計算機專業(yè)實驗教學體系改革的研究與實踐

文章編號：1962-5913(2008)15-0063-04

摘要：我院針對計算機技術發(fā)展的特點和市場對計算機人才的知識能力要求，探索了不同層次、多樣化的綜合開放實驗教學模式和教學方法，建立了一個開放式計算機軟件實驗室系統(tǒng)。本文介紹了我院的改革實踐。

關鍵詞：計算機技術；開放式；實驗教學

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1引言

目前，計算機專業(yè)的課程教學以書本教學方式和多媒體課件方式為主，條件好的高校采用輔助教學的規(guī)程分析儀和簡單的仿真系統(tǒng)。從教學的情況來看

書本教學：學生對實現(xiàn)機制缺乏感性的認識和實驗環(huán)節(jié)，使學生難以理解和掌握，教學效果不理想；

多媒體課件：彌補了一些傳統(tǒng)教學中的不足和缺陷，但是不能實時的反映出真實過程和性能狀況，達不到與課程緊密聯(lián)系的理想實驗；

規(guī)程分析儀和仿真系統(tǒng)：實現(xiàn)了某些實驗過程分析，但是學生只是被動性的觀察，無法自己動手設計與編輯，實驗效果不理想。

這種教學模式導致學生被動接收較為抽象的知識，沒有合適的教學工具加深對專業(yè)知識的理解，也無法增強學生動手實踐能力，所以學生對某些專業(yè)知識，學習的興趣不高，知識掌握不扎實，理解的程度也不深刻，畢業(yè)后一時難以解決的工作中的問題。學校面臨著嚴峻的就業(yè)壓力和建設優(yōu)勢特色學科的壓力，面臨著高校教育體制改革的壓力，面臨著國家/上級教育管理機構(gòu)對各高校綜合測評的壓力，面臨著同類院校優(yōu)秀生源競爭的壓力；而社會急需得到更多適應社會需要的理論基礎扎實、動手能力強的優(yōu)秀計算機專業(yè)人才。因此，整個高校的計算機專業(yè)課程教學都在呼吁和探索新的教學方式。

2目前計算機實驗教學存在的問題

計算機科學與技術是一門理論與實踐結(jié)合非常緊密的學科，專業(yè)課程都有相應的實驗環(huán)節(jié)。計算機學科本身的特點決定了教學實驗從內(nèi)容到方法的多樣性、復雜性、求異性，但傳統(tǒng)的教育觀念忽略對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，一味強調(diào)知識的傳授，單向式的灌輸，突出以課堂為中心，以教師為中心，學生難以參與教學活動。實驗教學得不到應有的重視，教學計劃實踐環(huán)節(jié)比重偏低，在計算機實驗教學中，教學實驗附屬于課堂教學，絕大多數(shù)實驗只起到驗證理論知識的作用，學生很少有獨立發(fā)展個性的機會。具體來講，計算機專業(yè)實驗教學環(huán)節(jié)普遍存在以下問題：

(1) 知識陳舊，實驗手段和方法落后。課程和實驗項目的設置與IT的新知識、市場流行技術嚴重滯后，實驗設備老化，實驗內(nèi)容數(shù)年不變，且大部份實驗仍屬于驗證性實驗。

(2) 實驗教學體系存在結(jié)構(gòu)上的缺陷。該體系往往是封閉型的，不利于新的課程、實驗項目的更新與更替，教學按四年一個周期的固化培養(yǎng)計劃展開，與計算機以“摩爾定律”的發(fā)展現(xiàn)狀嚴重背離。還有實驗室人員開展實驗的能力不盡人意。

(3) 實驗管理的落后。表現(xiàn)在專業(yè)實驗室設置的重疊，課程教師與實驗室人員職責、權(quán)益不清晰，導致實驗資源浪費，實驗室無法開放或開放程度有限，學生得不到良好的實驗訓練。

(4) 實驗教學滯后。在學校，承擔本科教學第一線教學工作的大都為青年教師，從事教學工作的隊伍從年齡成分上基本上完成了新老交替，但還存在這方面的問題：在工作和態(tài)度方面青年教師與老教師相比上尚有差距外，在專業(yè)素質(zhì)、能力、敬業(yè)方面的狀況也不容樂觀，實驗案例是個艱苦工作，投入的人和精力不多。

在我們對畢業(yè)生進行訪談的過程中，IT企業(yè)員工的一種比較普遍的看法，目前大學計算機專業(yè)教師隊伍素質(zhì)不夠高，難以有創(chuàng)造性的精神完成教學內(nèi)容和任務。這樣的教育不能滿足信息社會高速發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求。作為學校的“產(chǎn)品”走出校門的學生，其社會認可度是衡量教學效果的主要依據(jù)。市場需要的是分析解決問題的能力、主動獲取知識的能力，具有創(chuàng)新意識的復合型人才。計算機專業(yè)建立一個科學的、能與技術發(fā)展需求緊密結(jié)合的實驗教學體系，對于培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、能獨立分析解決實際問題的應用性人才，具有十分重要的意義。

3構(gòu)建科學合理的實驗課程教學體系

實驗課程教學體系以實施網(wǎng)絡輔助實驗教學為主要方式，形成一套有利于個性化實驗教學、有利于培養(yǎng)學生自學能力與實踐創(chuàng)新能力的計算機專業(yè)實驗教學平臺，促進其他專業(yè)課程實驗教學工作的開展。

3.1教學實驗的分析歸類

課題組從計算機科學的三個科學形態(tài)——抽象、理論、設計來分析，將實踐教學放在重要的位置，充分考慮計算機科學實驗課程體系的多樣化，形成完整、系統(tǒng)、科學的實驗課程體系，達到合理設置實驗課程之目的。從學習者的不同需求， 可構(gòu)建以下四個實驗課程子集：

引導性：基礎理論的系列實驗

數(shù)值分析、離散數(shù)學實驗和算法設計與分析等課程的實驗對于加深基本數(shù)學概念的理解、體會計算機數(shù)值和非數(shù)值計算的特點是非常有意義的。

分析與設計性：設計性實驗

培養(yǎng)學生的設計能力和獨立工作的能力。這類實驗是課程中較大的實驗，如“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“高級語言”中的自定義數(shù)據(jù)類型的實驗等。

設計實現(xiàn)性：綜合性實驗

培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。這一類實驗就是我們常說的“大作業(yè)”。主要有“操作系統(tǒng)”、“編譯原理”、“數(shù)據(jù)庫”、“軟件工程”等課程的實驗。

創(chuàng)新性：研究性實驗

培養(yǎng)學生推理抽象能力和研究能力。主要有“計算機網(wǎng)絡”、“圖形學”、“多媒體”、“UNIX系統(tǒng)”等課程的實驗。在一般情況下，畢業(yè)設計也屬這一類實驗的范疇。

通過總結(jié)歸納，建立了計算機專業(yè)實踐體系結(jié)構(gòu)(如圖1)：

3.2實驗教材合理組織

根據(jù)以上實驗分析歸類，選定編寫科學合理的實驗教材，明確大學本科實驗教學的內(nèi)涵及其功能。

⑴ 教材必須有針對性

編寫出質(zhì)量高、有特色的教材。衡量的標準就是有針對性。對此我們對學生進行了一次調(diào)查摸底，發(fā)現(xiàn)在學生中對大學學習環(huán)境尚未了解和沒有掌握大學的學習特點和學習方法時。就開設了高級語言程序設計這門課。學生普遍反映此課抽象不易掌握。針對這一問題的出現(xiàn)，課題組的組織力量編寫了與實際相符實驗教材，從一個到幾個單元基本原理的設計實驗開始培養(yǎng)學生的感性認識。

(2) 教材突出實用性

有特色的教材，在于它的實用價值。作為學生輔導性的書目．更應注重它的實用性。因此必須能真正解決學生在學習方面存在的問題。在編寫工作開始時，明確了以科學性、針對性、實用性這三點作為統(tǒng)一該書的標準。并自始至終用這三點來審查全書的結(jié)構(gòu)、框架、內(nèi)容和文字。使之盡可能達到標準和要求。

貫穿這兩個原則，已編寫“高等數(shù)學”、“操作系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“數(shù)據(jù)庫技術”等30門課程的教學大綱和“計算機組成原理”、“編譯原理”、“面向?qū)ο蟪绦蛟O計”、“計算機網(wǎng)絡”等18門課程的實驗指導，這些針對性、實用性的教材充分調(diào)動學生積極性，使學生通過實驗課對所學的理論認識有所深化，切實提高動手能力。

3.3開放式實驗室體系方案

為了使實驗室在時間和空間上得到延伸。我們提出建立一個統(tǒng)一的開放式的、涵蓋計算機專業(yè)教學課程為主體內(nèi)容的開放式教學實驗平臺系統(tǒng)。讓學生或教師不受時空限制，能隨時地與同行協(xié)作、共享數(shù)據(jù)和計算機資源，建立一個開放、系統(tǒng)化的現(xiàn)代綜合開放實驗室管理體系，具有不同層次特色的、多樣化的綜合開放實驗教學模式和教學方法，為不同層次、不同水準的學生提供更為方便的實踐環(huán)境，把實驗教學和課外興趣小組的活動有序地、合理地納入學校的學科教學計劃，最大限度地發(fā)揮每個學生學習的主觀能動性，利用.net技術、網(wǎng)絡通信技術、多媒體技術等相關的信息加工處理傳播技術，將現(xiàn)實實驗室中的各種實驗資源統(tǒng)一整合，使得實驗室成為一個以學生為中心的、開放性的、人性化的實驗教學支持服務系統(tǒng)。系統(tǒng)分為資源、教師、學生、實驗教學管理四部分。

資源：包含有各種教學，輔導電子資料，供學生和教師學習參考。其資源庫可由教師和學生來擴充，豐富。

教師：教師教學管理模塊的主要功能有實驗教學資源的組織與發(fā)布、實驗教學目標、大綱的編寫、實驗教學指導書的編寫、虛擬實驗設計、學生實驗過程中的疑難解答與指導、學生實驗成績的評定等，為教師提供一個教學和指導的虛擬環(huán)境;同時也為教師的實驗教學提供一個方便、有效的數(shù)字化平臺。教師能通過該項功能對學生提供指導，并能及時了解學生實驗情況，將對整個實驗進行全方位的、面向過程的、動態(tài)的教學及管理(如圖2所示)。

學生：學生能在該系統(tǒng)下取得各次實驗規(guī)定的任務并獲得實驗指導，了解該實驗任務的目的、基本實驗內(nèi)容，模擬實驗等，并能獲取所需要軟件工具的安裝和配置方法，明確實驗最終要達到的要求，以及實驗成績評定的方式、方法、時間等。使得學生不論在何處，只要能上網(wǎng)，就能觀看實驗動態(tài)演示、模擬實驗，實驗完成后，編寫實驗報告并及時提交，該功能成為學生完成實驗的一個虛擬環(huán)境。如圖3所示

3.4結(jié)合科研促進實驗教學

科研和教學結(jié)合，理論聯(lián)系實踐，相互促進，取長補短，相輔相成，得到一舉兩得的效果。教學及時反映和傳授先進的科研成果和課題研究成果，以先進的科研成果和課題成果充實實驗教學內(nèi)容，提高教學水平。組織學生參與企業(yè)項目開發(fā)，參照企業(yè)的架構(gòu)、運作模式、管理方式、與軟件企業(yè)合作，配備軟件工程項目經(jīng)理，進行實際項目操作，對學生進行培訓，使他們真實感受并了解軟件企業(yè)的工作方式，有效的把實驗與社會需求聯(lián)系起來，讓學生踏進社會能適應社會對人才的需求，實現(xiàn)學校與社會需求的“零距離”，企業(yè)實踐流程如圖4。

3.5建設成效

學生自行開發(fā)的“開放式實驗室系統(tǒng)”，涵蓋了計算機專業(yè)基礎課程的軟、硬件模擬實驗。先后已有20多門課程的課件上網(wǎng)，供學生瀏覽與使用。并將原來的封閉式實驗改變?yōu)殚_放式實驗，將學生的被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，激發(fā)了學生的學習熱情，調(diào)動了學生實驗組織能力、動手能力與自我開拓、獲取知識的能力。貴州大學計算機科學與技術專業(yè)以及相關專業(yè)的學生，從98級到2004級的幾屆學生都曾使用該系統(tǒng)進行主要專業(yè)課和專業(yè)基礎課的實驗及其他相關實踐任務。2000級與2004級學生在該系統(tǒng)上完成了高級語言程序設計、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編譯原理、軟件工程等課程設計。利用這個系統(tǒng)，進一步規(guī)范了學生的實驗和訓練，提高了實驗質(zhì)量和實驗報告的規(guī)范，涌現(xiàn)出大量優(yōu)秀作品。99級學生在開放實驗室中進行的匯編語言程序設計競賽，使一部分動手能力較高的學生脫穎而出。99--2004級部分學生在畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)中開發(fā)的算法可視化軟件，為本系統(tǒng)的完善和擴展做出了有實際意義的貢獻。使用過本系統(tǒng)學生普遍認為，開放式教學實驗使課堂教學與實驗環(huán)節(jié)的結(jié)合更方便、更緊密、更能及時解決理論學習中遇到的問題和困惑，極大地提高了學生參與教學實踐活動的興趣和熱情。

學生參與企業(yè)開發(fā)的“基于軟交換技術構(gòu)件勞動保障咨詢平臺系統(tǒng)”課題，為貴陽市150萬參保人群及家屬提供政策咨詢、個人社會保險數(shù)據(jù)查詢、保險業(yè)務辦理、數(shù)萬單位的就業(yè)和再就業(yè)的基礎信息和勞動保障部門政策及辦公事務等信息。在這些實踐項目中學生擔任不同角色，體驗企業(yè)項目開發(fā)過程，為走向工作盡快適應企業(yè)需求打下基礎。

4結(jié)束語

幾年來，通過深入探討和研究，已初步形成了比較完善的計算機科學實驗課程體系，并且在實踐中受到了良好的實驗教學效果，積累了不少的經(jīng)驗。下一階段應從以下幾個方面繼續(xù)努力，進一步豐富在開放式實驗室系統(tǒng)中的各種資源，尤其是實驗指導資源，增加模擬實驗的動態(tài)過程，并加強實驗與企業(yè)項目相結(jié)合的力度;完善一種能力與分數(shù)合理協(xié)調(diào)的高能高分的評價體系，使更多的學生和教學單位能分享本項目成果。

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