本科计算机专业工程型实践教学体系研究

2012-09-21韦良芬

长春大学学报 2012年10期

韦良芬，王勇

(1.安徽三联学院计算机科学与技术系，合肥 230601;2.安徽工程大学计算机与信息学院，安徽芜湖 241000)

我国高等教育已进入大众化发展时期，正在经历从社会本位发展阶段向市场本位发展阶段的过渡。工业化进程的快速推进，向高等学校进一步提出了培养更多工程应用型人才的需求。要使计算机专业的大学生在校阶段能够接受到系统的、扎实的实践教学，关键在于要有一个良好的、完善的实验教学体系作保证。在实验教学体系建设中，实验教学观念是先导.实验教学内容是核心，实验教学管理体制是关键［1］。

完善的实践教学体系不仅需要根据各专业课程的特点及纵向联系进行实验项目设置，还需要对相应课程进行分层次的实验环节安排，图1给出了一种“模块化”、“分层次”的实验教学安排模式。对于设计性和创新型实践环节还需要相应的开放式实验室及其完善的实验室管理体制作支撑，才能达到良好的教学效果。而当前很多高校实验项目设置、实践教学环节安排都流于形式，没有起到应有的教学效果，一方面因为没有开放的实验及研究场所，不能给学生提供充足的研究及实验时间，另一方面因为没有考虑计算机专业及其课程特点，实验内容安排不够合理。一些高校开放的实验室往往只是一些网吧式的机房，开放式实验室建设没有充分考虑项目研究的需要。本文依据多年的实践及教学经验，从培养工程应用型人才的角度出发，探索一种实验项目内容设置、实验环节安排、实验场所建设及管理一体化的实践教学体系。

图1 计算机专业实验项目及实验环节安排

1 实验项目设置

根据计算机专业课程的特点，计算机实验项目安排可以分为:基础实验、软件实验、硬件实验三个教学模块。采用相关课程联接的方式进行实验项目内容设置，以先修课程知识作为铺垫，本门课程知识作为主要任务，后续课程知识作为扩展思维的原则设置实验内容，从而增加相关课程之间的联系。

基础实验模块主要包括四门核心课程实验教学:“C语言程序设计”、“汇编语言程序设计”、“数据结构”、“面向对象程序设计”。这四门课是计算机课程中最基本、但却是分量最重的课程，主要任务是强化基本能力的训练。“强化”实践是提高大学生程序设计基本功的必要手段。在基础实验教学中，可以采用多层次的编程训练、大作业和自动考试系统等形式，强化学生程序设计的能力，同时开发和使用一些网络化辅助教学平台，如课程学习平台，作业平台和测试平台等，并辅以配套的教学资源，从而构建良好的网络实践教学环境，促进自主学习。

软件实验教学的重点是系统设计及软件开发能力的训练，分软件技术和软件工程两个环节。对于“数据库应用技术”、“软件项目设计”等课程，在实验内容安排上，侧重于课程间知识点的前后联系，并将一个较大的应用软件设计项目拆分成若干小的子项目，当一个个子项目完成后，最终的大项目也就完成了。软件工程实验课程中涉及软件工程全过程，强调实验的系统性和连贯性，让学生学会软件开发生命周期的管理和组织。学生需要分组合作完成一个包含从软件需求到软件设计、管理、实现等软件工程开发全过程的实际项目。这样学生就有了完整的知识体系，对今后的软件开发将起到很好的锻炼作用。

硬件实验教学侧重于设计小型电脑控制系统及嵌入式系统的开发［2］。“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“微机原理与接口技术”、“嵌入式系统”等是一系列的相关课程。在实验内容安排上，将硬件模块知识点贯穿到整个实验体系中，将对学生连续性思维的培养起到很大的帮助作用。每门硬件实验课程都有自己的实验箱，但是硬件课程的先修课和后续课之间联系非常紧密。因此在硬件类课程的实验建设中，将基本的硬件知识进行有效的融合，采用落实基础实验，鼓励综合性实验和设计性实验的原则，并设立全天候开放的硬件开放实验室，这个开放实验室需要由齐全的硬件开发设备组成，鼓励学生设计自己的创意产品，激发他们的创造力。

2 实验环节安排

传统的、单一的验证性实验教学模式，实验项目之间的横向联系较少，不同课程之间的纵向联系则更少，缺少综合性和创新性环节的能力训练。构建分层次的实验教学环节可以有效的锻炼学生的工程实践能力和综合创新能力。

分层次的实验教学主要分为四个实验环节［3］:验证性实验教学环节、综合性实验教学环节、设计性实验教学环节、创新型实验教学环节。“分层次”是指每一门实验课程和整个实验教学安排中都要体现出基本训练型验证实验、综合性实验、设计性实验和创新型实验的分层体系结构。验证性实验教学环节与理论知识教学同步，主要用于课程基础知识的巩固，同时培养学生基本的实验技能;综合性实验教学环节在课程教学中分阶段进行，综合性实验的实验内容通常涉及本课程的综合知识，有的还涉及与本课程相关课程的知识点，目的是使学生能够灵活运用所学的基本理论和专业知识，并结合基本实验技能进行简单的设计和制作，从而培养学生正确的设计方法和良好的设计习惯，同时能够综合运用各方面的知识来实现自己的设计;设计性实验教学环节适用于课程设计和毕业论文，设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，强调对独立设计能力的训练，目标是培养学生独立应用专业知识进行设计和解决实际问题的能力;创新型实验教学环节适用于学生参加各种科技竞赛、参与老师的科研工作等实践活动，目的是培养学生创新精神和创新能力，激发学生的创新与创业欲望，引导学生参加各种创新实践活动。

分层次的实验教学体系是以CDIO工程教育理念为指导的。其中第一层验证性实验，以及第二层综合性实验和设计性实验，为创新性实验提供了基础知识及基本技能。创新型实验按照CDIO的构思(Conceive)，设计(Design)，实现(Implement)，运作(Operate)四个步骤展开［4］。以工程项目从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。

3 实验室建设

传统的实验室建设模式只能满足验证性教学的需要，不利于综合性、设计性尤其是创新性实验的开展，不能激发学生的学习主动性和创造性。

实验室建设应该从培养创新型、应用型工程人才的角度出发。建设满足工程型实践教学需求的实验室，需要对现有的实验设备进行优化重组、并结合利用一些虚拟仿真实验平台，将原有的多个分散独立的实验室进行模块化整合。根据验证性、设计性、综合性、创新性等实验环节的教学要求，将计算机专业实验室模块化重组为:计算机验证性综合实验室、计算机软件设计与开发综合实验室、计算机硬件设计综合实验室、网络及信息安全综合实验室、IT创新性综合实验室。软件综合实验室中计算机硬件配置需要满足一些大型软件的运行要求;硬件综合实验室要求较高，设备需要相对齐全，同时需要安装各种虚拟仿真平台，以满足各种硬件相关实验及研究需求;IT创新性综合实验室需要从工程实践及创新研究的角度出发，依照CDIO理念，以工程项目从研发到运行的生命周期的理念组建实验室。这些综合性实验室将可以满足“模块化”实验项目“分层次”实验环节安排的需求，从而形成“一体化”的实验教学管理模式。“一体化”是指对所有实验课程统一规划、统一管理、统筹安排，实验内容体现重视基础理论和基本技能，强调课程综合和因材施教的原则。

同时，这些实验室还需要进行开放式管理，给学生提供自主学习、创新研究的实验场所，从而充分发挥实验室和实验设备的效用，推进实验项目一体化、模块化、系统化的开展。

4 实验室管理模式

开放式实验室具有实验人员分散、实验设备繁多不固定、实验内容不统一等特点，因而给实验室的管理增加了很大的难度。而目前很多高校实验室的管理信息还是用手工处理，最多只是建立一些电子文档，实验室管理工作效率低下，实验室信息缺乏共享和交流［5］。根本不能满足综合性开放实验室的管理需求。开放式实验室需要做到真正意义上的开放，即时间、设备、内容等方面都要开放，就需要有一个完善的信息化管理模式。

随着信息化的发展，教学设备已经逐步数字化、网络化，在充分利用信息化的现代教育手段改善教学质量的同时，实验室管理模式的信息化也将对实验教学产生巨大的影响。目前各个高校都有校园网，那么在校园网的基础上，采用ASP.net技术和SQL Server数据库开发技术，设计一个基于校园网的计算机专业开放式实验室管理系统，用于实现实验室的人员管理、实验课程安排、实验室开放安排及管理、学生预约登记、学生上机记录等一系列管理功能［6］。让只有事先经过网络预约的学生才能使用和控制实验设备，并对预约的学生信息进行记录，同时学生可以提交实验所需的设备，并通知实验员提前准备，从而实现开放式实验室的有效管理。实验室的信息化管理，不仅能够提高实验室的管理水平和工作效率，而且为综合性实验、设计性实验和创新性实验的顺利开展提供了的必要的保证，也为教师的科研工作带来了极大的方便。