國際化的實踐教學(xué)模式與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

實踐是認識的基礎(chǔ)，是獲取知識的源泉，是檢驗真理的標準。實踐出真知、實踐出人才。實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和增強創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的作風(fēng)、嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度和獨立動手的工作能力；有利于幫助學(xué)生理解、掌握和運用理論知識；有利于學(xué)生學(xué)會綜合調(diào)查、分析測試、方案設(shè)計、編寫報告；有利于發(fā)展學(xué)生觀察思考與創(chuàng)新設(shè)計等能力；有利于學(xué)生增強社會責(zé)任感，增強學(xué)生就業(yè)競爭力和社會發(fā)展力。法國諾貝爾獎獲得者貝爾納說 ：“創(chuàng)造力是沒法教的，必須在實踐中讓學(xué)生動手，有機會把自己的創(chuàng)新思想付諸實施”。創(chuàng)新是魂，實踐是根。創(chuàng)新始于問題、源于實踐。實踐教學(xué)是研究型大學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑。

計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是研究計算機的設(shè)計、制造和利用計算機進行信息獲取、表示、存儲、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科。它包括科學(xué)與技術(shù)兩個方面?？茖W(xué)與技術(shù)相輔相成、相互作用。同時，計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科具有較強的工程性，應(yīng)用是計算機科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的動力、源泉和歸宿，而計算機科學(xué)與技術(shù)又不斷為應(yīng)用提供日益先進的方法、設(shè)備與環(huán)境。計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才培養(yǎng)必須重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

本文的主要工作就是探討如何將先進的國際計算機實踐教學(xué)模式引入到我們的計算機實踐教學(xué)體系，完善我們的計算機實踐教學(xué)體系，以進一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。首先我們介紹國際先進的計算機實踐教學(xué)模式，然后介紹東南大學(xué)計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系，接著介紹東南大學(xué)計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系引入國際化實踐教學(xué)模式的探索，最后給出我們的建議。

1國際先進的計算機實踐教學(xué)模式分析

國際先進的計算機實踐教學(xué)模式的基本特征是：

(1) 強調(diào)做中學(xué)，通過實踐悟出“道理”、發(fā)展理論；

(2) 強調(diào)實踐與社會應(yīng)用需求相結(jié)合；

(3) 強調(diào)實踐與個人研究興趣相結(jié)合；

(4) 強調(diào)實踐綜合與探索相結(jié)合；

(5) 強調(diào)實踐與論文相結(jié)合。

國際先進的計算機實踐教學(xué)基本模式是：“理論—實踐—新理論—再實踐”和“強化實踐”。

英國和德國采用“理論—實踐—新理論—再實踐”模式。英國普遍實行“學(xué)習(xí)—企業(yè)實習(xí)—學(xué)習(xí)”三段制教育體制 ，即學(xué)生一段時間在校學(xué)習(xí) ，一段時間到信息類企業(yè)實習(xí)，工讀交替進行教學(xué)計劃，使學(xué)生能在所選擇的典型信息類企業(yè)環(huán)境中學(xué)習(xí)。它不僅給學(xué)生提供書本理論知識和實踐知識，而且使學(xué)生在做好就業(yè)準備的同時，具有較高的技能和創(chuàng)造力。德國大學(xué)十分注重實踐教學(xué)，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)組織中占有重要的地位。習(xí)題課、討論課、實踐課占較大比例；學(xué)生要到企業(yè)實習(xí) 6個月，畢業(yè)設(shè)計必須在企業(yè)完成；畢業(yè)論文題目都是來自企業(yè)的真實課題。除了強調(diào)在企業(yè)的實習(xí)和見習(xí)外，采用注重實際問題分析的實踐教學(xué)方法，以及練習(xí)實踐教學(xué)方法——學(xué)生單獨或以小組形式解決復(fù)雜問題；考察方法——參觀企業(yè)，了解實際工作的程序和方法；案例方法。實踐教學(xué)特色是“政府支持、企業(yè)主導(dǎo)、注重實踐過程管理”，企業(yè)是評價、考核實踐教學(xué)成果的主體。

美國采用“強化實踐”模式。美國許多大學(xué)將計算機課程實驗單獨設(shè)課，甚至列為核心課程。對于軟件類實踐課程，重視通過項目訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的程序分析、設(shè)計和開發(fā)能力，而且關(guān)注項目訓(xùn)練環(huán)節(jié)的輔導(dǎo)工作；開課形式是項目驅(qū)動，助教指導(dǎo)；實踐教學(xué)特點是助教人員配備充分，教師指導(dǎo)有成效。對于硬件類實踐課程，在教學(xué)過程中強化實驗教學(xué)，并注意引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成正確的實驗方法；開課形式是保證基礎(chǔ)，興趣驅(qū)動；教學(xué)特點是實驗教學(xué)為主。另外，鼓勵開設(shè)個性化的實踐課程，注重學(xué)生的個性化發(fā)展；實踐內(nèi)容由學(xué)生自己與老師商定；教學(xué)特點是教師指導(dǎo)為主。

2東南大學(xué)計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系

堅持實踐育人是東南大學(xué)的優(yōu)良辦學(xué)傳統(tǒng)和寶貴的精神財富，堅持實踐教學(xué)不斷線，將實踐育人通過培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃落實到人才培養(yǎng)的全過程是東南大學(xué)教育特色。

東南大學(xué)計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系是結(jié)合國際IEEE/ACM CC2005和東南大學(xué)計算機專業(yè)學(xué)科特色及優(yōu)勢形成了具有三個層次、三條線的開放式創(chuàng)新性實踐教學(xué)體系。

三個層次分別是：

(1) 課內(nèi)基礎(chǔ)與驗證型實驗，該類實驗主要涉及課程的相關(guān)知識點。實驗?zāi)康氖鞘箤W(xué)生驗證、理解、鞏固并掌握課內(nèi)所要求的基本教學(xué)內(nèi)容；

(2) 綜合實驗實踐與課程設(shè)計，主要是設(shè)計與開發(fā)型實驗實踐，該類實驗實踐以“任務(wù)”或“課題”形式提出實驗要求和具體的實驗成果，要求學(xué)生通過有關(guān)課程或自學(xué)方式，掌握實驗所涉及到的知識，通過綜合利用這些知識來設(shè)計、開發(fā)并最終完成實驗項目；該類實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用計算機知識與技術(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生帶著問題自主學(xué)習(xí)的能力，實驗涉及計算機基礎(chǔ)與應(yīng)用開發(fā)等多方面的知識，例如，可涉及軟件工具與環(huán)境的使用、高級語言編程、編譯程序及操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)等方面的內(nèi)容；

(3) 課外研究與創(chuàng)新型實驗，該類實驗重在培養(yǎng)學(xué)生的研究能力與創(chuàng)新意識；實驗室可設(shè)定研究題目，也可由學(xué)生自選題目；該類實驗可以沒有最終結(jié)果，但要求學(xué)生能提供實驗分析與研究報告，寫出有見解的心得體會。

三條線分別是：

(1) 軟件，從程序設(shè)計基礎(chǔ)到操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫、軟件工程課程設(shè)計、軟件類科研實踐、軟件類課題畢業(yè)設(shè)計；

(2) 硬件，從電子實踐初步到硬件與接口實驗、硬件類科研實踐、硬件類課題畢業(yè)設(shè)計；

(3) 軟硬綜合，從計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計到軟硬綜合類科研實踐、軟硬綜合類課題畢業(yè)設(shè)計；計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計以編譯系統(tǒng)課程設(shè)計、操作系統(tǒng)課程設(shè)計、硬件實驗和微型機與接口技術(shù)實驗為基礎(chǔ)；通過軟硬綜合實踐環(huán)節(jié)增強學(xué)生的編程能力、計算機系統(tǒng)認識能力、充分利用計算機系統(tǒng)進行實際計算機應(yīng)用問題求解的能力。

東南大學(xué)計算機專業(yè)軟件系列實踐教學(xué)環(huán)節(jié)如圖1所示。

圖1 軟件系列實踐教學(xué)環(huán)節(jié)示意圖

東南大學(xué)計算機專業(yè)硬件系列實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的示意圖如圖2所示。

圖2 硬件系列實踐教學(xué)環(huán)節(jié)示意圖

對于科研實踐，主要是由四層次的大學(xué)生科研訓(xùn)練體系支撐，具有國家級、省級、校級、院系級四個級別、以學(xué)生自主研究項目和學(xué)科競賽活動為主體。共有六種實現(xiàn)途徑：

(1) 學(xué)生自主立項進行科研項目研究；

(2) 參加學(xué)科競賽(如，電子設(shè)計競賽、ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽、足球機器人大賽等)；

(3) 提交研學(xué)作品(設(shè)計、論文、報告、軟件等)及相關(guān)資料；

(4) 發(fā)表論文(含參加國際、國內(nèi)各級學(xué)術(shù)活動提交論文并收入論文集或被邀請作報告)；

(5) 聽科技、學(xué)術(shù)報告并撰寫與報告相關(guān)的研學(xué)材料，如文獻綜述、評論等；

(6) 其他研學(xué)活動。校級、院系大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃是計劃的基礎(chǔ)支撐和主體，國家級、省級和部分校級重點項目是優(yōu)秀學(xué)生進一步發(fā)展創(chuàng)新能力的延伸舞臺。

經(jīng)過努力，東南大學(xué)計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系日趨完善，在對學(xué)生的培養(yǎng)上取得良好的效果，學(xué)生對計算機系統(tǒng)的認識能力和綜合素質(zhì)明顯增強。

3東南大學(xué)計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系引入國際化實踐教學(xué)模式的探索

東南大學(xué)主要在引入國際化實踐教學(xué)思路與內(nèi)容、實踐過程模式和實踐環(huán)節(jié)考核方式等方面進行了探索。

(1) 引入國際化實踐教學(xué)思路和內(nèi)容

根據(jù) “強化基礎(chǔ)、軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)、面向應(yīng)用、加強實踐”的教學(xué)理念，東南大學(xué)計算機專業(yè)引入國際著名大學(xué)的課外研學(xué)實踐模式和面向計算機系統(tǒng)的課程設(shè)計模式。對于課外研學(xué)模式，主要有：“軟件環(huán)境自學(xué)實踐”和“大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃”。對于面向計算機系統(tǒng)的課程設(shè)計模式，主要有：“以Lex和YACC為核心的編譯程序構(gòu)造課程設(shè)計”、“以構(gòu)建小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)為核心的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計”、“以操作系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)計為核心的操作系統(tǒng)課程設(shè)計”、“以CPU設(shè)計和BIOS設(shè)計為核心的計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計”。

(2) 引入國際化實踐過程模式

根據(jù)“構(gòu)建研究型實踐教學(xué)體系”目標，東南大學(xué)計算機專業(yè)引入“開放和自主”實踐過程模式。對于“開放”，主要是采用“開放的實踐環(huán)境、開放的設(shè)計方式、開放的目標要求和開放的評價體系”，以使學(xué)生敢于探索。對于“自主”，主要是強調(diào)“以老師主導(dǎo)、以學(xué)生為主體”，不限定學(xué)生設(shè)計的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、不限定學(xué)生具體實施設(shè)計的步驟、不限定最終的目標和驗證方式、不限定學(xué)生實施設(shè)計自己設(shè)計的時間和地點，以能充分體現(xiàn)“個性化”。

(3) 引入國際化實踐環(huán)節(jié)綜合考核模式

對于以小組為單位實施的實踐項目，采用組間考核和組內(nèi)考核相結(jié)合的方式，教師全程跟蹤、加強驗收管理，不僅要提交實際可運行或可演示的系統(tǒng)、而且要撰寫相關(guān)論文。對于組間考核，主要依據(jù)是小組答辯、其他小組對該小組的評價以及教師對該小組的評價。組間考核得分作為小組成員最高得分。對于組內(nèi)考核，主要依據(jù)是小組成員相互評價、教師抽查面試。

(4) 加強與信息類企業(yè)的合作

主要包括：邀請企業(yè)工程師擔(dān)任部分課程案例內(nèi)容講解、安排實訓(xùn)和企業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計結(jié)合企業(yè)課題。

對于“計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計”，我們主要是參照美國加州大學(xué)伯克利分校的思路。該課程目標是：提高學(xué)生的計算機系統(tǒng)綜合認識能力、培養(yǎng)學(xué)生基于系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用的思維意識、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。課程思路和方法是：從系統(tǒng)設(shè)計的角度，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用計算機軟硬件課程所學(xué)到的知識的能力；鼓勵自主創(chuàng)新，經(jīng)過團隊合作，設(shè)計一個小型的片上系統(tǒng)(System on chip)，其中包括硬件系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)；采用研究型教學(xué)方法。該課程的前期實踐基礎(chǔ)是：以微程序控制和復(fù)雜的模型計算機設(shè)計為主要內(nèi)容的“硬件實驗”、以Lex和YACC設(shè)計為主要內(nèi)容的“編譯程序構(gòu)造課程設(shè)計”、以微內(nèi)核設(shè)計為主要內(nèi)容的“操作系統(tǒng)課程設(shè)計” 。該課程的硬件設(shè)計內(nèi)容有：一個可運行31條MIPS指令、采用哈佛結(jié)構(gòu)的RISC型MPIS32微處理器，串口、鍵盤和LED顯示控制器，看門狗(可選)等。該課程的軟件設(shè)計內(nèi)容有：含有編輯功能的MIPS32匯編程序、基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)、硬件各部件測試程序、MiniC編譯器(可選)、應(yīng)用程序范例(可選)等。通過“計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計”，學(xué)生的感受是“讓我們對計算機系統(tǒng)有了更直觀深刻的認識，而且也鍛煉了我們的能力”。引入國際化的實踐教學(xué)模式，對我們學(xué)生的創(chuàng)新能力起到了明顯的作用。

4思考與建議

(1) 必須加強實踐教學(xué)師資隊伍建設(shè)

擁有一支結(jié)構(gòu)合理、具有豐富理論和實踐經(jīng)驗的教師隊伍是實踐教學(xué)質(zhì)量的有力保證。若實踐教學(xué)采用全程跟蹤、強化交互式實踐考核方式，更需要投入更多的師資力量。

(2) 貫徹“講一、練二、訓(xùn)三”的基本思想和“少而精”的原則

充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，著重啟發(fā)學(xué)生的思維，拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域，更多地采用引而不發(fā)和舉一反三的啟發(fā)式教學(xué)方法教給學(xué)生一些關(guān)鍵技術(shù)，把主動性交給學(xué)生。多指定一些參考書，讓學(xué)生逐步形成自己選擇資料和獲取知識的能力，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性。講課時間縮短，實際訓(xùn)練加長。

(3) 超脫實踐內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神

引導(dǎo)學(xué)生從具體實踐課題完成過程，學(xué)會總結(jié)與歸納，使學(xué)生得到的不僅是知識，而是方法、分析問題和解決問題的能力，學(xué)生不僅學(xué)會分析問題、解決問題的方法，而且學(xué)會思索、對比、概括、提高，從怕出問題到主動找問題，從被動完成任務(wù)到主動尋找好的解決問題的方法，使知識得到升華、提高。從而，掌握作研究的一般方法和過程，可自主研究一些新的問題。

(4) 通過國際計算機工程認證制度推進計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系的國際化

將國際計算機工程實踐規(guī)范引入計算機專業(yè)實踐教學(xué)體系。

5結(jié)束語

創(chuàng)新源于實踐、實踐出真知。加強實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是我國高等教育發(fā)展的一個永恒主題。我國高等教育要適應(yīng)社會發(fā)展、符合國際潮流，滿足社會對人才素質(zhì)的多元化要求，必須重視實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在專業(yè)教育中的作用。

我們相信，他山之石可以攻玉，我們需要借鑒計算機專業(yè)國際化實踐教學(xué)模式，特別是國際知名大學(xué)計算機專業(yè)實踐教學(xué)模式，以形成能夠適應(yīng)中國教育環(huán)境的計算機專業(yè)實踐教學(xué)模式，從而進一步提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力、提升學(xué)生的專業(yè)競爭力。當然，探索具有中國特色、能與國際接軌的計算機專業(yè)實踐教學(xué)模式是一個長期的過程，需要我們共同努力。

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