基于“互联网+”知识体系的计算机公共基础课程改革研究

胡建华

摘要：本文在调查明确信息工程教学现状与新一代信息技术产业需求不匹配的基础上，指出信息工程实践教学普遍存在创新思维、创业意识培养不足的问题，提出了将学生创新、创业能力培养与教师产学研融合发展的IEC-PER（Production，Education&Research）教育理念，并将其应用于宁波大红鹰学院信息工程实践教学改革，分析了IEC-PER实施需要解决的关键问题，介绍了IEC-PER教学方法，构建了“点、线、面”一体化实践教学改革方案。

关键词：IEC-PER；创新；创业；CDIO

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）08-0080-05

国务院战略性新兴产业规划明确了新一代信息技术产业等十大领域的发展方向和目标，新一代信息技术不仅是我国战略性新兴产业的主力军，也是其他产业的重要技术支撑。高校作为新一代信息技术人才的培养基地，实践教学必然要与时俱进，满足时代的需求，而信息工程专业的综合改造正是要探索“互联网+”背景下实践教学模式的创新。

在“互联网+”时代，“大众创业、万众创新”是“中国制造”走向“中国创造”的必由之路，培养具备新一代信息技术应用能力的创新创业人才是信息工程人才培养的核心。[1]但从目前情况来看，毕业生走出校门后，对新工作的适应性明显不足，不能促进企业的产品创新，难以推动企业转型升级，无法满足新一代信息技术产业对人才的需求。造成上述情况的原因是多方面的，但单纯从教学的角度来看，主要是理论教学没有跟上新一代信息技术的发展，教学方法没有注重“互联网+”思维培养，实践教学没有充分注重动手能力培养，没有和企业、产业有效需求相结合所致。

为了将创新创业能力培养与实践教学有机结合，笔者首先确定了以高素质、应用型、新一代信息工程技术人才为培养目标，立足于中小企业产品创新和服务升级的“互联网+产业”技术和人才需求，通过建立大量的产学研实践基地，准确把握新一代信息技术产业的人才需求规格，据此重构信息工程实践教学体系，引入CDIO、翻转课堂、微课堂等先进教学方法和手段，重点培养学生的“互联网+”创新思维和“+互联网”创业能力，实现与新一代信息技术产业的无缝衔接。

信息工程专业综合改革的IEC-PER教育理念

新一代信息技术人才的培养要着眼于物联网、云计算、大数据、移动互联网等新一代信息技术的学习和应用，以及创新精神和创业意识的培养。在教育理念上，要将创新创业活动与产学研活动有机融合来重构教学大纲和实践体系，并涵盖传统信息系统改造升级、新一代信息技术产品和服务构思和实现的全周期。IEC-PER教育理念的核心就是要以新一代信息技术产品创新、系统集成以及服务模式创新为载体，以新一代信息技术知识传授为“点”，以传统行业结构调整、产品升级和模式创新为“线”，以新一代信息技术产业培育和发展为“面”，通过“点、线、面”一体化的IEC-PER项目贯穿整个信息工程专业的实验、实训和实习过程，在项目构思和设计阶段采用“翻转课堂”教学模式培养学生创新思维，在实施和运行阶段融入“互联网+”思维和产学研实践活动培养学生的创业意识，从而全面提高学生的工程实践能力，这不仅包括个人的理论知识和专业技能，而且包括团队意识和创新创业素质拓展。[2]

基于IEC-PER理念的信息工程专业综合改造的关键问题

1.IEC-PER项目选取是重中之重

笔者通过发放社会需求问卷、历届毕业生访谈、和课程组教师头脑风暴的方法，结合校企合作的长期规划，根据实验室建设条件，确定了一系列IEC-PER项目作为突破口。其中比较有代表性的有智能家居（Smart Home）实训系统，如图1所示。

本项目采用Eclipse SmartHome开放源码框架，结合小米、海尔等企业的智能家居解决方案，面向智能硬件制造商、解决方案提供商和软件开发商，采用移动互联网技术、智能物联网技术、云计算技术和大数据分析和挖掘技术，基于Raspberry Pi硬件平台和阿里云服务构建了产学研IEC-PER项目，并与企业共建智能家居研究院，不仅有力支持了学生的创新创业活动，而且促进了区域小家电行业的产业升级和技术创新，实现了大学生创新创业活动与产学研活动的融合发展。

2.IEC-PER项目与实践教学体系的无缝融入

笔者首先将IEC-PER项目针对不同课程的教学大纲分解成多层次、分系统的综合设计子项目，各子项目既相对独立，又互有关联。教师可以在实验、课程设计、毕业设计等课内教学中反复引用子项目，也可以在实习、实训、助教、助研、学科竞赛等课外活动中实现迭代开发。新一代信息技术理论知识结合产业发展的实践不断深化，全过程体现了产学研相互促进的连续性和有序发展，符合创新思维培养和创业意识教育的一般规律。总之，新一代信息技术知识的学习首先要固化，再通过产业实践活动进行消化，理论指导实践，将知识转化为能力，最终实现产品和设计的持续优化，不断创新，直至创业成功，达到创新创业的最高境界。

IEC-PER项目的WBS结构和实践教学流程如下页图2所示。

以Smart Home为例，笔者在嵌入式系统方向的教学体系中拟采取整体划一的实践教学体系顶层设计和产学研实践活动逐渐深入、分步实施的策略。教师以专业讲座、头腦风暴的方式对学生进行项目引导，通过团队组建、大作业协同完成的方式进行子系统模块划分和工作量任务分配，学生借助点名时刻、极客公园、极客学院、众创空间和创客空间等网络资源，通过自主的探究式学习完成产品和服务的创新设计和服务创新，并通过合作式团队协作完成工程实践。同时，教师通过翻转课堂完成师生互动和对创新、创业、创造、创意的引导，以开放式点评对学生的学习行为给予具体指导，并以大作业实际效果进行专业技能考核。学生通过大学生创新创业实践活动以协作式学习、实操训练情境式学习等方式完成“产品市场分析→创新设计→产品集成开发→系统测试→产品安装实施→系统运营”全生命周期，最后给出阶段性实践报告和系统运维记录。

3.IEC-PER应用型师资队伍的建设

目前，高校中大部分专业教师都是科班出身，没有多少企业经历，缺乏丰富的实践经验，当前的教师考核制度没有发挥很好的指引作用，教师沉浸在高校的象牙塔中，这导致教师队伍对新一代信息技术日新月异的发展缺乏敏感性，对实践教学不感兴趣，对新兴产业发展不能与时俱进，他们只注重传统教学大纲的知识讲授，不注重技术前沿的把握。[3]所幸的是，本专业与新一代信息技术企业中兴通讯建立了战略伙伴关系，拟引入合作办学机制。由于IEC-PER项目由产学研活动的智能家居成果针对嵌入式专业教学的特点转化而来，所以教师对智能家居内容比较熟悉，这大大减少了实施的风险和培训的工作。

4.建立面向新一代信息技术产业的创新创业实验室

IEC-PER专业综合改造的场景是真实的智能家居实验室体验项目，但目前基于单片机实验箱的传统教学囿于特定的芯片、器件实验环境，即教学只能在特定的器件或实验板之上进行实验内容的设定或研究，无法满足新一代信息技术日益发展的行业需要。同时，实验设备上进行的多为验证性实验，内容彼此孤立，无法培养学生“从创意到产品”“从模式到服务”的整体认知。为此，笔者引入了Raspberry Pi套件建立智能家居的开放创新实验室。Raspberry Pi是为初学者进行信息技术学习而设计的嵌入式卡片电脑，其操作系统采用Linux，但也可以运行基于Windows10的IoT家庭网关，非常适合做智能家居平台。如图3所示，Raspberry Pi是一款基于ARM的嵌入式系统开发主板，以TF卡为存储器件，开发板有两个USB接口和一个网口，用来接网线、鼠标和键盘，一个VGA接口和一个HDMI接口用来接入视频信号，这就实现了PC的基本功能，而且能接TV、投影仪和键盘，能运行Microsoft Office办公软件，还可以同时玩游戏、播放高清视频等。综上所述，Raspberry Pi是一款提供嵌入式系统的实验板，它虽然没有内存、电源、键盘、机箱或连线，但却音、视频功能齐全，非常适合智能家居产品和系统的设计和实施。

智能家居实验室的建立，将有效弥补传统实验室的不足（如图4）。对嵌入式系统方向，有关单片机基本理论和基本知识的验证性实验可在现有实验室进行，而基于新一代信息技术的产品设计和系统集成创新，可以分阶段在智能家居实验室中实施。以Smart Home为例，在信息工程专业大学二年级的单片机课程中，教师一般讲授C51或Cortex M3，教学中就可以运用智能家居实验室进行简单的智能开关的实验和课程设计；在大学三年级的嵌入式系统课程中，教师一般讲授以ARM为核心的嵌入式系统开发，教学中就可以运用智能家居实验室进行家庭中控的智能网关开发；对于信息工程专业大学四年级的毕业生来说，他们需要在真实场景下完成智能家居系统开发和系统集成，因而智能家居实验室就有效地训练了学生的工程实践能力和创新创业能力。

基于IEC-PER理念的信息工程专业综合改造

信息工程专业综合改造始终以信息工程专业教学大纲为指导，将通识教育、专业能力培养、素质拓展、创新创业能力培养分解到专业综合改造方案的设计中，构建了打通课程设计、专业综合实践、毕业设计和企业实习各环节的实践教学体系；制定了兼顾技能与素质、广度与深度的选修课体系，保证了大学教育专业知识体系的完整性；在综合改造实践中，鼓励教师采用真实场景下的实战教学方法和手段，保证IEC-PER理念的贯彻；以高水平科研项目和高层次学科竞赛为抓手，建立产学研激励机制作为专业综合改造的有益补充，组织建立了产学研开发小组或工作室，鼓励学有余力的学生开展创新创业活动，面向社会提供服务，进而加强对学生创新创业能力的培养。

信息工程专业要以验证性实验为基础，实现专业知识认知培养；以课程设计、综合实践为贯穿专业课程模块的线索，实现个人能力及团队能力的培养；以毕业设计和企业实习为载体，实现创新创业综合能力培养，从而形成面向新一代信息技术产业的逐步完善的实践教学体系。

1.专业基础培养：验证性实验

对于信息工程专业的学生来说，坚实的专业基础是学生今后成为新一代信息技术人才的保证，也是IEC-PER培养模式的基石。作为信息工程专业课程教学的重要组成部分，本项目在专业课教学中强调验证性实验是基础理论教学不可或缺的环节，这表现为IEC-PER实践教学体系中的知识“点”。

2.协同创新能力培养：模块级实训

在完成通识教育和专业基础教育后，大二的学生已经具备基本的科学文化素质和工程专业素质，教师可以对学生进行模块化、方向化培养。物联网、云计算、大数据等各个方向均开设了指定的公共选修课一门，方向指定选修课三门和实训课程二门，公共指定选修课以讲授该方向的基础专业知识为主，方向指定选修课讲授该专业方向所需的设计思想、编程方法、测试工具及操作和维护系统所需的软硬件和相应工具。其中方向实训课程独立于其他课程，由企业导师和专门教师联合指导，并拥有校企双方共同认定的学时和学分。专业课程模块及其在培养过程中所处的地位如下页图5所示。[4]

在划分专业方向时，教师要先确定某方向的新一代信息技术人才应拥有的知识体系，即需要达到的培养规格，接着确定实践课程涵盖的知识点和专业技能，然后再以此为依据设计相应的实训课程内容，并进一步设计每门课程在讲授理论时所应关注的重点，从而使实训课程真正成为模块方向课程体系的核心。

实训课程是贯穿模块方向的主线。实训课程在每个专业课程模块中，将作为线索贯穿在该方向的公共指定选修课程和方向指定选修课程的知识结构体系中，重点培养学生运用所学的新一代信息技术、知识、技能和工具解决产学研工程实践问题，并设计和实现新一代信息系统的能力，以及团队协作和交流能力，这是IEC-PER实践教学体系中的方向“线”。

3.IEC-PER创新创业能力培养：企业实习和毕业设计

企业实习和毕业设计作为学生创新创业能力培养的最后环节，鼓励毕业生进入企业实习，并以实习企业的产学研项目为背景开展毕业设计。对于未能进入企业实习的毕业生，则依托校内企业产学研研究院，采用论文、专利、软著和创业计划等多种形式完成毕业设计，打造创新创业氛围。面向企业实习的毕业设计能够在培养毕业生的实际工程能力的同时，使毕业生尽快融入实际的企业氛围，缩短就业适应周期。这表现为IEC-PER实践教学体系中面向产业需求的应用“面”。

最终，经过师生的共同努力，智能家居系统顺利完成（如图6）。该系统综合运用了新一代信息技术中的移动互联网、物联网、云计算和大数据技术，这不仅实现了与新一代信息技术产业的无缝对接，也大大提高了学生的创新能力，激发了大学生的学习兴趣和创业热情。

结论

基于IEC-PER理念的“点、线、面”一体化实践课程教学改革的实践最初起源于“双师型”教学团队与本地企业合作的产学研企业研究院，以宁波大红鹰学院大学生创新创业活动为契机，将产学研的项目化工程教育思想贯穿于课程实践中，而后经多位教师的不懈努力，将其拓展到实践教学体系中，并引入了IEC-PER先进理念，获得了一系列较好的教学成果，证明了该教学模式是行之有效的。

參考文献：

[1]中国工程院“创新人才”项目组.走向创新——创新型工程科技人才培养研究[J].高等工程教育研究，2010（1）.

[2]王天宝，程卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践——成都信息工程学院的工程教育改革实践[J].高等工程教育研究，2010（1）.

[3]胡志刚，江林，任胜兵.基于CMM的教师CDIO能力评估与提升[J].高等工程教育研究，2010（3）.

[4]潘铁军.基于IEC-CDIO理念的信息工程专业教学改革[J].计算机教育，2011（9）.

基金项目：本文受到浙江省公益项目（2014C31G2210010），宁波市软科学（2016A10053），宁波市创新团队（2012B82003），宁波市智团项目，宁波市领军与拔尖人才及宁波大红鹰学院科研、教学项目支持。