3]构建面向国际化的全面的教学体系、创建校企联合工程实践基地、融合校内外教学资源，构建工程实践教育平台。[4][5]形成以学生创新能力为核心的课程目标理念和课程内容，营造和谐共生的师生互动课堂，构建智能化课堂教学场景，整合学习资源，实现学习与教学共同发展。[6]把本科生科研作为培养学生创新能力的重要载体，聚焦创新性的知识体系，设置融多元化与跨学科为一体的本科生科研项目。[7]

二、计算机科学与技术专业学生创新实践能力培养模式探索

鉴于计算机科学与技术的日新月异、与时俱进的特性，计算机科学与技术专业的人才培养更应注重学生创新实践能力的培养，应对传统教学模式存在的问题进行分析，引入新思路进行改革，在教学中注重激发学生的学习兴趣，重点培养创新实践能力，使学生在校期间就能系统掌握相关原理，并能熟练运用相关技术和工具解决复杂工程问题，满足企业的实际需求。具体培养模式如图1 所示。

图1 学生创新实践能力培养模式

（一）构建注重创新实践能力培养的人才培养方案、课程体系和教学大纲

应广泛征求本领域行业、企业专家意见，对接社会经济和企业实际需求制定培养方案，形成强基础、重实践、求创新的课程体系。从学科基础课程、学科平台课程到专业方向课程，以渐进方式构建专业理论体系，在恰当时间节点辅以课内外的实验、实践训练，并增大实验、实践教学比例，强化实践教学环节，在教学活动中实现理论与实践的交叉螺旋前进。要动态调整课程内涵，除了在课程内容上更有力度地注入当前信息领域的新技术外，更注重与其他学科交叉融合，强化学生通过掌握这些信息领域新技术去解决其他行业各类问题的能力。

（二）构建“多维一体”的教学实施机制

第一，深化校企合作。积极开展与行业内优质优势企业合作，增强校内外实习基地建设和对学生的培养力度。企业人员具有丰富实战经验，邀请企业人员参与教学全过程，更有利于提高学生的实践能力。

第二，“以赛促学、以用促学”，培养学生良好的创新思维和能力。构建共享、自主、开放的学习模式，支持和鼓励学生参与研究性学习和科技竞赛等各类活动，对学科竞赛的培训和参加进行系统性组织和管理，在竞赛训练和创新研究所需仪器设备等环境条件方面提供有力支持，并完善评优评奖激励措施，吸引学生的关注度，调动学生积极参与，从而逐步培养学生的兴趣，保证“以赛促学、以用促学”的落实，推动创新人才培养目标的达成。

第三，优化教学内容和教学方式方法。在教学内容中引入企业实际项目，并吸取竞赛中实践性较强的内容，增加学生真实案例实践的机会，对现实中应用问题进行分析，讲解涉及的相关原理和技术，指导学生进行解决方案的设计和实现，以此驱动学生创新实践能力的提升。教学中注重学思结合，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好学习环境。

鉴于重构人才培养方案和课程体系、整合课程群实践教学、教学内容方法改革等研究取得的成果较多，本文不再进行赘述，只对“以赛促学、以用促学”进行重点阐述，以期为大学生创新能力培养提供参考。

三、“以赛促学、以用促学”培养模式的实施路径

大学生科技竞赛通常以解决实际应用问题为导向，通过应用专业知识对问题进行分析、研究并最终给出解决方案。“以赛促学、以用促学”培养模式（如图2）强调以这些学科竞赛作为驱动力激发学生的主观能动性，提高学生的学习主动性和积极性，锻炼学生的逻辑思维和创新思维，提高实践动手能力、团队协作能力、快速反应能力等综合能力。

图2 “以赛促学、以用促学”培养模式的实施路径

（一）竞赛宣传

采用“协同引导”方式，由专业教师担任班主任、学业导师、竞赛指导教师，学生助理班主任、辅导员、企业导师协助，开展个人、团队、班级、年级多个层面并覆盖“大一”至“大四”全阶段的协同引导体系，实现竞赛宣传学习指导全覆盖。

入学教育阶段可对新生进行专业内涵介绍，就相关学科竞赛、项目举办形式和内容及相关能力要求，及与课程、自身学业的关联等进行宣传说明，让学生有初步了解，以便指导制定学业计划。可以选派骨干专业教师担任新生班主任，指导学生更新学习观念、转变学习方式、提高学习能力，鼓励学生参加相关竞赛培训和课程学习。由竞赛教师负责培训指导，并鼓励参加各类竞赛积累经验，进一步明确应掌握的理论知识，锻炼逻辑思维和实际动手能力。“大二”以后可以每个学生配备专业教师担任学业导师，负责引导学生明确学习目的，并根据学生的个体差异进行专业学习及学习方法的指导，协同竞赛指导教师指导学生积极参加各类科技创新活动，有针对性地培养学生创新实践能力。

（二）竞赛组织

第一，竞赛类型选择。教育部2020 学科竞赛排行榜中有十几类竞赛涉及计算机相关知识应用与技术实践，涵盖范围广泛，要求各有特色，要综合考量竞赛特性、专业自身特点和学生生源等的契合度，选择合适的竞赛。具有代表性且参与性较广的竞赛主要包括：Arduino 制作与设计大赛、电子设计大赛等系列嵌入式竞赛；ACM 程序设计竞赛、全国软件专业人才设计与创业大赛、全国信息技术应用水平大赛、全国大学生信息安全竞赛等系列软件竞赛；大学生创新创业训练计划项目和“互联网+”大学生创新创业大赛。除此之外，还有企业组织的科技竞赛，社会认可度也较高，比如百度之星、微信小程序、中兴捧月程序设计竞赛、腾讯编程马拉松竞赛等。除了百度之星组织的主要是算法竞赛之外，企业组织的竞赛大多是实际综合应用题，对于参赛选手综合能力要求很高，对学生复杂系统设计、开发的创新实践能力培养有推进作用。

第二，竞赛报名。由专人负责竞赛报名相关工作，首先收集与竞赛有关的信息，并负责向学生介绍相应的竞赛详情，主要包括竞赛时间、竞赛等级、竞赛内容、竞赛方式、竞赛奖励等。接着发布竞赛报名时间、报名流程等信息，并采用“协同引导”方式动员学生积极参加，最后整理往届竞赛的相关资料，组织学生报名。

第三，竞赛指导团队。竞赛有专门的指导团队，团队成员主要包括竞赛指导教师以及之前参加过竞赛且获奖的学生。首先由竞赛指导教师为新生讲授竞赛选修课程，组织系统性的基础竞赛培训。当基础培训结束后，进入细分领域的长期训练时，可以采取学生教练为主、指导教师为辅的培训指导方式，这样学生既作为竞赛参与者，也作为竞赛指导者，身份的转换不仅可以有效地调动学生参与的积极性，更有利于拓展学生的思维方式，加速学生各方面能力的提升。

（三）竞赛培训

新生入学后，可以从C 语言基础知识培训开始，基础培训结束后，由学生和教师进行双向选择，进行专门的细分领域长期训练和指导，该类指导又可以进一步分为嵌入式竞赛培训指导和软件竞赛培训指导，这样可以集中学生兴趣与精力，有的放矢地在某一领域深入学习和研究，以便获得更快更高效的能力提升。

第一，嵌入式竞赛培训指导。涉及嵌入式科技竞赛主要需要学习的课程包括数字电路与逻辑、计算机接口技术、单片机原理与应用、计算机控制技术、数字系统设计（FPGA，SOPC）、嵌入式系统应用（ARM）等。

新生培训完C 语言基础，结合高中物理课程相关知识，经适当培训后就可以用Arduino 系统开展初级电子设计和竞赛。学习过数字电路与逻辑后，可以对学生进行各种传感器、信号及逻辑关系知识培训；学习过计算机接口技术、单片机应用和计算机控制技术后，可以运用单片机开展各种设计和竞赛。在FPGA与ARM 相关课程学完后，可以分成两部分，一部分主要研究FPGA、SOPC 方向，一部分主要研究嵌入式系统ARM 方向，完成嵌入式应用软件开发和ARM 底层协议、内核驱动等设计、开发。

第二，软件竞赛培训指导。涉及软件科技竞赛的主要学习内容包括数论、图论、搜索、动态规划、高级数据结构、计算几何、模拟、组合数学、博弈、算法优化等。

新生学完C 语言基础，进行基础的数据结构内容和算法设计与分析的培训，用以培养学生分析问题的逻辑思维能力以及解决问题所要具备的原理和技术的实践能力。要求学生每天在OJ 系统上做题，辅以教练指导，定期开展排位赛，调动、激发学生的积极性。接着开展高级数据结构和高级算法的学习，包括树形结构、栈、队列等有关的算法应用，以及图的搜索和动态规划等更为复杂的算法应用。此时在OJ 系统上做题可采取自由学习模式，选择薄弱部分进行练习。

（四）赛前指导

每种竞赛都有自己的比赛方式和周期，除了上述长期性的竞赛培训指导之外，还需要结合每种竞赛每次比赛的具体要求进行赛前具体练习和指导。以大学生创新创业训练计划项目为例，该类项目注重调动学生的主观能动性，学生通过发掘自身兴趣，与专业所学知识紧密结合，自主开展具有综合性、问题性、创新性和实践性的科学研究、社会调研与创业实践活动，最终形成科技产品、研究报告、创业设计方案或创业实体，重点面向二、三年级本科生。该计划项目又可以分为以下三类，类型不同，要求和指导也不尽相同。

第一，创新训练项目。此类项目主要关注创新型国家建设过程中面临的科学、技术、经济等重大问题，学生自主提出相关的研究课题或独立承担教师的研究子课题，在专业教师的指导下，形成完整的提出问题、分析问题、设计解决方案并最终解决问题的研究全过程，最终撰写出具有一定理论深度和技术含量的研究报告或研发出具有市场前景的科技产品，鼓励申报专利、发表学术论文。

第二，创业训练项目。此类项目需要通过社会调查和市场分析等手段，设计具有科技创新和市场前景的产品或服务。在专业教师指导下，制定完整、具体、可行的商业计划方案，并模拟企业运行，进行验证试验，撰写创业计划报告。

第三，创业实践项目。此类项目是可以独立实施运营的创业实体项目，是在专业导师和企业导师共同指导下，以项目组自身研发或经授权的具有科技文化含量的概念型产品或服务为基础。

（五）赛后总结

每次竞赛结束后，参赛的学生分享参赛的收获，探讨各自不足之处。竞赛指导团队总结竞赛成果，对参赛情况进行分析和总结，组织整理所有相关的竞赛材料，去粗取精，应用于后续的竞赛培训中，形成持续改进的良性循环。典型案例还可融合进相关课程教学中，优化教学内容，提升学生的创新实践、综合分析和设计应用的能力。

四、“以赛促学、以用促学”培养模式的激励措施

为了鼓励、支持学生参加相关的各类竞赛，要组织师生申报大学生创新创业训练计划项目等，持续推动学生参与竞赛。必须提供有效的支持措施以保证师生的长久热情。在竞赛训练和创新研究所需仪器设备等环境条件方面要不断改进，并改变原有只注重课程成绩的学生先、优评选规则，完善评优评奖激励措施，真正有效地调动学生参与的积极性，促使学生理论与实践全面发展。“以赛促学、以用促学”，推动创新人才培养和提高学生创新实践能力。也应配合相应的激励措施如：给学生颁发竞赛奖金；在推荐免试硕士研究生过程中，同等条件下优先推选实践创新能力突出的本科生免试攻读研究生学位；对于参与竞赛工作的教师，给予一定的工作量认定；在优秀主讲教师、优秀教师、优秀实验教师、师德标兵等先优评比中，同等条件下优先推荐积极参加学生实践创新能力培养的教师。这些有效的激励措施能够有力地推动创新人才培养工作取得新突破。

总之，在“大众创业、万众创新”的社会背景下，应用型高校的职责在于培养具有创新创业能力的专业应用型人才。“以赛促学、以用促学”是培养学生创新实践能力的有效方式。一方面，教师可以通过竞赛组织和竞赛培训指导等提升自身的各种能力，并将竞赛涉及的实际问题与典型案例应用于后续培训指导和课程教学。另一方面，学生可以通过竞赛加深对专业知识的理解，了解并掌握解决实际问题需要的技能，可以感受到课程中学到的理论知识到实际应用的转换，将抽象的概念变成现实生活中具体的应用，提高学生的理解能力，使得原理知识等不再枯燥难懂，并在解决问题的过程中体会到成就感。“以赛促学、以用促学”可以提高学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性，培养学生的逻辑思维能力和创新实践能力，具有十分重要的意义。