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摘要:本文分析了“计算机科学与技术导论”课程的重要性,讨论了该课程的教学内容选择、教材选择和师资状况等方面的问题,提出了相应的解决办法。
关键词:计算机科学与技术;计算机科学与技术导论;教学目标;教学内容
中图分类号:G642
文献标识码:B
1“计算机科学与技术导论”课程分析
为了帮助初入计算机专业学科学习的新生了解这个学科,使其顺利完成学业,绝大多数高校在大一开设了“计算机科学与技术导论”课程(以下简称“导论”)。目前,导论课程已经成为许多高校的一门专业基础课程。该课程虽然不是重点课程,但教学内容十分重要,它起着引导大一新生正确认识和学习学科知识的重任。
1.1基本目标
学生因为不了解整个计算机学科而需要学习,因为初入计算机专业学科而需要导学。如果“导论”课程是大学四年主要专业(基础)课程的简洁压缩版,百科全书式的全面阐述,那么对于不具备基础知识的新生而言,不仅理解困难,而且也很难真正掌握。
考虑到大一新生专业基础知识有限,导论课程教学的基本目标应该是让学生通过少量的学时数的学习,初步了解计算机科学与技术学科的定义、学术范畴、特点和概貌,激发学生对本专业的兴趣,帮助并引导学生用正确的方式方法去认识和学习学科专业知识,而不在于学生具体学到了哪些专业知识,更不能成为重点课程。
1.2基本教学内容
长期以来,“计算机科学与技术导论”课程的教学内容一直是个有争论的问题。我们认为,该课程的教学内容首先应该是如何认知学科,然后是如何导学。
教学内容主要以科学办学思想为基础,系统介绍在培养计算机科学与技术一级学科创新人才与高素质专业技术人才的过程中,如何来认识计算机科学与技术,如何来学习计算机科学与技术。
教学的重点是全面贯彻科学哲学的思想方法,以新历史主义的观点,首先通俗地简要介绍计算机科学与技术一级学科范围内的一些最重要的基本概念,然后围绕计算机科学与技术学科的定义、特点、历史渊源、发展变化、发展潮流等内容,系统阐述学科范型的内容,介绍如何认识整个学科的思想方法,如何学习这个学科的思想方法和学习的方式方法。
2课程建设设想
由于刚入学的新生所具备的专业基础知识有限,因此,只要通过18个学时使学生能够对整个计算机学科有一个正确的初步认识,而且能够用正确的方法、有兴趣地学习计算机学科的专业课程,教学目的就达到了。
2.1教学内容选择
本课程的学时不宜太多,以18学时为宜。学时越多,讲的内容就越深入,学生就越弄不明白,因为学生不具备必要的专业基础知识。因此授课学时要恰到好处,要保证授课以高级科普的方式进行,要防止导论课程冲淡大一更重要的基础课程的学习。
教学内容的选择是课程建设的关键,基本教学内容选择如表1所示。
在较短的有限时间内,课程教学要突出重点,将计算机学科发展的来龙去脉、历史渊源、课程分类与内容介绍等比较容易自学的内容留给学生自学掌握,将重点集中在基本概念、发展特点、内在规律、教育思想和理念方面,不对具体的专业知识作深入解释,而是更多地注重结合发生在我们身边的实例和常理,传达科学的思想方法。
2.2教材选择
董荣胜、古天龙编著的《计算机科学与技术方法论》从学科形态、方法论的角度对计算机学科涉及的知识体系做了全面的介绍,是一本很好的“导论”课程教学参考书,学生读这本书对促进学生的专业课学习有很大的帮助。
厦门大学赵致琢教授编写的《计算科学导论》站在科学哲学的角度,采用高级科普的形式去认知和导学计算机科学与技术,介绍了计算机科学的基本概念和基本知识,计算科学的意义、内容和方法,计算科学教学计划与课程体系,是一本很好的“导论”课程教材。但第五章布尔代数基础的内容,应在离散数学课程中学习。
机械工业出版社出版,Behrouz A.Forouzan著,刘艺等译的《计算机科学导论》在很好地兼顾了学科广度和主题深度的同时,充分体现了计算机科学的历史背景、发展历程和新技术趋势。全书从数据操作到计算理论,向学生展示了计算机专业各主要学科的概览知识,使学生能够对计算机科学形成大局观。全书强调基本概念而非数学模型和技术细节,使学生能广泛掌握本学科的基础知识,为今后深入学习其他计算机专业课程打下基础。这本教材深入浅出、图文并茂,善于引发学生的学习兴趣,且习题丰富。我们选择了这本书作为教材,同时以上述两本教材作为参考书。
2.3师资状况
由于“计算机科学与技术导论”课程涉及到计算机一级学科几乎所有的方面,而且具备一定的深度,加上初入大学的新生基础知识有限,要求授课教师必须具备相当宽度和深度的知识,在授课时还要多举一些日常生活中的例子,做到深入浅出地讲解,因此本课程应该由长期在第一线从事科学研究和教学的专家承担。
作为教师,最难的事情就是把深奥的知识通俗易懂地介绍给学生。选择高水平的专家担任“导论”课程的主讲教师,不仅仅在于他们能够深入浅出地讲解课程的内容,更重要的是可以将自己多年来科学研究的心得和体会通过简明扼要的实例传达给学生。
当然,要达到上述较高的师资水平,目前国内绝大多数学校是有困难的,原因是我国大多数高等学校创办计算机科学类专业时,是在师资力量不足的基础上匆忙上马的,而国内学科专业人才的培养已经在较低的层次上发展了多年,一大批专业毕业生和非专业毕业生已经进入大学并担任专业教师多年,旧的认识和教学模式已经形成习惯,改革维艰。目前的师资状况已经暴露出过去我们在学科教育中普遍实施的专才教育的弊端,因此通才教育是我国学科专业本科和研究生教育的必然选择,也是当务之急。
参考文献
[1] 董荣胜,古天龙. 计算机科学与技术方法论[M]. 北京:人民邮电出版社,2002.
[2] Behrouz A.Forouzan著. 刘艺,段立,钟维亚译. 计算机科学导论[M]. 北京:机械工业出版社,2004.
关键词:计算机科学导论;课程体系;独立学院
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)19-4768-02
Study on Curriculum System of Computer Science Introduction in Independent College
WANG De-chao
(College of Fundation Education, Sichuan Normal University, Chengdu 610066, China)
Abstract: A case study of Arts and Sciences College of Sichuan Normal University, deals with the teaching characteristic of independent college for the courses of introduction to computer science, and from the many years of teaching practice, summarized the course of teaching methods, according to the contacts between this curriculum and other courses in the professional, was proposed for introduction to computer science curriculum structure of independent colleges. Displayed from the nearly three-year teaching, this curriculum structure is in line with training objectives of independent college for this course.
Key words: introduction to computer science; course system; independent institute
《计算机科学导论》是计算机科学与技术相关专业的引导性专业基础课程,其课程体系结构设置,是计算机教育界的热门论题。在1991年ACM和IEEE-CS攻关组提交的CC1991(Computing Curricula 1991)报告中,明确提出了构建计算机科学导论课程体系的具体要求和重要性,由此引发了计算机教育界有关如何设置计算机科学导论课程体系结构的讨论热点。在2002年我国计算机科学与技术学科教程研究组提出的“中国计算机科学与技术学科教程2002”(China Computing Curricula 2002,简称CCC2002)[1]中,明确指出了计算机科学导论课程的基本内容纲要,为我国构建计算机科学导论课程体系结构提供了重要依据。通过我国多年的教学实践表明,在CCC2002纲领性精神指导下,本课程体系的设置既要结合专业的培养方向,又要考虑学生的具体知识背景情况,辅以灵活多样的教学方法才是实现本课程目标的关键。
《计算机科学导论》是计算机科学与技术专业学生的第一门重要的专业基础课。其主要教学目标是让学生了解计算机发展的历史及其应用领域,了解计算机学科的各个专业方向,掌握计算机的基础知识和基本操作技能,了解计算机学科研究的领域和科学思维方法,明确计算机专业需要学习的主要课程及今后的职业生涯中需具备的职业道德和专业素养。
《计算机科学导论》教学内容的设置方面,由于生源和地区差异,还有不同高校专业培养目标差异等因素,计算机科学导论内容体系的构成存在较大的随意性。当前我国各高校计算机科学导论教材内容主要有两种情况,一种是将《计算机科学导论》完全等同于非计算机专业的《大学计算机基础》或称为《大学计算机文化基础》课程;一种是将《计算机科学导论》课程当成计算机科学与技术专业学生在大学期间所学专业核心课程的浓缩,面面具到,等同于将今后4年要学的主要核心专业课程均学过遍。笔者认为,这两种计算机科学导论课程均存在程度不同的不足之处。第一种过于简单,失去专业导向性课程的特征,专业本身需具备的知识基础和操作技能素养会丢失;第二种因内容广而散和概念多而杂,教学内容的深度和广度难以把握,学生难以接受,教学效果最差。这两种类型的计算机科学导论均不适合独立学院的应用型人才培养目标特点,难以达到本课程应实现的教学目的。下面从独立学院人才培养目标出发,提出了适合独立学院的《计算机科学导论》课程体系结构。
1 独立学院的培养目标与计算机科学导论的教学目标
我国普通高校学生生源基础划分为三个层次:一本层次主要是211或985高校,其生源基础最好;二本层次主要是除一本院校外的所有公立高校,由于平行志愿的普及,其生源基础水平较平均地处于中等;三本层次主要是民办院校、公办民助二级学院及民办独立学院,是利用非国家财政性经费举办并实施本科学历教育的高等学校,其生源基础应该是最差的。尽管独立学院可以依托母体学校充裕的教学资源,由于其办学机制模式与普通本科院校不同,同时,独立学院因其招生的限制,对学生的培养与定位也存在着一定的差异。一般来说,独立学院的学生知识基础和学习意志力相对薄弱,缺少自主学习习惯。因为需要依托母体学校的教学资源,专业教师与学生的沟通受到限制。在学习或生活的诸多方面,独立学院学生都会表现出自我约束力不强,独立性较差等特点。学风是一所大学的灵魂,也是立校之本。现在已经有主要针对三本院校(独立学院等)学风建立的学生上课出勤情况考勤系统与网络管理平台[2]。因此,三个层次院校具有不同的人才培养目标。一本院校主要培养科学研究与创新型人才;二本院校主要培养工程型人才;三本院校主要培养应用型人才。有了独立学院应用型人才培养目标,相应地就确立了计算机科学导论课程的教学目标。计算机科学导论主要目标是对计算机专业完整知识体系的概览,通过该课程的学习,让学生对计算机的发展史、计算机科学与技术专业的基本知识及知识体系、计算机学科方法论及计算机专业人员应具备的能力素质和职业道德有一个基本的掌握,了解计算机硬件软件系统知识,数据与编码知识等,能熟练地使用并能简单维护计算机,并且能够初步树立起计算的思维方式,为今后深入学习计算机相关课程做铺垫。
2 独立学院计算机科学导论教学方法
在课程的教学中,应更多地考虑如何培养学生对所学专业的浓厚兴趣。计算机科学导论的教学对象是刚步入大学的学生,普遍不具备良好的计算机基础知识和计算机基本操作技能,甚至对计算机一无所知。在教学过程中应善于通过形象而生动的举例来引导学生理解计算机学科中的抽象概念。同时要充分利用多媒体教学手段,以图文并茂的方式形象而生动地演示较为抽象或难以用语言描述的教学内容。如在讲授计算机系统工作过程等时可用视频或Flas来生动地演示其执行过程。由于独立学院学生的特点,可采用“任务驱动”和“案例驱动”的教学方法,循序渐近地培养学生的独立自主学习和勤思维的习惯。考虑到本课程理论性较强,抽象概念多而杂等特点,以及接受本课程的学生多数是初次认识电脑等因素,笔者提出了理论课与上机实训计划各32学时的计算机科学导论课程体系结构如下。
3 独立学院计算机科学导论课程体系结构
3.1 计算机科学导论理论课程体系结构
理论课程体系结构分为四个部分[3],在多媒体教室借助图片、视频等多种媒体形式,以“案例驱动”模式进行教学:
1) 计算机系统基础知识:计算机系统组成、工作原理、数制和编码、运算基础、逻辑代数与逻辑电路。这部分完成的教学目标:掌握计算机的发展历程,计算机构造模型、组成及工作原理;掌握常用组合键和功能键的使用,熟练掌握双手指法,会一种中文盲打技术;熟练掌握计算机科学中四种数制间的相互转换,计算机内部二进制数的定点和浮点表示方法,三种机器数间的相互转换原理;掌握字符ASCII码、数的8421码、汉字的三种编码及可靠性编码中的各种校验码;熟练掌握二进制的四则运算,补码的加法运算,十进制的8421码运算,逻辑运算,逻辑代数中的基本概念,公式及基本运算;熟练掌握计算机中基本逻辑电路及组合逻辑电路的功能、逻辑表达式、真值表及电路符号等;掌握6种基本逻辑部件的功能、特性及其分类等。
2) 计算机系统的硬件:中央处理器、存储器、输入/输出系统、整机结构、系统结构。
3) 计算机系统的软件:算法与数据结构、程序设计语言、数据库系统、编译原理、操作系统、软件工程。
4) 计算机系统的应用:计算机网络、多媒体技术、虚拟现实、人工智能、计算机控制系统、计算机信息安全与职业道德。
3.2 计算机科学导论上机实训计划
上机实训在具有网络教学功能的计算机房中进行,先由教师网络广播教学,再让学生完成指定题目,教师讲授一个主题,学生便相应地完成一个实训任务。这种“任务驱动”实训教学模式要完成的课程计划如表1所示[4]。其中DOS操作系统实训任务主要让学生掌握常用的DOS命令操作,如表2所示,为后续计算机网络课程的学习奠定基础。
4 结束语
计算机科学导论教学内容体系结构,一直以来,是计算机教育界讨论的热点。该文分析了独立学院学生的特点,及独立学院应用型人才培养目标,论述了本课程教学方法,并按“案例驱动”模式和“任务驱动”模式提出了独立学院计算机科学导论的理论体系结构和上机实训计划方案,供本课程体系结构建设参考。
参考文献:
[1] 中国计算机科学和技术学科教程2002研究组. 中国计算机科学和技术学科教程2002[M]. 北京:清华大学出版社,2002.
[2] 姜韦钰. 从课堂考勤析独立学院的学风建设――以北京邮电大学世纪学院计算机科学与技术系为例[J]. 民办高等教育研究,2010,7(2):34-37.
[3] 王玉龙,付晓玲,方英兰. 计算机导论[M].3版.北京:电子工业出版社,2010.
关键词: 开放教育 计算机应用基础 课程导学 自主学习
《计算机应用基础》这门课程是广播电视大学大开放教育必修的一门公共基础课,它是融知识性和技能性于一体的课程,对于学生对其他专业知识的掌握起着重要的铺垫作用,是学好其他课程的基础。在课程导学中要求教师由传统的知识传授者、灌输者转变为建构主义学习理论下的学生学习的帮助者、促进者。这就要求广大教师在教学中以学生为主,引导学生自主学习,培养学生学习兴趣。从《计算机应用基础》教学实际看,我认为还没有形成一种成熟的导学模式,仍然需要广大计算机教育工作者不断努力探索。下面我结合自己的导学实践,谈谈对《计算机应用基础》课程导学的几点看法。
一、采用多种教学方法,合理利用教学资源
结合计算机学科特点,根据每节课具体的教学内容和学生实际情况,在教学过程中,我始终坚持以学生为主、教师为辅的原则,采用多种教学方法,以自主学习法、引导式教学法为主,适当采用情境教学法、协作学习法、案例分析法、任务驱动式、讨论交流式、归纳总结式教学法,等等。
为了更好地完成导学课,教师应能够熟练使用多媒体投影设备与网络教室软件,具备一定的CAI课件制作水平,掌握相应的网上辅导、答疑、讨论等与学生交互的方法。同时,教师要合理利用各种教学资源,如中央和省、市各级电大的在线平台所对应的多媒体课程资源,主要包括:午间直播课堂、网络课程、开放课堂、课件等,这样,学生可以足不出户,就把优秀教师请到家中授课,非常适合远程开放教育学习。并且,教师可以提供一些自己动手制作的CAI教学课件及学件,供学生进行自主学习。在导学前,我把自己动手制作的课件存放在昌黎电大在线网站中的“学习资源展示”栏目,这样学生可以自己登录下载使用,非常有益于导学目标的实现。
二、认真设计导学案
导学课是开放教育教学的一个重要环节,贯穿整个教学始终。“良好的开端是成功的一半”,我认为课堂导入设计至关重要,首先要唤起学生的主动参与意识,这就要求教师认真设计好每一节导学案。例如,我在导学“Excel的认识与使用”一节中,先向学生展示课前制作的“开放教育学生成绩统计”电子表格,以此创设情境,激发他们学习新知识的积极性,从而顺利导入课题。
为了更好地达到预定的教学目标,必须使学生明确每节课的学习内容,那么,我借助多媒体出示本课的主要学习内容,并从中提示学生Excel 2003软件与Word 2003软件在应用上有很多相似之处,然后向学生介绍学习本课所要用到的网络学习资源及使用方法(包括中央、省、市、县等各级电大在线学习辅导及教师动手制作的CAI课件、学件等),最后对学生学习方法进行指导(以自主探究学习为主,各小组间可以协作学习)。
这样,学生对照教材,借助网络资源自主、协作学习,教师巡视指导。待学生初步掌握资源使用方法后,提醒学生:由于时间关系,这些学习内容大家在课后完成,遇到什么问题,可以通过电子邮件、QQ群、BBS等方式与其他同学或老师进行沟通,下面,我对其中的重难点知识进行讲解。
正是这样巧妙的导学设计,激发了学生学习兴趣,顺理成章地把学生引入学习“怎样使用Excel软件”的知识中,更好地完成导学课,达到最佳导学效果。
三、重视学生的操作练习
《计算机应用基础》是一门实践性很强的学科,操作练习是课程导学中的灵魂。我在导学课中,引导学生采用自主探究式学习法,让他们明确学习目标,自己发现问题、解决问题,重视操作练习,注重培养学生的上机操作能力,促进他们知识、能力和综合素质的全面提高。
例如,我在导学课“设置幻灯片”中,以课前播放的幻灯片“作品欣赏”为例,分析讲解其中的超链接的设置、动画效果的添加及放映方式的设置;再通过教师演示、引导,让学生对作品有一个整体测试的把握,知道什么样的作品才是自己所认可的。教师通过实例对重难点讲解后,布置学生以老师准备的学件――幻灯片“四季”为素材,小组合作,为其设置适合的超链接,添加满意的动画效果。要求介绍秦皇岛的美丽风景,至少包括5张幻灯片,必须含有文字、图片、声音等,并设置超链接,添加动画效果,选择合适的放映方式。
这样学生利用网络资源操作练习,进行自主学习、小组合作学习,并通过讨论交流,最终完成演示文稿作品――美丽家乡。教师巡视指导,对有困难的小组进行辅导,最终学生顺利完成学习任务。
四、围绕任务组织教学,指导学生自主探求信息的处理
为了适应新的教学改革,开放教育要求教师由传统的“教师”转变为“导师”,我认为抓住计算机学科的特点,在导学课中可以围绕“真实任务”组织教学,使学生在教师引导下,兴趣高涨,以任务活动为驱动,充分发挥教师引导作用,运用信息技术手段探求信息的处理,使“任务驱动”真正成为计算机课堂学生自主探求信息处理的兴奋剂。在学生完成“任务”过程中,教师应尽可能地组织学生运用自主探索、分工协作等学习方式,在培养学生收集、整理、加工、运用信息的综合能力的同时,激发每一个学生的主动参与意识和学习积极性。
针对以上情况,我对所执教的计算机导学课“Word图文处理”中的信息处理练习进行了大胆实践,自我进行反思,重点对如何通过“任务驱动”激发学生自主探求信息的处理进行探究。通过“任务驱动”――网上搜集有关图片、文章,制作贺卡,可以让学生利用强大的网络功能分组收集资料并进行整理,而发挥学生主体作用,教师引导很重要,我为学生所推荐的优秀资料网站,无疑为学生打开了一扇窗,使学生“有米可炊”。拿出一项优秀的成果,其实这是本课的主任务,为了使学生的作品更加完美,精益求精,我再次以“设置图片的环绕方式”这一任务为驱动,引导学生自主探求信息的处理,通过实际操作解决问题,使课堂教学收到事半功倍的效果,从而顺利完成导学课。
以上就是我在电大开放教育《计算机应用基础》课程导学中的几点体会。总之,我认为电大开放教育《计算机应用基础》课程导学的关键是合理利用教学资源,精讲多练,采用多种教学方法,激发学生学习兴趣,引导学生自主探求信息的处理,只有这样才能真正发挥课程导学的最大优势。
关键词:计算机导论;教学改革; 教学方法
中图分类号:G642 文献标识码:B
计算机导论是医学院校计算机专业的学生的第一门专业基础课程,也是一门入门课程,是对计算机专业完整知识体系的综述。通过教学,学生可以对计算机科学与技术的知识结构有一个了解,明白自己的专业领域将要学习哪些内容,为深入学习计算机专业课程知识奠定基础。
1传统医学院校教学中存在的问题[1]
近几年,大多数医学院校的计算机相关专业都开设了"计算机导论"这门课程,但是也存在一些问题。体现在以下2个方面:①从教学内容上,?訩是专业核心课的大杂烩,将"数据结构"、组成原理、网络操作系统、编译原理等核心课程进行简单的罗列,使教材的广度和深度难以把握。?訪直接讲授计算机文化基础,与非计算机专业的学生学习同样的内容。这2种都达不到计算机导论学习的目的。②在重视程度上,老师的重视程度不够,没有认真的研究和分析,注重照本宣科,无法引导学生学习的兴趣。
因此,很有必要进行课程的改革与创新,既能让学生了解本学科专业体系,又能让学生培养浓厚的学习兴趣。
2教学改革
2.1教师选择 《计算机导论》是计算机专业完整知识体系的综述,每一章的内容都是一个完整的学科,那么我们可以组织具有较高水平的教师讲授《计算机导论》课程,每一位老师讲授自己相关研究领域的内容,从而保证教学的高水平。各个教研室可以以本教研室的研究方向为题,为导论的某章涉及的学科开设小型的讲座或报告,从而使学生可以了解该学科的前沿,提高学生的学习兴趣。
2.2教材选择 选用优秀的教材,甚至是国外的优秀教材,并使用双语教学,促进教学内容的快速提升,这是提高教学水平的一种手段。
2.3教学内容改革 通过对传统教学内容的分析,在参考已有著作以及文献中关于"计算机导论"内容选取的基础上,"计算机导论"的教学内容应该包括以下几个部分[2]:计算机发展简史、OFFICE及常用软件的使用、计算机组成原理知识、操作系统、计算机网络知识、程序设计知识、软件开发知识、计算机系统安全知识。这样的一种内容选取模式,囊括了计算机知识体系的各个部分的内容,每部分内容都有其独特的作用,能够较好地适应"计算机导论"的课程定位。
计算机发展简史的介绍,可以让学生了解计算机技术的整个发展历程,从中吸取成功的经验和学习研究的的启示。OFFICE及常用软件的使用的学习,可以为以后的工作学习中相关软件的使用扫除障碍。计算机组成知识、操作系统与网络知识、程序设计知识、软件开发知识、计算机系统安全知识是计算机专业的核心内容,组成了计算机专业基本的框架,对这些知识的概括性学习,学生可以对计算机专业有一个大概性的了解,为将来专业课程的学习培养兴趣。
2.4理论与实验相结合 计算机导论课程是一门实践性非常强的课程,单纯的理论性讲授是非常抽象的,学生理解起来也非常困难。通过实验可以提高学生的知识运用能力,更好的理解理论讲授的内容[3]。"OFFICE及常用软件的使用"的实验,能够使学生熟练掌握常用软件的操作技能,为以后的日常工作、论文写作打好基础。"计算机组成原理知识"的实验,学生能够在老师的指导下真正打开机箱观察计算机的各组成部件,对CPU、主板、显卡、风扇、数据线等有一个直观上的认识,使学生初步掌握计算机系统的组装和维护能力。"操作系统与网络知识"的实验,学生可以初步了解操作系统的运行状态、网络连接、环境配置、软件的安装与卸载。"程序设计知识、软件开发知识"的实验,可以让学生参观我系自主开发的一些软件,了解他们的性能、开发的过程以及经验教训。"计算机系统安全知识"的实验,使学生了解计算机使用安全的重要性,学会计算机病毒的查杀等能力。实验课程的教学与练习,可以提高学生的动手能力,将抽象的理论知识变为具体,复杂的知识变为简单,从而更好的理解理论知识。学生初步掌握了常用软件的操作技能,了解了操作系统、网络的基本使用方法,具备了简单的计算机系统的组装与维护能力,从而加深对常用办公软件、计算机组成、操作系统、计算机网络、计算机系统安全等相关理论知识的理解。
2.5教学方法改革 传统的教师讲、学生学的教学方法已经不能适应当前的教学,但是在不丢弃的前提下,应着重提高学生的学习自主性,对每一章的内容可以分组进行报告或者讨论。对学生进行分组,每个小组轮流对某一章的内容,通过搜集资料作概述性的报告,或者教师参与学生小组讨论,并给予引导。
教学方法的改革可以引入现代教学手段,比如建立"计算机导论"课程网站,通过这个平台,老师可以和学生进行在线的交流。"计算机导论"课程网站可包括理论教学区、实验指导区、自测习题、学习讨论区等。理论教学区应包括"计算机导论"课程的教学课件以及教学大纲、电子教案、课程录像等指导性信息;实验指导区应包含每一章的实验指导、注意事项、实验内容;自测习题用于学生自测基本知识点的掌握情况;学习讨论区用于当前上课学生之间的学习探讨、教师学生间的交流,也包括高年级学生的学习经验积累以及他们之间的交流。
2.6与学生互动,了解学生对学习本课程的意见 特别是在进行小组讨论的时候可以与学生进行互动,询问学生对所讲课程的哪一块比较感兴趣,了解学生对所学课程的认识。
上述改革内容是我院在多年"计算机导论"教学经验的基础上,进行的教学方面的改进,并已经在教学实践中使用,取得了较好的教学效果。
总之, "计算机导论"课程是计算机以及相关专业的基础课程,在整个专业的教学体系中起了非常重要的作用,在整个教学过程中一定要把握好"深度"和"广度"的有机结合,提高学生的学习兴趣,取得较好的教学效果。
参考文献:
[1]袁方,王兵,李继民,等."计算机导论"的教学内容改革探讨[J].计算机教育,2009(24):149-152.
关键词:计算机导论;学生;教材;教学方法
计算机导论是计算机专业大一学生的一门专业必修课。这门课程在计算机学科中占据着重要的作用。它对计算机学科的科学理论和技术进行了系统而又概括的阐述。它涵盖的知识面广,主要涉及了计算机硬件和软件的基础知识、人工智能和图形化处理、程序语言设计和算法思想、数据管理信息系统、软件工程、离散结构等专业知识点以及与信息技术有关的社会人文知识。
通过这门课程的学习,学生可以对计算机这门学科有一个大致的了解,提高学生对本专业的学习兴趣,从而为后续学习专业课程打下一个良好的基础。虽然计算机导论这门课程所涉及的都是基础知识,看似很容易,但是要教好这门课程不是那么简单,这主要是由于这门课程所承担的任务以及在整个专业体系中所处的位置,还有传统教学中存在的问题。
一、存在问题
1.学生基础参差不齐
大学里的学生都是来自全国各地,由于经济和教育水平的差距,有些学生在中、小学的时候就已经接受系统的计算机基础教育,甚至有些学生还参加过全国计算机大赛,这些学生具备了一定的计算机知识和操作能力。然而有些学生尤其是来自偏远地区的,由于当地的教育设施有限,这些学生对计算机一些基本知识不是很了解。针对这种情况,如果相同的内容按照统一进度来教学的话,那些基础好的学生上课会觉得没事情做,而基础较差的学生有可能会跟不上进度,进而影响整个教学进度,以及对这门课程的兴趣[1—3]。
2.教材内容滞后
由于这门课程是对计算机专业各个领域的一个总结性概括,其原理性、知识性比较强,讲起来比较枯燥、乏味。况且有些内容随着时代的发展和技术的进步已经不适合作为重点内容,或者大篇幅出现在教材中,这也会影响学生对本课程的兴趣,从而影响整个教学质量。
3.教学方法陈旧
虽然现在在教学手段上采用了多媒体教学,其相对于板书来说,表达更加直观,但是教师只是把课本中要教授的内容做成了课件,在课堂上演示。由于信息量比较大,并且利用课件讲授速度比较快,一节课讲完后,学生印象也不深刻,并且也不能提高学生的积极性、主动性。一些概念性、原理性的知识还是记不住。这种教学模式是以教师为中心,通过提出问题,解释问题,举例说明的步骤,而学生以听为主,处于被动地位,不能很好地激发学生的创造力和想象力。况且,计算机导论是实践性很强的一门课程,只有在反复的操作中才能熟练掌握所学的知识。但是在目前的教学模式下,是以教授理论知识为主,实践为辅。学生上机实践的课时有限,不能很好地实践上节课所学的理论知识,进而不能熟练掌握知识,加上对当时已经听懂的理论知识也容易忘记,致使要上机考试的时候就会无所适从,不知如何有效地使用计算机。
二、计算机导论教学改革具体措施
1.教材内容改革
虽然现出版的计算机导论教材很多,但是存在一些不足,有的内容相对陈旧,有的内容相对抽象,难于理解,有的内容冗余,跟后续课程重复等。所以计算机导论教学内容应该体现“广而不泛,精而不难,拓展有度”。
(1)“广而不泛”:计算机导论是计算机入门课程,首先确定这门课程的培养目标,课程内容应该包括计算机专业各个领域的基础知识,建立计算机专业知识体系,层次结构鲜明。通过这门课程的学习,学生能掌握计算机专业相关知识,为其后续课程的学习打下良好的基础。
(2)“精而不难”:授课过程中应该突出重点,介绍各个领域相关知识的时候找到合适的切入点,课堂上将本节课主要内容传达给学生,尤其是对一些概念性、原理性的知识,应通过一些通俗易懂的例子加以解说,让学生熟练掌握。对于非重点内容,可以留给学生自学,培养学生的思考能力、想象力以及自律性,从而提高他们对计算机专业的兴趣。
(3)“拓展有度”:课程内容能够反映最新的科学技术以及产品的最新发展,针对各个领域的技术发展做一些适当拓展,从而激发学生对本门课程的学习兴趣以及积极性;教师也可以通过留作业的形式,让学生通过上网查询了解计算机专业的发展,正确引导学生,为后续课程奠定一定的基础。
2.多种教学方法相结合
由于计算机导论涉猎了计算机专业各个领域相关知识,不同领域的知识,它的性质不同,有些实践性比较强,在学习这些课程必须结合实际操作;有些原理性比较强,在学习这些课程的时候就要以讲授为主并结合一些生动实例。这样,结合多样的教学手段,将这门课程生动地传递给学生。
(1)充分利用多媒体进行教学。计算机导论的知识大致可以分为两部分:理论知识和上机操作。在讲授上机操作的时候,利用多媒体,例如投影仪,将老师的实际操作直观地反映给学生。在讲授理论知识的时候,通过制作一些生动的小动画展现一些原理的计算过程,从而充分调动学生的感官,使得课堂的气氛活跃,提高学生的积极性。
(2)采用讲授和操作相结合的教学方法。由于这门课程的上机操作的课时有限,为了能够让学生充分利用上机时间,在课堂教学过程中,教师应该将讲授和操作相结合,就是一边讲解,一边通过多媒体将本节课的实际操作过程直观地反映给学生。在上机操作的时候,可以放手让学生自己实践。为了避免学生上机操作的积极性不高,每节上机课都安排具体任务,让学生以团队的形式来完成。用这种形式锻炼学生的团队协作能力,同时加深所学的知识,为后面的课程设计打下一个良好的基础。
(3)建立合理的期末考核方式。首先根据学校培养的目标,制定一个合理有效的期末考核办法来对这一学期的学习成果进行考核。针对计算机导论课程既有理论性,又有实践性的特点。课程的期末考核制度主要包括理论考核和上机操作考核。全面考查学生基本理论知识的掌握和实际的上机操作能力。例如,理论考试应该占60%,上机操作占20%,课程设计占20%。
三、结论
在教授计算机导论这门课程过程中,存在一系列的问题,这些问题存在于学生自身、教学方法和教学内容,上述改革措施主要根据这些问题而提出的,并已经在教学实践中运用,取得一定的成效。当然,针对不同的课程应该因材施教,目的是为了激发学生对本专业的兴趣,提高学生的学习积极性,锻炼学生的应用能力和思考能力。
参考文献:
[1]房彩丽,丁文珂.“计算机导论”课程教学方法的思考与探讨[J].计算机教育,2009(10).
关键词:网络工程;计算机导论;教学过程;教学手段
一、引言
作为高等院校网络工程专业学生的第一门与所学专业有关的入门课程,计算机导论课程的教学目标是力求使学生对所学专业有比较深入的认识,进而对专业学习产生浓厚的兴趣。与此同时,也使学生对后续课程的学习有一个概括的了解,为大学四年的课程学习建立一个宏观认识。因此,计算机导论课程的教学重点内容是全面而简要地介绍本专业的所学的专业知识与专业技能,为后期的专业课学习打下良好的基础。
但是,在计算机导论课堂教学上,普遍存在着以下一些问题,首先,这门课程面对的是一年级新生,专业知识对他们来说还是一扇尚未开启的大门,对基础知识的了解和掌握也只是处于起步阶段。其次,这门课程既是一门以方法论为目的的广度优先课程,又是一门讲解计算机科学各个领域知识的深度紧跟课程。根据以往的经验教训,这门课程在课堂教学过程中,很容易陷入既想深入讲解又担心过于听不懂的尴尬境地。
因此,在课堂教学的实施过程中,第一,教学过程的设计是关键;第二,教学手段的运用是桥梁;既要保证完整性,逻辑性和科学性,还要追求趣味性和通俗性,调动课程气氛,使学生全面理解。
二、教学过程的设计是关键
为了将这些教学内容完整有效、生动有趣的介绍给一年级的新生,采用了“首尾呼应、印象深刻”的教学过程设计。即在开始每一个新的知识点讲解之前,或在课堂教学开始的15分钟内,先播放一段视频,或者分享一个故事、或者分析一个热点新闻….,通过这些课外的内容引出本节课要讲解的重点知识,力求从课堂教学的开端部分就吸引学生的注意力。
为了达到首尾呼应,印象深刻的目的,下课前通常会布置一些与课堂开端内容有关的课后作业,让学生在课后去完成。例如,在结束计算机软硬件系统的课堂授课时,布置课后讨论题:有人说“电脑技术越来越厉害了,或许在未来的某一天,电脑最终将战胜人脑”,请问你怎么看?以前也曾让学生思考这个作业,提交上来的答案五花八门,天马行空。而在采用了首尾呼应的课堂授课之后,再次提交上来的答案就不一样了。有的学生答案是:计算机工作原理并不神秘,在其内部只会进行算术运算和逻辑运算,只会使用二进制数,并且发展至今,还一直沿用冯.诺依曼的体系思想,没有任何的发展。因此,结论是电脑不可能战胜人脑。答案虽然还有些一年级新生的幼稚,但也具有了一定的专业性。
事实证明,精彩的导入会激发学生的求知欲望,而深刻的结尾会加深学生对知识的理解与认识。
三、教学手段的运用是桥梁
从多年的教学经验来看,即使将教学手段设计的既有趣又通俗易懂,吸引学生们的注意力依然是时间有限的,教学互动能够使得学生变被动听课为主动听课,达到活跃课堂气氛的目的。因此,课堂互动的手段设计最好没有固定的时间,课前准备好几个互动的题目,或课堂一开始,或中间时段,或下课之前,都可以进行互动,注意把握时间即可。
但是,课堂间的互动如何生动有效?且不偏离课堂教学的内容,是需要好好把握的。太严肃的题目容易导致冷场,太活泼的题目又容易导致场面失控。总之,课前应仔细思考互动的题目,事先应做好各种心理准备,及时把握全局。经验告诉我们,良好的互动能达到教学相长的目的。
通过上述教学手段的采用,可以较好地帮助学生从“零基础”开始,逐步深入理解“什么是计算机科学与技术学科”,“网络工程专业学习什么内容”,“计算机网络技术为什么是计算机技术与通信技术的结合”等等内容。
四、结束语
本文探索了如何有效提高课堂教学的方法与手段,并概括介绍了部分成功的教学案例,通过两年多的实践,我们发现精彩的导入可以使得课堂教学先声夺人、引人入胜。而有趣的结尾可以启发学生思考,曲径通幽。巧妙的互动会巩固学生的拓展能力,可以环环紧扣、逐步深入,真正达到了计算机导论课堂的教学效果。
参考文献:
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关键词:“互联网+”;应用型人才;过程化考核;立体化考核;应用能力
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)34-0179-03
Abstract: In the “Internet +” environment, application-oriented introduction to computer teaching in the teaching content, teaching mode, teaching methods and evaluation model on the need for reform. First, the teaching content closely combined with the development of the current computer technology, and adapt to the characteristics of the application oriented personnel training requirements in teaching introduction to computer course. Then, the use of a variety of teaching models and teaching methods are adopted in the course, so that students can better understand the computer science and knowledge of the application. Finally, the use of process assessment and full aspect assessment contribute students to understanding and application of introduction to computer course.
Key words: internet+; applied talents; process assessment; full aspect assessment; application ability
1 概述
作为信息共享和交流沟通的平台,“互联网+”推动各行各业的快速发展,在当今时代中起着越来越重要的作用。随着“互联网+”时代的来临,教育事业的发展也发生着翻天覆地的变化,教学的形式、教学的内容、教与学之间的相互融合等都得到深入的发展。
应用型本科院校计算机学科专业的人才培养目标是学生既能掌握计算机学科的基本理论,又具有较强的系统开发与维护、软件开发与测试、网络规划与管理以及数据库开发与应用等能力,能够从事计算机科学以及各个领域中计算机开发与应用的工作。
计算机导论是计算机学科相关专业的一个入门课程,对学生的专业学习起到承上启下的作用,引领学生步入计算机学科领域的学习和研究。随着计算机技术的高速发展,计算机方面新的技术、新的应用也在不断涌现,应用型本科院校计算机导论的教学也应顺应时代的发展做出相应的调整。
因此,计算机导论的教学在“互联网+”平台的助推下,通过科学规划教学内容、采用多种教学模式和教学手段,使得学生能够在全面了解学科知识的前提下,加强动手能力培养,提升专业素养。
2 丰富教学内容,跟踪学科最新发展、突出应用型人才培养特点
计算机导论的教学内容在保持全面介绍计算机学科基本知识的基础上,结合“互联网+”平台上计算机各种新技术、新应用,并且根据应用型人才的特点适当拓展以下教学内容。
2. 1 云计算
云计算通过虚拟化技术实现资源的按需分配,提高了资源利用率,增强了计算机系统的服务功能,方便了用户的使用。云计算还可以通过多种方法对计算机资源进行分配,比如通过拍卖的方法分配资源,云资源的拥有者可以通过不同的拍卖机制实现资源的合理分配。此外,不同企业和组织构建的云可以组成联邦云,通过联邦云实现资源的协同利用。
这部分内容主要向学生讲解云计算的实现思想、系统架构、主要的云计算系统以及云计算的最新应用等[1],引导学生建立合理、高效、协同使用计算机资源的思想,了解计算机技术的最新发展和应用。
2. 2 大数据
大数据是通过网络实现数据实现共享,对大数据进行分析可以获得潜在的有价值信息,对大数据的合理使用还可以提高生产效率。比如,医疗大数据可以通过不同医院诊治某种疾病的分析,得到诊治这种疾病的有效方法,提高诊疗效果;通过大数据系统,还可以实现远程诊疗。对交通大数据进行分析,可以针对不同的交通情况合理设置交通管理方法以及提高公共交通安全等。大数据系统的应用,推动了各个领域的快速发展[2]。
因此,通过大数据的基本原理、主要应用的讲解,可以进一步开阔学生的视野,使得学生认识到计算机学科与其他学科进行交叉研究能够进一步促进计算机学科发展、提升计算机的应用能力。
2. 3 人工智能及其最新l展
人工智能是计算机学科的一个分支,通过研究人类感知、思维与推理能力特点,构造出模拟人类智能的机器和系统推动社会的发展。人工智能综合计算机科学、信息论、神经科学等学科知识,其中计算机技术在人工智能中起到了重要作用。人工智能的发展异常迅速,从简单的智能家电向应用于社会生活的各个方面发展[3],虚拟现实更是成为当下最为热门的高新技术之一。人工智能改变了人们的生活方式,机器设备的越来越智能化使得人们可以从各种艰苦和繁重的劳动中解脱出来,智能机器人也可以弥补人工劳动力的不足,智能机器人逐步升级到通过情绪感知与人类进行心灵的沟通和交流。
通过人工智能的学习,使得学生对本专业的发展前景有一个很好的展望和期待。
2. 4 计算机应用技能
计算机学科的大学新生和其他专业大学新生知识背景相同,在进入大学之前只有部分学生学习过简单的办公软件和程序设计语言,很多学生对办公系统软件和程序设计软件了解不多。办公软件是计算机学科学生学习的一个必备工具,要求学生能够深入理解和熟练运用。而程序设计语言是计算机学科学生将来主要的开发工具,在学科入门阶段的学习中要求学生掌握程序设计语言的相关知识,并能够进行简单的程序设计,加深对本学科的理解。
因此,在授课过程中可以采用课内引领和课外指导多种形式对上述计算机应用技能方面的知识进行学习,使得学生能蚨源瞬糠种识很好地掌握和运用。
3 教学模式和教学手段多样化
“互联网+”环境下,教育资源得到了最大程度的共享,教学模式和手段得到了不断创新。根据当前教育的时代特点,应用型本科计算机导论的教学要在教学模式和教学手段上不断创新,提高学生学习的积极性和主动性,主要包括以下方面。
3. 1 课堂教学与课外实践相结合
应用型人才要求具有较强的动手能力,因此在计算机导论的教学中加强实践环节的培养。比如,学生在课内学习了操作系统的知识后,在课外指导学生对具体的操作系统进行实践。这样通过学生课外自学、教师辅导等多种措施,提高学生的实际动手能力,加深对课内理论知识的理解。
3. 2 知识学习与探索相结合
通过引导,组织学生参加到教师相关的大学生创新小组、竞赛小组以及科研开发小组中去,鼓励学生参加计算机学科前沿讲座。通过这些活动,可以进一步提高学生的学习兴趣,激发学生独立思考、勇于探索的精神,使得学生能够更为深入地了解本学科的知识体系和发展方向,提高动手能力。这些活动的组织和实施可以充分利用互联网平台,使得活动的参与方便和快捷。
3.3 教师教学与企业专家相结合
对教学任务进行模块化教学,理论部分内容学校教师授课为主,实际应用相关部分聘请企业专家进行授课。在校教师具有扎实的专业理论,而企业专家具有丰富的实践经验,从专业入门课程开启校企联合的人才培养模式[4],真正做到理论知识学习和实际应用实践传授相结合,提升教学效果。
3.4 课堂教学与互联网教学相结合
互联网可以作为学生的第二课堂。首先,教师可以将计算机导论课程学习相关资料放到网络上供学生下载学习,比如上课的课件、视频以及探讨题目等;其次,学生可以通过微课、慕课等形式进行学习[5,6];再次,师生可以通过网络和学生进行实时沟通和交流,做到及时解疑释惑。
4 考核过程化和立体化,促进学生的深入理解和运用
“互联网+”环境下,加强过程考核,在教学过程中考核学生的实际分析问题、解决问题的能力,培养学生深入研究、坚忍不拔的精神。传统考核手段是期末考试,属于一卷定终身的考核方式。对于计算机导论来说,试卷的题目往往趋于知识浅层次的考核,对于学生知识的运用能力考核不够,特别是对学生学习过程缺乏考核,部分学生期末通过课本知识的死记硬背也能取得好成绩。
在教学过程中进行考核,可以督促学生及时掌握授课内容、并且达到熟练运用。过程考核中,既要进行理论知识考核又要进行实际动手能力考核,体现出应用型人才的培养特点。在过程考核中可以将授课内容设置为不同的知识单元,每个知识单元结束后进行相应的考核,每次单元考核成绩纳入总评成绩,期末进行综合考试。
此外,课外学习小组的学习情况也纳入考核范围,使得学生在课外学习中真正投入精力,取得收获。鼓励学生考取行业内国际知名企业相关应用能力证书,获得证书也可以得到相应的分数。通过上述措施,既对课内学习进行了考核又对课外学习进行了考核,既对理论学习进行了考核又对知识的运用进行了考核,实现了学习考核的立体化。
5 结论
“互联网+”不仅仅提供了一个信息交流的平台,更重要的是改变了传统的思想观念和行为方式。 “互联网+”时代,应用型本科计算机导论课程教学一方面将计算机学科相关的最新技术和应用融入到课程教学,开阔学生的视野;另一方面改变传统的教与学的方式和方法,采用多种教学模式、多种教学手段提高学生学习的积极性和主动性,提高学生的学习能力和知识应用能力,引领学生步入计算机学科的知识殿堂。
参考文献:
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Research on Artificial Intelligent Series Courses of Graduate Students
REN Xiao-ping1,2, REN Qing-xiong3, GUO Fan2
(1. Institute of Intelligent System and Software, Central South University, Changsha 410083, China ; 2. Institute of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China ; 3. Shanxi Institute of Metrology Supervision & Verification, Taiyuan 030002, China)
计算机工程是涉及现代计算系统、计算机控制设备的软硬件设计、制造、操作的科学与技术,建立在计算、数学、科学和工程学的基础上,主要研究计算机处理器、多处理器通讯设计、网络设计和存储器体系,着重研究硬件设计以及与软件和操作系统的交互性能,如嵌入式系统、分布式数据与大规模存储系统。绝大多数美国学校的电气工程和计算机工程是在一个系,除数学、物理等基础科学知识外,课程体系主要包括计算机科学和电气工程等学科的相关课程、设计和构建计算机系统及基于计算机系统的相关软硬件课程。培养的学生应具备从事计算机系统工作的能力,或具备基于计算机相关系统进行分析、设计、应用和集成工作的能力,具有扎实的计算机基础理论、良好的科学素质和工程实践能力,包括良好的团队合作和人际交流沟通能力[5]。下面主要介绍美国这4所大学的计算机工程课程设置情况。
1.1UIUC计算机工程专业本科课程设置
UIUC计算机工程专业学生需要修满128个学分,这些课程分为如下7大类:1)科学基础与数学课程(31学分),包括数学、物理、化学在内的10门课程。2)计算机工程核心课程(34学分),这些课程重点介绍计算机工程领域的基本概念、基本原理、基本实验方法和技术,共有10门课程。3)专业基础数学课程(6学分),包括离散数学和概率、工程应用两门数学课程。4)写作课程(4学分),1门写作原理课程,主要讲授研究报告的写作方法。5)专业技术选修课(23学分),其中1门必须选自计算机工程和计算机科学专业技术选修课程之外的课程,其他必须均选自计算机工程和计算机科学专业技术选修课程。这些课程强调计算机工程实践中用到的主要分析方法和设计原则。6)社会科学与人文科学课程(18学分),这些课程被工学院认可并满足学校对学生社会科学与人文科学课程通识教育的要求。7)自由选修课程(12学分),这些几乎没有限制的选修课可以让学生学习任何领域的知识。学生可以在计算机工程专业深入学习课程,也可以学习生物工程、技术管理或语言等课程。
1.2普度大学计算机工程专业本科课程设置
普度大学计算机工程专业学生需要修满125个学分,这些课程分为如下6大类:1)通识教育课程(24~25学分),包括6~7学分的两门交流技巧课程和18个学分的社会与人文学科选修课程。2)数学课程(21~22学分),数学课程有两种套餐,各6门课,学生可以根据自己的情况任选一种。3)科学基础课程(18~1分),包括物理、化学、生物及面向对象编程等5门课程。4)工程基础课程(7学分),包括工程导论两门课程及计算机工程和计算机科学以外学科的工程学科选修课1门。5)计算机工程专业课程(4分),包括32~33学分的13门计算机工程专业核心课程;两门共计1学分的研讨课程;2门3~4学分的高级设计课程;2门8学分的研究生课程;1~2门计算机专业选修课程,使计算机工程专业课程总学分达到4分。6)任选课程(4~6学分),根据辅修要求或个人兴趣,任选课程可以从理学院或文理学院中适合工科学生的数学、科学课程中选择,目的是使总学分达到125学分。
1.3伊利诺伊理工学院计算机工程专业本科课程设置
IIT计算机工程专业学生需要修满130~134个学分,这些课程分为如下3大类:1)限选课程(10分),学分分配如下:计算机工程专业限选课程47学分,包括计算机工程和计算机科学两类课程;数学限选课程24学分;物理限选课程11学分;化学限选课程3学分;工程科学限选课程3学分;社会科学与人文学科限选课程21学分。2)选修课程(15~1分),包括专业选修课程9~12学分,其中含1门硬件设计选修课;科学选修课程3学分。3)跨专业实践项目课程(6学分),包括IPROI跨专业实践项目I和IPROII跨专业实践项目II两门课程。
1.4西北大学计算机工程专业本科课程设置
西北大学计算机工程专业学生需要修48门课程,这些课程分为如下7类:1)通用工程方法、数学、科学基础课程(15门),必修计算方法与线性代数GenEng205-1、线性代数与力学GenEng205-2、动态系统建模GenEng205-3和微分方程GenEng205-4等4门通用工程方法课程;必修微积分(I)MATH220,微积分(II)MATH224,微积分(III)MATH230及多元积分与矢量微积分MATH234四门数学课程;必修普通物理(I)Physics135-2和普通物理(II)Physics135-3两门科学基础课程;从McCormick工学院科学基础课程中任选其他2门课程;另外必修IDEA106-1工程设计与交流(I)、IIDEA106-2工程设计与交流(II)两门工程设计和交流课程。2)工程基础课程(5门),必修4门,包括EECS202电气工程导论、EECS203计算机工程导论、EECS211编程基础(C++)、EECS302概率系统与随机信号,并从McCormick工学院工程基础课程热电力学、系统工程与分析、材料科学和流体与固体中任选1门。3)交流与社科人文学科课程(8门),选修GenCmn102演讲或GenCmn103课程的其中1门,另外选修7门满足McCormick工学院要求的社科人文学科课程。4)专业核心课程(5门),必修EECS205计算机系统软件基础、EECS303高级数字逻辑设计、EECS361计算机体系结构、EECS311数据结构与数据管理和EECS343电路基础这5门课程。5)技术选修课程(10门),西北大学计算机工程专业分高性能计算、VLSI与CAD、嵌入式系统和算法设计与软件系统4个方向,每个方向开设若干门技术课程,每个学生必须在这4个方向中选修5门课;从专业基础课程EECS213计算机系统导论、EECS222信号与系统基础、EECS223固态工程基础、EECS224电磁场与光学基础、EECS225电子学基础5门课中根据学习方向选修2门;剩下3门从计算机科学、计算机工程、数学、科学基础等课程中选修,如可以是生物学BIOL210-1,2,3和化学原理CHEM210-1,2,3课程,也可以经申请同意选修相关计算机工程研究生课程。6)自由选修课程(5门),共修5门,学生可以根据自身情况和兴趣爱好自由选修。若从未学习过任何计算机编程语言,建议其中1门选修编程入门(Python)EECS110课程。7)高级项目课程(1门),至少在微处理器系统项目EECS347-1、计算机体系结构项目EECS362和VLSI设计项目EECS3923门课中选修1门。
24所大学计算机工程课程设置特色
4所大学计算机工程本科专业的课程设置都通过美国工程教育认证机构ABET的EC2000指标体系认证,有如下特点:
1)注重基础知识的学习,在贯彻通识教育中培养学生的各种能力。基础知识直接决定学生未来的发展潜力[7-8],而基础知识的掌握通常是通过通识教育实现的。与我国高校通识教育不同的是,这4所美国大学按照各种完整的项目组织基础知识,让学生在基于项目的学习中形成各种能力。他们还特别重视人际沟通能力的培养和学生对广泛深入的人文社科知识的理解,使所有工科学生在数学、物理、信息、物质、生命、技术和能源科学方面及人文社科方面打下广泛的基础。这种比知识更重要的能力是学生取之不尽、用之不竭的资源。普度大学第一年的工程基础培养及UIUC第一年的计算机工程训练从一开始就围绕能力培养,使学生能更好地理解和应用所学的基础科学和数学知识。
2)注重相关学科的交叉和融合,培养学生跨学科处理问题的本领。现代工程是一个复杂系统,不是狭隘的技术知识背景所能胜任的。解决现代工程问题要求工程师能够打破学科壁垒,把被学科割裂开来的工程再还原为一个整体。这要求学校在课程设置上必须充分考虑学科的交叉和融合,为学生提供综合的知识背景,以利于复杂工程问题的解决[6,8]。UIUC、普度大学、西北大学和IIT在课程设上均体现了学科交叉、学科融合的思想。UIUC规定学生在技术选修课中必须选1门计算机工程和计算机科学系以外的课程,例如宇航工程、农业与生物工程、土木工程、化学工程、生理学、生物工程、生物物理学、生物化学、大气科学、天文学、材料科学与工程、机械工程等。普度大学的计算机工程专业学生也必须选修1门电气工程和计算机工程领域以外的课程,以满足工程拓宽要求,可以是航空力学、化学工程计算、噪音控制、核工程导论、材料结构与特性、环境工程中的物理化学原理、环境可持续工程以及运筹学-优化、运筹学-随机模型中的任何1门。西北大学的计算机工程本身就是该校电气工程和计算机科学交叉和融合的结果,学生除必须选修科学基础选修课中的普通物理-电磁学、普通物理-波现象和现代物理外,还必须在遗传和进化生物学、工程分子和细胞生物学中任选1门。IIT规定科学选修课必须选1门生物学、材料科学、化学原理,工程选修课必须选1门机械学导论或热动力学。
3)强调工程实践能力培养,培养学生“以解决问题为中心”的工程设计能力。工程本身就意味着实践,意味着更加重视工程实际和工程的系统性和完整性。这4所大学都十分强调学生工程实践能力的培养,在课程设置上不仅有丰富的实验课程,而且通过更为灵活多样的基于项目学习(Project-basedLearning)课程培养学生的实践能力。如IIT有IPRO跨专业实践项目,西北大学要求学生在微处理器系统项目(EECS347)、计算机体系结构项目(EECS362)、VLSI设计项目(EECS392)等项目课程中必须至少选修1门。普度大学要求学生选修电气工程设计导论(ECE402)、计算机设计与样机(ECE437)、操作系统工程(ECE469)、编译器与翻译器工程(ECE495S)和数字系统高级项目(ECE495C)等项目课程。UIUC则有计算机组成与设计(ECE411)、高级数字系统项目(ECE395)、微处理器项目(ECE412)、数字信号处理项目(ECE410)等项目课程供学生选择。
4)发挥和保护学生的个性及兴趣,激发学生的自主性和创造性。工程教育应该在最大程度上发挥学生的个性并促进其创新能力的发展。在专业学习中,学生可以根据自己的水平、学习兴趣、个性特长选择不同的课程,从而促进个性和创造性的发展。为学生提供不同的培养计划是这4所大学的共同特点。西北大学为计算机工程学生提供了高性能计算、VLSI与CAD、嵌入式系统和算法设计及软件系统4个不同的学习路径。UIUC、IIT及普度大学则采用庞大的选修课程及明确的课程分类,使学生可以依据兴趣爱好自行组织课程和学习内容,以发展个性,提高创新能力。
5)坚持课程设置机构的开放性,改变只按学科知识、由教师单方面设置的做法。在课程设置机构方面,这4所大学均根据产业界对计算机工程师的能力、素质、技能和知识等要求,学生求职的需求,毕业校友学习和工作的经验反馈及ABET2000指标体系,成立由有工程背景的教师、产业界、教育认证机构、学生及毕业生等利益相关者组成的专门委员会,讨论、确认、不断改进计算机工程专业的课程体系及教学大纲。这与我国由高等院校计算机科学与技术专业教学指导委员会主导、以学科为导向,追求知识完备性为基础,由缺乏产业经验和工程背景的教师确定的课程设置和教学计划相比,在满足学生求职和产业界需要等方面有明显优势[8]。
3改进我国计算机科学与技术本科专业实践教学的思考
截至2006年,我国高校工科专业在校生为600万人,其中计算机相关专业在校生近45万人,在规模上基本适应我国经济社会发展的需求。问题是我国计算机工程教育与计算机工业界脱节较严重,不同类型、层次学校的培养目标趋同[8]。通过深入研究、分析和比较美国高等学校计算机工程专业的培养目标及课程设置特色,我们深刻认识到我国工科院校计算机专业本科教育存在的诸多弊端。比如工程实践环节薄弱;工科教师队伍的非工化趋向严重;评价体系错位;课程体系落后,学科交叉欠缺,导致创新与实践双向不足,计算机毕业生得不到产业界的认同,普通工科院校计算机专业毕业生就业率低下。以下是我们对工科院校计算机科学与技术本科专业实践教学改革的一些思考:
1)计算机科学与技术本科专业实践教学的改革应从培养目标、课程体系、师资建设和评价体系、产学合作等方面综合考虑。
2)从培养目标上,工科计算机人才培养应从学科导向转为求职导向,也就是以产业需求为导向。这使学生能形成胜任今后工作的能力,成为合格的公民和称职的产业人员,而不仅仅是只掌握系统、完备的学科知识。
3)课程体系要符合大工程观的要求,注重学科的交叉和融合,强调基础知识的同时强化对学生实践能力的培养。实践教学应加强实验课程、项目课程和企业实习项目的建设,强调做中学、用中学,提倡学生的主动学习和实践是实践教学改革的重点内容。
4)评价体系涉及如何评价学生的学习效果,是关系到教学是否能达到培养目标的重要因素。如果要培养符合计算机产业界需要的具有各种能力和素质的工程师,以理论考试为主评价学生能力的评价体系就尤显片面。如何制定科学有效的评价指标,对学生的各种能力进行综合评价,特别是在基于项目的实践学习中对学生的团队合作能力、交流沟通能力、解决工程实际问题的能力进行科学评价,是一个有待探索的问题。