計算機(jī)課程群和實驗教學(xué)體系創(chuàng)建思考

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計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已使得計算機(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)與計算機(jī)技術(shù)聯(lián)系最為緊密。通過多年的教學(xué)實踐和專業(yè)調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)計算機(jī)技術(shù)對電子信息技術(shù)的影響不僅是非常廣泛的，而且也是非常深刻的。同時，計算機(jī)技術(shù)也不斷地滲透和融入到電子信息類專業(yè)的計算機(jī)課程教學(xué)中。①但是在計算機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容的選取上，我們只能參考計算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)方式，導(dǎo)致了電子信息類知識和計算機(jī)知識內(nèi)容的相互滲透與融合不夠、計算機(jī)課程的教學(xué)與專業(yè)應(yīng)用脫節(jié)、開設(shè)的計算機(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，計算機(jī)實驗和實踐教學(xué)是計算機(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)實情況是計算機(jī)實驗和實踐教學(xué)長期沒有受到足夠的重視。實驗教學(xué)中常常成為理論教學(xué)的附屬物，未能將實驗教學(xué)和理論教學(xué)兩者有機(jī)結(jié)合，使得理論教學(xué)嚴(yán)重脫離實驗，最終實驗教學(xué)也未能起到其應(yīng)有的作用。③因此，為了充分發(fā)揮實驗實踐教學(xué)的作用、培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力、全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，在改革計算機(jī)類理論課程體系的同時應(yīng)該對計算機(jī)類課程實驗實踐教學(xué)進(jìn)行全方位的改革。

1計算機(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，我們在培養(yǎng)計劃中設(shè)置了三個層次的計算機(jī)類課程：（1）計算機(jī)文化基礎(chǔ)層次，包括“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”、“計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)（C語言）”；（2）計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)層次，包括“計算機(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”、“關(guān)系數(shù)據(jù)庫與SQL”、“軟件工程”；（3）計算機(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”、“可編程邏輯器件”、“圖像處理”等課程。這三個層次的課程都包含了大量的計算機(jī)實驗和實踐操作，但大部分實驗項目是針對章節(jié)知識點進(jìn)行設(shè)計的實驗，實驗學(xué)時較少，實驗進(jìn)度隨著理論課程的進(jìn)度而進(jìn)行。因為實驗學(xué)時少，所以只能完成驗證性實驗，無法進(jìn)行考查學(xué)生綜合能力的設(shè)計綜合性實驗，導(dǎo)致很難讓學(xué)生深入研究和探索。同時，計算機(jī)知識更新快，計算機(jī)實驗教學(xué)內(nèi)容也需要隨著課程理論知識的更新不斷變化。但是目前的實驗大綱往往不能與時俱進(jìn)，實驗項目多年不變和出現(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)校正在實施學(xué)分制，這使得教學(xué)過程中對同一年級的教學(xué)進(jìn)度有差別，為實驗項目的開設(shè)和開放性實驗的進(jìn)行增加了難度。同時，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)研究的實驗實踐項目的次數(shù)和質(zhì)量直接決定了學(xué)生動手操作能力和創(chuàng)新實踐能力的高低，而實際情況是學(xué)生很少有機(jī)會參與此類實驗實踐項目。因此，本項目以我校物理系兩個電子信息類本科專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)為對象，結(jié)合三個層次的計算機(jī)類課程的需求，開展計算機(jī)類課程理論、實驗實踐的教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革研究，形成以理論教學(xué)、實驗和實踐有機(jī)結(jié)合、充分發(fā)揮實驗實踐教學(xué)的作用、激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲、培養(yǎng)學(xué)生動手創(chuàng)新能力為目的的實驗實踐教學(xué)模式。

2計算機(jī)類課程體系的構(gòu)建

我們在保證堅實基礎(chǔ)的核心課程建設(shè)、保證不斷創(chuàng)新的實驗實踐體系建設(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)與實驗實踐教學(xué)并重，在知識培養(yǎng)上強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性、寬廣性、實用性，在能力培養(yǎng)上突出創(chuàng)新性、綜合性的課程體系。在原有的三個層次的計算機(jī)類課程體系的基礎(chǔ)上，為了將計算機(jī)課程知識和相應(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”等，真正做到學(xué)以致用。同時，按若干門內(nèi)容緊密聯(lián)系的課程組建系列課群，對各個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)特點對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：計算機(jī)基礎(chǔ)課群（包括大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)、計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)、C語言綜合實驗等）。（2）學(xué)科層：計算機(jī)控制課群（包括微處理器與微控制器原理和應(yīng)用、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計等）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、可編程邏輯器件等）和計算機(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)計等）。

3建立分層次、多模塊的實驗教學(xué)體系

目前，計算機(jī)類課程的傳統(tǒng)實驗和實踐教學(xué)過程存在諸多問題，如：在進(jìn)行計算機(jī)類課程的實驗教學(xué)時，實驗內(nèi)容安排較隨意，缺少對學(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人教學(xué)經(jīng)驗；教學(xué)手段比較單一和落后；驗證性實驗多、設(shè)計性綜合性實驗少；教學(xué)內(nèi)容與實際的應(yīng)用脫節(jié)；學(xué)生普遍重理論而輕實驗等。眾所周知，計算機(jī)實驗教學(xué)是理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)過程，又是課程理論知識的驗證、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)建合理的實驗教學(xué)體系。我們依托“武漢•光谷”地域經(jīng)濟(jì)特點和我系學(xué)科的發(fā)展，構(gòu)建了“一個核心、三個平臺、六大模塊、三個層次”的實驗教學(xué)體系。（1）一個核心：以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心。（2）三個平臺：包括計算機(jī)基礎(chǔ)課程實驗平臺，計算機(jī)專業(yè)課程實驗平臺和個性化研究性實驗平臺。依據(jù)電子信息類的學(xué)科結(jié)構(gòu)、學(xué)生個性化的需求，構(gòu)建可個性化選擇的六大課程模塊。（3）六大模塊：包括計算機(jī)基礎(chǔ)實驗?zāi)K（包括計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)、C語言綜合實驗、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等課程實驗）、計算機(jī)技術(shù)實驗?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、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、軟件工程等課程實驗）、計算機(jī)應(yīng)用實驗?zāi)K（包括MATLAB仿真與應(yīng)用、電子線路輔助設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)等課程實驗）、拓展實驗?zāi)K、開放性實驗?zāi)K和研究創(chuàng)新性實驗?zāi)K。通過六大模塊的個性化選擇，使得學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)不斷更新和完善、動手實踐能力不斷提高。（4）三個層次：根據(jù)知識結(jié)構(gòu)、人才能力培養(yǎng)的梯形結(jié)構(gòu)，按照知識需求、能力需求從低到高的原則，建立“基礎(chǔ)性實驗”、“綜合設(shè)計性實驗”、及“個性化研究創(chuàng)新性實驗”的三層次實驗教學(xué)模式，突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)?；A(chǔ)性實驗：以深入理解計算機(jī)操作和計算機(jī)程序設(shè)計語言（C語言）基本概念，增強(qiáng)程序設(shè)計語言的直觀認(rèn)識，了解C語言解決實際問題為目的。這類實驗項目將課程的基本理論知識作為實驗內(nèi)容，主要起到驗證理論知識的作用。注重實驗的啟發(fā)性和興趣性，充分調(diào)動學(xué)生參與實驗的積極性。綜合設(shè)計性實驗：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或與本課程相關(guān)課程知識，自行設(shè)計實驗方案，自主完成實驗項目。在整個過程中，學(xué)生完成從選題、實驗設(shè)計、親自動手操作到結(jié)果分析和論文撰寫全過程。強(qiáng)調(diào)實驗的自主性，注重實驗的設(shè)計性和綜合性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、積極性和創(chuàng)造性，鍛煉學(xué)生運(yùn)用一系列計算機(jī)類的知識解決實際問題的能力。個性化研究創(chuàng)新性實驗：一方面，由教師提出可能轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)的科研成果，選拔善于獨立思考、實踐動手能力強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生。由優(yōu)秀學(xué)生和這些教師組成小組，實施并完成這種轉(zhuǎn)化。這類實驗讓學(xué)生掌握思考問題，解決問題的方法，提高創(chuàng)新能力和實踐能力，實現(xiàn)個性化培養(yǎng)。另一方面，讓對科學(xué)研究、科技活動或社會實踐有濃厚的興趣、具有一定的創(chuàng)新意識和研究探索精神的學(xué)生進(jìn)行獨立探索，自主選題設(shè)計，在現(xiàn)有條件下提出解決辦法和實施方案，并在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實施或獨立組織實施。以項目為載體，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生提出問題、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力。實際操作中，通過課程設(shè)計、開放性實驗、本科生自主創(chuàng)新項目、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目加以實現(xiàn)。在實驗教學(xué)過程中，強(qiáng)化科研引領(lǐng)實驗教學(xué)的理念，將科研成果積極轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容，組織開放實驗、電子設(shè)計大賽、軟件設(shè)計大賽以及大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃項目等活動，形成多形式、立體化的實驗教學(xué)形式。

4結(jié)束語

為了全面提高電子信息類專業(yè)學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識，我們根據(jù)計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點、學(xué)生對計算機(jī)應(yīng)用能力的要求、本專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用的實際情況，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)開展計算機(jī)類課程多層次實驗教學(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)計算機(jī)發(fā)展方向的課程的教學(xué)要求和課程特點出發(fā)，實施教學(xué)改革，對計算機(jī)類課程的教學(xué)內(nèi)容和實驗教學(xué)體系進(jìn)行組織與融合，建立了電子信息類專業(yè)計算機(jī)課程的課程群，研究了“一個核心、三個平臺、六大模塊、三個層次”的實驗教學(xué)的體系結(jié)構(gòu)。將研究初步應(yīng)用于教學(xué)實踐中，學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力有了明顯的提高，取得了較好的教學(xué)效果。

作者：謝頌華 楊應(yīng)平 胡昌奎 吳薇 單位：武漢理工大學(xué)