工程教育认证和“双创”理念下计算机专业实践课程改革探索

2021-06-11 20:29火久元兰丽刘梦
计算机时代 2021年3期
关键词:工程教育认证双创教学改革

火久元 兰丽 刘梦

摘  要: 为了使计算机专业学生以创新思维解决复杂工程问题,将工程教育认证和创新创业理念融入计算机专业课程体系,提出一种通过构建具有创新复杂工程问题特征的计算机系统实践项目库,据此重构计算机实践课程的思路和方法。该方法通过将教师团队实际科研项目融入计算机相关实践教学中,基于案例法重新设计具有创新复杂工程问题特征的计算机系统实践项目,依据创新复杂工程问题实践项目的需求,重构计算机专业的创新性实践课程体系,从而使实践课程各教学环节与《工程教育专业认证标准》中的毕业要求以及创新复杂工程问题属性特征之间建立更加紧密的关系,使计算机专业实践课程更加符合工程教育认证和“双创”对培养学生的要求。

关键词: 工程教育认证; “双创”理念; 计算机专业课程体系; 教学改革

中图分类号:G642          文献标识码:A     文章编号:1006-8228(2021)03-110-04

Exploration on the reform of practical courses of computer specialty for Engineering

Education Accreditation and the innovation and entrepreneurship

Huo Jiuyuan, Lan Li, Liu Meng

(School of Electronic andInformation Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou, Gansu 730070, China)

Abstract: In order to make the computer majored students solve complex engineering problems with innovative thinking, and integrate Engineering Education Accreditation and the innovation and entrepreneurship concept into the curriculum system of computer specialty, this paper puts forward a idea and method of new for reconstructing computer practical courses by constructing a computer system practice project library with the characteristics of innovative complex engineering problems. The method integrates the actual scientific research projects of the teacher team into the computer related practical teaching, redesigns the computer system practice projects with the characteristics of innovative complex engineering problems based on the case method, and reconstructs the innovative practice curriculum system of the computer specialty according to the needs of the innovative complex engineering problems practice projects, so as to establish a closer relationship between the teaching links of the practical courses and the graduation requirements in the "Specialty Accreditation Standard For Engineering Education" as well as the attribute characteristics of innovative complex engineering problems, and make the practical courses of computer specialty more in line with the requirements of Engineering Education Accreditation and "innovation and entrepreneurship" to cultivate students.

Key words: Engineering Education Accreditation; concept of innovation and entrepreneurship; curriculum system of computer specialty; teaching reform

0 引言

工程教育認证要求培养的计算机专业学生具备能够利用学科知识分析解决工程实际问题的能力。“双创”要求全面提升学生的创新创业素质,使培养的工科人才具备创新能力、创业能力和解决创新型复杂工程问题的能力。如何将工程教育和双创教育理念深度融合,使计算机专业实践课程体系既能在教学过程中夯实基础,又能培养学生解决复杂工程问题、创新思维和实践能力的亟待研究。

在有关创新型人才培养方面,当前高校计算机类专业学生普遍存在以下几个问题[1-2]:①创新意识不强,创新思维能力薄弱;②创新实践能力薄弱;③创新所需专业基础不牢固;④知识迁移能力较差等。很多学者和专家针对工科专业如何进行创新性课程体系改革以及创新型人才培养展开深入的研究与探讨,并取得了大量的研究成果[3-7]。

我校计算机专业在进行工程教育认证的过程中,将工程教育和“双创”教育理念紧密结合,积极探索计算机专业的实践课程体系改革。

1 将教师团队实际科研项目融入计算机相关实践教学中,提升学生“双创”能力

在传统的案例教学实践中,案例通常都是成熟使用多次的,虽然经典,但创新性不足。为了在教学中提升学生的创新意识及能力,课程组在设计课程教学案例时,有意识将具有工程背景的实际科研项目作为计算机学科相关专业的实践教学载体,参照复杂工程问题的特征属性,涉及工程实际、教师科研、学生竞赛等方面的工程项目进行整合、设计,转换成多学科交叉融合的复杂工程问题,构建具有创新复杂工程问题特征的计算机实践项目案例。

1.1 计算机实践项目案例举例

下面以基于案例教学法的嵌入式实践案例项目《基于智能物联网的传染病智慧隔离病房》,来说明创新复杂工程问题特征的实践项目的构建过程。

《基于智能物联网的传染病智慧隔离病房》是课题组申请获批的科研课题。该项目主要针对当前新型冠状病毒感染的肺炎在全球肆虐,严重威胁到了成千上万人的生命安全健康,由于该病毒有极强的传染性,在这场“战疫”中,不断传来医护感染,医护过度疲劳、确诊病人私自离院等发生在病区的事件,故提出基于智能物联网的传染病智慧隔离病房。

负压隔离病房是救治传染性较强的呼吸道传染病人,隔离病原微生物及保护医护人员的重要医疗设施[9]。为解决这些问题,亟需研发一款智能的、安全的传染病负压隔离病房。该作品基于智能物联网平台,通过设计负压隔离病房,使病房内空气静压低于病房外相鄰环境空气静压;通过压强传感器、人体探测传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、人体红外传感器、光照传感器等进行感测数据的接收,再通过4G、WiFi、宽带网、VPN等传输,再进行自动控制调整或者人为控制调整,构造了一种安全舒适、智能的病房环境,从而防止了空气传播的疾病对病房外环境和其他人的感染。

基于该科研项目,课题组对原项目内容进行分析、抽取、重构,设计了计算机系统实践项目案例。如图1所示。该项目需要实现嵌入式软件系统设计分析、系统建模、方案选择、数据分析、系统实施等各个环节,涉及到计算机网络、无线网络、嵌入式软件开发、Web系统开发、后台系统开发、数据库系统开发、服务集成、传感器与电路板集成、数据挖掘与分析,以及电子元件焊接等多课程的知识储备。

1.2 《基于智能物联网的传染病智慧隔离病房》案例设计

《基于智能物联网的传染病智慧隔离病房》的系统功能模块结构如图2所示。

照明系统:病房、卫生间、走廊各一个灯光控制器,均可手动/自动控制;走廊灯光根据时间表可自动控制。

感应消毒系统:当医护人员触发缓冲室中的人体红外线感应器时,消毒装置开启并进行消毒。

压强控制:病房与缓冲室各一个压强传感器,当病房内的压强高于缓冲室的压强阈值时启动抽风机降低压强;抽风机可以手动控制,也可自动控制;可以指定抽风机连续工作30min。

湿度控制:病房湿度低于阈值启动加湿器,增加湿度;可以手动控制也可自动控制。

温度控制:根据病房自动控制空调进行工作;可以手动控制也可自动控制。

门控报警:人体红外传感器位于缓冲室内门后方,当病人未经允许而打开内门时启动蜂鸣器,医护人员进入隔离室时会关闭蜂鸣器的自动控制;医护人员可手动关闭蜂鸣器。

烟雾报警系统:当烟雾浓度达到报警阈值时传感器报警,医护人员可手动关闭。

经过深入的系统分析与设计,基于智能物联网的传染病智慧隔离病房的系统模型如图3所示,该课题深度结合了计算机专业学生所需的硬件、软件、网络以及系统等方面的知识,具有工程教育认证以及创新创业教育所需的复杂性、综合性和实践性。因此,基于智能物联网平台进行实践训练可以充分体现课题的创新性,可以很好地培养学生的创新和创业能力。同时由于该课题具有工程复杂性,学生在训练的过程中,也能很好地培养学生利用学科知识分析解决工程实际问题的能力。

2 依托创新性复杂工程问题,重构计算机专业实践课程体系

通过将创新性复杂工程问题特征引入计算机相关专业的实践课程,重构实践课程知识体系,将解决复杂工程问题所需的知识和技术纳入新的教学大纲,探索分层次实践教学内容和手段。利用理论知识学习和分层次实践的方式培养学生解决计算机系统软硬件复杂工程问题所需的知识和能力。

具体实施方法为以下六个步骤,如图4所示。

⑴ 专业课题组通过广泛调研,收集和整理计算机专业实践设计课程的相关资料进行文献研究,整理调研实验过程中形成的信息及数据资料;

⑵ 通过查阅和收集项目团队前期在工程实际、教师科研、学生竞赛等方面的工程项目进行整合、设计;

⑶ 制定课题研究实施方案,进行课题的细化、分工与协作安排;

⑷ 设计计算机专业实践过程涉及课程的创新创业教育改革的思路和方案;

⑸ 利用案例分析法,将前期项目资料转换成多学科交叉融合、具有创新性的复杂工程问题,构建实践案例项目的教学设计;

⑹ 建立实践课程的教学设计、实验方案,建立计算机专业实践教学的创新性复杂性工程问题的案例库,进而改革和优化实践课程体系,修订专创融合的人才培养方案。

按照图4的实施方法,课题组重构计算机专业实践课程体系计算机专业的创新性实践课程体系,整个实践课程体系涉及到综合嵌入式硬件设计、嵌入式软件设计、前端系统设计、数据分析方法、数据库存储技术、网络数据传输技术以及应用服务器搭建等技术基础上,涵盖基本知识认知、软件使用、设备操作、创新实践等多个方面的教学内容。在课程系统改革中,还将设置针对市场的需求调研及相关文献研究、技术学习、工程伦理探讨以及法律法规等相关课程,以及设置学生分组研究讨论、方案构思与设计、系统设计与开发、文档撰写与答辩等实践教学环节,从而建立实践课程各个教学环节与《工程教育专业认证标准》中的毕业要求及创新性复杂工程问题属性特征之间的对应关系。

3 结束语

本文探讨了在工程教育认证背景下,将创新创业理念融入计算机专业的课程体系中,提出从教师团队实际项目形成具有创新性复杂工程问题特性的项目案例库,依据具有创新性特征的复杂工程问题,重构计算机专业实践课程。由于项目案例来源于教师团队的实际项目,因此使所涉及各实践课程的实践内容联系更加紧密,實践课程各教学环节与《工程教育专业认证标准》中的毕业要求及创新性复杂工程问题属性特征之间有了更加明确的对应关系,从而使计算机专业实践课程体系更符合于工程认证和“双创”培养学生的要求。通过该套课程体系的实施,使学生既能在学习实践中更好地培养创新思维,同时也更有助于学生对复杂工程问题的分析及解决能力的培养。

参考文献(References):

[1] 刘晓勇,方刚,付辉,林豪彪.基于学科竞赛的计算机类专业创新型人才培养模式研究[J].高教学刊,2018.19:42-44

[2] 李京镐,习海旭,史航,郭丹,戴仁俊.双创背景下对计算机专业《创新实践课程》的改革新思路[J].教育现代化,2020.7(14):36-38

[3] 刘辉,孙世梅.基于“能力/素质+特征”的复杂工程问题能力培养实践教学模式——以吉林建筑大学安全工程专业为例[J].教育现代化,2019.71.

[4] 张朝磊,张在云.基于工程教育认证标准培养解决复杂工程问题能力[J].中国冶金教育,2017.000(004):14-17

[5] 鲍煦,朱轶.信息与通信工程专业解决复杂工程问题能力培养探讨[J].教育现代化,2018.

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[8] 赵浩,李盼盼,赖晓燕.地方高校计算机专业应用型人才培养模式改革[J].计算机时代,2020.7:98-101

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