計算機專業(yè)教學改革探索

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【摘要】本文針對魯東大學計算機科學與技術專業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標，進行了基于專業(yè)方向課程群的教學改革研究，并從課程群規(guī)劃、理論教學、實驗教學以及考核方式四個方面進行了探討和實踐，提出了一系列提高學生綜合應用能力的行之有效的方法。

【關鍵詞】應用型人才培養(yǎng)；專業(yè)方向課程群；教學改革

2011年魯東大學計算機科學與技術專業(yè)獲得省級特色專業(yè)建設立項；2012年成為山東省名校工程重點建設專業(yè)之一。計算機科學與技術專業(yè)建設期間，魯東大學將圍繞建設應用型、有特色、國際化高水平大學的發(fā)展目標，面向地方經(jīng)濟和社會發(fā)展需要，堅持“夯實理論基礎，突出專業(yè)特色，注重實踐能力，激勵知識創(chuàng)新”的原則，創(chuàng)新教育模式，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案和課程體系，深化教育教學改革，全面推進素質教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和國際化視野的應用型計算機技術人才；面向應用型人才培養(yǎng)，構建科學合理的課程體系和教學內(nèi)容；面向地方經(jīng)濟和行業(yè)需求，設置了“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)”等專業(yè)特色方向；圍繞特色方向培養(yǎng)目標，確立了各個方向的課程構成。本文從專業(yè)方向課程群的規(guī)劃、基于方向群的理論教學和實踐教學、考核方式的改革等方面進行探討與實踐，以期更好地提高學生的綜合應用能力，為未來的就業(yè)奠定堅實的基礎。

一、專業(yè)方向課程群的組織與規(guī)劃

以應用型人才培養(yǎng)為目標，構建了科學合理的課程體系，實施層次性、個性化和模塊化。通過設計不同的基礎理論模塊、不同應用方向的模塊課程來體現(xiàn)層次教育、個性化教育，有利于學生根據(jù)自己的興趣選擇。2013版計算機科學與技術專業(yè)培養(yǎng)方案主要包括：公共基礎課程、學科選修課程、專業(yè)必修課程以及專業(yè)方向選修課程四大模塊。其中，在專業(yè)方向的設置上，主要面向地方經(jīng)濟和行業(yè)需求，突出工程應用，設置了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、智能信息處理三個特色專業(yè)方向。在專業(yè)方向知識體系設置上，首先從專業(yè)方向的培養(yǎng)目標著手分析學生應該具備的能力、應該掌握的知識體系；其次，根據(jù)知識體系選定相關課程，并從課程相關性、科學性、實踐性、可操作性等方面進行詳細論證；最后確定各個專業(yè)方向的課程群。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、智能系統(tǒng)開發(fā)三個專業(yè)方向課程群具體規(guī)劃如下：

1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)課程群

由“Java程序設計”“C#程序設計”“大型數(shù)據(jù)庫”“軟件工程”“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)”五門課程組成。學生在專業(yè)必修課程中已經(jīng)學習了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課程，掌握了數(shù)據(jù)庫的原理知識，具備了數(shù)據(jù)庫設計的能力；“Java程序設計”和“C#程序設計”代表了程序設計的兩大方向，鍛煉學生的編程能力，將在第五學期開設；“軟件工程”課程主要培養(yǎng)學生科學規(guī)范地進行軟件開發(fā)，培養(yǎng)學生的工程應用能力，將在第六學期開設；“大型數(shù)據(jù)庫”主要講授Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，使學生能夠熟練地進行Oracle數(shù)據(jù)庫的開發(fā)與管理，將在第六學期開設；“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)”課程是以實踐為主的綜合應用課程，旨在鍛煉學生對于數(shù)據(jù)庫、編程語言以及軟件開發(fā)思想的綜合運用能力，在第七學期開設，為第八學期的畢業(yè)設計奠定基礎。

2.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程群

由“單片機系統(tǒng)與應用”“嵌入式體系結構與應用”“EDA技術與應用”“嵌入式操作系統(tǒng)”以及“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)”五門課程組成。學生在專業(yè)必修課程中已經(jīng)學習了電路、數(shù)字邏輯以及計算機組成原理課程，具備了進行計算機系統(tǒng)學習的硬件理論基礎；“單片機系統(tǒng)及應用”作為嵌入式系統(tǒng)的入門級課程，使學生熟悉和掌握各種常用接口、元器件的硬件設計和底層控制程序的編寫方法，為嵌入式系統(tǒng)的相關后續(xù)課程打下基礎，將在第五學期前半學期開設；“嵌入式體系結構與應用”課程培養(yǎng)學生從“整體”的角度認識、研究和解決嵌入式計算工程問題的方法和能力，將在第五學期后半學期開設；“EDA技術與應用”和“嵌入式操作系統(tǒng)”課程作為嵌入式系統(tǒng)的中間層，將在第六學期開設；“嵌入式系統(tǒng)開發(fā)”是以實踐為主的綜合應用課程，培養(yǎng)學生硬件知識和嵌入式系統(tǒng)知識的綜合運用能力，將在第七學期開設。

3.智能系統(tǒng)開發(fā)課程群

由“模式識別”“計算智能”“機器視覺”“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理”以及“智能系統(tǒng)開發(fā)”五門課程組成。學生在專業(yè)必修課和選修課中將學習“算法分析與設計”“智能技術概論”“人工智能”以及“機器學習”等課程，“模式識別”和“計算智能”將在第五學期開設，為學生進行后續(xù)的學習打下堅實的理論和算法基礎；“機器視覺”和“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理”偏重于互聯(lián)網(wǎng)各種類型數(shù)據(jù)的處理，結合推薦系統(tǒng)等應用，將在第六學期開設；“智能系統(tǒng)開發(fā)”是綜合實踐類課程，訓練學生構建包含文本、圖像、音頻和視頻等信息的綜合處理系統(tǒng)，培養(yǎng)學生的知識綜合應用能力。

二、專業(yè)方向課程群的理論教學改革

課程群是由內(nèi)容聯(lián)系緊密、邏輯性強的多門課程組成的有機整體，其弱化了課程的獨立性，強化了課程之間的親和性，突出各門課程所蘊含的技能定位，凸顯它們?yōu)楣餐囵B(yǎng)目標而服務的特征。本章將從教學內(nèi)容、教學方法和教材編寫等方面探討專業(yè)方向課程群的理論教學問題。

1.優(yōu)化課程群相關課程的教學內(nèi)容

基于課程群的理論教學，需要根據(jù)培養(yǎng)目標層次把握課程內(nèi)容的分配、實施和技能的實現(xiàn)，從而打破了課程內(nèi)容的歸屬性。因此，課程群建立之后，首先應該基于課程群進行相關課程教學內(nèi)容的優(yōu)化與調整。選拔能夠把握課程群培養(yǎng)目標、熟悉教學內(nèi)容的資深教師擔任課程群負責人，定期組織課程群主講教師進行討論，以建設目標為依據(jù)，對課程群相關課程的教學內(nèi)容進行整體優(yōu)化；同時，課程群中的每門課程也應該建立相應的子目標。以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)課程群為例，具體優(yōu)化方法說明如下：

（1）刪減課程中重復、陳舊過時的教學內(nèi)容，適當增加本專業(yè)方向的前沿知識。在“Java程序設計”和“C#程序設計”兩種編程語言的授課中，對程序語言的語法內(nèi)容應該進行刪減，結合項目從系統(tǒng)的角度結合案例進行程序設計方法的講述。在“大型數(shù)據(jù)庫”課程中不再講述與數(shù)據(jù)庫原理課程重復的SQL語法部分，重點講解Oracle中特殊的SQL語法結構、PL/SQL程序設計以及Oracle數(shù)據(jù)庫管理?！败浖こ獭闭n程中簡化傳統(tǒng)的結構化軟件開發(fā)方法，重點基于UML講述面向對象的軟件開發(fā)方法?！皵?shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)”課程則是以實踐為主，重點培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)能力，為之后的畢業(yè)設計和未來工作奠定基礎。

（2）分析各門課程知識點之間的關系以及側重點?！癑ava程序設計”和“C#程序設計”兩門課程的知識點側重于程序設計，“大型數(shù)據(jù)庫”課程側重于數(shù)據(jù)庫設計、管理與維護，“軟件工程”側重于軟件開發(fā)方法。開發(fā)語言、數(shù)據(jù)庫、開發(fā)方法是構建一個案例系統(tǒng)的必備條件。通過一個案例系統(tǒng)的開發(fā)將課程群各門課程的知識點合為一體。

（3）選取課程教學體系中的典型教學案例貫穿于課程群課程的教學內(nèi)容，節(jié)省教學時間，提高課程群的規(guī)模教學效益。在教學過程中選取學生容易理解的教學案例，如：學生選課系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)等。在開發(fā)語言Java和C#教學中，借助于教學案例講解開發(fā)語言訪問數(shù)據(jù)庫的方法；在大型數(shù)據(jù)庫課程中結合案例講解數(shù)據(jù)庫后臺編程的方法；在“軟件工程”課程里從工程的角度進行整個案例系統(tǒng)的分析與設計；在“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)”課程中實現(xiàn)案例系統(tǒng)的完整開發(fā)。在整個課程群的教學中，選取的案例是連續(xù)的、不斷迭代和完善的。

2.改進教學方法和教學手段

在課程群課程理論內(nèi)容的教學過程中，教師逐漸改變以往填鴨式教學方法，綜合運用項目驅動教學法、案例教學法、小組合作討論、自主學習等多種教學方法與教學方式，取得了較好的教學效果。

（1）項目驅動教學法。項目驅動教學法是在具備一定的條件與要求下，師生通過共同實施一個完整的任務而進行的多次、分步驟的教學活動，課程理論與實踐相結合，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的實踐能力。專業(yè)方向課程群中的課程相關性很大，先開課亦是后續(xù)實踐課的基礎。因此，可以考慮選擇同一個項目，貫穿于各門課程。項目的選擇需要課程群所有老師討論確定，選取學生容易理解、可實現(xiàn)、操作性強的項目，也可以邀請校內(nèi)外專家和技術人員對項目進行評定。項目選定以后，根據(jù)項目總體規(guī)劃進行任務劃分，密切結合各門課程的知識點進行任務的分配。在所有任務的驅動之下，學生修完課程群中所有課程后將實現(xiàn)一個完整的項目開發(fā)。這不僅能夠提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的工程應用能力和實踐能力，同時又能夠增強學生的成就感和自信心，為后續(xù)的就業(yè)奠定基礎。

（2）案例教學法。在采用其他教學方法的同時，穿插采用案例教學法會使得內(nèi)容的講解更加清晰，便于學生理解和掌握。在教學中設計了大量的教學案例，教師先對教學案例進行分析，再進行操作演示，最后學生進行模仿完成相應的任務。當然，案例的選取與設計至關重要。應該基于課程群的總體目標以及每門課程的教學目標，結合每門課程的特點，選取有效的案例，充分發(fā)揮每個案例的作用，幫助學生更好地掌握知識點。

3.加強基于課程群的教材建設

引入課程群后，結合教學目標對知識體系進行總體規(guī)劃，各門課程的知識點既有側重點又有相互的關聯(lián)。而現(xiàn)有的教材只針對單一課程，更多地考慮知識的全面性，很少兼顧與其他課程的關聯(lián)，不能滿足方向課程群教學的實際需要。為此，在專業(yè)方向課程群的實際教學中，應該不斷積累教學經(jīng)驗、教學案例與教學素材，編寫滿足課程群教學需要的特色教材。

三、專業(yè)方向課程群的實驗教學改革

進行應用型人才培養(yǎng)關鍵在于培養(yǎng)學生的實踐動手能力。為此，基于專業(yè)方向課程群，對實踐教學進行改革，重新修訂實驗教學大綱，改進實驗教學方法，對實驗過程進行規(guī)范管理與指導。具體方法如下：

1.增加實驗學時，加大實踐學分的比重

對于實踐性較強的課程，適當減少理論學時，增加實驗學時。以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)課程群為例，Java程序設計、大型數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)課程的實驗學時都增加到36學時。

2.加大設計性和綜合性實驗的比例

在每門課程中減少驗證性實驗，增加設計性和綜合性實驗，培養(yǎng)學生的實踐能力以及知識綜合運用能力。方向課程群中最后一門課程，如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)課程，是以一個完整的系統(tǒng)開發(fā)作為實驗內(nèi)容,以培養(yǎng)學生系統(tǒng)化思維能力、獨立分析問題和解決問題的能力。

3.針對一些課程增設課程設計或綜合實訓環(huán)節(jié)

例如，Java課程講完后開設兩周的Java綜合實訓，讓學生在實訓中鞏固所學的知識，加深對知識的掌握與應用。同時，在專業(yè)必修課程中的一些核心課程也增開相應的課程設計，進一步加強了學生實踐能力的培養(yǎng)。

4.改進實驗教學方法

實驗課程的開展主要以學生自己操作為主，教師講解為輔。但從學生的實際情況來看，大多數(shù)學生在實驗中對教師的依賴性太強，習慣于照著教師提供的實驗材料和步驟操作。如果脫離教師提供的實驗大綱或參考程序，大多數(shù)同學將無從下手。究其原因，一方面是學生自主學習的能力較差，另一方面也反映出教師實驗教學的方法存在問題。教師直接將實驗詳細步驟或程序發(fā)給學生，學生不需要思考就可以完成，造成了學生的嚴重依賴性。為此，教師應該調整實驗課的教學方法，提高學生的動手實踐能力和解決實際問題的能力。對于少量驗證性實驗，可在實驗參考文檔中巧妙設置錯誤，使系統(tǒng)產(chǎn)生故障，由學生自己尋找解決方案，這樣不僅可以加深學生對于知識的理解和掌握，而且可以培養(yǎng)學生解決問題的能力。而對于設計性和綜合性的實驗，題目相對較難，教師應該采用啟發(fā)式教學法和案例教學法給學生適當?shù)囊龑Ш椭v解，讓學生通過自己的努力完成實驗。

四、專業(yè)方向課程群的考核方式改革

課程考核是學校、教師對學生進行評價的重要手段。在目前應試教育背景下，學生最熟悉的考核方式就是卷面考試。但對于實踐性較強的計算機專業(yè)課程來說，這種考核方式很難全面地、合理地反映學生的知識掌握程度以及實踐應用能力的高低等等。同時，對于專業(yè)方向課程群的課程考核，其課程內(nèi)容之間的關聯(lián)性很強，同時每門課程的實踐性也很強。為此，基于方向課程群，探討課程考核方式以及成績評定方法是非常必要的。

1.考試形式多樣化

方向課程群中的課程重點培養(yǎng)學生的動手實踐能力，因此可以采用上機考試的形式，如“Java程序設計”和“C#程序設計”課程。對于操作性很強的課程，如“大型數(shù)據(jù)庫技術”，采用上機考試方式，通過學生的操作可以很直觀地反映出學生知識掌握的熟練程度。而對于綜合性較強的課程，如“軟件工程”和“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)”，則可以采用大作業(yè)的形式。同時，如果方向課程群中的課程在一個學期開設，則可以探討采用一個大作業(yè)同時考核兩門課程內(nèi)容的方式。如設計并實現(xiàn)一個應用系統(tǒng)，既可以考查數(shù)據(jù)庫知識又可以考查編程語言的掌握情況。這樣，不僅可以減輕學生的負擔、提高完成質量，還可以培養(yǎng)學生的綜合應用能力。

2.建立綜合測評體系

通常情況下，綜合成績一般由三七分的平時成績和期末成績綜合而來?？紤]到專業(yè)方向課程群中的課程教學重點是提高學生的實踐應用能力，都設有實驗課時，因此實驗成績應該在綜合成績中占有較大的比例。通過專業(yè)特色方向課程群的建設，多門課程緊密地結合在一起，對課程內(nèi)容進行優(yōu)化與調整并形成一條主線，使得學生學習的思路更加清晰，能夠從系統(tǒng)的角度來理解、掌握和應用知識點，有利于專業(yè)特色方向培養(yǎng)目標的達成。在山東省名校工程項目的支持下，完成了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)兩個課程群（共10門課程）的網(wǎng)絡平臺和資源建設；同時，在課程群的帶動下，又設立了操作系統(tǒng)、計算機組成原理等校級精品課程10余門。未來幾年，繼續(xù)堅持以應用型、復合型人才培養(yǎng)為目標，在教育信息化建設背景下，繼續(xù)推進教育教學改革，完善課程教學資源，探索翻轉課堂、MOOC教學等新型教學模式的使用，更好地提高學生的綜合應用能力以及培養(yǎng)質量。

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作者：李秀芳 李凌云