戴群

［摘要］隨著計算機技術(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)計是完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一項具有針對性的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是依據(jù)具體課程的知識，完成一個較簡單的設(shè)計問題，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，重點是運用成熟的理論和技術(shù)完成一個軟件項目。教師也可以結(jié)合自己的科研方向，結(jié)合社會主流技術(shù)，開發(fā)新穎的本科畢業(yè)設(shè)計課題。

［關(guān)鍵詞］計算機科學(xué)畢業(yè)設(shè)計實踐環(huán)節(jié)課題庫

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

隨著計算機技術(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)的擴招，我國的在校生規(guī)模已很龐大，幾乎每個高校均設(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，IT人才的短缺現(xiàn)象越來越嚴重。企業(yè)更青睞于國內(nèi)重點大學(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。以一個信息類重點大學(xué)計算機學(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，計算機學(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。即便這些重點學(xué)校的應(yīng)屆畢業(yè)生，他們進入公司之后往往還要經(jīng)歷很長時間的培訓(xùn)、學(xué)習(xí)，過程中會面臨許多問題，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)一個綜合能力強的軟件系統(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踐活動中孕育了日后創(chuàng)業(yè)的大型交友網(wǎng)站項目。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、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。可見，我們計算機專業(yè)教育的理論與實踐脫節(jié)問題很明顯。

按國家學(xué)位委員會最新規(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、計算機科學(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)星移動通信等眾多高技術(shù)領(lǐng)域。而計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程是教育部2011年剛從計算機科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科進一步細分出來的兩個一級學(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)科也成為跨計算機、微電子、通信、自動化的綜合學(xué)科。計算機科學(xué)幾乎成為眾多學(xué)科所共同運用的通用學(xué)科，國家基金委信息學(xué)部信息二處（計算機應(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（自動化）的課題中，同樣有很大比例的申請者來自計算機科學(xué)系。

國家的信息學(xué)科的部署是經(jīng)過三十多年實踐逐步調(diào)整和完善形成的，每個學(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，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。這些現(xiàn)狀反映了一個問題：學(xué)生的動手實踐太少，經(jīng)驗缺乏。雖然學(xué)校已經(jīng)開設(shè)了諸如專業(yè)課程設(shè)計、校外實習(xí)等一系列的實踐課程，但是，學(xué)生的實踐水平還不夠扎實。筆者所在的學(xué)院本科專業(yè)包含計算機領(lǐng)域兩個一級學(xué)科，下面針對計算機專業(yè)最重要的實踐環(huán)節(jié)《本科畢業(yè)課程設(shè)計》談?wù)勎覀兊慕虒W(xué)方法。

二、明確畢業(yè)設(shè)計的目標(biāo)

計算機專業(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)、計算機組成原理、編譯原理、計算機網(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，同學(xué)們已經(jīng)初步地接受了實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。

課程設(shè)計是完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一項具有針對性的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是依據(jù)具體課程的知識，完成一個較簡單的設(shè)計問題，以加深對該課程所學(xué)理論的理解和應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計與課程設(shè)計不同，是綜合性訓(xùn)練，可能需要運用多門課程的知識。畢業(yè)設(shè)計要求學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立地完成一項軟件工程項目設(shè)計，解決與之相關(guān)的各種問題，完成相關(guān)需求分析、詳細設(shè)計、編碼開發(fā)、測試四個完整的項目流程，并撰寫設(shè)計報告。我們強調(diào)，作為項目，不僅需要能正確地實現(xiàn)需求，需要從軟件工藝、軟件質(zhì)量的角度全面控制一個項目的全流程。學(xué)生在項目實踐中，如果研究出新的思想、新的開發(fā)技術(shù)，我們會指導(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。善于實踐、善于思考、善于總結(jié)，這是一個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)計課題的制訂

在實踐中，結(jié)合計算機技術(shù)發(fā)展和社會需要，根據(jù)本系學(xué)科發(fā)展情況和社會熱點需求，建立了一批本科畢業(yè)設(shè)計項目庫。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進程通信模塊設(shè)計。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)以進程（線程）形式創(chuàng)建，需要設(shè)計通信進程建立及進程之間通信機制。本課題擴展開來，開發(fā)了ORACLE，MySQL等不同數(shù)據(jù)庫訪問進程，作為公共組件，提供統(tǒng)一接口供其他服務(wù)通過進程通信方式調(diào)用，簡化了這些進程訪問數(shù)據(jù)庫的復(fù)雜性。SQL、Non-SQL內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，特別是Non-SQL是最近業(yè)界的熱點話題。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，可以對源碼進行改進，擴展其功能。

（二）計算機通信類

在計算機工程領(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)器的幾個主要動作如下：

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)建一個套接字數(shù)組，用來存放當(dāng)前所有活動的客戶端套接字，每accept一個連接就更新一次數(shù)組；

4.接受客戶端的連接；

5.接收數(shù)據(jù)的進程處理完畢后返回數(shù)據(jù)給客戶機。

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。基于這個模型，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)采集和電信計費服務(wù)器與客戶機。各類協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)基本也是基于TCP/IP實現(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現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)信息進行分析挖掘。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)及超鏈接等進行聚類。本設(shè)計要求學(xué)生熟悉并改進已有的網(wǎng)頁聚類方法，并借助于Nutch等開源工具編碼實現(xiàn)：給定關(guān)鍵詞和數(shù)據(jù)集，計算出與關(guān)鍵詞相關(guān)的類別；給定幾個關(guān)鍵詞，把數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)聚到若干個相關(guān)類中。此外，可基于支持向量機等對網(wǎng)頁文本進行分類。

（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制的基礎(chǔ)上，研究基于Hadoop的網(wǎng)頁信息提取方法，并進而實現(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)進行金融數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實現(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，依此形成一個實用預(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，針對要分類對象進行編碼，利用支持度、置信度構(gòu)造函數(shù)，并設(shè)計復(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)出實用的系統(tǒng)。

（八） 服務(wù)計算類

WEB服務(wù)是面向服務(wù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，并且服務(wù)組合已經(jīng)成為了服務(wù)計算領(lǐng)域的熱點研究問題之一。為了構(gòu)建實用的應(yīng)用，開發(fā)方通常會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)計和實現(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，并實現(xiàn)構(gòu)建功能強大的應(yīng)用。

（九）數(shù)據(jù)倉庫建模應(yīng)用類

主要研究和實現(xiàn)數(shù)據(jù)倉庫多維建模過程中涉及的各個環(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，主題、粒度、維度、事實表和量級等的確定，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

典型的項目是車流中車輛識別與分類，構(gòu)建一個視頻采集與信號處理、車流量統(tǒng)計的識別系統(tǒng)；通過攝像機進行視頻信號采集，進行信號處理，提取幀圖像，對圖像進行邊緣特征提取，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)計規(guī)律進行數(shù)量統(tǒng)計。

（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）計算機信息安全類

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

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

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、四個月的畢業(yè)實踐中基本掌握了獨立開發(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一步深造的道路。我們將繼續(xù)拓展研究本科生實踐教學(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)實踐；解決本科生實踐活動和考研、就業(yè)時間沖突的矛盾；本科實踐活動如何與繼續(xù)深造相結(jié)合等問題。我們將不懈地努力，以期提高本科實踐教學(xué)水平，為社會培養(yǎng)更多基本功扎實、勇于創(chuàng)新的新型人才。

［參考文獻］

［1］國務(wù)院學(xué)位委員會.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)用實現(xiàn)［M］.北京:人民郵電出版社，2003.

［責(zé)任編輯：鐘嵐］