黃建忠， 杜 博， 張滬寅， 彭紅梅

(武漢大學(xué) 計算機學(xué)院， 武漢 430072)

0 引 言

李克強總理在高等教育改革創(chuàng)新座談會上提出“注重增強學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)工匠精神，踐行知行合一，多為學(xué)生提供動手機會，提高解決實際問題的能力，助力提升中國產(chǎn)品的質(zhì)量?！睂嵺`教學(xué)是鞏固和加深理論知識的有效途徑，是培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動手能力的重要環(huán)節(jié)，也是用人單位評價學(xué)校培養(yǎng)人才效果的關(guān)鍵性指標。隨著社會的發(fā)展，在計算機類本科人才實踐教學(xué)的過程中，也出現(xiàn)了一些教學(xué)問題，主要包括：實踐教學(xué)各個環(huán)節(jié)之間相對獨立、聯(lián)系較少，缺乏實踐教學(xué)體系；實踐教學(xué)過程中軟硬件的條件難以滿足理論教學(xué)的需要；實驗項目較為固定、死板，與時代需要脫節(jié)；實踐教學(xué)師資力量配備薄弱；實踐教學(xué)與人才培養(yǎng)結(jié)合較為松散[1-3]。

經(jīng)過10余年的研究與實踐，我校積累了大量的實踐教學(xué)經(jīng)驗，形成了一套以學(xué)科競賽為驅(qū)動的面向計算機類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的實踐教學(xué)體系，以競賽倒逼實踐平臺與資源的發(fā)展建設(shè)，在實驗教學(xué)上下功夫，取得了較突出的人才培養(yǎng)效果[4-7]。

1 實踐教學(xué)改革理念

1.1 探索“以賽促學(xué)”的創(chuàng)新驅(qū)動實踐教學(xué)發(fā)展模式

大學(xué)生學(xué)科競賽已經(jīng)成為深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的重要載體、促進大學(xué)生全面發(fā)展的重要平臺，是推動產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合的關(guān)鍵紐帶，是高素質(zhì)人才培養(yǎng)的一條有效途徑。競賽是整合課內(nèi)外實踐教育教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的重要抓手[8-10]。

探索實踐“以平臺建設(shè)支撐學(xué)科競賽，以學(xué)科競賽培養(yǎng)創(chuàng)新人才”的實踐能力培養(yǎng)方法，堅持“以賽促學(xué)、以賽促研、以賽促建、以賽促新”，推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展及競賽成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化，以學(xué)科競賽培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和人文精神，利用學(xué)科競賽激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動力與科研創(chuàng)新意識，不斷提升人才核心競爭力。

1.2 倡導(dǎo)“以學(xué)生為本”的線上線下一體化實訓(xùn)實踐

計算機類的競賽，學(xué)生要想取得優(yōu)異成績，一定要在思維、技能、強度等方面強化實踐。實驗平臺與實驗室是學(xué)生完成實踐教學(xué)不可或缺的重要場所，也是學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計的重要基地或平臺。實訓(xùn)實踐可以說是學(xué)生成長、成人、成才的必由之路[11-12]。

倡導(dǎo)以學(xué)生為本的理念，融合學(xué)科優(yōu)勢資源及前沿研究成果，依托“虛實”融合的線上線下一體化實踐教學(xué)平臺及實驗資源，時間與空間上的開放共享，為學(xué)生科研競賽訓(xùn)練提供強有力的保障，可實現(xiàn)全天候、個性定制化、大規(guī)模協(xié)同實驗。學(xué)生通過全流程實踐鍛煉，實驗室為學(xué)生的創(chuàng)意提供平臺支撐，競賽中會涌現(xiàn)更多的優(yōu)秀作品，以點帶面推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實踐。

2 實踐教學(xué)體系與人才培養(yǎng)模式

2.1 面向社會需求與創(chuàng)新驅(qū)動，制定實踐教學(xué)體系

以培養(yǎng)高素質(zhì)實踐人才為宗旨，以加強內(nèi)涵建設(shè)、提升本科教學(xué)管理水平、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為主要內(nèi)容，結(jié)合計算機類相關(guān)專業(yè)的指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范，構(gòu)建了“四類型六環(huán)節(jié)”的計算機類本科實踐教學(xué)體系，如圖1所示。依據(jù)創(chuàng)新型人才成長規(guī)律設(shè)計循序漸進的細粒度培養(yǎng)機制，將實驗類型分為基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、綜合實驗和科研創(chuàng)新實踐四種類型，通過認知實驗、驗證實驗、設(shè)計實驗、綜合實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計和科研競賽等六個環(huán)節(jié)來進行實驗教學(xué)[4-5]。

實踐教學(xué)體系內(nèi)容覆蓋了計算機科學(xué)與技術(shù)、信息安全、物聯(lián)網(wǎng)工程等整個計算機類專業(yè)的核心研究領(lǐng)域的知識點，也涵蓋了計算機類本科專業(yè)的四個年級各環(huán)節(jié)的實踐內(nèi)容。低年級學(xué)生通過基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗完成課堂知識的學(xué)習(xí)與認知，高年級學(xué)生通過綜合實驗和科研創(chuàng)新實踐完成創(chuàng)新思維與實踐能力的培養(yǎng)，形成了“認知、設(shè)計、創(chuàng)新、應(yīng)用”的計算機系統(tǒng)綜合能力培養(yǎng)模式[13-14]。

圖1 計算機類本科實踐教學(xué)體系

2.2 創(chuàng)建“以賽促學(xué)”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式

堅持“學(xué)科競賽為牽引、創(chuàng)新平臺為支撐”，實現(xiàn)“以賽促學(xué)、以賽促研、以賽促建、以賽促新”，創(chuàng)建出“以賽促學(xué)”的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，以實踐平臺建設(shè)支撐學(xué)科競賽，推動競賽成果向?qū)嶒炂脚_資源轉(zhuǎn)化，利用學(xué)科競賽激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動力與創(chuàng)新科研意識，實現(xiàn)以學(xué)科競賽培養(yǎng)具有“創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新人格”的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，提升核心競爭力。

以創(chuàng)新為培養(yǎng)目標，以競賽為促進手段，按學(xué)年制為學(xué)生制定細粒度合理的階段目標。第一年為目標規(guī)劃期，結(jié)合學(xué)生的興趣與特點，確立學(xué)習(xí)目標并制定整體規(guī)劃。第二年為知識儲備期，根據(jù)學(xué)科競賽或科研立項，讓教師與學(xué)生自由組合形成競賽和研究小組。第三年為成果形成期，以參加競賽等形式進行科研成果展現(xiàn)及爭取競賽獲獎。第四年為成果轉(zhuǎn)化期，將獲得的競賽成果和科研成果總結(jié)推廣及應(yīng)用轉(zhuǎn)化，為學(xué)生的就業(yè)或創(chuàng)業(yè)提供良好的機遇。

3 “學(xué)賽”結(jié)合的實踐資源建設(shè)

3.1 打造“虛實”融合的實踐教學(xué)平臺

實踐平臺創(chuàng)新是實踐教學(xué)體系建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要內(nèi)容。在“四類型六環(huán)節(jié)”的實踐教學(xué)體系框架下，一方面強化建設(shè)實體實驗室，另一方面也開放大規(guī)模在線實驗平臺，以資源共享、“虛實”融合的方式構(gòu)建線上線下一體化的實踐教學(xué)平臺。這些實踐環(huán)境為計算機類專業(yè)的本科教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)、品牌特色專業(yè)建設(shè)提供了強有力支撐。學(xué)生通過全流程多平臺的實訓(xùn)鍛煉，提高了創(chuàng)新實踐能力與專業(yè)素養(yǎng)。

實踐教學(xué)平臺設(shè)計為3層架構(gòu)，如圖2所示。我校建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)安全云平臺、高性能計算平臺、物聯(lián)網(wǎng)工程實訓(xùn)平臺、網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)平臺、計算機系統(tǒng)學(xué)習(xí)平臺等，也是為國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心服務(wù)的開放共享平臺，構(gòu)建了實驗資源的多層次共享機制[15]。

圖2 實踐教學(xué)平臺架構(gòu)

3.2 采用眾創(chuàng)機制更新實驗資源

以眾創(chuàng)實驗項目為突破口，采用“眾創(chuàng)機制”激勵教師、研究生教輔、本科生、合作單位技術(shù)骨干、校友組成的實驗教學(xué)團隊協(xié)同參與設(shè)計實驗，不斷將教師科研成果、合作單位的真實項目和學(xué)生的參賽獲獎作品加以轉(zhuǎn)化，形成特色實驗項目，為學(xué)生實驗、實訓(xùn)、課外科研、學(xué)科競賽、創(chuàng)業(yè)實踐等源源不斷注入更新優(yōu)質(zhì)實踐教學(xué)資源。典型實驗資源建設(shè)情況見表1。

改變以往“被動學(xué)習(xí)”的呆板模式，鼓勵學(xué)生參與到眾創(chuàng)實驗項目設(shè)計中，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計方案和實驗步驟，通過“群組式討論”分析實驗設(shè)計方案和實驗過程的優(yōu)點和不足，鍛煉學(xué)生團隊協(xié)作能力。通過眾創(chuàng)機制，學(xué)生的創(chuàng)新意識大幅加強，涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的實驗項目，反哺了實驗平臺的更新建設(shè)，讓更多學(xué)生受益。

表1 典型實驗資源建設(shè)情況

3.3 秉持開放共享，助推校企合作資源轉(zhuǎn)化

匯聚知名高校、IT企業(yè)與政府部門優(yōu)勢資源，通過“引進來”和“送出去”相結(jié)合的方式，擴寬學(xué)生的交流與溝通渠道，促進實踐教學(xué)的對外輻射，也為與科研成果的快速轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。

加強與國內(nèi)知名IT企業(yè)、政府與行業(yè)主管部門簽訂合作協(xié)議，共同建立工程實踐教育基地和校內(nèi)聯(lián)合實驗室，將這些企事業(yè)單位的實際需求轉(zhuǎn)化為實踐教學(xué)的目標，采用目標導(dǎo)向的實踐人才培養(yǎng)方法。建立校外學(xué)生實訓(xùn)基地，通過實戰(zhàn)演練，開闊學(xué)生視野，讓學(xué)生切身感受到IT企業(yè)的文化氛圍、工作環(huán)境，增強學(xué)生的緊迫感和危機感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自發(fā)性，并為未來就業(yè)和創(chuàng)業(yè)打下基礎(chǔ)。

4 實踐教學(xué)特色與創(chuàng)新

致力于實驗教學(xué)體系與人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，打造以“引領(lǐng)、共享、創(chuàng)優(yōu)、突破”為核心的實驗室文化，在10余年的實踐教學(xué)建設(shè)進程中形成了自身特色。

(1) 構(gòu)建了“四類型六環(huán)節(jié)”計算機類本科實踐教學(xué)體系，為專業(yè)人才培養(yǎng)貢獻教學(xué)經(jīng)驗。我校在計算機類專業(yè)課程體系、實踐培養(yǎng)方案、實驗室建設(shè)等方面積累了大量案例，創(chuàng)建了全國第一個信息安全本科專業(yè)實踐教學(xué)體系，建設(shè)了一流的物聯(lián)網(wǎng)工程實訓(xùn)實驗室，牽頭制定了全國第一個“高等學(xué)校信息安全專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范”、高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范。實踐教學(xué)體系與專業(yè)規(guī)范成為50多所國內(nèi)外高校制定實踐教學(xué)方案的依據(jù)，起到了輻射示范效應(yīng)。

(2) 融合多學(xué)科平臺科研優(yōu)勢和創(chuàng)新實踐成果，創(chuàng)新設(shè)計了“虛實”融合的實驗平臺新架構(gòu)。借助計算機技術(shù)、軟件工程和網(wǎng)絡(luò)空間安全等一級學(xué)科，建設(shè)“虛實”融合的線上線下一體化實踐教學(xué)模式，自主設(shè)計大規(guī)模在線計算機類虛擬仿真實驗云平臺。平臺通過不斷更新建設(shè)實踐教學(xué)內(nèi)容，集聚社會資源、提高資源利用率、減小重復(fù)建設(shè)代價、提供廣泛交流與實踐的平臺，為專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)打造先進的實踐平臺。近幾年為本校培養(yǎng)了2 000余名計算機類專業(yè)本科生，為校外4 000余人次提供了實驗教學(xué)服務(wù)。

(3) 探索“以賽促學(xué)”的新型人才培養(yǎng)模式，推動實驗項目設(shè)計的眾創(chuàng)機制，構(gòu)建出實踐基地平臺與學(xué)科競賽的雙向互反饋機制。探索學(xué)賽與平臺結(jié)合的計算機拔尖人才培養(yǎng)模式，匯聚校內(nèi)外優(yōu)勢資源，形成實踐平臺與學(xué)科競賽的良性互助循環(huán)。創(chuàng)建了引送結(jié)合的校企助推機制，激勵教師、學(xué)生、合作單位技術(shù)骨干、校友協(xié)同參與實踐教學(xué)資源建設(shè)。目前，我校已與30余家企事業(yè)單位共建工程實踐教育基地、校企聯(lián)合實驗室和校企合作實習(xí)基地等，這些資源每年為400余名學(xué)生參加信息安全、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計、互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、程序設(shè)計等10余項賽事提供支持。

(4) 重視“內(nèi)培外引”的實踐教師培養(yǎng)，建設(shè)高素質(zhì)的實踐教學(xué)團隊。在團隊建設(shè)中，發(fā)揮團隊負責(zé)人的示范帶頭作用，通過傳、幫、帶，帶動實踐教學(xué)團隊的研究工作，鼓勵教師到國內(nèi)外大學(xué)進行學(xué)習(xí)與交流，研究和分析其他學(xué)校的成功經(jīng)驗。每年還聘請經(jīng)驗豐富的企業(yè)高管作為高校導(dǎo)師，在具體的實踐教學(xué)中擔(dān)任指導(dǎo)教師。另外，學(xué)校在人事制度、業(yè)績考核、成果獎勵等方面推行激勵機制，實行將論文、項目經(jīng)費、競賽及實踐教學(xué)打通考評，支持不同教師發(fā)揮個人所長。比如，對于在重要學(xué)術(shù)競賽中獲突出成績的教師可破格晉升高一級職稱。

5 實踐教學(xué)成效

實踐教學(xué)特色建設(shè)是實踐平臺及資源建設(shè)與發(fā)展的核心。我校10余年在計算機實驗教學(xué)體系、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)等方面的研究與實踐成效明顯。近年來，我校在高等學(xué)校國家級實驗教學(xué)示范中心聯(lián)席會主辦的會議評選中獲獎5項，獲獎數(shù)居前列。實踐教學(xué)團隊還獲其他教學(xué)獎勵14項，獲批各類教學(xué)研究項目22項，發(fā)表教學(xué)論文32篇，出版教材36部。

通過實驗平臺與基地的建設(shè)，已經(jīng)舉辦了六屆華中區(qū)程序設(shè)計邀請賽、四屆武漢大學(xué)研究生程序設(shè)計大賽、兩屆武漢大學(xué)“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國高校網(wǎng)絡(luò)安全技能競賽、第二屆全國研究生智慧城市技術(shù)與創(chuàng)意設(shè)計大賽、首屆全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計大賽華中及西南賽區(qū)復(fù)賽等賽事。

近5年，我校計算機類專業(yè)有1 900多人次參加各類全國大學(xué)生學(xué)科競賽，參加人數(shù)達到60%，人才培養(yǎng)的數(shù)量與質(zhì)量均有大幅提升。學(xué)生獲國家級獎項165個，獲獎人數(shù)434人，獲獎學(xué)生占學(xué)生總?cè)藬?shù)的23%，獲獎人數(shù)較前期提高了70%以上。其中，在中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲金獎2項，在全國大學(xué)生信息安全競賽中獲一等獎12項，在全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽中獲一等獎7項，在國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽(ACM/ICPC)亞洲區(qū)域賽中獲金獎9項，在全國大學(xué)生計算機系統(tǒng)與程序設(shè)計競賽中獲金獎2項。競賽獲獎的學(xué)生85%到國內(nèi)985高校和國外知名高校繼續(xù)深造，直接就業(yè)的學(xué)生98%就職于著名IT企業(yè)和國家重要部門，社會對我們培養(yǎng)的學(xué)生給予了高度認可和好評。

6 結(jié) 語

經(jīng)過10余年實踐教學(xué)改革與探索，我校構(gòu)建了“四類型六環(huán)節(jié)”的計算機實踐教學(xué)體系，建設(shè)了一支優(yōu)秀的實踐教學(xué)隊伍，建立了“以賽促學(xué)”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，打造了“虛實”融合的實踐教學(xué)平臺，匯聚了一批特色實驗資源，校企合作共建資源豐富，取得了很好的教學(xué)效果。當(dāng)然，大學(xué)生學(xué)科競賽與實踐教學(xué)體系及拔尖人才培養(yǎng)等方面還有很多需要不斷探索與實踐應(yīng)用。培養(yǎng)高素質(zhì)的優(yōu)秀人才，是一項長期努力奮斗的目標，需要不斷地開展更多卓有成效的工作。

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