電子信息類專業(yè)計(jì)算機(jī)課程群和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建與研究

謝頌華+楊應(yīng)平+胡昌奎+吳薇

摘 要 文章從電子信息類專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)能力的要求和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)電子信息類專業(yè)課程內(nèi)容的融合特點(diǎn)等方面出發(fā)，提出了電子信息類專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)改革的方法。按若干門內(nèi)容緊密聯(lián)系的課程組建系列課群，建立構(gòu)建了“一個(gè)核心、三個(gè)平臺(tái)、六大模塊、三個(gè)層次”的分層次、多模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并將其初步應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力有了明顯的提高，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)類課程 課程群 分層次 多模塊 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.11.019

Construction and Research of Computer Courses and Experimental

Teaching System for Electronic Information Profession

XIE Songhua， YANG Yingping， HU Changkui， WU Wei

（Wuhan University of Technology， Wuhan， Hubei 430070）

Abstract From aspects of the electronic information professional requirements for computer skills and convergence characteristic according to the electronic information professional curriculum content for computer technology， this paper proposes the teaching reform of electronic information specialty computer curriculum. Several curriculum whose contents are closely contacted are organized to series curriculum group， and the sub-level， multi-module experimental teaching system such as one core， three platforms， six modules， three levels is established. Curriculum group and experimental teaching system are initially applied to teaching and practice， Student's practical ability and innovation ability has been significantly improved. The reform has achieved good teaching results.

Key words computer courses; curriculum group; sub-level; multi-module; experimental teaching system

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已使得計(jì)算機(jī)技術(shù)成為各學(xué)科專業(yè)不可缺的工具和重要組成部分。其中電子信息類專業(yè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)系最為緊密。通過多年的教學(xué)實(shí)踐和專業(yè)調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)電子信息技術(shù)的影響不僅是非常廣泛的，而且也是非常深刻的。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)也不斷地滲透和融入到電子信息類專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中。①

但是在計(jì)算機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容的選取上，我們只能參考計(jì)算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)方式，導(dǎo)致了電子信息類知識(shí)和計(jì)算機(jī)知識(shí)內(nèi)容的相互滲透與融合不夠、計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)與專業(yè)應(yīng)用脫節(jié)、開設(shè)的計(jì)算機(jī)類課程之間的銜接不清或部分課程內(nèi)容重復(fù)、課程綜合化程度不高等問題。②同時(shí)，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)是計(jì)算機(jī)教學(xué)的重要組成部分，與理論教學(xué)相比其作用更為重要。但現(xiàn)實(shí)情況是計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)長(zhǎng)期沒有受到足夠的重視。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常常成為理論教學(xué)的附屬物，未能將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)兩者有機(jī)結(jié)合，使得理論教學(xué)嚴(yán)重脫離實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)驗(yàn)教學(xué)也未能起到其應(yīng)有的作用。③因此，為了充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的作用、培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力、全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，在改革計(jì)算機(jī)類理論課程體系的同時(shí)應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)類課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行全方位的改革。

1 計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)現(xiàn)狀

電子信息類是綜合性極強(qiáng)的交叉性的學(xué)科，電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)是該專業(yè)的兩大基礎(chǔ)。根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)方向，我們?cè)谂囵B(yǎng)計(jì)劃中設(shè)置了三個(gè)層次的計(jì)算機(jī)類課程：（1）計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)層次，包括“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語言）”;（2）計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)層次，包括“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”、“微處理器與微控制器原理”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”、“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”、“關(guān)系數(shù)據(jù)庫與SQL”、“軟件工程”;（3）計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)層次，包括“微處理器與微控制器應(yīng)用”、“MATLAB仿真與應(yīng)用”、“電子線路輔助設(shè)計(jì)”、“可編程邏輯器件”、“圖像處理”等課程。

這三個(gè)層次的課程都包含了大量的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐操作，但大部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是針對(duì)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)進(jìn)度隨著理論課程的進(jìn)度而進(jìn)行。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少，所以只能完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無法進(jìn)行考查學(xué)生綜合能力的設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致很難讓學(xué)生深入研究和探索。同時(shí)，計(jì)算機(jī)知識(shí)更新快，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也需要隨著課程理論知識(shí)的更新不斷變化。但是目前的實(shí)驗(yàn)大綱往往不能與時(shí)俱進(jìn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多年不變和出現(xiàn)了明顯的滯后，沒有使用最新技術(shù)解決實(shí)際問題，最終不能吸引學(xué)生的興趣。其次，當(dāng)前學(xué)校正在實(shí)施學(xué)分制，這使得教學(xué)過程中對(duì)同一年級(jí)的教學(xué)進(jìn)度有差別，為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)和開放性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行增加了難度。同時(shí)，從學(xué)生考研、面試和就業(yè)的反饋信息來看，學(xué)生參與結(jié)合科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目的次數(shù)和質(zhì)量直接決定了學(xué)生動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的高低，而實(shí)際情況是學(xué)生很少有機(jī)會(huì)參與此類實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目。

因此，本項(xiàng)目以我校物理系兩個(gè)電子信息類本科專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)為對(duì)象，結(jié)合三個(gè)層次的計(jì)算機(jī)類課程的需求，開展計(jì)算機(jī)類課程理論、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革研究，形成以理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合、充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的作用、激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)新能力為目的的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式。

2 計(jì)算機(jī)類課程體系的構(gòu)建

我們?cè)诒ＷC堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的核心課程建設(shè)、保證不斷創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐體系建設(shè)的基礎(chǔ)上，不斷整合課程內(nèi)容，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)并重，在知識(shí)培養(yǎng)上強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性、寬廣性、實(shí)用性，在能力培養(yǎng)上突出創(chuàng)新性、綜合性的課程體系。

在原有的三個(gè)層次的計(jì)算機(jī)類課程體系的基礎(chǔ)上，為了將計(jì)算機(jī)課程知識(shí)和相應(yīng)的應(yīng)用結(jié)合起來，后繼開設(shè)了第四層次課程，如“嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用”、“DSP原理與應(yīng)用”、“平板顯示原理與應(yīng)用”、“數(shù)字電視傳輸技術(shù)”、“FPGA及數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等，真正做到學(xué)以致用。同時(shí)，按若干門內(nèi)容緊密聯(lián)系的課程組建系列課群，對(duì)各個(gè)課群中的每門課程進(jìn)行合理定位，根據(jù)課程間的內(nèi)涵與外延，按照前沿性、先進(jìn)性和交叉性的原則組織課程教學(xué)。在課群建設(shè)中，依據(jù)電子信息類的專業(yè)特點(diǎn)對(duì)課群及其課群中的課程進(jìn)行合理定位，按照“基礎(chǔ)”、“學(xué)科”和“應(yīng)用”三個(gè)層次組織教學(xué)，充分體現(xiàn)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、顯特色、富創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。具體為：（1）基礎(chǔ)層：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課群（包括大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、C語言綜合實(shí)驗(yàn)等）。（2）學(xué)科層：計(jì)算機(jī)控制課群（包括微處理器與微控制器原理和應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等）和數(shù)據(jù)處理課群（包括圖像處理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、關(guān)系數(shù)據(jù)庫與SQL、軟件工程等）。（3）應(yīng)用層：計(jì)算機(jī)工具課群（包括MATLAB仿真與應(yīng)用、電子線路輔助設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件等）和計(jì)算機(jī)應(yīng)用課群（包括嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用、DSP原理與應(yīng)用、平板顯示原理與應(yīng)用、數(shù)字電視傳輸技術(shù)、FPGA及數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)等）。

3 建立分層次、多模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

目前，計(jì)算機(jī)類課程的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)過程存在諸多問題，如：在進(jìn)行計(jì)算機(jī)類課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排較隨意，缺少對(duì)學(xué)生規(guī)范化的指導(dǎo);教學(xué)效果的優(yōu)劣很大程度上依賴教師的個(gè)人教學(xué)經(jīng)驗(yàn);教學(xué)手段比較單一和落后;驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多、設(shè)計(jì)性綜合性實(shí)驗(yàn)少;教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際的應(yīng)用脫節(jié);學(xué)生普遍重理論而輕實(shí)驗(yàn)等。眾所周知，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)過程，又是課程理論知識(shí)的驗(yàn)證、完善、補(bǔ)充和深化，還是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的重要手段。因此，要解決存在的各種問題，我們需要重新構(gòu)建合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

我們依托“武漢·光谷”地域經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和我系學(xué)科的發(fā)展，構(gòu)建了“一個(gè)核心、三個(gè)平臺(tái)、六大模塊、三個(gè)層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。（1）一個(gè)核心：以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心。（2）三個(gè)平臺(tái)：包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，計(jì)算機(jī)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和個(gè)性化研究性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。依據(jù)電子信息類的學(xué)科結(jié)構(gòu)、學(xué)生個(gè)性化的需求，構(gòu)建可個(gè)性化選擇的六大課程模塊。（3）六大模塊：包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K（包括計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、C語言綜合實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等課程實(shí)驗(yàn)）、計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)K（包括微處理器與微控制器原理和應(yīng)用、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、軟件工程等課程實(shí)驗(yàn)）、計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)K（包括MATLAB仿真與應(yīng)用、電子線路輔助設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)等課程實(shí)驗(yàn)）、拓展實(shí)驗(yàn)?zāi)K、開放性實(shí)驗(yàn)?zāi)K和研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?zāi)K。通過六大模塊的個(gè)性化選擇，使得學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)不斷更新和完善、動(dòng)手實(shí)踐能力不斷提高。（4）三個(gè)層次：根據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)、人才能力培養(yǎng)的梯形結(jié)構(gòu)，按照知識(shí)需求、能力需求從低到高的原則，建立“基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)”、“綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”、及“個(gè)性化研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”的三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)：以深入理解計(jì)算機(jī)操作和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言（C語言）基本概念，增強(qiáng)程序設(shè)計(jì)語言的直觀認(rèn)識(shí)，了解C語言解決實(shí)際問題為目的。這類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將課程的基本理論知識(shí)作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要起到驗(yàn)證理論知識(shí)的作用。注重實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)性和興趣性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：由教師提出問題或?qū)W生在教師的指導(dǎo)下自主選題，學(xué)生綜合運(yùn)用本課程的綜合知識(shí)或與本課程相關(guān)課程知識(shí)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在整個(gè)過程中，學(xué)生完成從選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、親自動(dòng)手操作到結(jié)果分析和論文撰寫全過程。強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的自主性，注重實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性和綜合性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，鍛煉學(xué)生運(yùn)用一系列計(jì)算機(jī)類的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

個(gè)性化研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)：一方面，由教師提出可能轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科研成果，選拔善于獨(dú)立思考、實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生。由優(yōu)秀學(xué)生和這些教師組成小組，實(shí)施并完成這種轉(zhuǎn)化。這類實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握思考問題，解決問題的方法，提高創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化培養(yǎng)。另一方面，讓對(duì)科學(xué)研究、科技活動(dòng)或社會(huì)實(shí)踐有濃厚的興趣、具有一定的創(chuàng)新意識(shí)和研究探索精神的學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立探索，自主選題設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有條件下提出解決辦法和實(shí)施方案，并在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)施或獨(dú)立組織實(shí)施。以項(xiàng)目為載體，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生提出問題、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力。實(shí)際操作中，通過課程設(shè)計(jì)、開放性實(shí)驗(yàn)、本科生自主創(chuàng)新項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目加以實(shí)現(xiàn)。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，強(qiáng)化科研引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念，將科研成果積極轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，組織開放實(shí)驗(yàn)、電子設(shè)計(jì)大賽、軟件設(shè)計(jì)大賽以及大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目等活動(dòng)，形成多形式、立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。

4 結(jié)束語

為了全面提高電子信息類專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)，我們根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)、學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的要求、本專業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的實(shí)際情況，優(yōu)化、更新現(xiàn)有“三層次”教學(xué)模式的教學(xué)內(nèi)容體系，注重第四層次的教學(xué)，圍繞不同層次人才培養(yǎng)開展計(jì)算機(jī)類課程多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的設(shè)置。在教學(xué)研究中，從明確電子信息類專業(yè)有關(guān)計(jì)算機(jī)發(fā)展方向的課程的教學(xué)要求和課程特點(diǎn)出發(fā)，實(shí)施教學(xué)改革，對(duì)計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行組織與融合，建立了電子信息類專業(yè)計(jì)算機(jī)課程的課程群，研究了“一個(gè)核心、三個(gè)平臺(tái)、六大模塊、三個(gè)層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體系結(jié)構(gòu)。將研究初步應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力有了明顯的提高，取得了較好的教學(xué)效果。

資助項(xiàng)目：武漢理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2013087）

注釋

① 單承贛.電子信息類計(jì)算機(jī)教育的特點(diǎn)、層次與主要知識(shí)點(diǎn)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2002.8.16（4）：53-56.

② 李祎，李用普.電子信息專業(yè)學(xué)生計(jì)算機(jī)能力培養(yǎng)體系構(gòu)建研究[J].合肥學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.8.17（3）：79-81+84.

③ 張建斌.地方院校電子信息類專業(yè)計(jì)算機(jī)課程體系研究[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004.18（2）：144-147.