計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群的構(gòu)建與實(shí)踐研究

摘要：本文介紹了我院構(gòu)建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群的具體實(shí)施，包括整合課程內(nèi)容，提出層次化、系列化的課程體系；提出與理論教學(xué)密切配合的、適合能力和技能培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系；引入電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)平臺(tái)作為教學(xué)手段的擴(kuò)充等。實(shí)踐表明，這是培養(yǎng)具有認(rèn)知和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)專業(yè)人才高素質(zhì)人才的有效途徑。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群；課程群建設(shè)；實(shí)踐教學(xué)體系；電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

作為高校計(jì)算機(jī)專業(yè)教師，我在多年教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：一方面，由于每門課程都強(qiáng)調(diào)其系統(tǒng)性、完整性，必然造成內(nèi)容多與學(xué)時(shí)少的矛盾和課程之間部分內(nèi)容重復(fù)；另一方面，教學(xué)內(nèi)容在不同程度上脫離了實(shí)際和不能反映科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展。通過各屆畢業(yè)生反饋的意見也表明，在學(xué)校學(xué)到的知識(shí)與社會(huì)需求之間有明顯差距。這都要求對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)行多方位的改革，必須在教學(xué)實(shí)踐中引入新的教學(xué)模式和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。課程群的構(gòu)建就是為了解決課程之間內(nèi)容重復(fù)、知識(shí)更新速度加快與學(xué)時(shí)有限的矛盾。加強(qiáng)教學(xué)計(jì)劃中具有一定的學(xué)科知識(shí)關(guān)聯(lián)性、內(nèi)容可整合性和結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立性的課程群的研究和建設(shè)，通過重組師資隊(duì)伍、優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)、更新教學(xué)內(nèi)容、整合課程資源、提高資源使用效益，從而整體提高教學(xué)質(zhì)量。

2根據(jù)學(xué)科發(fā)展特征，創(chuàng)建課程群結(jié)構(gòu)

2.1課程群建設(shè)的意義和內(nèi)容

計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展具有交叉、滲透與綜合的特征，導(dǎo)致了老課程內(nèi)容不斷增加，新課程不時(shí)出現(xiàn)，特別是以硬件為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程尤其如此。課程之間重復(fù)內(nèi)容較多，較少考慮相互關(guān)聯(lián)問題。教師由于課時(shí)緊張難以講深講透，學(xué)生由于孤立知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)而難以達(dá)到較好的課堂效果；實(shí)驗(yàn)只是對(duì)特定部分知識(shí)或技能的理解和應(yīng)用，很難形成綜合性的系統(tǒng)開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)“傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)”的教學(xué)目標(biāo)，我們改革教學(xué)結(jié)構(gòu)，整體優(yōu)化教學(xué)計(jì)劃，把建設(shè)重點(diǎn)由單一課程轉(zhuǎn)到課程群，把追求單課內(nèi)容嚴(yán)密完整的局部?jī)?yōu)化轉(zhuǎn)為追求課程群完善的全局優(yōu)化。課程群是為完善同一施教對(duì)象的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將專業(yè)培養(yǎng)方案中若干門在知識(shí)、方法、問題等方面有邏輯聯(lián)系的課程加以整合的課程體系。為了改變目前課程各自為政的封閉教學(xué)狀態(tài)，在課程群水平上進(jìn)行規(guī)劃，課程群建設(shè)以人才培養(yǎng)為中心，以課程優(yōu)化資源整合為重點(diǎn)，以改革課程群教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段為主要內(nèi)容。組織相關(guān)課程的教師，以現(xiàn)代教育思想和理論為指導(dǎo)，改變目前課程各自為政的封閉教學(xué)狀態(tài)，對(duì)教學(xué)計(jì)劃中具有相互影響、互動(dòng)、有序、相互間本可構(gòu)成獨(dú)立完整的教學(xué)內(nèi)容體系的相關(guān)課程，進(jìn)行重新規(guī)劃、設(shè)計(jì)、構(gòu)建具有關(guān)聯(lián)性和整合性的課程群。建設(shè)一支適應(yīng)課程群教學(xué)、科研教學(xué)相長(zhǎng)、一專多能、結(jié)構(gòu)合理的高水平師資隊(duì)伍，確保課程群整合優(yōu)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群構(gòu)建

以“基礎(chǔ)性、綜合性、時(shí)新性、開放性、整體優(yōu)化”為準(zhǔn)則，創(chuàng)建以計(jì)算機(jī)硬件為基礎(chǔ)、軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群。目的是構(gòu)建的一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、層次清晰、相互配合、相互滲透、課程間相互連接的遞進(jìn)式的課程群體。課程內(nèi)容的優(yōu)化整合分為兩個(gè)步驟：首先以微處理器及其編程、接口、應(yīng)用為中心，把“匯編語言程序設(shè)計(jì)”和“多核處理器與并行編程”兩課程整合進(jìn)“微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)”。然后按基礎(chǔ)、系統(tǒng)、應(yīng)用為序構(gòu)建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群，圖1表示了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群整合的理論教學(xué)課程。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群中“微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)”是一個(gè)承上啟下的課程，與“操作系統(tǒng)”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”同為系統(tǒng)課程；“電路與電子技術(shù)”、“數(shù)字邏輯”、“計(jì)算機(jī)組成原理”為基礎(chǔ)課程；“嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用”、“多核處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”為應(yīng)用課程。我們認(rèn)為計(jì)算機(jī)課程群一般以5~8門課為宜。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群構(gòu)建過程中須對(duì)相關(guān)課程的內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合。課程群教師進(jìn)行研究和討論，摒棄過細(xì)、過專、過舊及重復(fù)的內(nèi)容，重新確定各課程內(nèi)容和關(guān)聯(lián)，及其在課程群中所占的比率。然后按比率設(shè)定課時(shí)數(shù)，按內(nèi)容編寫新的教材。每門課程授課教師對(duì)于本課程內(nèi)容以及與前后課程的關(guān)聯(lián)心中有數(shù)，了解學(xué)生在前面課程中學(xué)了那些相關(guān)知識(shí)和知識(shí)的深度，本課程如何講解，以及知識(shí)點(diǎn)講解的深度，以便學(xué)生在后續(xù)課程中能夠更好理解新的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，關(guān)注當(dāng)前學(xué)科前沿發(fā)展概況以及與其他課程群或課程相關(guān)內(nèi)容的聯(lián)系，使學(xué)生及時(shí)了解計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展的新成就、新觀點(diǎn)、新問題和新動(dòng)向。

3建立適合能力與技能培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系

為了密切配合課程群的體系，把實(shí)踐教學(xué)分成驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)——課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——研發(fā)與競(jìng)賽四個(gè)層次。明確每一個(gè)實(shí)驗(yàn)類型對(duì)人才能力培養(yǎng)的必要性，圖2表示了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系。

各個(gè)層次實(shí)踐教學(xué)的設(shè)置原則、功能、作用各不相同。

(1) 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)指課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，是促進(jìn)學(xué)生深化理論知識(shí)、掌握實(shí)驗(yàn)基本技能和基本研究方法的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。通過對(duì)一個(gè)或幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)的演示性、驗(yàn)證性、組合驗(yàn)證勝等多層次實(shí)驗(yàn)，配合理論教學(xué)，以鞏固知識(shí)、驗(yàn)證理論、培養(yǎng)動(dòng)手能力。

(2) 課程設(shè)計(jì)指全課實(shí)驗(yàn)，是面向課程核心內(nèi)容的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。融實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)驗(yàn)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能為一體，綜合課程主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行面向系統(tǒng)部件級(jí)設(shè)計(jì)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的基本設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)技能和設(shè)計(jì)能力。

(3) 綜合設(shè)計(jì)是面向課程群綜合知識(shí)的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)，分析問題、解決問題的實(shí)際能力和自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意識(shí)。

(4) 參與科研與競(jìng)賽是鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的興趣與專長(zhǎng)自擬科研項(xiàng)目或在專業(yè)教師引導(dǎo)下申請(qǐng)國(guó)家、學(xué)校和學(xué)院的學(xué)生業(yè)余科研項(xiàng)目，學(xué)院保證學(xué)生申請(qǐng)的每個(gè)項(xiàng)目都能得到資助和指導(dǎo)，進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室和課程群指導(dǎo)老師的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。項(xiàng)目結(jié)題時(shí)每個(gè)項(xiàng)目組必須交出結(jié)題報(bào)告和成果，通過這些科研項(xiàng)目鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。指導(dǎo)學(xué)生參加ACM、國(guó)內(nèi)和國(guó)際嵌入系統(tǒng)大賽，力爭(zhēng)獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，通過大賽學(xué)生的專業(yè)技能得到跨越式提高。

4構(gòu)建課程群內(nèi)容優(yōu)化整合的教學(xué)平臺(tái)

4.1電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)

在國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，我們進(jìn)行了電子學(xué)習(xí)(e-Learning)系統(tǒng)平臺(tái)和教育資源庫(kù)的研究與開發(fā)。這項(xiàng)科研成果又促進(jìn)了教學(xué)改革和課程群建設(shè)。電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供構(gòu)建支持情景創(chuàng)建、資源共享、交互協(xié)作的教學(xué)環(huán)境，它是面向?qū)W生主體的，又能充分發(fā)教師的主導(dǎo)作用。教師能利用系統(tǒng)平臺(tái)提供的支持環(huán)境和制作工具生成風(fēng)格各異、難度不一的課件、試題以及進(jìn)行輔導(dǎo)答疑、批改作業(yè)、評(píng)測(cè)考試等教學(xué)活動(dòng)；學(xué)生可以利用電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)上集中學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，探究式、交互式、個(gè)性化的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生綜合素質(zhì)、認(rèn)知能力和創(chuàng)新能力的提高。電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的IT技術(shù)與優(yōu)化的課程內(nèi)容相整合，優(yōu)化整合的課程群教學(xué)內(nèi)容進(jìn)入教育資源庫(kù)。入庫(kù)的素材、課件、試題以及案例等覆蓋了課程群要求的知識(shí)要點(diǎn)和能力訓(xùn)練要點(diǎn)，提供了從多媒體素材直到完整的網(wǎng)絡(luò)課程等一系列可共享的教學(xué)資源。

4.2課程群教學(xué)平臺(tái)

構(gòu)建在電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課件群教學(xué)平臺(tái)通過超鏈接的方式將課程群中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)鏈接起來，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中遇到不理解的知識(shí)點(diǎn)，通過超媒體方式馬上就可以找到這個(gè)知識(shí)點(diǎn)所有相關(guān)素材(文字解釋、例子、視頻講解、測(cè)試題以及其他人的提問和答案等)，這種及時(shí)解決方案能加深學(xué)生對(duì)問題理解。利用科學(xué)模擬方法實(shí)現(xiàn)感知、想象、知識(shí)、推理、思想和觀念可視化，網(wǎng)絡(luò)通信有力支持交互式、個(gè)性化、探究型、協(xié)作型的自主學(xué)習(xí)。

教學(xué)平臺(tái)的功能便于教師進(jìn)行“因材施教”，每屆學(xué)生、每個(gè)班都有各自的特點(diǎn)，用統(tǒng)一的課件很難滿足需要，電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)支持各位教師構(gòu)造各具風(fēng)格、內(nèi)容符合要求的多媒體教學(xué)課件以及內(nèi)含的課程關(guān)聯(lián)。教師在教學(xué)過程總結(jié)出更好的教學(xué)內(nèi)容，可以上傳到教學(xué)平臺(tái)的資源庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共建共享。學(xué)生在使用教學(xué)平臺(tái)過程中有好的想法和建議，可以向自己的任課老師提出，大家一起來探討，只要有道理就可以加入系統(tǒng)受益大眾；獲得權(quán)限后學(xué)生也可以將好的資源上傳。教學(xué)平臺(tái)功能也便于統(tǒng)一教學(xué)評(píng)估，對(duì)于課程群中每門課、不同教師上的同一門課可以用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)和考試；如果統(tǒng)一進(jìn)行機(jī)考還可杜絕屢禁不止的作弊行為。還有教學(xué)平臺(tái)交互功能等都利于整體提高教學(xué)質(zhì)量和加強(qiáng)教學(xué)管理。

5發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和確立學(xué)生的主體地位

在教學(xué)結(jié)構(gòu)改革中，我們對(duì)課程進(jìn)行優(yōu)化整合的基礎(chǔ)上構(gòu)建了課程群，對(duì)于課程群教學(xué)的實(shí)施者和實(shí)施對(duì)象在教學(xué)結(jié)構(gòu)中的角色也應(yīng)該轉(zhuǎn)變，必須充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和確立學(xué)生的主體地位。

5.1充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用

在傳統(tǒng)教學(xué)中是以教師為中心，課堂上講解加板書進(jìn)行教學(xué)，即使?jié)M堂灌還使每節(jié)課講授的內(nèi)容非常有限，更無暇關(guān)注學(xué)生；學(xué)生則抓緊筆記，無法深入理解和思考。后來發(fā)展的多媒體演示確使得課堂內(nèi)容得到較大豐富，但也容易造成視覺疲勞，反而降低課堂注意力；同時(shí)由于多媒體課件容易拷貝，也使得有些學(xué)生不再認(rèn)真聽講和筆記，誤認(rèn)為只要拿到課件就可以完全了解老師所講的內(nèi)容。實(shí)踐說明這樣單純講解加板書或多媒體演示并不能有好的教學(xué)效果。

在課程群建設(shè)中改變教師的知識(shí)灌輸和課堂主宰的角色，成為課堂教學(xué)的組織者、指導(dǎo)者；改變單純講解加板書或多媒體教學(xué)方式，綜合利用講解、板書和多媒體課件的各自優(yōu)勢(shì)。利用多媒體課件給出知識(shí)框架、知識(shí)鏈接、最新技術(shù)和課程關(guān)聯(lián)；對(duì)于要點(diǎn)、難點(diǎn)與重點(diǎn)則采用傳統(tǒng)板書教學(xué)方式進(jìn)行詳細(xì)的講解，這樣學(xué)生的思路始終圍繞知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)，加快加深了學(xué)生的知識(shí)理解，會(huì)越學(xué)越有興趣。

課程群教師在電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)上構(gòu)建了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群教學(xué)平臺(tái)，將課程群的所有課程按知識(shí)點(diǎn)相互聯(lián)系組成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。隨時(shí)將最新技術(shù)以及案例輸入平臺(tái)中教學(xué)資源庫(kù)，在資源庫(kù)中還構(gòu)建了課程群習(xí)題庫(kù)，能自動(dòng)回答問題。教師還能利用系統(tǒng)平臺(tái)在線答疑和在線考試。對(duì)于自主學(xué)習(xí)的學(xué)生，教師指導(dǎo)學(xué)生制定學(xué)習(xí)計(jì)劃、選擇學(xué)習(xí)策略、完成學(xué)習(xí)任務(wù)、評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)結(jié)果，充分發(fā)揮其主導(dǎo)作用。

5.2確立學(xué)生的主體地位

傳統(tǒng)教學(xué)以教師為中心統(tǒng)治著課堂，由教師主宰整個(gè)教學(xué)活動(dòng)而把學(xué)生置于被動(dòng)地位。在課程群的建設(shè)中，要充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)造性，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中真正成為信

息加工的主體和知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者。借助教學(xué)平臺(tái)的多課程資源，可制作關(guān)聯(lián)其他課程內(nèi)容的多媒體課件。例如在講授“微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)”課程的串行接口時(shí)，可鏈接到“嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用”課程。該課程中有兩個(gè)嵌入系統(tǒng)：攝像機(jī)監(jiān)控制系統(tǒng)和可視電話都是串行接口的典型應(yīng)用實(shí)例。教師課堂上只作簡(jiǎn)單介紹和說明鏈接方法，學(xué)生課后可進(jìn)入教學(xué)平臺(tái)作進(jìn)一步了解，也提前接觸到嵌入式系統(tǒng)。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課程群所有課程的興趣，整體提升教學(xué)效果。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群教學(xué)平臺(tái)通過超鏈接方式將課程群中知識(shí)點(diǎn)以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)非線性地組織在一起，特別有利于學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。平臺(tái)支持協(xié)作式學(xué)習(xí)，學(xué)生可以和其他學(xué)習(xí)者進(jìn)行討論，對(duì)多種不同觀點(diǎn)進(jìn)行觀察比較和分析綜合，以便集思廣益。平臺(tái)自動(dòng)組卷功能根據(jù)學(xué)生選擇的知識(shí)點(diǎn)生成自測(cè)試卷，學(xué)生可以進(jìn)行自測(cè)自評(píng)，用于調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃、選擇學(xué)習(xí)策略，以提高學(xué)習(xí)效果。課程群所有實(shí)驗(yàn)課的資料都在教學(xué)資源庫(kù)中，平臺(tái)支撐環(huán)境中還有虛擬實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行部分實(shí)驗(yàn)，便于學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。教學(xué)平臺(tái)資源庫(kù)中豐富的課程資源、發(fā)展動(dòng)志、前沿技術(shù)以及對(duì)相關(guān)專業(yè)網(wǎng)站的鏈接構(gòu)成了大學(xué)生業(yè)余科研和競(jìng)賽的研發(fā)平臺(tái)。

6結(jié)束語

計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展具有交叉、滲透與綜合、發(fā)展迅速的特征，導(dǎo)致了老課程內(nèi)容不斷增加，新課程不時(shí)出現(xiàn)。根據(jù)計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展特征，構(gòu)建了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程群。優(yōu)化整合課程內(nèi)容，提出層次化、系列化的課程體系；提出了與理論教學(xué)密切配合的、適合能力和技能培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系，體現(xiàn)了“基本素質(zhì)——專業(yè)知識(shí)——綜合能力——專業(yè)技能”漸進(jìn)能力培養(yǎng)理念；引入電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)平臺(tái)作為教學(xué)手段的擴(kuò)充，構(gòu)建了在電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課件群教學(xué)平臺(tái)，充分體現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的現(xiàn)代教學(xué)理念。實(shí)踐表明，是培養(yǎng)具有認(rèn)知和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)專業(yè)人才高素質(zhì)人才的有效途徑。

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Study of computer system courses group construction and practice research

Cai Zhao-hui， Wu Chan-le， Xu Xian-bin， He Lian

Abstract:According to the development characteristics of computer science， we construct computer system courses group. By optimizing and integrating the courses content， we propose the hierarchical series of courses system and the practice system， which cooperates with the theory teaching closely and fits in with the capacity and skills development. Introducing e-Learning platform as the expansion of the teaching methods， which fully embodies the teacher-led and student-centered philosophy of the modern teaching. Practice shows that is the effective way for training of awareness and innovation capability of high-quality professionals.

Key words: Computer System Courses Group， Construction of the Courses Group， Practical teaching system， e-Learning system