計(jì)算機(jī)專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

夏英（重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，重慶　400065）

計(jì)算機(jī)專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

夏英
（重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，重慶400065）

0　引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化的演變歷程中，表現(xiàn)出系統(tǒng)規(guī)模越來越大，信息內(nèi)容越來越豐富，學(xué)科交叉越來越廣的特點(diǎn)。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，社會對計(jì)算機(jī)人才的能力需求發(fā)生了變化［1-2］，對在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)維、應(yīng)用開發(fā)、數(shù)據(jù)分析等工程實(shí)踐能力提出了更高的要求。同時，基于網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源不斷匯集并以服務(wù)的方式得到開放利用，當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣逐漸改變。傳統(tǒng)的依賴?yán)碚撝R點(diǎn)而開展的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)在實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐條件和教學(xué)模式等方面已無法適應(yīng)［3］。計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)不但要注重專業(yè)基礎(chǔ)知識的傳授，也要加強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)觀和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。具備系統(tǒng)觀的計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐能力表現(xiàn)在，針對具體領(lǐng)域問題，能夠綜合考慮硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)等方面的因素，提出系統(tǒng)的解決方案，并進(jìn)行工程化、規(guī)范化實(shí)施。

重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一級學(xué)科博士點(diǎn)，建設(shè)有人工智能與知識發(fā)現(xiàn)、新一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及應(yīng)用、嵌入式軟件與系統(tǒng)、模式識別與圖像處理、信息安全與網(wǎng)絡(luò)管控、云計(jì)算與空間信息處理等優(yōu)勢學(xué)科方向，開設(shè)有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息安全、網(wǎng)絡(luò)工程、智能科學(xué)與技術(shù)、空間信息與數(shù)字技術(shù)等本科專業(yè)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心是重慶市高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，近年來結(jié)合學(xué)科優(yōu)勢，以及通信、互聯(lián)網(wǎng)、軟件等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，設(shè)計(jì)了“兩維度、三層次、多模塊”實(shí)踐教學(xué)體系，并在此基礎(chǔ)上開展了實(shí)踐平臺、實(shí)踐項(xiàng)目、教學(xué)模式的建設(shè)與改革。

1　實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)思路

實(shí)踐教學(xué)起著融會貫通所學(xué)知識、促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要作用，是人才培養(yǎng)體系中不可或缺的組成部分，是學(xué)生充分運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題、提升工程實(shí)踐能力最直接、最有效的環(huán)節(jié)［4-6］。實(shí)驗(yàn)中心以培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)時代具有良好系統(tǒng)觀和綜合實(shí)踐能力的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才為目標(biāo)，使學(xué)生在夯實(shí)應(yīng)知應(yīng)會的專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時，根據(jù)個性化發(fā)展需求，掌握網(wǎng)絡(luò)互連與管理、數(shù)據(jù)管理與分析、軟件開發(fā)與測試、系統(tǒng)集成與部署等方面的工程技術(shù)方法和規(guī)范，并形成良好的工程思維、創(chuàng)新意識和良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

2　“兩維度、三層次、多模塊”實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)

為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，結(jié)合學(xué)科發(fā)展方向和學(xué)生個性化發(fā)展需求，實(shí)驗(yàn)中心設(shè)計(jì)了“兩維度、三層次、多模塊”實(shí)踐教學(xué)體系。

（1）兩維度：實(shí)踐教學(xué)體系同時適應(yīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)展和信息行業(yè)對計(jì)算機(jī)人才提出的能力需求；

（2）三層次：實(shí)踐內(nèi)容注重互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的系統(tǒng)觀和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，按照基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新拓展三個層次進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目分類，按照教育規(guī)律，循序漸進(jìn)地開展實(shí)踐教學(xué)。

（3）多模塊：實(shí)踐項(xiàng)目將學(xué)科知識點(diǎn)劃分為硬件與體系、數(shù)據(jù)與軟件、網(wǎng)絡(luò)與安全三個子類，再按照系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)維和系統(tǒng)開發(fā)三個方面的能力要求，形成九大實(shí)踐模塊，各模塊分別設(shè)置基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新拓展三個不同層次的實(shí)踐項(xiàng)目。

3　基于云端架構(gòu)的實(shí)踐平臺建設(shè)

近年來，實(shí)驗(yàn)中心通過中央專項(xiàng)資金建設(shè)了云計(jì)算、智能終端實(shí)驗(yàn)室，通過校企合作建立了甲骨文數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、奇虎360大數(shù)據(jù)與信息安全實(shí)驗(yàn)室和邁普網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，形成了基于云端架構(gòu)的專業(yè)實(shí)踐平臺，如圖1所示。

該平臺為“兩維度、三層次、多模塊”實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)實(shí)施提供保障。其中，云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室和甲骨文數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主要支撐數(shù)據(jù)與軟件類實(shí)踐項(xiàng)目，提供服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)設(shè)施，為學(xué)生提供豐富的虛擬實(shí)踐資源。智能終端實(shí)驗(yàn)室主要支撐硬件與體系類實(shí)踐項(xiàng)目，提供各類嵌入式系統(tǒng)、智能終端等設(shè)備。邁普網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和奇虎360大數(shù)據(jù)與信息安全實(shí)驗(yàn)室主要支撐網(wǎng)絡(luò)與安全類實(shí)踐項(xiàng)目，提供交換機(jī)、路由器、網(wǎng)絡(luò)隔離系統(tǒng)等設(shè)備。

圖1　基于云端架構(gòu)的實(shí)踐平臺

4　實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施

“兩維度、三層次、多模塊”實(shí)踐教學(xué)體系和云端架構(gòu)的專業(yè)實(shí)踐平臺，為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)提供了有力的支撐。該平臺主要面向進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)階段的學(xué)生，部分創(chuàng)新拓展項(xiàng)目如圖2所示。

圖2　創(chuàng)新拓展項(xiàng)目實(shí)例

在硬件與體系方面，利用計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行接口通信、CPU設(shè)計(jì)、嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)等實(shí)踐，讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用開發(fā)方法；利用虛擬機(jī)資源進(jìn)行云平臺搭建、云平臺管理、分布式存儲等任務(wù)，提升學(xué)生的系統(tǒng)運(yùn)維能力；利用嵌入式系統(tǒng)、機(jī)器人、縮微車、智能手機(jī)等載體進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)意和設(shè)計(jì)，提升學(xué)生的系統(tǒng)開發(fā)能力。

在數(shù)據(jù)與軟件方面，利用UML、SOA等模型進(jìn)行軟件需求分析、系統(tǒng)建模和軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)能力；利用Java、Oracle、MySQL等進(jìn)行Web應(yīng)用開發(fā)和測試，利用Hadoop等云平臺資源進(jìn)行并行程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理和分析，提升數(shù)據(jù)管理和軟件開發(fā)能力。

在網(wǎng)絡(luò)與安全方面，利用服務(wù)器、防火墻和網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備等完成網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)部署、云安全管理等項(xiàng)目，讓學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)與安全系統(tǒng)架構(gòu)，同時通過網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)、防火墻管理等提升學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成和運(yùn)維能力；利用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管等工具，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)異常檢測等實(shí)踐，提升網(wǎng)絡(luò)與安全的系統(tǒng)開發(fā)能力。

5　實(shí)踐教學(xué)模式改革

授人以魚不如授人以漁，教師應(yīng)當(dāng)更多地承擔(dān)引導(dǎo)角色，改變教學(xué)模式，令學(xué)生變?yōu)橹鹘?，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)［7］。依托“兩維度、三層次、多模塊”實(shí)踐教學(xué)體系和云端架構(gòu)的專業(yè)實(shí)踐平臺，針對綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新拓展類實(shí)踐項(xiàng)目，開展多種與之相適應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)模式改革。

（1）項(xiàng)目驅(qū)動式實(shí)踐教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)體系以“知識點(diǎn)”為主線來組織理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，使得實(shí)踐項(xiàng)目缺乏系統(tǒng)性、工程性，難以真正提高系統(tǒng)觀和工程實(shí)踐能力。對于課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合實(shí)踐、專業(yè)實(shí)習(xí)等集中性實(shí)踐環(huán)節(jié)，采用項(xiàng)目驅(qū)動式實(shí)踐教學(xué)模式，即將實(shí)踐內(nèi)容以“項(xiàng)目”形式給出，教師在課程學(xué)習(xí)之初引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)備選型和實(shí)踐方案設(shè)計(jì)，指導(dǎo)教師定期檢查和指導(dǎo)，學(xué)生通過大量的自主實(shí)踐尋找解決方案，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和綜合應(yīng)用能力。項(xiàng)目驅(qū)動式實(shí)踐教學(xué)注重對學(xué)習(xí)過程的考核，并通過實(shí)踐報(bào)告、系統(tǒng)演示、小組答辯等形式進(jìn)行綜合評價。

（2）課賽結(jié)合式實(shí)踐教學(xué)

課賽結(jié)合的教學(xué)組織模式，將“以作品說話”、“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”的競賽元素貫穿在課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合實(shí)踐等集中性實(shí)踐環(huán)節(jié)。實(shí)踐過程即是競賽過程，學(xué)生采用分組學(xué)習(xí)的方式，在教師指導(dǎo)下自主選題、自主選型并進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)組織競賽進(jìn)行實(shí)踐成果展示，優(yōu)秀作品將被推薦參加相關(guān)學(xué)科競賽或申報(bào)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目。課賽結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)組織模式將課堂學(xué)習(xí)延伸到課堂之外，有利于主動學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)，對引導(dǎo)和激勵學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)踐發(fā)揮著積極的作用。如實(shí)驗(yàn)中心每年組織重慶市高校數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序設(shè)計(jì)大賽，得到了甲骨文公司、重慶計(jì)算機(jī)學(xué)會等單位的支持，吸引西南大學(xué)、重慶大學(xué)等高校共同參與。這種教學(xué)組織方式也已成功運(yùn)用到程序設(shè)計(jì)、智能終端應(yīng)用開發(fā)等實(shí)踐課程中，取得了良好的教學(xué)效果。

（3）開放式實(shí)踐教學(xué)

開放式實(shí)踐教學(xué)模式以創(chuàng)新型實(shí)踐為主，是學(xué)生自主學(xué)習(xí)、放飛思想和創(chuàng)造力的實(shí)踐平臺［8］。實(shí)驗(yàn)中心在場地、設(shè)備、項(xiàng)目等多個方面實(shí)行開放式教學(xué)。學(xué)生可以預(yù)約實(shí)驗(yàn)室場地或指導(dǎo)教師，選擇感興趣的創(chuàng)新拓展型實(shí)踐項(xiàng)目，或者自行提出課題并得到教師指導(dǎo)。學(xué)生可以申請或借用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如申請?jiān)骗h(huán)境下的虛擬服務(wù)器、虛擬開發(fā)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集，借用嵌入式開發(fā)板、智能手機(jī)等終端設(shè)備。這種形式能夠?yàn)閷W(xué)生開展個性化學(xué)習(xí)提供條件，有利于吸引學(xué)生參與教師的研究課題，并在教師的科研活動中提高創(chuàng)新實(shí)踐能力。

6　結(jié)語

工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)不僅僅需要扎實(shí)的學(xué)科理論知識，更需要將其靈活運(yùn)用于實(shí)際工程問題的分析和解決過程中，同時應(yīng)該擁有工程思維、創(chuàng)新意識和良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神［9］。重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心設(shè)計(jì)了兩維度、三層次、多模塊實(shí)踐教學(xué)體系，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)展和信息行業(yè)兩個維度對計(jì)算機(jī)人才提出的能力需求。該實(shí)踐教學(xué)體系能夠有效引導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐。同時，基于云端架構(gòu)的專業(yè)實(shí)踐平臺為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)提供了有力的支撐。通過項(xiàng)目驅(qū)動、課賽結(jié)合、開放實(shí)踐等多種實(shí)踐教學(xué)模式改革，體現(xiàn)了以學(xué)生為本，注重個性發(fā)展，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力為核心，促進(jìn)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)理念。

［1］曾憲權(quán)，邱穎豫.項(xiàng)目驅(qū)動式應(yīng)用型計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.中國電力教育，2013（13）：147-149.

［2］趙立雙，王麗君，孫蕾.以學(xué)生“工程能力”培養(yǎng)為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2014，4（33）：91-94.

［3］韓娜，馬曉梅.基于CDIO的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革探討［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2013（5）：63-64.

［4］周興銘，盧凱，肖曉強(qiáng).實(shí)踐求真育英才——談計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，2（33）：1-3.

［5］羅代忠，王月浩，汪維華，羅萬成.計(jì)算機(jī)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的探索與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，9（30）：118-121.

［6］潘煜，徐光輝.計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的研究與建設(shè)［J］.科技信息，2012（34）：447.

［7］殷偉鳳，瞿有甜，鄭珺，徐強(qiáng).計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)模式探索［J］.計(jì)算機(jī)教育，2013，（20）：45-48.

［8］寧彬，龔雄興，袁磊.開放式計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系探索［J］.電腦知識與技術(shù)，2012，19（8）：4661-4662.

［9］石曉軍，張文宇，宦蕾.基于CDIO教育理念的計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐教學(xué)探索［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014，A2（36）：108-110.

Engineering Capability；Computer Major；Experimental System；Experimental Platform；Teaching Mode

Construction of Computer Engineering Experimental System

XIA Ying
（School of Computer Science and Technology，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065）

1007-1423（2015）27-0013-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.27.004

夏英（1972-），女，四川人，博士，教師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算

2015-08-11

2015-09-21

為適應(yīng)學(xué)科和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高計(jì)算機(jī)工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，依托以重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)，設(shè)計(jì)“兩維度、三層次、多模塊”計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，構(gòu)建與之相適應(yīng)的實(shí)踐平臺和實(shí)踐項(xiàng)目，并推動實(shí)踐教學(xué)模式改革，為同類院校的計(jì)算機(jī)工程教育提供借鑒。

工程實(shí)踐能力；計(jì)算機(jī)專業(yè)；教學(xué)體系；實(shí)踐平臺；教學(xué)模式

重慶市高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（No.132007、No.142003）

With the development of both discipline and industry，the education quality of computer engineering needs to be improved.Designs the “two-dimension，three-level，multi-model”computer engineering experimental system in computer science and technology laboratory of Chongqing University of Posts and Telecommunications，proposes the experimental platform and projects，and performs a serials of reforms on teaching mode.The experience can be used for reference.