“一流本科教育”背景下計算機科學與技術專業(yè)學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式探究

孫冬璞 唐遠新 林克正

[摘 要]建設一流本科教育是大學內(nèi)涵式發(fā)展的需要和目標，振興本科教育，全面提高人才培養(yǎng)能力，走內(nèi)涵式發(fā)展道路，是我國高等教育發(fā)展的必由之路。一流本科教育中的人才培養(yǎng)應以學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)為核心。本研究分析了當前關于學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀，探討了計算機科學與技術專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，提出“多維一體”的教學實施機制，對其中采用的“以賽促學、以用促學”的實踐路徑和激勵措施進行了闡述，以期為大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)提供參考。

[關鍵詞]一流本科教育；計算機科學與技術專業(yè)；創(chuàng)新實踐能力；培養(yǎng)模式

[中圖分類號] G642? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2023） 11-0053-04

“雙一流”建設是當前中國高等教育發(fā)展的中心論題。在“雙一流”建設的背景下，教育部明確指出“一流本科教育”是一流大學的重要基礎和基本特征，要求“雙一流”高校將建設一流本科納入“雙一流”建設方案。2018年9月17日，教育部發(fā)布了《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》，強調加快建設高水平本科教育?？傮w目標是到2035年，形成中國特色、世界一流的高水平本科教育。“一流本科教育”不僅涉及我國高等教育的可持續(xù)發(fā)展，而且關乎我國從高等教育大國邁入高等教育強國目標的實現(xiàn)。地方高校作為我國高等教育的重要組成部分，如何抓住時機、改革創(chuàng)新，為高等教育的發(fā)展添磚加瓦，是當前及未來必須關注和研究的問題。

一流本科教育實質上是一流的人才培養(yǎng)，教育部在2019年發(fā)布的《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養(yǎng)質量的意見》中指出：“深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，挖掘和充實各類課程、各個環(huán)節(jié)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育資源，強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同育人”。這就明確了提高人才培養(yǎng)質量的重要途徑是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，表明人才培養(yǎng)應以學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為核心，根據(jù)自身特點，找到適合的學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式。

一、高校學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀

在創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略背景下，創(chuàng)新教育已成為我國對一流大學建設、一流本科教育建設的核心期待與要求。[1]無論是國家層面，還是地方區(qū)域層面，無不把學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為一項重要任務。[2]隨著教育改革的不斷深入，我國本科院校在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面進行了大量探索和實踐，目前高等院校對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究主要包括以下幾個方面：重構課程體系和人才培養(yǎng)方案，整合課程群實踐教學，推動多元化實踐教學方法及手段的運用。[3]構建面向國際化的全面的教學體系、創(chuàng)建校企聯(lián)合工程實踐基地、融合校內(nèi)外教學資源，構建工程實踐教育平臺。[4][5]形成以學生創(chuàng)新能力為核心的課程目標理念和課程內(nèi)容，營造和諧共生的師生互動課堂，構建智能化課堂教學場景，整合學習資源，實現(xiàn)學習與教學共同發(fā)展。[6]把本科生科研作為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要載體，聚焦創(chuàng)新性的知識體系，設置融多元化與跨學科為一體的本科生科研項目。[7]

二、計算機科學與技術專業(yè)學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式探索

鑒于計算機科學與技術的日新月異、與時俱進的特性，計算機科學與技術專業(yè)的人才培養(yǎng)更應注重學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，應對傳統(tǒng)教學模式存在的問題進行分析，引入新思路進行改革，在教學中注重激發(fā)學生的學習興趣，重點培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力，使學生在校期間就能系統(tǒng)掌握相關原理，并能熟練運用相關技術和工具解決復雜工程問題，滿足企業(yè)的實際需求。具體培養(yǎng)模式如圖1所示。

（一）構建注重創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的人才培養(yǎng)方案、課程體系和教學大綱

應廣泛征求本領域行業(yè)、企業(yè)專家意見，對接社會經(jīng)濟和企業(yè)實際需求制定培養(yǎng)方案，形成強基礎、重實踐、求創(chuàng)新的課程體系。從學科基礎課程、學科平臺課程到專業(yè)方向課程，以漸進方式構建專業(yè)理論體系，在恰當時間節(jié)點輔以課內(nèi)外的實驗、實踐訓練，并增大實驗、實踐教學比例，強化實踐教學環(huán)節(jié)，在教學活動中實現(xiàn)理論與實踐的交叉螺旋前進。要動態(tài)調整課程內(nèi)涵，除了在課程內(nèi)容上更有力度地注入當前信息領域的新技術外，更注重與其他學科交叉融合，強化學生通過掌握這些信息領域新技術去解決其他行業(yè)各類問題的能力。

（二）構建“多維一體”的教學實施機制

第一，深化校企合作。積極開展與行業(yè)內(nèi)優(yōu)質優(yōu)勢企業(yè)合作，增強校內(nèi)外實習基地建設和對學生的培養(yǎng)力度。企業(yè)人員具有豐富實戰(zhàn)經(jīng)驗，邀請企業(yè)人員參與教學全過程，更有利于提高學生的實踐能力。

第二，“以賽促學、以用促學”，培養(yǎng)學生良好的創(chuàng)新思維和能力。構建共享、自主、開放的學習模式，支持和鼓勵學生參與研究性學習和科技競賽等各類活動，對學科競賽的培訓和參加進行系統(tǒng)性組織和管理，在競賽訓練和創(chuàng)新研究所需儀器設備等環(huán)境條件方面提供有力支持，并完善評優(yōu)評獎激勵措施，吸引學生的關注度，調動學生積極參與，從而逐步培養(yǎng)學生的興趣，保證“以賽促學、以用促學”的落實，推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的達成。

第三，優(yōu)化教學內(nèi)容和教學方式方法。在教學內(nèi)容中引入企業(yè)實際項目，并吸取競賽中實踐性較強的內(nèi)容，增加學生真實案例實踐的機會，對現(xiàn)實中應用問題進行分析，講解涉及的相關原理和技術，指導學生進行解決方案的設計和實現(xiàn)，以此驅動學生創(chuàng)新實踐能力的提升。教學中注重學思結合，倡導啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學，營造獨立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的良好學習環(huán)境。

鑒于重構人才培養(yǎng)方案和課程體系、整合課程群實踐教學、教學內(nèi)容方法改革等研究取得的成果較多，本文不再進行贅述，只對“以賽促學、以用促學”進行重點闡述，以期為大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供參考。

三、“以賽促學、以用促學”培養(yǎng)模式的實施路徑

大學生科技競賽通常以解決實際應用問題為導向，通過應用專業(yè)知識對問題進行分析、研究并最終給出解決方案?！耙再惔賹W、以用促學”培養(yǎng)模式（如圖2）強調以這些學科競賽作為驅動力激發(fā)學生的主觀能動性，提高學生的學習主動性和積極性，鍛煉學生的邏輯思維和創(chuàng)新思維，提高實踐動手能力、團隊協(xié)作能力、快速反應能力等綜合能力。

（一）競賽宣傳

采用“協(xié)同引導”方式，由專業(yè)教師擔任班主任、學業(yè)導師、競賽指導教師，學生助理班主任、輔導員、企業(yè)導師協(xié)助，開展個人、團隊、班級、年級多個層面并覆蓋“大一”至“大四”全階段的協(xié)同引導體系，實現(xiàn)競賽宣傳學習指導全覆蓋。

入學教育階段可對新生進行專業(yè)內(nèi)涵介紹，就相關學科競賽、項目舉辦形式和內(nèi)容及相關能力要求，及與課程、自身學業(yè)的關聯(lián)等進行宣傳說明，讓學生有初步了解，以便指導制定學業(yè)計劃?？梢赃x派骨干專業(yè)教師擔任新生班主任，指導學生更新學習觀念、轉變學習方式、提高學習能力，鼓勵學生參加相關競賽培訓和課程學習。由競賽教師負責培訓指導，并鼓勵參加各類競賽積累經(jīng)驗，進一步明確應掌握的理論知識，鍛煉邏輯思維和實際動手能力?！按蠖币院罂梢悦總€學生配備專業(yè)教師擔任學業(yè)導師，負責引導學生明確學習目的，并根據(jù)學生的個體差異進行專業(yè)學習及學習方法的指導，協(xié)同競賽指導教師指導學生積極參加各類科技創(chuàng)新活動，有針對性地培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力。

（二）競賽組織

第一，競賽類型選擇。教育部2020學科競賽排行榜中有十幾類競賽涉及計算機相關知識應用與技術實踐，涵蓋范圍廣泛，要求各有特色，要綜合考量競賽特性、專業(yè)自身特點和學生生源等的契合度，選擇合適的競賽。具有代表性且參與性較廣的競賽主要包括：Arduino制作與設計大賽、電子設計大賽等系列嵌入式競賽；ACM程序設計競賽、全國軟件專業(yè)人才設計與創(chuàng)業(yè)大賽、全國信息技術應用水平大賽、全國大學生信息安全競賽等系列軟件競賽；大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目和“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。除此之外，還有企業(yè)組織的科技競賽，社會認可度也較高，比如百度之星、微信小程序、中興捧月程序設計競賽、騰訊編程馬拉松競賽等。除了百度之星組織的主要是算法競賽之外，企業(yè)組織的競賽大多是實際綜合應用題，對于參賽選手綜合能力要求很高，對學生復雜系統(tǒng)設計、開發(fā)的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)有推進作用。

第二，競賽報名。由專人負責競賽報名相關工作，首先收集與競賽有關的信息，并負責向學生介紹相應的競賽詳情，主要包括競賽時間、競賽等級、競賽內(nèi)容、競賽方式、競賽獎勵等。接著發(fā)布競賽報名時間、報名流程等信息，并采用“協(xié)同引導”方式動員學生積極參加，最后整理往屆競賽的相關資料，組織學生報名。

第三，競賽指導團隊。競賽有專門的指導團隊，團隊成員主要包括競賽指導教師以及之前參加過競賽且獲獎的學生。首先由競賽指導教師為新生講授競賽選修課程，組織系統(tǒng)性的基礎競賽培訓。當基礎培訓結束后，進入細分領域的長期訓練時，可以采取學生教練為主、指導教師為輔的培訓指導方式，這樣學生既作為競賽參與者，也作為競賽指導者，身份的轉換不僅可以有效地調動學生參與的積極性，更有利于拓展學生的思維方式，加速學生各方面能力的提升。

（三）競賽培訓

新生入學后，可以從C語言基礎知識培訓開始，基礎培訓結束后，由學生和教師進行雙向選擇，進行專門的細分領域長期訓練和指導，該類指導又可以進一步分為嵌入式競賽培訓指導和軟件競賽培訓指導，這樣可以集中學生興趣與精力，有的放矢地在某一領域深入學習和研究，以便獲得更快更高效的能力提升。

第一，嵌入式競賽培訓指導。涉及嵌入式科技競賽主要需要學習的課程包括數(shù)字電路與邏輯、計算機接口技術、單片機原理與應用、計算機控制技術、數(shù)字系統(tǒng)設計（FPGA，SOPC）、嵌入式系統(tǒng)應用（ARM）等。

新生培訓完C語言基礎，結合高中物理課程相關知識，經(jīng)適當培訓后就可以用Arduino系統(tǒng)開展初級電子設計和競賽。學習過數(shù)字電路與邏輯后，可以對學生進行各種傳感器、信號及邏輯關系知識培訓；學習過計算機接口技術、單片機應用和計算機控制技術后，可以運用單片機開展各種設計和競賽。在FPGA與ARM相關課程學完后，可以分成兩部分，一部分主要研究FPGA、SOPC方向，一部分主要研究嵌入式系統(tǒng)ARM方向，完成嵌入式應用軟件開發(fā)和ARM底層協(xié)議、內(nèi)核驅動等設計、開發(fā)。

第二，軟件競賽培訓指導。涉及軟件科技競賽的主要學習內(nèi)容包括數(shù)論、圖論、搜索、動態(tài)規(guī)劃、高級數(shù)據(jù)結構、計算幾何、模擬、組合數(shù)學、博弈、算法優(yōu)化等。

新生學完C語言基礎，進行基礎的數(shù)據(jù)結構內(nèi)容和算法設計與分析的培訓，用以培養(yǎng)學生分析問題的邏輯思維能力以及解決問題所要具備的原理和技術的實踐能力。要求學生每天在OJ系統(tǒng)上做題，輔以教練指導，定期開展排位賽，調動、激發(fā)學生的積極性。接著開展高級數(shù)據(jù)結構和高級算法的學習，包括樹形結構、棧、隊列等有關的算法應用，以及圖的搜索和動態(tài)規(guī)劃等更為復雜的算法應用。此時在OJ系統(tǒng)上做題可采取自由學習模式，選擇薄弱部分進行練習。

（四）賽前指導

每種競賽都有自己的比賽方式和周期，除了上述長期性的競賽培訓指導之外，還需要結合每種競賽每次比賽的具體要求進行賽前具體練習和指導。以大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目為例，該類項目注重調動學生的主觀能動性，學生通過發(fā)掘自身興趣，與專業(yè)所學知識緊密結合，自主開展具有綜合性、問題性、創(chuàng)新性和實踐性的科學研究、社會調研與創(chuàng)業(yè)實踐活動，最終形成科技產(chǎn)品、研究報告、創(chuàng)業(yè)設計方案或創(chuàng)業(yè)實體，重點面向二、三年級本科生。該計劃項目又可以分為以下三類，類型不同，要求和指導也不盡相同。

第一，創(chuàng)新訓練項目。此類項目主要關注創(chuàng)新型國家建設過程中面臨的科學、技術、經(jīng)濟等重大問題，學生自主提出相關的研究課題或獨立承擔教師的研究子課題，在專業(yè)教師的指導下，形成完整的提出問題、分析問題、設計解決方案并最終解決問題的研究全過程，最終撰寫出具有一定理論深度和技術含量的研究報告或研發(fā)出具有市場前景的科技產(chǎn)品，鼓勵申報專利、發(fā)表學術論文。

第二，創(chuàng)業(yè)訓練項目。此類項目需要通過社會調查和市場分析等手段，設計具有科技創(chuàng)新和市場前景的產(chǎn)品或服務。在專業(yè)教師指導下，制定完整、具體、可行的商業(yè)計劃方案，并模擬企業(yè)運行，進行驗證試驗，撰寫創(chuàng)業(yè)計劃報告。

第三，創(chuàng)業(yè)實踐項目。此類項目是可以獨立實施運營的創(chuàng)業(yè)實體項目，是在專業(yè)導師和企業(yè)導師共同指導下，以項目組自身研發(fā)或經(jīng)授權的具有科技文化含量的概念型產(chǎn)品或服務為基礎。

（五）賽后總結

每次競賽結束后，參賽的學生分享參賽的收獲，探討各自不足之處。競賽指導團隊總結競賽成果，對參賽情況進行分析和總結，組織整理所有相關的競賽材料，去粗取精，應用于后續(xù)的競賽培訓中，形成持續(xù)改進的良性循環(huán)。典型案例還可融合進相關課程教學中，優(yōu)化教學內(nèi)容，提升學生的創(chuàng)新實踐、綜合分析和設計應用的能力。

四、“以賽促學、以用促學”培養(yǎng)模式的激勵措施

為了鼓勵、支持學生參加相關的各類競賽，要組織師生申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目等，持續(xù)推動學生參與競賽。必須提供有效的支持措施以保證師生的長久熱情。在競賽訓練和創(chuàng)新研究所需儀器設備等環(huán)境條件方面要不斷改進，并改變原有只注重課程成績的學生先、優(yōu)評選規(guī)則，完善評優(yōu)評獎激勵措施，真正有效地調動學生參與的積極性，促使學生理論與實踐全面發(fā)展?！耙再惔賹W、以用促學”，推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)和提高學生創(chuàng)新實踐能力。也應配合相應的激勵措施如：給學生頒發(fā)競賽獎金；在推薦免試碩士研究生過程中，同等條件下優(yōu)先推選實踐創(chuàng)新能力突出的本科生免試攻讀研究生學位；對于參與競賽工作的教師，給予一定的工作量認定；在優(yōu)秀主講教師、優(yōu)秀教師、優(yōu)秀實驗教師、師德標兵等先優(yōu)評比中，同等條件下優(yōu)先推薦積極參加學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教師。這些有效的激勵措施能夠有力地推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作取得新突破。

總之，在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的社會背景下，應用型高校的職責在于培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的專業(yè)應用型人才?！耙再惔賹W、以用促學”是培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的有效方式。一方面，教師可以通過競賽組織和競賽培訓指導等提升自身的各種能力，并將競賽涉及的實際問題與典型案例應用于后續(xù)培訓指導和課程教學。另一方面，學生可以通過競賽加深對專業(yè)知識的理解，了解并掌握解決實際問題需要的技能，可以感受到課程中學到的理論知識到實際應用的轉換，將抽象的概念變成現(xiàn)實生活中具體的應用，提高學生的理解能力，使得原理知識等不再枯燥難懂，并在解決問題的過程中體會到成就感。“以賽促學、以用促學”可以提高學生的學習興趣，調動學生學習的積極性，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和創(chuàng)新實踐能力，具有十分重要的意義。

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（責任編輯：王義祥）

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目： “省屬高校計算機類一流專業(yè)卓越人才培養(yǎng)研究與實踐” （SJGZ20190023）；黑龍江省高等教育教學改革項目： “一流本科教育背景下計算機科學與技術專業(yè)建設的研究” （SJGY20190310 ）。

作者簡介：孫冬璞（1979—），女，博士，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)庫理論及應用、數(shù)據(jù)挖掘；唐遠新（1972—），男，碩士，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡安全技術；林克正（1962—），男，博士，教授，研究方向：圖像處理、模式識別。