計算機專業工程實踐教學體系建設

夏英（重慶郵電大學計算機學院，重慶　400065）

計算機專業工程實踐教學體系建設

夏英
（重慶郵電大學計算機學院，重慶400065）

0　引言

計算機技術在網絡化、服務化的演變歷程中，表現出系統規模越來越大，信息內容越來越豐富，學科交叉越來越廣的特點。隨著信息產業的發展，社會對計算機人才的能力需求發生了變化［1-2］，對在互聯網環境中的系統架構、系統運維、應用開發、數據分析等工程實踐能力提出了更高的要求。同時，基于網絡的優質教學資源不斷匯集并以服務的方式得到開放利用，當代大學生的學習習慣逐漸改變。傳統的依賴理論知識點而開展的計算機專業實踐教學在實踐內容、實踐條件和教學模式等方面已無法適應［3］。計算機專業教學不但要注重專業基礎知識的傳授，也要加強學生系統觀和工程實踐能力的培養，以適應計算機科學與技術學科和信息產業發展的需求。具備系統觀的計算機工程實踐能力表現在，針對具體領域問題，能夠綜合考慮硬件、軟件、網絡、數據等方面的因素，提出系統的解決方案，并進行工程化、規范化實施。

重慶郵電大學計算機科學與技術是一級學科博士點，建設有人工智能與知識發現、新一代網絡體系結構及應用、嵌入式軟件與系統、模式識別與圖像處理、信息安全與網絡管控、云計算與空間信息處理等優勢學科方向，開設有計算機科學與技術、信息安全、網絡工程、智能科學與技術、空間信息與數字技術等本科專業。計算機科學與技術實驗中心是重慶市高等學校實驗教學示范中心，近年來結合學科優勢，以及通信、互聯網、軟件等產業發展，設計了“兩維度、三層次、多模塊”實踐教學體系，并在此基礎上開展了實踐平臺、實踐項目、教學模式的建設與改革。

1　實踐教學體系建設思路

實踐教學起著融會貫通所學知識、促進理論與實踐相結合的重要作用，是人才培養體系中不可或缺的組成部分，是學生充分運用理論知識解決實際問題、提升工程實踐能力最直接、最有效的環節［4-6］。實驗中心以培養網絡時代具有良好系統觀和綜合實踐能力的計算機專業人才為目標，使學生在夯實應知應會的專業基礎知識的同時，根據個性化發展需求，掌握網絡互連與管理、數據管理與分析、軟件開發與測試、系統集成與部署等方面的工程技術方法和規范，并形成良好的工程思維、創新意識和良好的團隊協作精神。

2　“兩維度、三層次、多模塊”實踐教學體系設計

為了適應計算機科學與技術學科和信息產業發展，結合學科發展方向和學生個性化發展需求，實驗中心設計了“兩維度、三層次、多模塊”實踐教學體系。

（1）兩維度：實踐教學體系同時適應計算機科學與技術學科發展和信息行業對計算機人才提出的能力需求；

（2）三層次：實踐內容注重互聯網環境下的系統觀和工程實踐能力培養，按照基礎訓練、綜合設計和創新拓展三個層次進行實踐項目分類，按照教育規律，循序漸進地開展實踐教學。

（3）多模塊：實踐項目將學科知識點劃分為硬件與體系、數據與軟件、網絡與安全三個子類，再按照系統架構、系統運維和系統開發三個方面的能力要求，形成九大實踐模塊，各模塊分別設置基礎訓練、綜合設計和創新拓展三個不同層次的實踐項目。

3　基于云端架構的實踐平臺建設

近年來，實驗中心通過中央專項資金建設了云計算、智能終端實驗室，通過校企合作建立了甲骨文數據庫技術實驗室、奇虎360大數據與信息安全實驗室和邁普網絡技術實驗室，形成了基于云端架構的專業實踐平臺，如圖1所示。

該平臺為“兩維度、三層次、多模塊”實踐教學體系的建設實施提供保障。其中，云計算實驗室和甲骨文數據庫技術實驗室主要支撐數據與軟件類實踐項目，提供服務器、存儲、網絡、數據庫等基礎設施，為學生提供豐富的虛擬實踐資源。智能終端實驗室主要支撐硬件與體系類實踐項目，提供各類嵌入式系統、智能終端等設備。邁普網絡技術實驗室和奇虎360大數據與信息安全實驗室主要支撐網絡與安全類實踐項目，提供交換機、路由器、網絡隔離系統等設備。

圖1　基于云端架構的實踐平臺

4　實踐項目設計與實施

“兩維度、三層次、多模塊”實踐教學體系和云端架構的專業實踐平臺，為互聯網環境下的計算機工程實踐能力培養提供了有力的支撐。該平臺主要面向進入專業課學習階段的學生，部分創新拓展項目如圖2所示。

圖2　創新拓展項目實例

在硬件與體系方面，利用計算機組成原理實驗系統和嵌入式系統進行接口通信、CPU設計、嵌入式應用設計等實踐，讓學生掌握計算機系統設計和應用開發方法；利用虛擬機資源進行云平臺搭建、云平臺管理、分布式存儲等任務，提升學生的系統運維能力；利用嵌入式系統、機器人、縮微車、智能手機等載體進行應用創意和設計，提升學生的系統開發能力。

在數據與軟件方面，利用UML、SOA等模型進行軟件需求分析、系統建模和軟件架構設計，提升學生的軟件設計能力；利用Java、Oracle、MySQL等進行Web應用開發和測試，利用Hadoop等云平臺資源進行并行程序設計、數據管理和分析，提升數據管理和軟件開發能力。

在網絡與安全方面，利用服務器、防火墻和網絡隔離設備等完成網絡安全架構部署、云安全管理等項目，讓學生掌握網絡與安全系統架構，同時通過網絡管理、數據庫恢復、防火墻管理等提升學生的網絡系統集成和運維能力；利用網絡仿真軟件、網絡監管等工具，進行網絡優化設計、網絡虛擬化、網絡異常檢測等實踐，提升網絡與安全的系統開發能力。

5　實踐教學模式改革

授人以魚不如授人以漁，教師應當更多地承擔引導角色，改變教學模式，令學生變為主角，變被動學習為主動學習［7］。依托“兩維度、三層次、多模塊”實踐教學體系和云端架構的專業實踐平臺，針對綜合設計和創新拓展類實踐項目，開展多種與之相適應的實踐教學模式改革。

（1）項目驅動式實踐教學

傳統的教學體系以“知識點”為主線來組織理論和實踐教學內容，使得實踐項目缺乏系統性、工程性，難以真正提高系統觀和工程實踐能力。對于課程設計、專業綜合實踐、專業實習等集中性實踐環節，采用項目驅動式實踐教學模式，即將實踐內容以“項目”形式給出，教師在課程學習之初引導學生進行實踐項目選題、實驗設備選型和實踐方案設計，指導教師定期檢查和指導，學生通過大量的自主實踐尋找解決方案，從而提高學生學習的主動性，培養學生的自學能力和綜合應用能力。項目驅動式實踐教學注重對學習過程的考核，并通過實踐報告、系統演示、小組答辯等形式進行綜合評價。

（2）課賽結合式實踐教學

課賽結合的教學組織模式，將“以作品說話”、“團隊協作”的競賽元素貫穿在課程設計、專業綜合實踐等集中性實踐環節。實踐過程即是競賽過程，學生采用分組學習的方式，在教師指導下自主選題、自主選型并進行設計開發，教學團隊組織競賽進行實踐成果展示，優秀作品將被推薦參加相關學科競賽或申報創新實踐項目。課賽結合的實踐教學組織模式將課堂學習延伸到課堂之外，有利于主動學習和個性化學習，對引導和激勵學生參與創新實踐發揮著積極的作用。如實驗中心每年組織重慶市高校數據庫應用程序設計大賽，得到了甲骨文公司、重慶計算機學會等單位的支持，吸引西南大學、重慶大學等高校共同參與。這種教學組織方式也已成功運用到程序設計、智能終端應用開發等實踐課程中，取得了良好的教學效果。

（3）開放式實踐教學

開放式實踐教學模式以創新型實踐為主，是學生自主學習、放飛思想和創造力的實踐平臺［8］。實驗中心在場地、設備、項目等多個方面實行開放式教學。學生可以預約實驗室場地或指導教師，選擇感興趣的創新拓展型實踐項目，或者自行提出課題并得到教師指導。學生可以申請或借用實驗設備，如申請云環境下的虛擬服務器、虛擬開發環境、實驗數據集，借用嵌入式開發板、智能手機等終端設備。這種形式能夠為學生開展個性化學習提供條件，有利于吸引學生參與教師的研究課題，并在教師的科研活動中提高創新實踐能力。

6　結語

工程實踐能力的培養不僅僅需要扎實的學科理論知識，更需要將其靈活運用于實際工程問題的分析和解決過程中，同時應該擁有工程思維、創新意識和良好的團隊協作精神［9］。重慶郵電大學計算機科學與技術實驗中心設計了兩維度、三層次、多模塊實踐教學體系，以適應計算機科學與技術學科發展和信息行業兩個維度對計算機人才提出的能力需求。該實踐教學體系能夠有效引導學生開展自主學習和創新實踐。同時，基于云端架構的專業實踐平臺為互聯網環境下的計算機工程實踐能力培養提供了有力的支撐。通過項目驅動、課賽結合、開放實踐等多種實踐教學模式改革，體現了以學生為本，注重個性發展，以培養學生的工程實踐能力為核心，促進學生知識、能力、素質協調發展的實踐教學理念。

［1］曾憲權，邱穎豫.項目驅動式應用型計算機專業實踐教學體系設計與實踐［J］.中國電力教育，2013（13）：147-149.

［2］趙立雙，王麗君，孫蕾.以學生“工程能力”培養為導向的計算機專業實踐教學體系構建研究［J］.自動化技術與應用，2014，4（33）：91-94.

［3］韓娜，馬曉梅.基于CDIO的計算機專業實驗教學體系改革探討［J］.中國現代教育裝備，2013（5）：63-64.

［4］周興銘，盧凱，肖曉強.實踐求真育英才——談計算機工程實踐能力的培養［J］.實驗室研究與探索，2014，2（33）：1-3.

［5］羅代忠，王月浩，汪維華，羅萬成.計算機工程實驗教學中心建設的探索與實踐［J］.實驗技術與管理，2013，9（30）：118-121.

［6］潘煜，徐光輝.計算機專業實驗教學體系的研究與建設［J］.科技信息，2012（34）：447.

［7］殷偉鳳，瞿有甜，鄭珺，徐強.計算機工程實踐能力培養模式探索［J］.計算機教育，2013，（20）：45-48.

［8］寧彬，龔雄興，袁磊.開放式計算機實驗教學體系探索［J］.電腦知識與技術，2012，19（8）：4661-4662.

［9］石曉軍，張文宇，宦蕾.基于CDIO教育理念的計算機工程實踐教學探索［J］.計算機工程與科學，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，研究方向為數據庫與數據挖掘、云計算

2015-08-11

2015-09-21

為適應學科和產業發展，提高計算機工程技術人才的培養質量，依托以重慶郵電大學計算機科學與技術實驗中心建設，設計“兩維度、三層次、多模塊”計算機專業實踐教學體系，構建與之相適應的實踐平臺和實踐項目，并推動實踐教學模式改革，為同類院校的計算機工程教育提供借鑒。

工程實踐能力；計算機專業；教學體系；實踐平臺；教學模式

重慶市高等學校教學改革研究項目（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.