呂 帥，王強強，郭德貴，金京姬

（吉林大學 計算機科學與技術(shù)學院，吉林 長春 130012）

2016年全國高校計算機教育大會——能力培養(yǎng)篇

實踐教學中的開放性創(chuàng)新實驗項目探索

呂 帥，王強強，郭德貴，金京姬

（吉林大學 計算機科學與技術(shù)學院，吉林 長春 130012）

分析實踐教學中創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足的問題，闡述開放性創(chuàng)新實驗項目設立的意義，結(jié)合吉大的實際情況，說明創(chuàng)新實驗項目的整個實施過程和教學效果。

創(chuàng)新；創(chuàng)新實驗；創(chuàng)新項目；開放性；實踐；教學改革

0 引 言

計算機學科的各項教學改革均圍繞著學生的培養(yǎng)展開。近年來得到廣泛重視和積極推廣的“計算思維能力”的培養(yǎng)，希望通過教學改革，推動計算思維觀念的普及，促進在教育過程中對學生計算思維能力的培養(yǎng)，為提高我國在未來國際環(huán)境中的競爭力作出貢獻[1]。

目前已經(jīng)達成共識并得以在北京大學、南京大學等8所院校積極推廣的“系統(tǒng)能力”的培養(yǎng)，希望通過計算機系統(tǒng)基礎課程（群）的建立，提升學生的系統(tǒng)能力，使其更容易從計算機系統(tǒng)整體的角度理解操作系統(tǒng)、編譯原理等，并進一步更好地理解計算機學科的真諦[2]。

教育部計算機專業(yè)教學指導分委員會已經(jīng)明確：對于計算機專業(yè)而言，計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現(xiàn)能力以及系統(tǒng)能力為4大專業(yè)基本能力，其中系統(tǒng)能力包括系統(tǒng)認知、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)應用能力[2]；而上述能力的培養(yǎng)均需要通過教學過程得以灌輸，實踐課程與理論課程一樣重要，針對計算機學科實踐教學模式的改革從來沒有間斷過，各類競賽、項目在其中扮演了重要的角色[3]。

1 開放性創(chuàng)新實驗項目介紹

吉林大學教務處在大量調(diào)研的基礎上，于2013年起在全校范圍內(nèi)開展開放性創(chuàng)新實驗項目申報與運行工作。學校在設立該類項目之初，就是為了充分發(fā)揮吉大實驗儀器設備資源優(yōu)勢，調(diào)動廣大教師培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的積極性，創(chuàng)造本科生接受大師熏陶的機會，促進學生了解先進科學技術(shù)與研究方法，進而培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。看得出，學校利用閑散資源，為學生和教師之間有效接觸提供了條件，間接搭建了一個新型教學實踐平臺。對于學生來說，獲得了一個名正言順的參與甚至主導項目的權(quán)利；對于教師來說，獲得了一次自主立項、實現(xiàn)其科研價值的機會；對于資源來說，從閑散資源，甚至是待報廢資源，重新發(fā)揮了使用價值。

計算機學科尤其是計算機軟件與理論和計算機應用技術(shù)二級學科，涉及的科研創(chuàng)新均主要依賴于軟件資源和人工成本。硬件資源主要依托實驗室的各類服務器、計算機、掃描儀、打印機、攝像機、照相機等外圍設備，而上述硬件資源更新?lián)Q代較快，對許多高精端項目難以適用，但許多學生的創(chuàng)新項目利用一些廉價低效的設備同樣可以完成。

開放性創(chuàng)新實驗項目不僅為學生提供了創(chuàng)新的機會以及必要的資源，還間接提升了設備的利用率。

2 項目實施過程

2.1 選題來源

與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目不同，大學生開放性創(chuàng)新實驗項目的選題來自于教師，而非學生自由定題。每個項目的題目和要求均來自于教師的把握，充分考慮項目的創(chuàng)新性和工作量。學院和學校進行兩輪評審，以權(quán)衡該項目是否適于學生在指導教師的指導下完成；對于已經(jīng)立項的課題，還考查在上一輪甚至上幾輪的執(zhí)行過程中的運行情況。

經(jīng)過3年多總計7輪的運行，目前項目基本穩(wěn)定，最近一輪（2016年春季學期）有451個項目接受學生申報。在此階段，對于學校和學院來說，指導教師即為項目負責人。

一個項目的選題好壞不僅體現(xiàn)了教師的業(yè)務水準，也需要得到學生完成情況的積極反饋。從教師層面，一個項目的選題好壞自然需要考慮一個項目的創(chuàng)新性和工作量。

計算機學科在每輪項目的設置過程中，一直維持10項左右的項目持續(xù)滾動設置，選題均來自學院的中青年教師，并通過了學院負責實踐課程設置的專家們的遴選，有一定的創(chuàng)新性和工作量，適于在優(yōu)秀本科生中予以開展。

2.1.1 創(chuàng)新性

通過考查項目的名稱和具體要求等，不難發(fā)現(xiàn)各類項目均不同程度地應用了本科教學內(nèi)容，但又不局限于本科教學課堂、實驗室的獲得。學生要想完成開放性創(chuàng)新實驗項目，均需要查閱文獻資料、自發(fā)設計實驗、嘗試解決問題。

這里的創(chuàng)新性，很難真正達到國際領先或先進，但通過半年時間的調(diào)研、實驗等環(huán)節(jié)，可以充分培養(yǎng)大學生針對某類問題的創(chuàng)新實踐能力，促進其較為深入地了解所選項目相關的先進科學技術(shù)與研究方法，強化其相應的實驗操作與分析解決問題的能力，這也正是開設這類實驗項目的原始動機。

2.1.2 工作量

大學生開放性創(chuàng)新實驗項目的執(zhí)行時間近一個學期，通常從每個學期的第3～5周開始，下一學期的開學第1～3周驗收。計算機學科中的絕大部分創(chuàng)新項目僅需要1臺主機+1臺遠程服務器，所以，時間安排更有利于學生充分利用假期時間，不被教學任務所拖累，全身心地投入到創(chuàng)新實驗過程中。對于偏重算法或軟件的創(chuàng)新項目，工作量的考核目標多為幾個算法或相應的軟件，而代碼的功能、行數(shù)、質(zhì)量以及相應規(guī)范的軟件說明書是主要的衡量標準。

2.2 項目申報

依托學院和學校的匯總與審查，最終通過考核的項目可以接受學生自由申報。申報形式可以組隊，也可以個人申報，具體形式以指導教師的要求為準。最終的申報成功與否取決于指導教師，當然還需要考慮指導教師的指導能力、學生的前期基礎是否足以完成該類項目、資源限制情況等。

學院的建議是在力所能及的情況下，盡可能滿足學生的申報要求。當然，指導教師也要保證寧缺毋濫，成熟一項批準一項，保證項目的良好運行和順利結(jié)題。

指導教師一旦接受某個或某組學生的申請，則該項目得以立項。在此階段及之后，對于學校、學院和指導教師來說，該學生或該組學生的組長即為項目負責人，該項目在之后的執(zhí)行過程中，由項目負責人協(xié)調(diào)項目組成員，在指導教師的指導下力爭順利完成項目的研究內(nèi)容。

2.3 項目執(zhí)行

指導教師的參與多少歷來是有爭論的話題，學校在這方面的管理工作也比較人性化，可以完全按照教師要求，依規(guī)劃好的步驟完成實驗，也可以自行規(guī)劃步驟完成實驗；可以采用“半授課、半實踐”的形式，也可以定期“講座—答疑”形式；可以定期交流，也可以不定期溝通。

項目的執(zhí)行過程與其他類型創(chuàng)新實驗項目類似，這里不再贅述。學?？偟囊缶褪牵航處煼e極參與、學生自主完成。

例如，大學生開放性創(chuàng)新實驗項目“地圖類路徑規(guī)劃仿真算法設計與實現(xiàn)”，雖然項目限定為路徑規(guī)劃方向，而且限定了地圖類，但具體課題還是依托學生的選擇而變得五花八門，如跳蚤的最優(yōu)路徑規(guī)劃、協(xié)同機器人的次優(yōu)路徑規(guī)劃、帶加減速的賽車路徑規(guī)劃等。

例如，大學生開放性創(chuàng)新實驗項目“棋類機器博弈游戲算法的設計與實現(xiàn)”，也分別對應了國際比賽中的不同棋類，如愛因斯坦棋、亞馬遜棋、點點連格棋、飛行棋、蘇拉卡爾塔等。

項目組綜合考慮實驗難度和自身實力，自主規(guī)定實驗任務，在規(guī)定時間內(nèi)完成項目。這也在實驗項目的“開放性”上，為學生增加了靈活自由度。

項目的執(zhí)行過程各有特色，有的項目有幾個指導教師輪流授課并分組討論；有的項目由學生和指導教師一組共同完成實驗過程。我們（呂帥和郭德貴）在項目的執(zhí)行過程中，嘗試引入博士研究生、碩士研究生、高年級優(yōu)秀本科生為項目組成員進行科普講座、答疑等，引入學生當“助教”也是為了拉近學生和指導教師、學長學姐的距離。項目運行過程中的很多細節(jié)問題都是通過討論解決的，多加入幾個“助教”，學生就有更多尋求幫助的渠道，“助教”的很多想法也會刺激學生的思考，也更有益于項目的順利開展。

2.4 項目驗收

該類項目因為其選題的特殊性，學校和學院采用指導教師為主、學院和學校為輔的驗收機制。

指導教師通過日常的指導和溝通，對該項目的研究進展最了解?；诖?，計算機科學與技術(shù)學院的檢查模式為：

（1）學生每人單獨填寫學院發(fā)布的“吉林大學計算機科學與技術(shù)學院開放性創(chuàng)新實驗項目考核表”和“吉林大學計算機科學與技術(shù)學院開放性創(chuàng)新實驗項目實驗報告”，并提交相應的程序源代碼、軟件說明書等支撐材料。

（2）指導教師針對每位同學的實驗進展情況進行檢查，在考核表上填寫評語，并最終給予通過與否的指導教師意見。

（3）學生以項目組為單位填寫學校發(fā)布的“吉林大學開放性創(chuàng)新實驗項目學期檢查表”，指導教師針對每組項目的實驗進展情況進行檢查，在檢查表上填寫評語，并最終給予通過與否的指導教師意見。

（4）學院針對每組項目進行檢查，主要由指導教師針對該項目的實施情況、出現(xiàn)的問題和解決方案等情況予以匯報。

（5）學校針對每組項目進行檢查，主要由學校針對整體項目的實施情況、出現(xiàn)的問題和解決方案等情況予以匯報。

在整個檢查驗收過程中，學校和學院的核心主旨是突出指導教師的專業(yè)性，學院和學校主要為指導教師指導過程中出現(xiàn)的問題積極協(xié)助解決，并配合指導教師開展工作。

此外，我們還在項目中期加入了若干場講座和交流，以便適時修正學生的研究方案，使得項目順利進行。

3 實驗數(shù)據(jù)和思考

從2012年底至今，全校已經(jīng)申報并執(zhí)行了7輪大學生開放性創(chuàng)新實驗項目。呂帥和郭德貴作為共同指導教師分別于2013年秋季學期、2014年春季學期、2014年秋季學期陸續(xù)申報了3項大學生開放性創(chuàng)新實驗項目，并滾動執(zhí)行至今，學校、學院、指導項目數(shù)和人數(shù)的歷年資助情況數(shù)據(jù)見表1。

需要說明的是：表1中的“項目數(shù)（學生）呂、郭指導”“人數(shù)（學生）呂、郭指導”分別表示對應學期，由呂帥和郭德貴兩位副教授共同指導的3個開放性創(chuàng)新實驗項目的對應人數(shù)。

表1 歷年項目資助情況

上述項目參與人數(shù)占本科生的10.2%～18.3%，且獲得獎學金的學生占絕大多數(shù)。學生通過承擔項目，提升了創(chuàng)新實踐能力。實際執(zhí)行過程中，我們發(fā)現(xiàn)，很多同學是在執(zhí)行完大學生開放性創(chuàng)新實驗項目之后繼續(xù)申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，而且都會在學院和學校的評選中得到較高的評價。主要原因在于，由于后者的執(zhí)行時間更長（通常情況下為1～2年）、創(chuàng)新程度要求更高（通常需要有高水平論文發(fā)表或錄用），在其之前利用半年的時間申請并執(zhí)行一個類似項目，其前期的知識積累、項目執(zhí)行過程中的團隊磨合和交流方式的養(yǎng)成等，必將使得其在后一個項目的申請和執(zhí)行中更加有的放矢。

此外，計算機科學與技術(shù)學院和軟件學院已經(jīng)將開放性創(chuàng)新實驗項目的結(jié)題列入本科生教學計劃中的科技創(chuàng)新學分的認定中，校方的認可度也使得更多學生會拿出時間、精力投入到該類創(chuàng)新項目的實踐過程中。

4 結(jié) 語

吉大大學生開放性創(chuàng)新實驗項目的開展，為學生提供了一個新的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練平臺。學生們普遍反映該類項目選擇余地大，相比理論教學，實驗教學環(huán)節(jié)更貼近現(xiàn)實生活和興趣愛好，能夠自主地將自己的想法付諸實踐，并可以提前了解創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目對學生自身實力的要求，這也是該項舉措得以實施的基礎，統(tǒng)計數(shù)據(jù)中學生的參與比例逐年提升，也更加充分地說明了該類項目實施的有效性。

[1] 李曉明, 蔣宗禮, 王志英, 等. 積極研究和推進計算思維能力的培養(yǎng)[J]. 計算機教育, 2012(5)： 1.

[2] 王志英, 周興社, 袁春風, 等. 計算機專業(yè)學生系統(tǒng)能力培養(yǎng)和系統(tǒng)課程體系設置研究[J]. 計算機教育, 2013(9)： 1-6.

[3] 彭國軍, 張煥國, 杜瑞穎, 等. 信息安全競賽與本科生科研創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)[J]. 計算機教育, 2010(24)： 1-4.

（編輯：郭田珍）

1672-5913(2017)03-0029-04

G642

吉林大學青年教師教學能力發(fā)展項目（2015QNZD008）；教育部計算機類專業(yè)教學指導委員會系統(tǒng)能力培養(yǎng)專業(yè)綜合改革項目（吉林大學）。

呂帥，男，副教授，研究方向為人工智能、智能規(guī)劃與自動推理，lus@jlu.edu.cn；

王強強（通信作者），女，研究實習員，研究方向為高教管理，wangqiangqiang@jlu.edu.cn。