夏英（重慶郵電大學計算機學院，重慶　400065）

計算機專業(yè)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(wǎng)絡化、服務化的演變歷程中，表現(xiàn)出系統(tǒng)規(guī)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展，社會對計算機人才的能力需求發(fā)生了變化［1-2］，對在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的系統(tǒng)架構、系統(tǒng)運維、應用開發(fā)、數(shù)據(jù)分析等工程實踐能力提出了更高的要求。同時，基于網(wǎng)絡的優(yōu)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(tǒng)的依賴理論知識點而開展的計算機專業(yè)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(yè)教學不但要注重專業(yè)基礎知識的傳授，也要加強學生系統(tǒng)觀和工程實踐能力的培養(yǎng)，以適應計算機科學與技術學科和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。具備系統(tǒng)觀的計算機工程實踐能力表現(xiàn)在，針對具體領域問題，能夠綜合考慮硬件、軟件、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)等方面的因素，提出系統(tǒng)的解決方案，并進行工程化、規(guī)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(fā)現(xiàn)、新一代網(wǎng)絡體系結構及應用、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)絡管控、云計算與空間信息處理等優(yōu)勢學科方向，開設有計算機科學與技術、信息安全、網(wǎng)絡工程、智能科學與技術、空間信息與數(shù)字技術等本科專業(yè)。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(yōu)勢，以及通信、互聯(lián)網(wǎng)、軟件等產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yǎng)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(huán)節(jié)［4-6］。實驗中心以培養(yǎng)網(wǎng)絡時代具有良好系統(tǒng)觀和綜合實踐能力的計算機專業(yè)人才為目標，使學生在夯實應知應會的專業(yè)基礎知識的同時，根據(jù)個性化發(fā)展需求，掌握網(wǎng)絡互連與管理、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)新意識和良好的團隊協(xié)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(chǎn)業(yè)發(fā)展，結合學科發(fā)展方向和學生個性化發(fā)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(fā)展和信息行業(yè)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(lián)網(wǎng)環(huán)境下的系統(tǒng)觀和工程實踐能力培養(yǎng)，按照基礎訓練、綜合設計和創(chuàng)新拓展三個層次進行實踐項目分類，按照教育規(guī)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(shù)據(jù)與軟件、網(wǎng)絡與安全三個子類，再按照系統(tǒng)架構、系統(tǒng)運維和系統(tǒng)開發(fā)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(chuàng)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(shù)據(jù)庫技術實驗室、奇虎360大數(shù)據(jù)與信息安全實驗室和邁普網(wǎng)絡技術實驗室，形成了基于云端架構的專業(yè)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(shù)據(jù)庫技術實驗室主要支撐數(shù)據(jù)與軟件類實踐項目，提供服務器、存儲、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)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(tǒng)、智能終端等設備。邁普網(wǎng)絡技術實驗室和奇虎360大數(shù)據(jù)與信息安全實驗室主要支撐網(wǎng)絡與安全類實踐項目，提供交換機、路由器、網(wǎng)絡隔離系統(tǒng)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(yè)實踐平臺，為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的計算機工程實踐能力培養(yǎng)提供了有力的支撐。該平臺主要面向進入專業(yè)課學習階段的學生，部分創(chuàng)新拓展項目如圖2所示。

圖2　創(chuàng)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(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)設計和應用開發(fā)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(tǒng)運維能力；利用嵌入式系統(tǒng)、機器人、縮微車、智能手機等載體進行應用創(chuàng)意和設計，提升學生的系統(tǒng)開發(fā)能力。

在數(shù)據(jù)與軟件方面，利用UML、SOA等模型進行軟件需求分析、系統(tǒng)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(fā)和測試，利用Hadoop等云平臺資源進行并行程序設計、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)絡與安全方面，利用服務器、防火墻和網(wǎng)絡隔離設備等完成網(wǎng)絡安全架構部署、云安全管理等項目，讓學生掌握網(wǎng)絡與安全系統(tǒng)架構，同時通過網(wǎng)絡管理、數(shù)據(jù)庫恢復、防火墻管理等提升學生的網(wǎng)絡系統(tǒng)集成和運維能力；利用網(wǎng)絡仿真軟件、網(wǎng)絡監(jiān)管等工具，進行網(wǎng)絡優(yōu)化設計、網(wǎng)絡虛擬化、網(wǎng)絡異常檢測等實踐，提升網(wǎng)絡與安全的系統(tǒng)開發(fā)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?yōu)橹鹘?，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(yè)實踐平臺，針對綜合設計和創(chuàng)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(tǒng)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(tǒng)性、工程性，難以真正提高系統(tǒng)觀和工程實踐能力。對于課程設計、專業(yè)綜合實踐、專業(yè)實習等集中性實踐環(huán)節(jié)，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(yǎng)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(tǒng)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(xié)作”的競賽元素貫穿在課程設計、專業(yè)綜合實踐等集中性實踐環(huán)節(jié)。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(fā)，教學團隊組織競賽進行實踐成果展示，優(yōu)秀作品將被推薦參加相關學科競賽或申報創(chuàng)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(chuàng)新實踐發(fā)揮著積極的作用。如實驗中心每年組織重慶市高校數(shù)據(jù)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(fā)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(chuàng)新型實踐為主，是學生自主學習、放飛思想和創(chuàng)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(chuàng)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(huán)境下的虛擬服務器、虛擬開發(fā)環(huán)境、實驗數(shù)據(jù)集，借用嵌入式開發(fā)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(chuàng)新實踐能力。

6　結語

工程實踐能力的培養(yǎng)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(chuàng)新意識和良好的團隊協(xié)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(fā)展和信息行業(yè)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(chuàng)新實踐。同時，基于云端架構的專業(yè)實踐平臺為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的計算機工程實踐能力培養(yǎng)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(xiàn)了以學生為本，注重個性發(fā)展，以培養(yǎng)學生的工程實踐能力為核心，促進學生知識、能力、素質協(xié)調發(fā)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(yè)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(yǎng)為導向的計算機專業(yè)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(yè)實驗教學體系改革探討［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2013（5）：63-64.

［4］周興銘，盧凱，肖曉強.實踐求真育英才——談計算機工程實踐能力的培養(yǎng)［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(yè)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(yǎng)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(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)挖掘、云計算

2015-08-11

2015-09-21

為適應學科和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高計算機工程技術人才的培養(yǎng)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(yè)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(yè)；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.