新工科背景下计算机专业“2+1”综合实训课程改革与实践

魏小梅，李芳芳，黄 钰，徐勋光

（华中农业大学 信息学院，湖北 武汉 430070）

0 引言

为适应新时代新形势的需要，建设支撑经济社会高质量发展的高等工程教育，教育部于2017年起实施新工科发展战略[1-3]。新工科对应的是新兴产业，也包括对传统工科专业的改造升级，更强调学科的实用性、交叉性与综合性。

计算机科学与技术作为新工科战略涵盖的新兴专业，与其他新工科专业如大数据、物联网、智能科学也密切相关。新工科发展战略对计算机类专业人才产生了巨大需求的同时也提出了更高的要求[4]。因此，新工科发展战略的实施对计算机专业教育来说，既是机遇也是挑战。由于计算机专业在新工科战略中的重要基础作用，以及其在本科教育的基础地位，改革和发展好计算机类专业对工程类专业的发展已经变得非常重要，甚至不单单是本专业的问题。加强计算机专业综合实训课程是推进计算机类专业全方位建设与改革的关键抓手。通过改革实践类课程的内容和实施方式，才能有效提高高校学生计算机综合能力和创新能力，培养适应新时代企业需要的人才。

1 目前计算机实践教学的不足

目前全国许多学校已开展多形式的教学改革思考和探索，尤其是在综合实践教学项目方面[5-6]。华中农业大学计算机科学相关专业也开展了5年的综合实训课程，虽然在建设实践教学体系方面取得了一些成绩，但仍然存在一些不利于学生创新能力和系统能力培养的因素，还需要进一步通过教学改革来构建更合理的教学体系，提升教学内容，丰富教学模式。概括来说，目前的实践教学体系存在如下不足。

（1）实践教学体系不完善。现有的实践教学体系未形成清晰的体系结构。实验任务跟课程相关，局限于单个课程的知识应用，缺乏知识系统性应用的设计和规划，导致实验任务与融合不够、系统性不强，难以给学生提供创新和扩展空间。

（2）实践教学内容跟不上技术发展。现有的实践教学内容选题实用性和创新性都需要提高。计算机技术发展日新月异，新知识新问题层出不穷，使得计算机教学实践内容需要基于企业的人才需求，不断推陈出新，紧跟新技术的发展，才能培养符合“新工科”战略下产业发展需要的人才。

（3）实践教学实施方式单一。实践内容的改革，需要相应的实训平台才能完成。原有的实践教学模式下实验平台可以满足一部分实训课程的要求，但是随着实训课程内容的加深和技术发展的需要，与科技发展结合最紧密的产业和公司需要参与到实践教学环节，以产学融合的方式实现校企对接，学生和市场对接，理论和应用对接。

上述实践课程中的问题，极大地阻碍了计算机专业学生的创新实践能力的培养。为了解决这些问题，需要通过实训课程改革达到如下目标：①构建合理的实践教学体系，使得综合实训课程既能巩固基本的理论知识和技能，也能通过分步分级的方式逐步建立完整的计算机体系结构视野，最后达到创新性地实现校内知识和产业需求对接的目标。②更新和规范实训项目内容。立足于计算机专业理论，结合产业需求，实时更新实训项目内容，在覆盖计算机专业核心知识点的基础上，设计具有实践性、创新性、综合性的综合实训项目，并构建相关数据库。③构建校内实训平台，同时开发校外实践机会。目前校内已经有稳定的实训平台和资源，但是新技术日新月异，需要在一定程度上更新校内实训资源的同时，更多的是需要开发校外实践机会和资源，以实现真正的产业对接。

2 以新工科建设为契机，推进计算机实践课程改革

复旦共识[1]、天大行动[2]和北京指南[3]作为新工科建设的“三部曲”指明了人才培养的新方向和工程教育改革的新途径。新工科建设战略指明，中国高校需要加快建设和发展新工科，并强调新工科建设需要加强研究和实践，即在理论创新研究的基础上，在实践中推进和落实。在实践推进的过程中，高校发挥创新引领作用的同时，要积极推荐产学融合，打造人才培养的新模式，培养满足未来新产业需要、具有创新性的复合型工程技术人才[7]。美国的工程教育体系领先于其他国家，主要原因是重视课程设置中的实践教学环节，并通过产学合作方式培养学生的工程实践能力。反观我国，此前的高校培养学生的知识体系与企业应用实践有差异，培养出的人才无法适应产业结构调整需求。面对这种现状，高校和企业需要携手合作，协同推进高校人才培养模式改革。通过利用产学融合将产业的理念、技术、资源整合到高校的课程实训以及师资培养中，同时将高校培养的学生、科研成果、双创成果带给产业，满足产业对人才和创新的需求。

计算机科学专业正是一门强调理论创新，重视科研实践的专业，并与多个其他新工科专业密不可分。因此，本专业实训课程改革需要审视计算机科学专业的学科辐射范围和延伸方向，关注专业教学内容和模式与新工科建设的关联，在内涵和外延上更多地契合专业前沿发展，以促进新工科专业与传统工科专业的内容有机融合，构建创新融通的系统知识体系，使学生具备学科交叉的意识和思维习惯。

3 思路和方法

以新工科发展战略为指导，建立“2+1”实践教学体系；以新技术和产业发展需求为目标，更新和完善实践教学内容；以夯实基础、产学融合为实现手段，完成实践教学的实施。通过一整套综合实训的实施，培养学生综合运用学科知识，面向企业需求设计科学的项目流程，实现合理的小组分工，协作完成项目的能力。

3.1 建立“2+1”实践教学体系

“2+1”实践教学体系包括校内的2次分级综合实训和1次校外基地实习，一共3次实践教学对应教学的三个层次，其体系结构如图1所示。2次校内分级综合实训包括软件与理论综合实训和计算机应用综合实训，其中前者属于专业基本技能实训，后者属于专业综合能力训练；1次校外的基地实习是在行业相关的公司开展。

图1 综合实训课程体系设计

“2+1”实践教学体系是人才培养模式连接教育与就业的关键一环。基本技能实训的成果，直接关系到“2+1”人才培养模式改革的效果。根据学生和学校以及校企合作的实际情况，按照“以人为本，分型培养”的原则，“2+1”实践教学体系的具体设计如下。

（1）软件与理论综合实训。在第4学期结束的暑假开展，此时学生已经完成计算机专业基础课程和专业课程的核心知识点（包括C语言程序设计、计算机组成原理、算法设计、计算机网络、Java语言程序设计等），但是学生对于课程的理解和应用需要通过实践课程来整合和提升。学校根据现有的实践教学资源(包括校内实践教育中心条件和师资力量)，结合当前社会需求，由具有工程实践经验的老师指导学生进行系统的技术学习和应用实训。

（2）计算机应用综合实训。在第6学期结束的暑假开展，此时学生不仅完成了计算机专业课程的学习，还完成了面向行业前沿和应用类选修课程的学习，对计算机的整个知识体系的概念已经形成，因此在实训选题的设计方面注重任务系统性、应用型和新颖性，并留给学生一定的拓展空间。在对学生的考核方面，注重任务完成度的基础上，还需要对学生的创新性进行评估。

（3）校外基地实训。在完成以上2类的校内实训之后，学生到学校和企业联合创办的实训基地实习。实训基地严格按照企业的标准对学生进行实验实习和考核。实训结束后，基地向学校反馈学生在基地实训期间的综合表现，并向用人单位推荐学生到企业实习就业。学生通过招聘流程后正式进入企业进行顶岗实习，并在此期间完成实习设计。此项实训目的是为了响应新工科培养目标，通过校企对接方式，培养有针对性、紧跟行业技术发展的人才。

3.2 研究适应新工科战略发展的实践教学内容

实训项目要强调内容的研究性、创新性、综合性，因此很多项目来自于各种科研项目和校外实习素材，符合学生的认知水平，能够培养学生在科研方法和科研流程上的基本素养。在此基础上，还需要加大产学融合力度，促进校内课程和校外实践结合，优化课程资源，提供切实可行又符合学科发展的实训内容，保障学生在巩固所学专业知识的同时，能够提前接触到行业内容的应用需求，为适应将来的工作岗位做好准备。

整个实践教学课程通过“2+1”体系分层推进，每一层课程内容整合的知识在覆盖深度和广度方面稍有不同。在“2+1”实践教学体系下，融合计算机核心课程的实训项目，可以培养学生综合运用课程知识解决实际问题的能力，同时培养学生系统分析、设计和集成的能力。通过综合实训的方式，不同课程和研究方向的老师集中指导。软件与理论综合实训课程内容涵盖计算机的核心基础课程：C/C++语言程序设计、Java语言程序设计、数据库原理、算法设计和软件工程。目的是让学生形成知识构建、知识应用和能力提升。计算机应用综合实训则在内容设计上追求进一步的整合。实训题目是由不同的子任务综合而成，内容覆盖面从电子电路、计算机组成原理等课程的硬件到最前沿的人工智能选课计算机视觉和深度学习课程，为学生构建一个完整的知识体系和训练机会。校外基地实训则是与企业合作实现产学结合、协同育人的目标。以企业的需求和实际项目为基础，训练学生运用新方法、新技术、新工具解决企业的实际问题。除了以上的“2+1”实训体系外，还需要根据业内技术的发展变化，积极推进校企合作，与行业内优势企业合作创立人才中心，把优秀的企业工程师请进来开展前沿技术的综合实训，实现育人和师资培养两手抓。

3.3 构建产学融合构造实训平台

以我院（信息学院）为例，目前计算机与大数据专业建有计算机应用、计算机组成原理与体系结构、软件工程与理论、智能信息处理、高性能计算、网络工程、物联网等实验室；还有2个校企共建联合实验室：阿尔特拉EDA/SOPC联合实验室和浪潮集团高性能计算联合实验室。除这些校内的实训平台和资源外，学院还建立了13个校外教学实践基地，包括广州中软国际、深圳华大基因、浪潮集团等行业著名的公司。

除了以上校内实训平台和校外实践基地，我校还以信息学院牵头，于2017年9月与华为公司签署协议共建ICT人才中心，建立了教师引导、学生自主发展的华为俱乐部。校企双方持续开展华为工程师进校园、高校师生进华为、ICT人才联盟招聘双选会等活动，务实推进校企合作，协同育人。2018年5月，首届华中农业大学—华为技术有限公司云计算（HCNA-Cloud）实训班开班。该实训班从大数据的基础云计算知识学起，理论实际相结合，培养同学们的行业应用技能，培养企业真正需要的应用型人才。通过校企合作、产学融合方式携手为在校学生提供行业领先的技术到学校课堂，提高职业生涯起点。培训的知识点和实践内容见表1。

4 综合实训的实施

（1）实训选题。经过多年的综合实训课程开展，目前已积累了一定数量的实训项目供学生选择，其中部分选题见表2。实训课程正式开始前2个月，老师通过现场讲解的方式为学生展示和解释选题内容，学生根据研究兴趣和对自己将来的定位选择实训选题。4人为一个实训项目小组，小组成员需要分工合作才能在规定时间顺利完成项目。

（2）项目准备。每个实训小组由提供实训项目的老师指导。小组在与指导老师对接后，开始分析以及项目分工（按照软件设计国家标准）。在正式实训课程开始前需要完成项目调研，具体包括前期文献阅读和综述撰写、数据收集、软件和算法准备。

（3）项目实施。项目的实施采取集训的形式在暑假开始的一周内，在指定的实训实验室完成。集训过程中指导老师现场答疑，随时提供技术指导。小组学生基于项目前期调研和准备工作，分工合作完成系统设计和实验结果分析。根据项目要求可以在基本选题完成的基础上提出创新性的改进，以激发学生的探索精神和科研热情。

（4）项目答辩和考核。实训周期结束后，实训小组需撰写并提交综合实训报告，并通过PPT展示项目实施情况，接受答辩老师的提问和考核。指导老师结合项目设计和完成情况、小组答辩情况、团队的协作能力，以及文档的撰写质量，给出综合评定成绩。在每期综合实训结束后，修改整理文档规范，作为本次实训的总结和下一次实训的基础。具体需要整理成文的内容包括：①实训课程覆盖的核心知识点规范。该文档规范可以发现未覆盖到的知识点，以便在下一期的实训课程中加以扩展。②收集和整合实训项目。通过实践过程发现项目的优点和不足，并在后续实训课程中进行优化淘汰。③优化完善的实训教学计划，包括实训任务的选题、教师和学生的对接、实训课程的实施以及实训效果的考核。

表1 2018年华中农业大学-华为技术有限公司云计算（HCNA-Cloud）实训班授课内容

表2 部分实训项目示例

5 结语

在分析传统计算机专业人才培养模式缺点的基础上，紧抓工科教学中最为关键的综合实训课程建设，我们提出契合新工科发展战略、融合产业需求的“2+1”综合实训教学模式，主张围绕一流本科教育对实践教学的要求，深入挖掘符合现代前沿科技领域的教学方式，开展实践教学体系、实践教学内容、实践教学方法等方面的研究与实践，培养符合企业需求的新型人才。在实训实施过程中，强调基于校内现有资源和学科知识体系的基础开展实践教学的同时，需要加大产学融合力度，促进校内课程和校外实践结合，优化课程资源，提供能促进学科发展和符合行业需求的教学模式和实训内容，培养新工科发展战略所需要的重实践、重创新的高素质人才。