計(jì)算機(jī)工程教育體驗(yàn)

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1現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)體系的不足

1.1專業(yè)課程設(shè)置定位不準(zhǔn)確

當(dāng)前很多高校計(jì)算機(jī)工程專業(yè)是在社會大量需求下匆匆上馬，沒有相應(yīng)的學(xué)科基礎(chǔ)，新教師多，是參照其他學(xué)校的教學(xué)大綱開設(shè)自己的專業(yè)課，沒有深入研究本校學(xué)生的基礎(chǔ)素質(zhì)和能力，以及本校教師的專業(yè)素養(yǎng)和能力，使其專業(yè)課程不能滿足現(xiàn)代高等教育的理念，造成其實(shí)踐教學(xué)體系先天性不足。

1.2課程實(shí)驗(yàn)師資不足

學(xué)校規(guī)模的擴(kuò)大，在校學(xué)生規(guī)模劇增，致使專業(yè)教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員嚴(yán)重不足。每年分配到校的年輕老師幾乎都是從學(xué)校到學(xué)校，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。暑假的教師崗前培訓(xùn)，不到一個月的時(shí)間也只是形式而已。同時(shí)計(jì)算機(jī)工程專業(yè)高級教師的大量流失，使實(shí)驗(yàn)課程的指導(dǎo)教師嚴(yán)重缺失。

1.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容質(zhì)量不高

師資專業(yè)水平不高，使開出的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容水平也不高。主要是以驗(yàn)證性和觀察性的實(shí)驗(yàn)為主，設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)較少，研究性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)幾乎沒有?，F(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)很多都是表面的形式，沒有達(dá)到實(shí)際的效果。

1.4實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和管理落后

計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)以鍛煉學(xué)生的能力為主。但是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，指導(dǎo)教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，不能很好滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。實(shí)驗(yàn)課程的安排隨意性很大，不能與課堂教學(xué)相輔相成，學(xué)生理論和實(shí)踐脫節(jié)。實(shí)驗(yàn)室管理手段比較落后，采用人員綁定實(shí)驗(yàn)室，手工登記和監(jiān)督，致使實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常忙亂，更不用說實(shí)驗(yàn)室開放了，使很多教學(xué)設(shè)備閑置，學(xué)生的需求得不到滿足。

1.5實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足和陳舊

計(jì)算機(jī)設(shè)備是更新非常快、投入非常大的，與其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)設(shè)備性質(zhì)差別很大。很多學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部門不能認(rèn)識到計(jì)算機(jī)教學(xué)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上投入不夠，使很多設(shè)備落后，數(shù)量也不足，根本達(dá)不到教育部規(guī)定的4:1的指標(biāo)。

1.6實(shí)習(xí)基地較少

學(xué)校與企事業(yè)單位聯(lián)系的渠道較少，相互的合作不多。學(xué)生的畢業(yè)實(shí)習(xí)基本由學(xué)生自己解決實(shí)習(xí)的單位，學(xué)校只能提供較少的實(shí)習(xí)單位給學(xué)生，根本無法滿足學(xué)生增長的需要。針對當(dāng)前計(jì)算機(jī)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的不足，參照國內(nèi)外高校中計(jì)算機(jī)工程專業(yè)教學(xué)體系，按照學(xué)校的實(shí)際情況重新制定培養(yǎng)計(jì)劃，對本校的專業(yè)教師和實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行繼續(xù)教育和培訓(xùn)，加大設(shè)備的投入。本文按照實(shí)踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)分開討論如何設(shè)置實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、目標(biāo)和教學(xué)的手段，給出一個符合當(dāng)前社會需求的計(jì)算機(jī)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)置方案。

2以素質(zhì)教育為目標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)體系

2.1課程實(shí)驗(yàn)

課程實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)的重要組成部分，它是和課堂理論教學(xué)相輔相成的。通過課程實(shí)驗(yàn)，不僅可以傳授實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論知識，而且可以使學(xué)生更加深入地理解理論，完成理論與實(shí)踐的結(jié)合。通過實(shí)驗(yàn)可以訓(xùn)練學(xué)生的基本技能，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行，分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，排除一般故障，對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的技能，提高其計(jì)算機(jī)軟件和硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的技能。實(shí)驗(yàn)也是教師和學(xué)生深入交流的通道，啟發(fā)學(xué)生深入思考，敢于創(chuàng)新。計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的課程實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)，可以分為觀察性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)等不同類型。現(xiàn)在實(shí)行多媒體教學(xué)，觀察性的實(shí)驗(yàn)一般可以在課堂上簡單演示，一般不列入實(shí)驗(yàn)體系。自從20世紀(jì)90年代以來，互聯(lián)網(wǎng)在全世界大規(guī)模推廣，現(xiàn)在的很多學(xué)生在大學(xué)入學(xué)之前都接觸過使用過計(jì)算機(jī)，很多中學(xué)都開設(shè)了計(jì)算機(jī)課程，使學(xué)生具備了初步的計(jì)算機(jī)技能，能夠使用可視化的開發(fā)工具進(jìn)行編程，這使得計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的低年級學(xué)生可以有少量的驗(yàn)證性試驗(yàn)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以在理論教學(xué)中簡單演示，給出詳細(xì)的輔導(dǎo)材料指導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間自己實(shí)驗(yàn)，其他的實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。在計(jì)算機(jī)工程專業(yè)有全校理工課基礎(chǔ)教育，包含的物理實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等公共基礎(chǔ)系列實(shí)驗(yàn)本文不予討論。軟件技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，按照學(xué)生的能力和當(dāng)前的素質(zhì)以及教學(xué)大綱重新規(guī)劃實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，追求變化以適應(yīng)社會的需求。

當(dāng)前重點(diǎn)加強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)理論系列實(shí)驗(yàn)和硬件技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在學(xué)生都是輕理論重應(yīng)用，計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的本科教育是以素質(zhì)為核心的，理論是應(yīng)用的基礎(chǔ)，只有掌握理論應(yīng)用才能夠深入的探討，否則其應(yīng)用僅僅是模仿，不能夠進(jìn)行創(chuàng)新。為此要加強(qiáng)數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)、離散數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、算法設(shè)計(jì)與分析實(shí)驗(yàn)等為主的基礎(chǔ)理論系列實(shí)驗(yàn)，其中離散數(shù)學(xué)原來僅僅是講授原理，不能和實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合脫離實(shí)際。這些實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在驗(yàn)證性的基礎(chǔ)上變換為一定設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)理論的實(shí)踐。軟件實(shí)驗(yàn)的可操控性強(qiáng)，對于硬件實(shí)驗(yàn)需要一定的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前很多學(xué)生和教師都不愿開設(shè)這類的實(shí)驗(yàn)，多數(shù)是按照實(shí)驗(yàn)設(shè)備教程進(jìn)行驗(yàn)證性操作，沒有任何的設(shè)計(jì)性，更談不上創(chuàng)新試驗(yàn)了，為此電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)原理、微機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)接口設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[2]等課程實(shí)驗(yàn)要增加趣味性，不要僅僅是枯燥的理論驗(yàn)證，而是結(jié)合理論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以激發(fā)學(xué)生興趣為主，寓教于樂，在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中掌握理論，在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)要考慮到學(xué)生的起步基礎(chǔ)不同和素質(zhì)高低不同，設(shè)計(jì)出可以選擇的實(shí)驗(yàn)，滿足多方面多層次的需求，提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。課程實(shí)驗(yàn)應(yīng)該包括適當(dāng)?shù)拈_放性實(shí)驗(yàn)，目的是進(jìn)一步提高教學(xué)水平、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新能力。為此需要實(shí)驗(yàn)管理采用開放性，采用自動式的學(xué)生認(rèn)證系統(tǒng)，提高設(shè)備的利用效率，為學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

2.2課程設(shè)計(jì)和協(xié)作設(shè)計(jì)

在課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以提高學(xué)生的綜合能力為出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)該選擇比較重要的課程作為單獨(dú)課程開設(shè)綜合性課程設(shè)計(jì)，這對學(xué)生實(shí)踐教學(xué)能力培養(yǎng)是非常重要的，考慮到整個實(shí)踐教學(xué)必須占到整個學(xué)時(shí)的比例，應(yīng)該開設(shè)以下綜合課程設(shè)計(jì)。(1)高級程序語言課程設(shè)計(jì)：高級語言是計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，通過課程實(shí)驗(yàn)學(xué)生僅僅是掌握語言的詞法、語法和語義，不能從整體上掌握整個系統(tǒng)。特別是現(xiàn)在高級程序語言的開發(fā)環(huán)境雖然比較方便使用，但是其知識結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是掌握其可以直接在程序中使用，大大提高編程效率。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中給出10多個題目，以學(xué)生綜合掌握高級程序設(shè)計(jì)語言和集成設(shè)計(jì)工具為目的，學(xué)生能根據(jù)題目的目的，獨(dú)立完成分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試。使學(xué)生能更進(jìn)一步地理解程序設(shè)計(jì)方法，熟練掌握常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力和分析解決問題的能力，保持良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格。(2)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)：使學(xué)生基本掌握數(shù)字電路設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法，增加集成芯片的使用知識。教師根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)列出10多個的選題，給出設(shè)計(jì)的目標(biāo)，提供相應(yīng)的數(shù)字電路分離的器件，要求學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)、系統(tǒng)裝配和調(diào)試。能力比較強(qiáng)的同學(xué)可以獨(dú)立完成選題設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)的裝配及調(diào)試，教師只需給予一定的指導(dǎo)。(3)計(jì)算機(jī)原理課程設(shè)計(jì)：使學(xué)生加深對計(jì)算機(jī)原理和相關(guān)課程的理解，實(shí)踐和鍛煉計(jì)算機(jī)硬件的設(shè)計(jì)能力和調(diào)試能力。要求了解實(shí)驗(yàn)所能提供的硬件基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，以及現(xiàn)在硬件設(shè)計(jì)語言的一般設(shè)計(jì)過程和方法，能夠按照指令體系和功能進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)CPU，并進(jìn)行軟件的模擬。(4)嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)：現(xiàn)在機(jī)電設(shè)備的智能化都來自于嵌入式系統(tǒng)，嵌入式課程深入需要綜合性的課程設(shè)計(jì)，能夠使學(xué)生掌握嵌入式的環(huán)境應(yīng)用的限制性、功能的限制性，根據(jù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，綜合使用嵌入式系統(tǒng)的接口、通信的基礎(chǔ)知識、嵌入式微處理器構(gòu)成控制系統(tǒng)，掌握實(shí)際控制設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際知識，培養(yǎng)學(xué)生硬件方面的綜合設(shè)計(jì)能力和動手能力。(5)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)：要求學(xué)生掌握流行大型操作系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各種實(shí)現(xiàn)機(jī)理和各種典型算法，系統(tǒng)地了解操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)思路。該實(shí)驗(yàn)可以采用開源的Linux系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺，運(yùn)用所掌握的知識對內(nèi)核某個部分進(jìn)行替換，運(yùn)用內(nèi)核開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)內(nèi)核的重新組合。這樣可以鍛煉學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)編程的能力，為今后開發(fā)驅(qū)動程序、網(wǎng)絡(luò)接口等打下基礎(chǔ)。(6)軟件工程課程設(shè)計(jì)：使學(xué)生系統(tǒng)地掌握軟件工程及軟件管理的過程、方法和工具，教師可以按照學(xué)生比較熟悉的需求，設(shè)計(jì)多個相對比較大的項(xiàng)目作為題目，方便學(xué)生需求分析，這些需求分析可以是一定條件下現(xiàn)場的調(diào)研，多數(shù)數(shù)據(jù)是通過其他材料整理匯集出來的，也可以通過網(wǎng)絡(luò)收集具體項(xiàng)目的需求，這個不能是真正的現(xiàn)場調(diào)研，這是課程設(shè)計(jì)中非常重要，而且是需要特別處理的部分。在此基礎(chǔ)上學(xué)生要完成軟件的設(shè)計(jì)，給出測試和維護(hù)的基本原則和文檔。由于教學(xué)時(shí)間的限制，不可能完成編程和具體的測試，僅僅是完成必要的文檔標(biāo)準(zhǔn)化和內(nèi)容完整性檢測。

在計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的課堂實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)是按照教學(xué)計(jì)劃一個年級同步進(jìn)行的，為此可以在達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的同時(shí)，在班級內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算機(jī)技能比賽，比賽解決實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容及問題的能力、比賽編寫程序的質(zhì)量、比賽編程程序的規(guī)范程度，比賽學(xué)生各種能力，促進(jìn)學(xué)生內(nèi)部有序良好的競爭，提高他們學(xué)習(xí)的積極性。也在同一個課程的不同班級進(jìn)行比賽，培養(yǎng)整個專業(yè)的學(xué)生能夠具有注重技能訓(xùn)練的精神。課堂教學(xué)和課程設(shè)計(jì)都是以班級為單位的獨(dú)立設(shè)計(jì)來和完成，當(dāng)前現(xiàn)實(shí)的項(xiàng)目是需要多人的系統(tǒng)完成，為此需要增加一個大作業(yè)和項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生增強(qiáng)交流能力、解決問題能力和技術(shù)技能[3]。(1)綜合性作業(yè)課程：需要綜合多門課程，可能需要多個學(xué)期，成立班級內(nèi)部的小組分工協(xié)作共同完成。該作業(yè)具有一定的難度，綜合多個知識點(diǎn)，需要系統(tǒng)的規(guī)劃，能夠鍛煉學(xué)生的綜合能力，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)信息溝通技巧的掌握，達(dá)到交流技巧的掌握。(2)項(xiàng)目小組開發(fā)：團(tuán)隊(duì)精神是當(dāng)今計(jì)算機(jī)工程專業(yè)必須具備的，可以按照當(dāng)前社會需求和科研需求，設(shè)置多個項(xiàng)目，讓高低年級學(xué)生自由組合，組成開發(fā)小組和興趣小組，協(xié)同完成一項(xiàng)任務(wù)。項(xiàng)目過程包括開發(fā)、軟件管理、經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險(xiǎn)管理、需求工程、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)、質(zhì)量保證、標(biāo)準(zhǔn)以及協(xié)同工作等。這樣不僅提高了他們的實(shí)踐能力和技能訓(xùn)練，關(guān)鍵是協(xié)同工作能力的鍛煉，使學(xué)生更加容易地融入社會工作中。項(xiàng)目小組也是高級學(xué)生向低年級學(xué)生傳遞知識和技術(shù)的最佳場所，也可以大大提高高年級學(xué)生的管理能力和各個方面協(xié)調(diào)的能力團(tuán)隊(duì)開發(fā)課程。這也是課堂教學(xué)有益的補(bǔ)充。在項(xiàng)目開發(fā)的需求分析中要注意相關(guān)的法律和道德的可行性研究，清楚涉及的有關(guān)問題，鍛煉采用何種策略來應(yīng)對。這樣的項(xiàng)目可能是多個學(xué)科綜合的，可以把相關(guān)科目的同學(xué)吸引到小組中，比如自動化控制、通信工程、信息技術(shù)、電子商務(wù)、經(jīng)濟(jì)管理等等，實(shí)現(xiàn)高層次的綜合。

2.3實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)

實(shí)習(xí)不僅是學(xué)生發(fā)揮本專業(yè)特長服務(wù)社會、接觸社會；也在實(shí)踐教學(xué)中起著重要的作用，使學(xué)生在實(shí)踐過程中即能達(dá)到提高個人能力的目的。當(dāng)前實(shí)習(xí)有多種形式，多數(shù)分為校外的實(shí)習(xí)基地和校內(nèi)實(shí)習(xí)基地，使學(xué)生能夠到實(shí)踐單位接觸和了解科研和開發(fā)中存在的各種現(xiàn)實(shí)的技術(shù)或管理問題，參與實(shí)際課題或項(xiàng)目的開發(fā)等。實(shí)習(xí)基地的選擇和建設(shè)是非常關(guān)鍵的，為了保證實(shí)習(xí)的質(zhì)量。必須定期對實(shí)習(xí)基地進(jìn)行評估，包括接收學(xué)生的數(shù)量、提供實(shí)習(xí)題目的質(zhì)量、管理學(xué)生實(shí)踐過程的情況、學(xué)生的實(shí)踐效果等。實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師必須有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，校外實(shí)習(xí)基地聘請業(yè)務(wù)水平高、責(zé)任心強(qiáng)的人員擔(dān)任校外指導(dǎo)教師。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個科研和教學(xué)結(jié)合最為密切的實(shí)踐環(huán)節(jié)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)生可以理論聯(lián)系實(shí)際，鍛煉解決實(shí)際問題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合科研項(xiàng)目或課題，從科研任務(wù)中選擇有價(jià)值的題目進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和研究，還可以通過與企業(yè)緊密合作的實(shí)踐教學(xué)活動來進(jìn)行。

3結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異的發(fā)展和深入應(yīng)用，將會對實(shí)踐教學(xué)提出了更高的要求；這就要求高等學(xué)校按照自身辦學(xué)的定位和社會的當(dāng)前需求對計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行修訂。以培養(yǎng)學(xué)生技能和實(shí)踐能力為核心，高校教師要轉(zhuǎn)變教育思想，更新教育觀念，以構(gòu)建主義為教學(xué)指導(dǎo)思想，推動計(jì)算機(jī)教學(xué)向著“培養(yǎng)全面高素質(zhì)人才”的方向發(fā)展，為學(xué)生以后更好地為社會服務(wù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。