計(jì)算機(jī)課程體系交叉教學(xué)的研究與實(shí)踐

唐 丹，李 楠

(重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，重慶400030)

傳統(tǒng)的高校教學(xué)方式中，各門課程完全獨(dú)立，教師只關(guān)心在教課程的知識(shí)內(nèi)容，很少提及和其它關(guān)聯(lián)課程的關(guān)系，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不能產(chǎn)生宏觀概念，不明白課程之間的相互關(guān)系，不利于應(yīng)用型綜合型人才的培養(yǎng);而同一知識(shí)點(diǎn)在不同課程中的重復(fù)講解，又使學(xué)生興趣缺失、教學(xué)效率低下。因此，根據(jù)不同課程的相互關(guān)系，在教學(xué)過程中交叉滲透，將相互關(guān)聯(lián)的課程有機(jī)地組合起來，從總體上對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，形成具有復(fù)合型、系統(tǒng)性和綜合性的課程體系，是當(dāng)前值得深入研究與探討的重要問題。

1 課程交叉和滲透教學(xué)

經(jīng)過多方調(diào)研，我院將與計(jì)算機(jī)相關(guān)的課程歸并成以計(jì)算機(jī)為核心的課程體系，如表1所示。并從以下幾個(gè)方面對(duì)課程體系進(jìn)行建設(shè)。

1.1 整合課程體系，理清課程關(guān)系

我們對(duì)課程體系中各課程之間的關(guān)系進(jìn)行梳理，將體系中的課程分成上下關(guān)系、串行關(guān)系和并行關(guān)系。

上下關(guān)系主要指課程與其課程設(shè)計(jì)或綜合訓(xùn)練項(xiàng)目之間的關(guān)系，如“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”與它們的課程設(shè)計(jì)之間的關(guān)系為上下關(guān)系，兩門課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在相關(guān)課程的學(xué)習(xí)之后，通過團(tuán)隊(duì)合作實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，從而提高對(duì)該課程知識(shí)的掌握和應(yīng)用水平。此外，“計(jì)算機(jī)應(yīng)用綜合項(xiàng)目訓(xùn)練”課程，則是讓學(xué)生根據(jù)自己的特長(zhǎng)和興趣，選擇項(xiàng)目，自由組成小組，合作完成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。其目的是讓學(xué)生在總體上對(duì)軟、硬件系統(tǒng)的功能劃分和具體實(shí)現(xiàn)方面的關(guān)聯(lián)有更加切身的體會(huì)，該課程是對(duì)整個(gè)課程體系各課程知識(shí)的檢驗(yàn)和提高，因此它與課程體系中其它課程的關(guān)系也為上下關(guān)系。

表1 計(jì)算機(jī)系列課程

串行關(guān)系指先修課程和后續(xù)課程之間的關(guān)系，學(xué)生對(duì)先修課程的學(xué)習(xí)情況會(huì)直接影響到后續(xù)課程的教學(xué)效果?！按髮W(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程是對(duì)計(jì)算機(jī)基本知識(shí)的介紹，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)形成基本概念，為系列課程中其他課程的先修課程。“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”中關(guān)于計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)以及基本工作過程和原理等知識(shí)點(diǎn)為“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“嵌入式技術(shù)與應(yīng)用”課程的基礎(chǔ)，它應(yīng)為這兩門課程的先修課程。在“”計(jì)算機(jī)通訊與網(wǎng)絡(luò)“”課程中會(huì)用到C語言對(duì)通訊協(xié)議進(jìn)行編程，“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“嵌入式技術(shù)與應(yīng)用”課程的編程應(yīng)用中也會(huì)涉及C語言相關(guān)知識(shí)，因此，“C程序設(shè)計(jì)技術(shù)”是這幾門課程的先修課程。

并行關(guān)系指從內(nèi)容上看課程之間沒有緊密的直接聯(lián)系，但它們都是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的重要組成部分。課程體系中其他課程之間雖說看似沒有直接聯(lián)系，但都是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中非常重要的工具和手段而形成并行關(guān)系。

1.2 優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱

在理清課程體系中課程之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，我們對(duì)各門課程的教學(xué)目的進(jìn)行定位，同時(shí)注重課程之間的銜接交叉，對(duì)課程中的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，分析相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在各門課程中的地位作用。對(duì)于課程體系中的交叉知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)情況的不同，對(duì)教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容的整合和課堂教學(xué)的處理方式也有所不同。

(1)對(duì)于一些知識(shí)點(diǎn)依賴于另一些知識(shí)點(diǎn)的情況，如先修課程中的某些知識(shí)點(diǎn)是后續(xù)課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)，由于這些知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)在先修課程中學(xué)習(xí)過，因此無需出現(xiàn)在后續(xù)課程的教學(xué)大綱中，教學(xué)過程中也無需重復(fù)講解，但是仍應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧。

(2)對(duì)于多門課程中的相似知識(shí)點(diǎn)，它們有聯(lián)系，也有區(qū)別，在各門課程的教學(xué)大綱中應(yīng)分別包含這些知識(shí)點(diǎn)，并在教學(xué)過程中對(duì)比講解，為學(xué)生加深印象。如在講授MCS-51單片機(jī)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O接口的尋址指令時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生回憶在先修課程“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”中學(xué)習(xí)的I/O接口芯片的兩種編址方式，80X86系列CPU采用的是I/O接口獨(dú)立編址，因此用不同的尋址指令進(jìn)行區(qū)分，而MCS-51單片機(jī)對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O接口實(shí)行統(tǒng)一編址，從而采用相同尋址指令。另外在MCS-51的單片機(jī)的C51編程教學(xué)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生回顧C(jī)語言知識(shí)，但要提醒學(xué)生注意C語言和C51的區(qū)別，同時(shí)，也可將MCS-51單片機(jī)與80X86CPU的匯編語言對(duì)比講解[1]。

(3)對(duì)于多門課程中的相同知識(shí)點(diǎn)，如果在各門課程中都詳細(xì)講解，既浪費(fèi)課堂時(shí)間，也降低學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，因此應(yīng)根據(jù)知識(shí)點(diǎn)在各課程中的重要程度和各課程學(xué)時(shí)數(shù)安排在最適合的課程中講解。

1.3 整合系列課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

1)優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在以前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上，各門課程實(shí)驗(yàn)均按照基本認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程層層遞進(jìn)，以促進(jìn)對(duì)本門課程知識(shí)的鞏固提高。在課程體系實(shí)驗(yàn)整合的過程中，我們期望各門課程實(shí)驗(yàn)之間既有聯(lián)系又有區(qū)分，既滿足對(duì)某門課程知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，又可以實(shí)現(xiàn)與課程體系中其它課程相互呼應(yīng)和補(bǔ)充。

具體實(shí)踐時(shí)，如在“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“嵌入式技術(shù)與應(yīng)用”和“EDA技術(shù)基礎(chǔ)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，都會(huì)涉及I/O接口芯片和I/O設(shè)備，相同的知識(shí)點(diǎn)在教學(xué)過程中應(yīng)避免重復(fù)，但又應(yīng)讓學(xué)生理解體會(huì)它們?cè)谂c不同CPU接口時(shí)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程方法。在各課程的基本認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生分別使用X86CPU、單片機(jī)、ARM和FPGA實(shí)現(xiàn)一個(gè)相同目標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如流水燈設(shè)計(jì)，引導(dǎo)她們對(duì)比研究不同的編程語言與設(shè)計(jì)手段，總結(jié)各自的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用的場(chǎng)合。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)的安排中又避免重復(fù)，讓學(xué)生更多地接觸和掌握不同外設(shè)和I/O接口芯片的接口設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用[2]。

2)規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程與方法

針對(duì)學(xué)生對(duì)某些實(shí)驗(yàn)課程不夠重視、實(shí)驗(yàn)效果不理想的情況，結(jié)合比較成功的實(shí)驗(yàn)課程“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，課程體系規(guī)范了系列課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程與方法。

首先，要求學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)之前必須進(jìn)行預(yù)習(xí)，學(xué)生在課前思考求解問題的實(shí)現(xiàn)步驟，完成程序流程圖的繪制。在實(shí)驗(yàn)時(shí)再根據(jù)流程圖進(jìn)行程序的編寫、調(diào)試以及與硬件的接口與聯(lián)調(diào)，使學(xué)生目的明確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)于因?yàn)檎n前準(zhǔn)備充分而提前完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，通過教師的檢查，可提前離開。

其次，在實(shí)驗(yàn)過程中教師也由以前的有問必答，幫助學(xué)生查找問題、解決問題直至實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正確為止的指導(dǎo)方式，改為引導(dǎo)學(xué)生回憶知識(shí)、查找錯(cuò)誤原因，鼓勵(lì)學(xué)生自己分析問題、解決問題，以鞏固學(xué)生知識(shí)印象，提高他們獨(dú)立思考解決問題的能力[3]。

1.4 課程之間的監(jiān)督反饋機(jī)制

除了在教學(xué)過程中注意知識(shí)點(diǎn)的交叉滲透和貫通教學(xué)外，還應(yīng)建立課程之間的反饋機(jī)制，在先修課程中學(xué)習(xí)到的某些知識(shí)點(diǎn)，可在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中對(duì)學(xué)生掌握的情況進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于交叉知識(shí)點(diǎn)，在講解過程中通過提問等方式引導(dǎo)學(xué)生回憶，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，同時(shí)，通過學(xué)生在實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和綜合項(xiàng)目訓(xùn)練中的表現(xiàn)，監(jiān)督課程教學(xué)質(zhì)量，并根據(jù)檢驗(yàn)情況，完善課程內(nèi)容，調(diào)整課程具體教學(xué)安排。

2 第二課堂的建設(shè)

為了鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，在課堂教學(xué)外，我院積極開展第二課堂的建設(shè)，成立了機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)和智能汽車研究團(tuán)隊(duì)等創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，成立創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生參加本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃、國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目等學(xué)生實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，組織學(xué)生參加全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾智能車大賽和機(jī)器人大賽等全國(guó)性競(jìng)賽。通過在第二課堂中的學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程體系知識(shí)的融會(huì)貫通。

2.1 兩個(gè)課堂相融相補(bǔ)

學(xué)院組織課程體系中有實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的理論課教師與實(shí)驗(yàn)課程教師組成課外學(xué)術(shù)科技活動(dòng)指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)，通過其在兩個(gè)課堂的雙肩挑，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)課外學(xué)術(shù)科技活動(dòng)與課堂所學(xué)知識(shí)相互反饋、融會(huì)貫通。

兩個(gè)課堂相互融合，教師在第二課堂的指導(dǎo)過程中注意引導(dǎo)學(xué)生全面探索和研究問題的習(xí)慣，將第一課堂學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)融合，幫助學(xué)生理解和拓寬專業(yè)知識(shí)，形成完整知識(shí)體系;學(xué)生帶著在課外學(xué)術(shù)科技活動(dòng)中遇到的難題和疑問，回到第一課堂學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中更有興趣和動(dòng)力。

兩個(gè)課堂相互補(bǔ)充，與第一課堂中以教師為主導(dǎo)不同，第二課堂貫穿以學(xué)生為主體的中心思想，旨在激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新思維，強(qiáng)化學(xué)習(xí)、思考、創(chuàng)新、合作和表達(dá)能力，提高學(xué)生動(dòng)手能力以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中主體性地位[4]。圖1為兩個(gè)課堂教學(xué)體系各教學(xué)步驟在學(xué)生能力培養(yǎng)方面的作用。

圖1 兩個(gè)課堂教學(xué)體系對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)

2.2 第二課堂與課程體系之間的反饋機(jī)制

課程體系的設(shè)置是否合理?教學(xué)效果究竟如何?除了在第一課堂教學(xué)過程中建立課程之間的反饋機(jī)制進(jìn)行檢驗(yàn)之外，還可通過學(xué)生在第二課堂中的表現(xiàn)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況，了解學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等，并以此作為反饋，針對(duì)學(xué)生暴露出的弱點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)方式進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，系列課程體系之間的交叉滲透和貫通教學(xué)提高了教學(xué)效率和教學(xué)效果，但對(duì)教師的知識(shí)水平和課前準(zhǔn)備也提出了更高的要求，教師應(yīng)掌握同一知識(shí)點(diǎn)在相關(guān)課程中的應(yīng)用情況，掌握相關(guān)課程中相似知識(shí)點(diǎn)的區(qū)別和聯(lián)系，確定課程中知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，在教學(xué)安排上遵循它們?cè)跁r(shí)間上的先后關(guān)系，合理引入，實(shí)現(xiàn)系列課程間的交叉滲透和貫通教學(xué)。因課程體系中多數(shù)教師在兩個(gè)課堂中的雙肩挑，對(duì)教師的精力和工程實(shí)踐能力也是一種挑戰(zhàn)。下一步工作除了加強(qiáng)對(duì)教師的培養(yǎng)外還應(yīng)通過系列課程間的反饋機(jī)制不斷完善課程體系，優(yōu)化課程內(nèi)容、教學(xué)安排和授課、指導(dǎo)方法。

[1]蒙祖強(qiáng)，蔡自興，黃柏雄.課程交叉教學(xué)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的實(shí)踐探索[J].北京，計(jì)算機(jī)教育，2010，(19):55-57.

[2]唐杰，云建軍，王兆明.關(guān)于課程間交叉滲透問題的分析[J].長(zhǎng)春，長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，16(3):98-100.

[3]趙秀梅.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探討[J].呼和浩特，內(nèi)蒙古電大學(xué)刊，2007(2):174-177.

[4]閆舒靜，張興會(huì)等.“教學(xué)改革-科技創(chuàng)新-學(xué)科競(jìng)賽”互動(dòng)模式的創(chuàng)建與實(shí)踐[J].天津，天津工程師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，16(4):3-5.