計(jì)算機(jī)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)研究

戴群

［摘要］隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，特別是電信及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的充分發(fā)展，需要高校輸出更多的高級信息技術(shù)專業(yè)人才，特別是有潛力的領(lǐng)軍人才。課程設(shè)計(jì)是完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一項(xiàng)具有針對性的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是依據(jù)具體課程的知識，完成一個(gè)較簡單的設(shè)計(jì)問題，以加深對該課程所學(xué)理論的理解和應(yīng)用。對本科生還不要求他們在理論上有突破，重點(diǎn)是運(yùn)用成熟的理論和技術(shù)完成一個(gè)軟件項(xiàng)目。教師也可以結(jié)合自己的科研方向，結(jié)合社會(huì)主流技術(shù)，開發(fā)新穎的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。

［關(guān)鍵詞］計(jì)算機(jī)科學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)課題庫

［中圖分類號］G642.477［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）11-0125-03一、引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，特別是電信及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的充分發(fā)展，我國信息技術(shù)人才的短缺越來越嚴(yán)重。這種短缺是相對的，并不是我們高校培養(yǎng)的信息技術(shù)專業(yè)學(xué)生絕對數(shù)量少，而是與產(chǎn)業(yè)匹配的高素質(zhì)信息專業(yè)人才偏少。

經(jīng)過前面十多年高校持續(xù)的擴(kuò)招，我國的在校生規(guī)模已很龐大，幾乎每個(gè)高校均設(shè)立了信息科學(xué)類專業(yè)。然而，近幾年互聯(lián)網(wǎng)崛起的同時(shí)，IT人才的短缺現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。企業(yè)更青睞于國內(nèi)重點(diǎn)大學(xué)生源，但國內(nèi)一些知名院系培養(yǎng)的大學(xué)畢業(yè)生，還不能滿足市場的需要。以一個(gè)信息類重點(diǎn)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院為例，很多同學(xué)就能手握不同單位的多份錄用通知。由于就業(yè)情況較好，計(jì)算機(jī)學(xué)科也是學(xué)校內(nèi)應(yīng)屆生讀碩士、博士、研究生比例較低的院系。即便這些重點(diǎn)學(xué)校的應(yīng)屆畢業(yè)生，他們進(jìn)入公司之后往往還要經(jīng)歷很長時(shí)間的培訓(xùn)、學(xué)習(xí)，過程中會(huì)面臨許多問題，諸如復(fù)雜軟件的開發(fā)、編程規(guī)范、各種語言編寫需要的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫環(huán)境及性能等。培養(yǎng)一個(gè)綜合能力強(qiáng)的軟件系統(tǒng)開發(fā)人才需要較長的周期。軟件行業(yè)普遍存在的問題體現(xiàn)在，高端構(gòu)架設(shè)計(jì)人員少，行業(yè)領(lǐng)軍人物更是奇缺，與美國軟件行業(yè)整體差距很大。美國的校園里就已涌現(xiàn)出了不少創(chuàng)新能力強(qiáng)的創(chuàng)業(yè)型人才，如Face Book創(chuàng)始人扎希伯格就是在哈佛的校園實(shí)踐活動(dòng)中孕育了日后創(chuàng)業(yè)的大型交友網(wǎng)站項(xiàng)目。在軟件生產(chǎn)領(lǐng)域，我們與印度的差距也較大。印度軟件職業(yè)教育開展得較好，他們很多信息類本科畢業(yè)生就具備一定的軟件開發(fā)能力，設(shè)計(jì)、開發(fā)過程規(guī)范；很多信息專業(yè)本科畢業(yè)生比我們部分碩士生軟件開發(fā)能力還強(qiáng)。可見，我們計(jì)算機(jī)專業(yè)教育的理論與實(shí)踐脫節(jié)問題很明顯。

按國家學(xué)位委員會(huì)最新規(guī)劃，我國信息科學(xué)一級學(xué)科包括控制科學(xué)與工程、電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程 。[1]其中控制科學(xué)與工程是研究控制的理論、方法、技術(shù)及其工程應(yīng)用的學(xué)科；電子科學(xué)與技術(shù)是研究微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科；信息與通信工程涉及無線通信、多媒體和圖像處理、電磁場與微波、成像以及衛(wèi)星移動(dòng)通信等眾多高技術(shù)領(lǐng)域。而計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程是教育部2011年剛從計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科進(jìn)一步細(xì)分出來的兩個(gè)一級學(xué)科。電子科學(xué)與技術(shù)是最為基礎(chǔ)的學(xué)科，重點(diǎn)是微電子電路與微波技術(shù)，控制科學(xué)重在理論及方法，信息與通信工程是寬口徑理論與實(shí)際結(jié)合的科學(xué)；另外，儀器科學(xué)一級學(xué)科也成為跨計(jì)算機(jī)、微電子、通信、自動(dòng)化的綜合學(xué)科。計(jì)算機(jī)科學(xué)幾乎成為眾多學(xué)科所共同運(yùn)用的通用學(xué)科，國家基金委信息學(xué)部信息二處（計(jì)算機(jī)應(yīng)用）的課題中，很大比例的申請者是跨學(xué)科研究者，而信息三處（自動(dòng)化）的課題中，同樣有很大比例的申請者來自計(jì)算機(jī)科學(xué)系。

國家的信息學(xué)科的部署是經(jīng)過三十多年實(shí)踐逐步調(diào)整和完善形成的，每個(gè)學(xué)科均制訂了完備的教學(xué)大綱。為什么我們培養(yǎng)的工科畢業(yè)生能直接為社會(huì)所用的偏少?為什么我們培養(yǎng)的高端人才少之又少? 與此同時(shí)，美國一些大學(xué)本科生在讀期間就開始嘗試科技創(chuàng)新甚至創(chuàng)業(yè)活動(dòng)。這些現(xiàn)狀反映了一個(gè)問題：學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐太少，經(jīng)驗(yàn)缺乏。雖然學(xué)校已經(jīng)開設(shè)了諸如專業(yè)課程設(shè)計(jì)、校外實(shí)習(xí)等一系列的實(shí)踐課程，但是，學(xué)生的實(shí)踐水平還不夠扎實(shí)。筆者所在的學(xué)院本科專業(yè)包含計(jì)算機(jī)領(lǐng)域兩個(gè)一級學(xué)科，下面針對計(jì)算機(jī)專業(yè)最重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)《本科畢業(yè)課程設(shè)計(jì)》談?wù)勎覀兊慕虒W(xué)方法。

二、明確畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生都系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組成原理、編譯原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、人工智能等專業(yè)課程，部分課程安排了課程設(shè)計(jì)，同學(xué)們已經(jīng)初步地接受了實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。

課程設(shè)計(jì)是完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一項(xiàng)具有針對性的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是依據(jù)具體課程的知識，完成一個(gè)較簡單的設(shè)計(jì)問題，以加深對該課程所學(xué)理論的理解和應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計(jì)與課程設(shè)計(jì)不同，是綜合性訓(xùn)練，可能需要運(yùn)用多門課程的知識。畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立地完成一項(xiàng)軟件工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，解決與之相關(guān)的各種問題，完成相關(guān)需求分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼開發(fā)、測試四個(gè)完整的項(xiàng)目流程，并撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。我們強(qiáng)調(diào)，作為項(xiàng)目，不僅需要能正確地實(shí)現(xiàn)需求，需要從軟件工藝、軟件質(zhì)量的角度全面控制一個(gè)項(xiàng)目的全流程。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中，如果研究出新的思想、新的開發(fā)技術(shù)，我們會(huì)指導(dǎo)學(xué)生凝練思想，總結(jié)成專業(yè)論文，爭取在核心科技期刊發(fā)表。善于實(shí)踐、善于思考、善于總結(jié)，這是一個(gè)軟件專家必備的能力，我們在教學(xué)中需要培養(yǎng)學(xué)生往這幾方面努力，提升他們的綜合能力。

三、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的制訂

在實(shí)踐中，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)需要，根據(jù)本系學(xué)科發(fā)展情況和社會(huì)熱點(diǎn)需求，建立了一批本科畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目庫。以下列出部分我們建立的本科畢業(yè)課題庫，以供同行參考。

（一）操作系統(tǒng)平臺類

UNIX、Linux進(jìn)程通信模塊設(shè)計(jì)。大部分電信、互聯(lián)網(wǎng)平臺使用UNIX、Linux操作系統(tǒng)，其上的多種服務(wù)以進(jìn)程（線程）形式創(chuàng)建，需要設(shè)計(jì)通信進(jìn)程建立及進(jìn)程之間通信機(jī)制。本課題擴(kuò)展開來，開發(fā)了ORACLE，MySQL等不同數(shù)據(jù)庫訪問進(jìn)程，作為公共組件，提供統(tǒng)一接口供其他服務(wù)通過進(jìn)程通信方式調(diào)用，簡化了這些進(jìn)程訪問數(shù)據(jù)庫的復(fù)雜性。SQL、Non-SQL內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，特別是Non-SQL是最近業(yè)界的熱點(diǎn)話題。學(xué)生可基于友好型開源軟件建立自己的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，可以對源碼進(jìn)行改進(jìn)，擴(kuò)展其功能。

（二）計(jì)算機(jī)通信類

在計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域，使用最廣泛的協(xié)議仍是TCP/IP協(xié)議，現(xiàn)在流行的HTTP/REST，SOAP, SIP等協(xié)議都是構(gòu)架在TCP/IP協(xié)議之上的。不論面對多么復(fù)雜的TCP/IP應(yīng)用協(xié)議，我們要求學(xué)生深度掌握TCP/IP基本模型，并演練基于Socket模型編寫C++或者Java程序。該模型可歸納如圖1服務(wù)器和客戶端協(xié)同工作。[2]

服務(wù)器的幾個(gè)主要?jiǎng)幼魅缦拢?/p>

1.創(chuàng)建監(jiān)聽套接字，綁定，監(jiān)聽；

2.創(chuàng)建工作線程；

3.創(chuàng)建一個(gè)套接字?jǐn)?shù)組，用來存放當(dāng)前所有活動(dòng)的客戶端套接字，每accept一個(gè)連接就更新一次數(shù)組；

4.接受客戶端的連接；

5.接收數(shù)據(jù)的進(jìn)程處理完畢后返回?cái)?shù)據(jù)給客戶機(jī)。

客戶端所做的事情相對簡單，創(chuàng)建套接字，連接服務(wù)器，然后不停地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理。

任何服務(wù)的C/S結(jié)構(gòu)的軟件構(gòu)架都基于該模型或其優(yōu)化后的異步模型?；谶@個(gè)模型，我們創(chuàng)建了類似騰訊QQ軟件的網(wǎng)絡(luò)信使工具、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集和電信計(jì)費(fèi)服務(wù)器與客戶機(jī)。各類協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)基本也是基于TCP/IP實(shí)現(xiàn)的。學(xué)生對這類課題普遍存在著濃厚的興趣，每年都有不少學(xué)生踴躍選申報(bào)此類題目。

（三）互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘類

互聯(lián)網(wǎng)中大數(shù)據(jù)是個(gè)非常熱的話題。除了規(guī)模以幾何級數(shù)增長的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題外，本質(zhì)上，大數(shù)據(jù)需要數(shù)據(jù)挖掘工具對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲取其中有用的信息。我們用網(wǎng)頁聚類算法分析與實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行分析挖掘。對網(wǎng)絡(luò)信息的聚類處理，需要把網(wǎng)頁按照文本、結(jié)構(gòu)及超鏈接等進(jìn)行聚類。本設(shè)計(jì)要求學(xué)生熟悉并改進(jìn)已有的網(wǎng)頁聚類方法，并借助于Nutch等開源工具編碼實(shí)現(xiàn)：給定關(guān)鍵詞和數(shù)據(jù)集，計(jì)算出與關(guān)鍵詞相關(guān)的類別；給定幾個(gè)關(guān)鍵詞，把數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)聚到若干個(gè)相關(guān)類中。此外，可基于支持向量機(jī)等對網(wǎng)頁文本進(jìn)行分類。

（四）網(wǎng)站搜索類

將在理解搜索引擎工作原理和爬蟲的工作機(jī)制的基礎(chǔ)上，研究基于Hadoop的網(wǎng)頁信息提取方法，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確搜索功能。

（五） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用類

采用業(yè)界比較成熟的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法用于實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用，例如：前饋BP、自組織SOM等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行金融數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。最典型的是通過對金融證券市場關(guān)鍵指標(biāo)分析，并獲取這些指標(biāo)的海量數(shù)據(jù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，預(yù)測關(guān)鍵指標(biāo)發(fā)展趨勢，依此形成一個(gè)實(shí)用預(yù)測系統(tǒng)。

（六） 智能算法類應(yīng)用類

智能和模糊構(gòu)成了軟計(jì)算（Soft Computing）的主要框架?；谶z傳算法的分類規(guī)則知識系統(tǒng)設(shè)計(jì)，針對要分類對象進(jìn)行編碼，利用支持度、置信度構(gòu)造函數(shù)，并設(shè)計(jì)復(fù)制、交叉、變異算子，依此形成基于遺傳算法的分類規(guī)則發(fā)現(xiàn)算法，形成基于遺傳算法的分類規(guī)則發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)。

（七）模式識別在圖像處理中的應(yīng)用類

聚類是模式識別等研究方向的重要研究內(nèi)容之一，在識別數(shù)據(jù)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)方面具有極其重要的作用。將其用于圖像分割、數(shù)據(jù)壓縮、信息檢索、序列數(shù)據(jù)分析等，可開發(fā)出實(shí)用的系統(tǒng)。

（八） 服務(wù)計(jì)算類

WEB服務(wù)是面向服務(wù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，并且服務(wù)組合已經(jīng)成為了服務(wù)計(jì)算領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問題之一。為了構(gòu)建實(shí)用的應(yīng)用，開發(fā)方通常會(huì)組合一些已有的簡單服務(wù)來解決復(fù)雜的用戶問題。隨著可獲得的類似或相同功能的服務(wù)越來越多，服務(wù)組合問題變成了根據(jù)非功能屬性的服務(wù)質(zhì)量來選擇合適的組件服務(wù)。但在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，服務(wù)組合可能變得十分復(fù)雜，所以，WEB服務(wù)需要事務(wù)機(jī)制來保證輸出的一致性及工作流程執(zhí)行的正確性和可靠性。因此，需要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于事務(wù)的組合服務(wù)選擇算法，以滿足組合服務(wù)的正確性，并實(shí)現(xiàn)構(gòu)建功能強(qiáng)大的應(yīng)用。

（九）數(shù)據(jù)倉庫建模應(yīng)用類

主要研究和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)倉庫多維建模過程中涉及的各個(gè)環(huán)境和技術(shù)，包括數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載、星型模型和雪花模型設(shè)計(jì)，主題、粒度、維度、事實(shí)表和量級等的確定，以及數(shù)據(jù)倉庫模型優(yōu)化等內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建報(bào)表系統(tǒng)，為決策人員提供數(shù)據(jù)。

（十）視頻信號處理類

典型的項(xiàng)目是車流中車輛識別與分類，構(gòu)建一個(gè)視頻采集與信號處理、車流量統(tǒng)計(jì)的識別系統(tǒng)；通過攝像機(jī)進(jìn)行視頻信號采集，進(jìn)行信號處理，提取幀圖像，對圖像進(jìn)行邊緣特征提取，勾勒車輛的輪廓特征和典型特征；建立車輛的輪廓特征和典型特征的樣本庫；利用統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

（十一）傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)類

例如選課系統(tǒng)、企業(yè)人事信息系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)問卷和評分系統(tǒng)、投票系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以基于C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)后臺管理，通過互聯(lián)網(wǎng)開放的可以用B/S模式開發(fā)。

（十二）計(jì)算機(jī)信息安全類

包括計(jì)算機(jī)攻擊防護(hù)、安全日志分析、計(jì)算機(jī)傳輸安全層構(gòu)架、密碼算法及證書等。

以上很多課題重在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，對本科生還不要求他們在理論上有突破，重點(diǎn)是運(yùn)用成熟的理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件項(xiàng)目。教師也可以結(jié)合自己的科研方向，結(jié)合社會(huì)主流技術(shù)，開發(fā)新穎的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。

四、結(jié)語

經(jīng)過我們幾年的努力，我們培養(yǎng)的本科生均在三、四個(gè)月的畢業(yè)實(shí)踐中基本掌握了獨(dú)立開發(fā)一種軟件系統(tǒng)的技術(shù)，充滿信心地走上了工作或者進(jìn)一步深造的道路。我們將繼續(xù)拓展研究本科生實(shí)踐教學(xué)的其他方向，例如：培養(yǎng)二、三年級本科生參加科技開發(fā)及微創(chuàng)業(yè)實(shí)踐；解決本科生實(shí)踐活動(dòng)和考研、就業(yè)時(shí)間沖突的矛盾；本科實(shí)踐活動(dòng)如何與繼續(xù)深造相結(jié)合等問題。我們將不懈地努力，以期提高本科實(shí)踐教學(xué)水平，為社會(huì)培養(yǎng)更多基本功扎實(shí)、勇于創(chuàng)新的新型人才。

［參考文獻(xiàn)］

［1］國務(wù)院學(xué)位委員會(huì).學(xué)位授予和人才培養(yǎng)學(xué)科目錄［EB/OL］.http://yz.chsi.com.cn/kyzx/other/201104/20110411/1851

03201.html..

［2］汪曉平,鐘軍.VisualC++網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議分析與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)［M］.北京:人民郵電出版社，2003.

［責(zé)任編輯：鐘嵐］