1. 引言
实践教学是高等院校培养高素质科技创新人才的重要环节。近年来，基于时代背景[1] [2]、院校类型[3]及各种教育理念[4]的实践教学体系研究层出不穷。研究表明，各院校的信息与计算科学专业实践教学普遍存在实验教学课时偏少，实验从属于理论；计算机类实践课程设置不科学；实践教学环境资源不足；实践教学队伍背景单一等问题[5]。为支撑教育部“双万计划”，支持一流本科专业建设，全方位提高学生培养质量，提升学生的实践能力，优化信息与计算科学专业的实践教学体系势在必行。
中国民航大学(以下简称我校)信息与计算科学专业已有24年的办学历史，培养了1000余名高素质的毕业生。经过长期积淀，形成了“以学科发展带动专业建设、教学与科研相互促进、理论紧密结合实践”的专业建设模式。在专业建设过程中，加强理论与实践结合，开设“数学模型与民航案例”、“数学实验与应用软件”等具有行业特色的实践课程，提高学生运用数学知识和计算机技能解决行业实际问题的能力。为改善实践教学环境，积极拓展校外实践实习基地。我校的数学学科为天津市重点学科，信息与计算科学专业建设依托数学学科优势，极大地加强了师资力量。该专业坚持将科研成果运用于本科生培养中，从科研课题中提炼毕业设计(论文)题目、大学生创新创业训练项目、中国国际大学生创新大赛题目等。作为工科院校的数学专业，我校信息与计算科学专业建设成果斐然，特别是在实践教学体系方面探索出独特的道路。
2. 信息与计算科学专业实践教学体系存在的问题
我校信息与计算科学专业面向交通强国建设，服务区域经济发展，坚持立德树人，培养具有社会主义核心价值观，德、智、体、美、劳全面发展，具有现代信息科学与计算科学的知识背景，具备良好的信息与计算科学专业学术素养以及扎实的数学基础和熟练的计算机技能，掌握信息科学与计算科学的基本理论、基本方法与基本技能，能够从事应用基础研究、解决各类信息处理和科学与工程计算实际问题，具有算法设计与分析能力及持续学习能力的高素质科技创新人才。
以上可以归纳为培养具有人文素养、科学素养、实践能力、终身学习能力的高素质人才。这四个方面互相关联，互为支撑，共同构成了信息与计算科学专业的培养目标。众所周知，提高毕业生竞争力是高等院校关注的焦点问题，而实践能力是提高毕业生竞争力的一个主要指标。提升学生的实践能力、动手能力、创造性思维，关键是要有契合专业培养目标的实践教学体系。
我校信息与计算科学专业的实践教学体系包含实践教学环节、实践教学环境、实践教学队伍三个方面。以下从这三个方面分析信息与计算科学专业实践教学体系的现状及问题。
2.1. 实践教学环节
实践教学环节是专业实践教学体系的核心内容，包含课内实践与课外实践。
我校信息与计算科学专业的课内实践分为实验课程、实训与实习、创新创业类实践和毕业设计(论文)四个部分。课内实践教学环节的课程设置对专业培养目标有明确的支撑作用(见表1)。
Table 1. Matrix of the relationship between practical teaching activities and training objectives in the information and computing science major
表1. 信息与计算科学专业实践教学环节与培养目标关系矩阵
培养目标 |
人文素养 |
科学素养 |
实践能力 |
终身学习能力 |
实验课程 |
√ |
√ |
√ |
√ |
实训与实习 |
√ |
|
√ |
|
创新创业类实践 |
|
√ |
√ |
√ |
毕业设计(论文) |
√ |
√ |
√ |
√ |
该专业的课内实践主要集中于通识教育、毕业实习、毕业设计(论文)等环节。尽管通识教育中的实践课时比较充足，但是专业课的实践课时相对偏少，实验内容相对滞后，实践项目资源相对不足，在一定程度上制约了学生能力的培养。在课内实践环节中，毕业实习受实践教学环境限制，毕业设计(论文)的选题受指导教师队伍的专业背景限制。
信息与计算科学专业的课外实践包括全国大学生数学建模竞赛、全国大学生数学竞赛、大学生创新创业训练项目、中国国际大学生创新大赛等。参与上述实践活动，除了需要扎实的基础知识，也需要大量的专业知识。该专业学生需要学习解析几何、高等代数、数学分析等基础课程，导致普通物理、近世代数、常微分方程等重要的通识课程或者专业课程学习进度滞后。在开展数学建模竞赛或者创新创业训练项目时，学生的专业知识储备不足。为解决上述问题，学生需要提前补充专业知识，学习压力较大，这容易造成学生参加数学建模竞赛不积极，成绩不理想，也容易使学生参加的大学生创新创业训练项目立项级别偏低，任务不好完成。
2.2. 实践教学环境
实践教学环境是实践教学开展的重要支撑。课内实验主要在校内的各实验室进行，各种文科实验室、物理实验室等能够满足学生在通识教育中对实践学习的需求。信息与计算科学专业课程的实验需要在数学与统计学综合实验室展开，该实验室规模有限，且与统计学、材料物理、材料化学等专业共用，无法满足本专业80余名学生同时上机实践。毕业实习课程主要在实习基地开展，但是存在实习基地容量有限且不稳定、实习岗位与专业知识匹配度不够等问题。
2.3. 实践教学队伍
实践教学队伍由各门课程任课教师组成，其中专业课程教师主要是数学教育背景，所指导的专业课程中的实验项目偏重数学验证，来自于生产实践一线的实验项目较少。毕业设计(论文)课题类型主要包括理论研究类、算法设计类、模型建立类、数据处理类等。这些课题大多来自指导教师的科研课题，具有一定的难度，符合专业培养目标，但与实践紧密结合的题目偏少。大学生创新创业训练项目同样存在学科背景比较单一、题目来源不够丰富等问题。
3. 信息与计算科学专业实践教学体系的改革与实践
根据实践调研和分析总结发现的问题，信息与计算科学专业基于培养目标和专业特色，在实践教学环节、实践教学环境、实践教学队伍三个方面进行了一些列的探索与实践。
3.1. 实践教学环节方面
实践教学环节方面的主要举措包括：(1) 修订培养方案，将高等代数、近世代数、常微分方程等重要的专业课程开课学期提前，开设分析方法选讲、代数方法选讲等专业选修课，助力学生参加全国大学生数学竞赛和考研深造。(2) 优化专业课程中的实践环节，设置数学模型与民航案例、学科前沿进展、数学实验与应用软件、科技创新实践、科技项目训练等一系列具有特色的包含实践教学的专业课程(见表2)，为学生参加全国大学生数学建模竞赛、大学生创新创业训练项目、中国国际大学生创新大赛等课外活动提供必要的知识储备。
Table 2. The practical teaching activities of the information and computing science major
表2. 信息与计算科学专业实践教学环节
课内实践类型 |
课程名称 |
课程类别 |
实验实践学时 |
实验课程 |
物理实验(1) |
独立实验课 |
30 |
物理实验(2) |
独立实验课 |
24 |
C语言程序设计 |
有实验理论课 |
20 |
运筹学 |
有实验理论课 |
6 |
数值分析(I) |
有实验理论课 |
8 |
数学模型与民航案例(1) |
有实验理论课 |
8 |
数学模型与民航案例(2) |
有实验理论课 |
8 |
学科前沿进展 |
理论含实践课 |
8 |
数学实验与应用软件(Ⅱ) |
独立实验课 |
16 |
实训与实习 |
毕业实习 |
独立实践课 |
32 |
创新创业类实践 |
科技创新实践 |
独立实践课 |
16 |
科技项目训练 |
独立实践课 |
16 |
毕业设计(论文) |
毕业设计(论文) |
独立实践课 |
192 |
3.2. 实践教学环境方面
实践教学环境方面的主要举措包括：(1) 更新升级数学与统计学综合实验室的实验设备，提升专业课程的实验环境。(2) 基于教育部产学合作协同育人项目《实践条件和实践基地建设项目》，引入阿里云计算有限公司在数字化产业端的技术优势与实践经验，增加大数据、人工智能、云计算等与产业相关的实践实验项目。(3) 建设学科科研实验室(例如微分方程实验室、编码密码实验室、复杂系统建模与优化实验室、计算数学实验室、密码分析实验室等)，为本科生的专业课程实践提供更多选择；(4) 积极开展校企合作，拓展实习基地和实习岗位，新挂牌天津市统计局社情民意调查中心，厦门航空泉州分公司，中国联合航空有限公司四川分公司等实践实习教学基地(见表3)，既服务区域经济，又助力交通强国建设。
Table 3. Major off campus bases used for internships/practical training in the past three years
表3. 近三年用于实习/实训的主要校外基地
基地名称 |
合作企业 |
企业导师数量 |
学生受益面 |
中国民航大学校外实践实习基地 |
天津市统计局社情民意调查中心 |
5 |
116 |
中国民航大学校外实践实习基地 |
中国联合航空有限公司四川分公司 |
6 |
6 |
中国民航大学校外实践实习基地 |
厦门航空有限公司泉州分公司 |
4 |
4 |
3.3. 实践教学队伍方面
实践教学队伍方面，除了引进具有数学与计算机双重教育背景的师资，还在毕业设计(论文)、大学生创新创业训练项目等环节请数学系全体教师上岗指导，增加如运筹学与控制论、控制理论与工程、信息与通信工程等专业背景的教师(见表4)；聘请企业指导教师，建立多学科、多背景、有丰富实践经验的指导教师队伍，为学生提供更丰富的实践项目题材、毕业设计(论文)题目，对学生参加学科竞赛给出更有效的指导。
Table 4. Excellent undergraduate graduation project (thesis) at the university level in the past three years
表4. 近三年校级优秀本科毕业设计(论文)
序号 |
年份 |
题目 |
指导教师所学专业 |
1 |
2024 |
机场航站楼旅客出港流程建模研究 |
运筹学与控制论 |
2 |
2024 |
拟周期复合材料结构热传导问题的高阶多尺度方法研究 |
计算数学 |
3 |
2024 |
一类随机霍乱传染病模型的动力学性质及最优控制 |
基础数学 |
4 |
2024 |
偏微分方程有限差分法的应用研究 |
计算数学 |
5 |
2023 |
非光滑凸优化问题的邻近梯度算法研究及实现 |
应用数学 |
6 |
2023 |
一类具有疫苗接种的HBV传染病模型的动力学性质的研究 |
基础数学 |
7 |
2023 |
磁盘驱动读取系统性能分析 |
运筹学与控制论 |
8 |
2023 |
凸差问题的迭代算法总结及程序实现 |
计算数学 |
9 |
2022 |
界面数据挖掘及其在软件行为模型探索中的影响 |
计算数学 |
10 |
2022 |
基于有限域上辛空间的码本的构造 |
基础数学 |
11 |
2022 |
双层优化模型在解决飞行冲突中的应用 |
应用数学 |
12 |
2022 |
64阶交换群中12长无零和序列的和集问题研究 |
应用数学 |
4. 总结
随着国家对交通强国战略的重视程度持续加深，创新发展的步伐不断加快，我校信息与计算科学专业持续推进专业建设，并于2022年获批省级一流本科专业建设点。本专业从实践教学环节、实践教学环境、实践教学队伍三个角度入手统筹设计新的实践教学体系，并加以实施(见图1)。新的实践教学体系经过2年的检验，学生的实践能力得到了显著的提升，良好效果正在逐步显现，“《数学模型与民航案例》
Figure 1. Diagram of the practical teaching system of information and computing science major
图1. 信息与计算科学专业实践教学体系图
课程的教学改革与创新实践”获校级教学成果奖二等奖。学生在扎实的数学基础和强大的计算机技能支撑下，近两年立项天津市级及以上级别大学生创新创业训练项目9项，参与全国大学生数学竞赛获得天津市级奖励14项。未来，专业将深入开展校企联合，加强实践教学队伍，完善实验教学条件，丰富实践教学资源，进一步增强学生实践能力与创新意识，持续提升学生的就业竞争力。
基金项目
“中国民航大学教育教学改革与研究项目”，项目编号为“CAUC-2022-C2-028”。