计算机专业工程实践教学体系建设

夏英（重庆邮电大学计算机学院，重庆　400065）

计算机专业工程实践教学体系建设

夏英
（重庆邮电大学计算机学院，重庆400065）

0　引言

计算机技术在网络化、服务化的演变历程中，表现出系统规模越来越大，信息内容越来越丰富，学科交叉越来越广的特点。随着信息产业的发展，社会对计算机人才的能力需求发生了变化［1-2］，对在互联网环境中的系统架构、系统运维、应用开发、数据分析等工程实践能力提出了更高的要求。同时，基于网络的优质教学资源不断汇集并以服务的方式得到开放利用，当代大学生的学习习惯逐渐改变。传统的依赖理论知识点而开展的计算机专业实践教学在实践内容、实践条件和教学模式等方面已无法适应［3］。计算机专业教学不但要注重专业基础知识的传授，也要加强学生系统观和工程实践能力的培养，以适应计算机科学与技术学科和信息产业发展的需求。具备系统观的计算机工程实践能力表现在，针对具体领域问题，能够综合考虑硬件、软件、网络、数据等方面的因素，提出系统的解决方案，并进行工程化、规范化实施。

重庆邮电大学计算机科学与技术是一级学科博士点，建设有人工智能与知识发现、新一代网络体系结构及应用、嵌入式软件与系统、模式识别与图像处理、信息安全与网络管控、云计算与空间信息处理等优势学科方向，开设有计算机科学与技术、信息安全、网络工程、智能科学与技术、空间信息与数字技术等本科专业。计算机科学与技术实验中心是重庆市高等学校实验教学示范中心，近年来结合学科优势，以及通信、互联网、软件等产业发展，设计了“两维度、三层次、多模块”实践教学体系，并在此基础上开展了实践平台、实践项目、教学模式的建设与改革。

1　实践教学体系建设思路

实践教学起着融会贯通所学知识、促进理论与实践相结合的重要作用，是人才培养体系中不可或缺的组成部分，是学生充分运用理论知识解决实际问题、提升工程实践能力最直接、最有效的环节［4-6］。实验中心以培养网络时代具有良好系统观和综合实践能力的计算机专业人才为目标，使学生在夯实应知应会的专业基础知识的同时，根据个性化发展需求，掌握网络互连与管理、数据管理与分析、软件开发与测试、系统集成与部署等方面的工程技术方法和规范，并形成良好的工程思维、创新意识和良好的团队协作精神。

2　“两维度、三层次、多模块”实践教学体系设计

为了适应计算机科学与技术学科和信息产业发展，结合学科发展方向和学生个性化发展需求，实验中心设计了“两维度、三层次、多模块”实践教学体系。

（1）两维度：实践教学体系同时适应计算机科学与技术学科发展和信息行业对计算机人才提出的能力需求；

（2）三层次：实践内容注重互联网环境下的系统观和工程实践能力培养，按照基础训练、综合设计和创新拓展三个层次进行实践项目分类，按照教育规律，循序渐进地开展实践教学。

（3）多模块：实践项目将学科知识点划分为硬件与体系、数据与软件、网络与安全三个子类，再按照系统架构、系统运维和系统开发三个方面的能力要求，形成九大实践模块，各模块分别设置基础训练、综合设计和创新拓展三个不同层次的实践项目。

3　基于云端架构的实践平台建设

近年来，实验中心通过中央专项资金建设了云计算、智能终端实验室，通过校企合作建立了甲骨文数据库技术实验室、奇虎360大数据与信息安全实验室和迈普网络技术实验室，形成了基于云端架构的专业实践平台，如图1所示。

该平台为“两维度、三层次、多模块”实践教学体系的建设实施提供保障。其中，云计算实验室和甲骨文数据库技术实验室主要支撑数据与软件类实践项目，提供服务器、存储、网络、数据库等基础设施，为学生提供丰富的虚拟实践资源。智能终端实验室主要支撑硬件与体系类实践项目，提供各类嵌入式系统、智能终端等设备。迈普网络技术实验室和奇虎360大数据与信息安全实验室主要支撑网络与安全类实践项目，提供交换机、路由器、网络隔离系统等设备。

图1　基于云端架构的实践平台

4　实践项目设计与实施

“两维度、三层次、多模块”实践教学体系和云端架构的专业实践平台，为互联网环境下的计算机工程实践能力培养提供了有力的支撑。该平台主要面向进入专业课学习阶段的学生，部分创新拓展项目如图2所示。

图2　创新拓展项目实例

在硬件与体系方面，利用计算机组成原理实验系统和嵌入式系统进行接口通信、CPU设计、嵌入式应用设计等实践，让学生掌握计算机系统设计和应用开发方法；利用虚拟机资源进行云平台搭建、云平台管理、分布式存储等任务，提升学生的系统运维能力；利用嵌入式系统、机器人、缩微车、智能手机等载体进行应用创意和设计，提升学生的系统开发能力。

在数据与软件方面，利用UML、SOA等模型进行软件需求分析、系统建模和软件架构设计，提升学生的软件设计能力；利用Java、Oracle、MySQL等进行Web应用开发和测试，利用Hadoop等云平台资源进行并行程序设计、数据管理和分析，提升数据管理和软件开发能力。

在网络与安全方面，利用服务器、防火墙和网络隔离设备等完成网络安全架构部署、云安全管理等项目，让学生掌握网络与安全系统架构，同时通过网络管理、数据库恢复、防火墙管理等提升学生的网络系统集成和运维能力；利用网络仿真软件、网络监管等工具，进行网络优化设计、网络虚拟化、网络异常检测等实践，提升网络与安全的系统开发能力。

5　实践教学模式改革

授人以鱼不如授人以渔，教师应当更多地承担引导角色，改变教学模式，令学生变为主角，变被动学习为主动学习［7］。依托“两维度、三层次、多模块”实践教学体系和云端架构的专业实践平台，针对综合设计和创新拓展类实践项目，开展多种与之相适应的实践教学模式改革。

（1）项目驱动式实践教学

传统的教学体系以“知识点”为主线来组织理论和实践教学内容，使得实践项目缺乏系统性、工程性，难以真正提高系统观和工程实践能力。对于课程设计、专业综合实践、专业实习等集中性实践环节，采用项目驱动式实践教学模式，即将实践内容以“项目”形式给出，教师在课程学习之初引导学生进行实践项目选题、实验设备选型和实践方案设计，指导教师定期检查和指导，学生通过大量的自主实践寻找解决方案，从而提高学生学习的主动性，培养学生的自学能力和综合应用能力。项目驱动式实践教学注重对学习过程的考核，并通过实践报告、系统演示、小组答辩等形式进行综合评价。

（2）课赛结合式实践教学

课赛结合的教学组织模式，将“以作品说话”、“团队协作”的竞赛元素贯穿在课程设计、专业综合实践等集中性实践环节。实践过程即是竞赛过程，学生采用分组学习的方式，在教师指导下自主选题、自主选型并进行设计开发，教学团队组织竞赛进行实践成果展示，优秀作品将被推荐参加相关学科竞赛或申报创新实践项目。课赛结合的实践教学组织模式将课堂学习延伸到课堂之外，有利于主动学习和个性化学习，对引导和激励学生参与创新实践发挥着积极的作用。如实验中心每年组织重庆市高校数据库应用程序设计大赛，得到了甲骨文公司、重庆计算机学会等单位的支持，吸引西南大学、重庆大学等高校共同参与。这种教学组织方式也已成功运用到程序设计、智能终端应用开发等实践课程中，取得了良好的教学效果。

（3）开放式实践教学

开放式实践教学模式以创新型实践为主，是学生自主学习、放飞思想和创造力的实践平台［8］。实验中心在场地、设备、项目等多个方面实行开放式教学。学生可以预约实验室场地或指导教师，选择感兴趣的创新拓展型实践项目，或者自行提出课题并得到教师指导。学生可以申请或借用实验设备，如申请云环境下的虚拟服务器、虚拟开发环境、实验数据集，借用嵌入式开发板、智能手机等终端设备。这种形式能够为学生开展个性化学习提供条件，有利于吸引学生参与教师的研究课题，并在教师的科研活动中提高创新实践能力。

6　结语

工程实践能力的培养不仅仅需要扎实的学科理论知识，更需要将其灵活运用于实际工程问题的分析和解决过程中，同时应该拥有工程思维、创新意识和良好的团队协作精神［9］。重庆邮电大学计算机科学与技术实验中心设计了两维度、三层次、多模块实践教学体系，以适应计算机科学与技术学科发展和信息行业两个维度对计算机人才提出的能力需求。该实践教学体系能够有效引导学生开展自主学习和创新实践。同时，基于云端架构的专业实践平台为互联网环境下的计算机工程实践能力培养提供了有力的支撑。通过项目驱动、课赛结合、开放实践等多种实践教学模式改革，体现了以学生为本，注重个性发展，以培养学生的工程实践能力为核心，促进学生知识、能力、素质协调发展的实践教学理念。

［1］曾宪权，邱颖豫.项目驱动式应用型计算机专业实践教学体系设计与实践［J］.中国电力教育，2013（13）：147-149.

［2］赵立双，王丽君，孙蕾.以学生“工程能力”培养为导向的计算机专业实践教学体系构建研究［J］.自动化技术与应用，2014，4（33）：91-94.

［3］韩娜，马晓梅.基于CDIO的计算机专业实验教学体系改革探讨［J］.中国现代教育装备，2013（5）：63-64.

［4］周兴铭，卢凯，肖晓强.实践求真育英才——谈计算机工程实践能力的培养［J］.实验室研究与探索，2014，2（33）：1-3.

［5］罗代忠，王月浩，汪维华，罗万成.计算机工程实验教学中心建设的探索与实践［J］.实验技术与管理，2013，9（30）：118-121.

［6］潘煜，徐光辉.计算机专业实验教学体系的研究与建设［J］.科技信息，2012（34）：447.

［7］殷伟凤，瞿有甜，郑珺，徐强.计算机工程实践能力培养模式探索［J］.计算机教育，2013，（20）：45-48.

［8］宁彬，龚雄兴，袁磊.开放式计算机实验教学体系探索［J］.电脑知识与技术，2012，19（8）：4661-4662.

［9］石晓军，张文宇，宦蕾.基于CDIO教育理念的计算机工程实践教学探索［J］.计算机工程与科学，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，教师，研究方向为数据库与数据挖掘、云计算

2015-08-11

2015-09-21

为适应学科和产业发展，提高计算机工程技术人才的培养质量，依托以重庆邮电大学计算机科学与技术实验中心建设，设计“两维度、三层次、多模块”计算机专业实践教学体系，构建与之相适应的实践平台和实践项目，并推动实践教学模式改革，为同类院校的计算机工程教育提供借鉴。

工程实践能力；计算机专业；教学体系；实践平台；教学模式

重庆市高等学校教学改革研究项目（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.