以学生项目引导的全过程实践育人探索与实践

［摘 要］ 在全面加强大学生创新实践能力和创新创业精神的推动下，根据网络空间安全领域人才需求及创新实践能力在安全类专业人才培养中的重要地位，探知创新与实践能力内涵，以学生项目为引导重构实践能力培养过程。根据当前在学生创新与实践能力培养方面的实际，将培养现状中孤岛状的模块与内容重新整合，形成“四段一体”、“V”形结构的实践育人新体系，探索将实践能力训练与专业培养方案进度相融合，注重能力获取，并以学科竞赛为驱动的全过程实践育人新模式，全面提升学生创新与实践能力和综合素质，并且在学生就业和学科竞赛中取得成效。

［关键词］ 人才培养；创新训练；实践育人；教学改革

［基金项目］ 2021年度西安电子科技大学本科教改一般项目“以学生项目为引导的全过程实践育人教育模式改革研究”（C21154）；2021年度西安电子科技大学本科教改重点攻关项目“基于AI+的信息安全拔尖人才培养体系创新与机制改革”（A21013）；2021年度西安电子科技大学本科教改一般项目“《信息与内容安全》课程建设的探索与实践”（C21155）

［作者简介］ 尤 伟（1984—），男，陕西西安人，工学博士，西安电子科技大学网络与信息安全学院讲师，主要从事数据安全与分析与安全风险评估研究；郑 昱（1990—），男，陕西凤翔人，工学博士，西安电子科技大学网络与信息安全学院副教授，主要从事内容安全与人工智能安全研究；杨 超（1979—），男，陕西西安人，工学博士，西安电子科技大学网络与信息安全学院副院长，教授，主要从事基于人工智能与大数据分析的网络空间安全研究。

［中图分类号］ G640 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）10-0045-04 ［收稿日期］ 2023-03-07

引言

加强在校大学生的创新实践能力和创新创业精神是教育主管部门近年来一直倡导和推动的教育教学改革精神，也是当前全国各大高校所关注的重点［1］，通过不断地改革，开展“科研训练”“以赛代练”等多种举措，加强对大学生科研创新能力的培养，致力于培养全面发展、综合实力过硬的新一代学生。

创新与实践能力是大学生运用理论与专业知识，能够对实际工程或理论问题提出一定的新颖、独特、有效的想法、观点或解决方案［2］。然而在实际教学中，学生普遍存在重知识、轻技能的情况，不知道所学知识能解决什么问题，或在需要解决问题时无法与所学知识相联系，创新能力不足，套用现有资料，复制现有方法等，不同学科或不同高校在创新与实践能力的培养模式和方法上并没有显著差异［3］。创新与实践能力并不是一项单独的知识或技能，对大学生创新与实践能力的培养应该与其培养方案和培养进程相结合，进行体系化的全面设计，既包含知识运用、问题分析、方案设计、开发实现等“技术”能力，也包含报告撰写、展示陈述、团队协作、项目管理等方面的“非技术”能力。本项研究便基于以上分析，打破多种举措“孤岛状”的培养模式，形成体系化的周期训练，达成对学生创新与实践能力提升的全过程育人模式。

一、学情分析

西安电子科技大学网络与信息安全学院近年来在提升学院本科生创新实践能力等方面采取了多项措施和改革，例如，在大一学年开设“工程概论”课程，向学生介绍工程建设和工程管理方面的相关知识；从大二起鼓励学生参加多种类型的学科竞赛，锻炼和提高学生综合运用专业知识的能力；在大三通过多种形式的生产实习，使学生切身感受到产业实际状况；在大四通过毕业设计，锻炼和检验学生分析和解决复杂工程问题的综合能力。

这一系列举措基本贯穿了本科学生从入校到毕业的全过程，对学生的创新实践能力起到了一定的训练效果。但结合多年的教学与竞赛指导经验，我们发现在对学生的创新实践能力和工程素养方面依然缺少过程性和阶段性的培养，也缺少适合大部分学生的普遍性培养方法。无论学科竞赛还是毕业设计，本质上均是需要学生完成作品，需要经过分析问题、查找资料、设计方案、开发实现、撰写报告、答辩演讲等环节。然而在实际的学生培养中，却没有针对此类研究性工作的完整实施周期对学生在各个环节实行有针对性的、系统性的“教”，更多是学生的自我提升和自我锻炼，依靠的是学生的主观能动性或悟性。学生在参加竞赛方面自由度较高，参加比赛的级别、类别也不同，得到的锻炼与效果因人而异、千差万别。这使得我们对工程实践和创新能力方面的人才培养质量的把控性不强，均衡性有限，人才培养质量的波动性较大。

基于此，我们认为在对学生进行创新实践和综合工程能力的培养方面还有很大的提升空间，应该考虑设计一套能够面向全体学生、面向工程实践全过程的综合训练方法。

二、建设内容

本项教改提出一种面向创新与实践能力提升的全过程实践育人模式，参考工程开发的“V”形周期，根据教学目标将实践过程合理分割，形成“市场调研”“方案设计与沟通”“产品开发”“产品测试”“产品评估与演进”等五个适合于教学的不同环节，与教学实际相结合设计学生项目，根据学生的学习进度和能力水平循序渐进地在四个学期开展，做到对学生系统性、全过程的创新实践能力培养。每个阶段的项目训练重点不同，学生组队构成根据项目的侧重点而调整，并非每次都输出一个完整作品。具体如图1所示。

图1中虚线为参考的工程项目开发的“V”形生命周期，黑体加粗的文字为根据“V”形周期整合出的着重对学生进行训练和培养的五个方面，分别为“市场调研”“方案设计与沟通”“作品实现”“作品完善”“作品评估与演进”。图中粗线段为设计出的不同阶段的学生项目（以S1—S4标记）及所对应的侧重点。

1.S1阶段为“项目总览”，主要训练学生对大型复杂项目开发中的问题与需求分析、市场调研、产品粗略设计、需求沟通，以及对设计产品的评估与演进方面的训练，主要目标是使学生了解大型工程项目研发的一般流程，学生主要完成需求分析、方案设计、头脑风暴等，无需进行实际的开发与实现。学生7～8人为一组，分组时应考虑组内学生不同专业、性别的搭配，各个组使用同一个设计好的项目题目，便于对教学效果进行评估。

2.S2阶段为“项目开发”，主要训练学生对于给定题目进行实际开发与完善测试，侧重训练学生的动手能力和代码能力。此阶段训练须保证题目难易程度适当而且确保能够实现，题目由教师发布且应具有一定实际背景，同时需求明确且完善。学生跳过“市场调研”“需求分析”等过程，专注于对给定题目进行优质的编程或硬件实现。学生分组进行，每组4～5名学生，一队一题。

3.S3阶段为“项目启动”，是创新性训练。学生根据自身对市场需求、社会问题等的观察提出创新设计方案，通过项目过程的反复打磨，在教师的指导下完成一个较为完善的产品设计，此阶段无须进行实际的功能开发，主要针对需求分析、市场调研、产品设计、界面设计、功能描述等方面，训练学生专注于对社会问题与现实需求的观察与分析，发现“痛点”，理论知识与专业技能相结合，提出创新点。学生可自由组队，每组5～6名学生。

4.S4阶段为“项目设计”，是前三阶段的整合。学生需要完整地进行一次综合训练，以组队形式完成一个小型工程项目，涵盖前三阶段的训练成果。每组7～8名学生，题目可由教师发布，也可由学生自行设计，一队一题，学生根据自身专业和兴趣自愿选择题目并最终完成。

本课题的特色在于参考工程产品的开发周期并映射到教学环节中，将学生应具备的实践能力的各个方面进行合理拆分再融入学生的培养方案实施的全过程，以学生分组项目的形式，根据学生的学习进度，在不同学期对不同工程能力进行有针对性的训练，全面提高学生的综合能力，包括团队协作、与人沟通、技术报告撰写、答辩材料制作、表达能力训练等“非技术”素质，最终达到培养全面复合型人才的效果。

三、实施过程与保障措施

（一）实施计划

为保证能够完整实现一个周期闭环，兼顾学生主动性和对学生的约束性，本项目首先以系列选修课的形式在40名大二学生中进行试点。从大二秋季学期开始连续实施4个学期后于大三春季学期结束，每学期计划16学时，共设4次教师指导课和若干次分组讨论课。

（二）实施过程

1.S1阶段（2020年9月—2021年1月）：此时学生为大二秋季学期。在S1中选用《基于车载GPS的高速公路路牌自动识别系统》为目标题目，将40名学生分为5组。题目设定的背景为“需要基于在高速路中行驶的汽车，自动将汽车途经的某类道路交通标示（例如限速标示）和汽车的GPS信息上传至数据库中，以完成某关于交通信息库的建设”。在实施中，学生要首先分析题目的实际意义和应用场景，再分析实时信息上传，对路牌进行电子化采集等技术问题，还要梳理出运动中GPS定位矫正、图像分类等技术难点，再兼顾产品推广、可持续维护等商业模式问题。在此阶段只要求学生能够将真实开发此系统时涉及的以上全过程思考全面，无须实际解决或实现该系统。同时，每组学生需要进行团队建设，人员有角色和工作区分，锻炼学生的团队协作和沟通能力。实施期间，学生须进行3次PPT汇报，提交2次进展报告，教师在PPT制作、文档编写、答辩技巧等方面对学生进行指导。学期结束时，组织每组学生根据此阶段所学，确定一个社会生活“痛点”题目，组队参加全国大学生创新创业训练计划①。

2.S2阶段（2021年3月—2021年7月）：此时学生为大二春季学期，学生已开始学习专业课程。此阶段的训练主要模拟关键技术突破，学生能通过编程、仿真等解决实际技术“难点”。此阶段向学院教师征集题目，例如《基于图神经网络的物联网入侵检测》《针对知识图谱嵌入的投毒攻击》等，学生根据自身专业、能力和兴趣进行选题和组队。每组学生在与指导教师沟通题目需求、技术难点、指标等任务后签订任务书，制订工作计划，每2周与指导教师进行一次技术讨论，每月进行一次项目进展汇报，学期末进行项目结题汇报。经过此阶段的训练，学生应能对于题目所涉及的例如网络协议设计、编程语言使用、IDE工具、调试优化和迭代等专业技能有更深入地掌握，同时对于科技文献撰写、LaTeX运用、实验结果分析等专业素质有显著提升。此阶段的训练效果能够保证S1阶段立项的学生项目更专业地推进。

3.S3阶段（2021年9月—2021年12月）：此时学生为大三秋季学期，将开始学习大量的专业核心课程。此阶段主要是对学生在专业领域的创新思维进行重点训练，每组学生要基于对生活的观察、对专业的理解、对“痛点”的把握、对现状的分析、对技术的运用，提出一个能解决某个实际问题的创新点，并经过反复打磨，最终形成一个具有一定创新意义、现实意义的创新“想法”。此阶段学生自由组队，与指导教师在一学期内反复沟通，通过需求调研、市场调研、技术凝练、方案设计、前景分析、商业企划等方面的子任务不断改进迭代，以信安作品赛、密码技术挑战赛、“互联网+”大赛为靶向目标，确定出一个能够参赛的作品题目。

4.S4阶段（2022年3月—2022年7月）：此时学生为大三春季学期。本学期学生的专业知识体系将基本建立，专业技能与专业工具也应熟练运用，同时经过前三阶段的训练，学生在创新思维、分析能力、工程能力、项目管理、团队协作、表达能力等方面都有了提升。此阶段要求学生分组完成一项高质量的学生科研作品。题目可以对S3阶段成果进行进一步的技术研发和实现，也可重新选题。该阶段对学生的要求是突出项目成果的质量和完整性，不仅保证作品在功能实现上的质量，还有可展示性，有市场与前景分析、成本考量等，打造出完整且优质的学生科技作品。在项目管理上，学生需要做好项目的任务书、计划书、进度甘特图等，并按照计划与指导导师定期汇报和讨论项目技术问题。本阶段的项目成果可用于当年全国大学生信息安全竞赛作品赛、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛和全国密码数学挑战赛。

（三）政策保障

项目组共有8名教师，能够保证每阶段的学生分组需要，教师均有一定的工程背景，能够保证项目的顺利实施。同时，为调动学生的积极性，避免给学生增加课程负担，完整参与项目并顺利通过的可以将项目认定为其“科技制作”“竞赛实践”课的学分；作品在相关学科竞赛中获奖，能够在推免资格评定、奖学金评定等方面得到奖励。