摘 要：基于項(xiàng)目的教學(xué)與學(xué)習(xí)方式已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外多所大學(xué)證明是提高大學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的有效途徑 文章介紹哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院本科生培養(yǎng)中的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，闡釋其創(chuàng)新機(jī)制，提出將課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合，將軟硬件實(shí)踐課程相結(jié)合，形成貫穿4年本科教育的項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)踐教學(xué)體系和較為完善的過(guò)程管理方法，為高水平計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)作出有益嘗試；指出基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)、問(wèn)題分析、問(wèn)題求解以及綜合創(chuàng)新能力有重要意義

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目學(xué)習(xí)；實(shí)踐課程體系；年度創(chuàng)新項(xiàng)目；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課；設(shè)計(jì)與實(shí)踐課

1 背 景

項(xiàng)目學(xué)習(xí)（PjBL，project based learning）的基本形式是以項(xiàng)目（組）形式完成一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的作品，如計(jì)算機(jī)專業(yè)中的硬件設(shè)備或軟件系統(tǒng)等，并以書面或口頭的形式總結(jié)表達(dá)完成任務(wù)的過(guò)程及產(chǎn)出物。其主旨是讓學(xué)牛積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，完成知識(shí)體系的構(gòu)建，強(qiáng)調(diào)了教學(xué)過(guò)程中“做”的重要意義；既增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神。

國(guó)外一流大學(xué)非常強(qiáng)調(diào)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，如美國(guó)大學(xué)的“Gordon-MIT工程領(lǐng)導(dǎo)力培養(yǎng)計(jì)劃”、英國(guó)大學(xué)“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式”、澳大利亞大學(xué)的“無(wú)邊界工程師培養(yǎng)計(jì)劃”等。以MIT為例，MIT所有工科專業(yè)的培養(yǎng)方案都包括以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)課程，讓學(xué)生親自動(dòng)手參與工程項(xiàng)口：大一學(xué)生不分專業(yè)，完成基礎(chǔ)課程，在這些課程中，有一部分工學(xué)院開設(shè)的項(xiàng)目課程，學(xué)生需要組成團(tuán)隊(duì)，完成老師指定或者自選的項(xiàng)日，其目的主要是為了讓學(xué)生親自動(dòng)手參與一些簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，培養(yǎng)他們對(duì)工程學(xué)科的興趣；大二到大四的學(xué)生每年至少有一門圍繞本專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的項(xiàng)目課程，訓(xùn)練學(xué)牛解決專業(yè)相關(guān)問(wèn)題的能力。有的課程跨度為2-3個(gè)學(xué)期，學(xué)牛有充分的時(shí)間完成相對(duì)較大的工程項(xiàng)目。學(xué)生在完成本科四年的課程和實(shí)踐項(xiàng)目后，才能獲得工學(xué)學(xué)士學(xué)位。

2 計(jì)算機(jī)專業(yè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)體系的創(chuàng)新機(jī)制

2008年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī)學(xué)院）開展了項(xiàng)目學(xué)習(xí)方而的研究、規(guī)劃、實(shí)施等工作。經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，學(xué)院已形成一個(gè)立體化、個(gè)方位的項(xiàng)目學(xué)習(xí)體系。它包括大一年度創(chuàng)新項(xiàng)同，大二、大三年級(jí)的專業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目課程，大四年級(jí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，再配合大學(xué)生創(chuàng)新科技項(xiàng)目、課程大作業(yè)練習(xí)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課、研究實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目、企業(yè)實(shí)習(xí)項(xiàng)目等，如圖1所示。

2.1 大一年度創(chuàng)新項(xiàng)目

大一年級(jí)的學(xué)生在知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)踐能力訓(xùn)練上存在較大的欠缺，所以設(shè)置大一年度創(chuàng)新項(xiàng)目的日標(biāo)并不是讓大一學(xué)生做出一個(gè)大型的完整項(xiàng)目，而是讓學(xué)生在具體的項(xiàng)目實(shí)踐中走一遍，提升興趣、積累經(jīng)驗(yàn)、形成認(rèn)識(shí)。具體來(lái)說(shuō)，人一年度創(chuàng)新項(xiàng)曰的目標(biāo)是：提升學(xué)生求知、探索新事物和從事科學(xué)研究的興趣；讓學(xué)生學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)和問(wèn)題求解，能夠觀察、思考和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；培養(yǎng)學(xué)生搜集資料、查閱文獻(xiàn)的基本能力；引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作，培養(yǎng)其溝通交流及與人協(xié)作的能力。

在這樣的日標(biāo)下，大一年度創(chuàng)新項(xiàng)目具有嚴(yán)格的、與科研項(xiàng)目類似的工作流程：申報(bào)立題一開題答辯一過(guò)程監(jiān)控和管理一中期檢查一驗(yàn)收答辯。學(xué)生認(rèn)真走完全過(guò)程就能熟悉和了解科研的基本方法。同時(shí)以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)可以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣。在開題環(huán)節(jié)，學(xué)生自立題目、自由申報(bào)、自主選擇導(dǎo)師，培養(yǎng)自身觀察和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力；開題答辯采取poster方式，張貼海報(bào)、茶話交流，師生共同評(píng)審?fù)镀?，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)與自我推銷的能力；在項(xiàng)目工作過(guò)程中，依靠項(xiàng)目管理網(wǎng)站記錄項(xiàng)目進(jìn)展和師生交流情況，讓學(xué)生體會(huì)工程實(shí)踐中的過(guò)程控制；中檢和驗(yàn)收答辯采用的形式是檢查項(xiàng)目組進(jìn)展和結(jié)果，要求書面和口頭報(bào)告，完成對(duì)學(xué)生自我總結(jié)和表達(dá)能力的訓(xùn)練。

2.2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課

設(shè)置創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課的目的是將教師的科研、教學(xué)的最新成果，業(yè)界的前沿內(nèi)容（如移動(dòng)計(jì)算、云操作系統(tǒng)等），引入到本科生課堂中，讓學(xué)生盡早接觸學(xué)科前沿。表1給出了計(jì)算機(jī)學(xué)院目前已經(jīng)開設(shè)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課，從課程名稱可以看出，低功耗嵌入式系統(tǒng)、高級(jí)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)軟件、腦機(jī)接口等內(nèi)容都是目前業(yè)界的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

以“低功耗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為例，教師首先需要明確給出設(shè)計(jì)項(xiàng)目的要求，如要實(shí)現(xiàn)如圖2所示的嵌入式板子；或者是由學(xué)生自主選題，實(shí)現(xiàn)一款自行設(shè)計(jì)的低功耗產(chǎn)品。教師可根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界中常使用的設(shè)備，如iPad、MP3播放器等進(jìn)行啟發(fā)設(shè)計(jì)，但必須要有明確的目標(biāo)

在這個(gè)課程中，學(xué)生需要完成一個(gè)完整的系統(tǒng)，包括項(xiàng)目設(shè)想、方案設(shè)計(jì)（包括電路沒汁和軟件設(shè)計(jì)）、安裝和調(diào)試（包括制作電路板、焊接器件和調(diào)試電路）、測(cè)試和驗(yàn)收等環(huán)節(jié)。

創(chuàng)新課程可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣。學(xué)生通過(guò)選擇元器件，設(shè)計(jì)原理圖和制版圖，參與焊接、州試、組裝、生產(chǎn)工藝等，實(shí)現(xiàn)一款融入自己設(shè)計(jì)思想的低功耗產(chǎn)品，培養(yǎng)自身的動(dòng)手能力和系統(tǒng)觀，將所學(xué)的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用于一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的有機(jī)融合。

2.3 設(shè)計(jì)與實(shí)踐類課程

計(jì)算機(jī)學(xué)院的設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程主要包括硬件設(shè)計(jì)實(shí)踐和軟件設(shè)計(jì)實(shí)踐兩個(gè)部分，其中硬件設(shè)計(jì)實(shí)踐對(duì)應(yīng)的課程是計(jì)算機(jī)設(shè)汁與實(shí)踐，在這個(gè)課程中，學(xué)生要設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要部件（狀態(tài)機(jī)、元件例化、I/O接口與簡(jiǎn)單的CPU設(shè)計(jì)，最基本支持LDA、STA、MOV、MVI、ADD、SUB、JZ、JMP、IN、OUT 10條指令），要培養(yǎng)學(xué)生的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力以及硬件實(shí)現(xiàn)能力

軟件設(shè)計(jì)與實(shí)踐對(duì)應(yīng)的課程有兩門，其中軟件設(shè)計(jì)與實(shí)踐I是針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法等應(yīng)用級(jí)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。在這個(gè)實(shí)踐課程中，要讓學(xué)生完成如“社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的建模、分析與信息擴(kuò)散模擬”等大型的軟件類項(xiàng)目，項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中涉及問(wèn)題的抽象、綜合知識(shí)的應(yīng)用、軟件實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。以社交網(wǎng)絡(luò)模擬為例，其涉及的問(wèn)題抽象是如何將社交網(wǎng)絡(luò)抽象為圖，將社交網(wǎng)上的相關(guān)應(yīng)用抽象為圖上的算法；這涉及圖論、大圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散算法等相關(guān)知識(shí)的應(yīng)用和實(shí)踐。軟件設(shè)計(jì)與實(shí)踐II是針對(duì)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)級(jí)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，如“小Linux上的鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)與圖形界面開發(fā)”項(xiàng)目涉及設(shè)備驅(qū)動(dòng)、鼠標(biāo)硬件、事件處理框架、圖形模式等，學(xué)生需要在現(xiàn)有的操作系統(tǒng)中增加大型模塊。

設(shè)計(jì)與實(shí)踐類課程采取的教學(xué)管理方式也是項(xiàng)目式管理，即由“開題一平時(shí)討論一中期檢查一結(jié)題驗(yàn)收一答辯”構(gòu)成，其中開題的核心是要明確方案和結(jié)題的目標(biāo)；平時(shí)討論的核心是技術(shù)難點(diǎn)和下一步的工作計(jì)劃；結(jié)題驗(yàn)收答辯的核心是驗(yàn)收開題時(shí)的結(jié)題目標(biāo)以及團(tuán)隊(duì)合作情況。表2是軟件設(shè)計(jì)與實(shí)踐II課程的一個(gè)小組在課程教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的一些中間結(jié)果，其中結(jié)題目標(biāo)取自其開題報(bào)告；討論記錄記錄了該小組平時(shí)討論的主題和達(dá)成的共識(shí)；組員分工取自課程的結(jié)題驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

3 計(jì)算機(jī)專業(yè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)體系的支撐平臺(tái)建設(shè)

為了支持高水平的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)學(xué)院在實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)等方面做了大量工作，取得了一定的成果。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)平臺(tái)、小區(qū)智能交通管理系統(tǒng)、類人形機(jī)器人等多個(gè)硬件嵌入式實(shí)踐平臺(tái)。同時(shí)在教學(xué)輔助軟件系統(tǒng)建設(shè)上實(shí)現(xiàn)了基于C/S結(jié)構(gòu)的“C語(yǔ)言編程題考試自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)”，該系統(tǒng)獲得國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助，目前已經(jīng)有包括國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京郵電大學(xué)等在內(nèi)的119所院校免費(fèi)申請(qǐng)?jiān)囉?；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了面向?qū)W生自主學(xué)習(xí)的作業(yè)在線測(cè)試系統(tǒng)，正在學(xué)校內(nèi)部使用。另外，計(jì)算機(jī)學(xué)院基于云計(jì)算理念，采用虛擬化與SDN等技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生以虛擬化的方式完成信息安全相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)和自主實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)學(xué)院在項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課程體系、教育管理體系、具體課程的實(shí)施過(guò)程管理與學(xué)生學(xué)習(xí)情況考核等方面邊實(shí)施邊探索，形成具有科學(xué)性、系統(tǒng)性、可實(shí)施性的、較為完整的人才培養(yǎng)體系。項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施7年來(lái)，學(xué)院共畢業(yè)約1500名本科畢業(yè)生，以2012年為例，畢業(yè)本科生217人，其中出國(guó)深造16人，讀研84人（占總?cè)藬?shù)38.7%）。應(yīng)就業(yè)人數(shù)117人，實(shí)際就業(yè)人數(shù)113人，一次就業(yè)率達(dá)到96.58%。在北京就業(yè)的39人，深圳21人，就業(yè)主要集中于大型企事業(yè)單位。畢業(yè)2-3年后，部分學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)。多年的畢業(yè)生跟蹤調(diào)查表明，這些畢業(yè)生的專業(yè)能力和創(chuàng)新意識(shí)深受用人單位好評(píng)。筆者在此撰文分享哈工大計(jì)算機(jī)學(xué)院在人才培養(yǎng)方面所做的一些工作，希望能為本科專業(yè)人才培養(yǎng)體系的設(shè)計(jì)者和實(shí)現(xiàn)者提供參考。