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【关键词】计算机;培养模式;实践能力;应用型
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)07(b)-0000-00
1引言
近年来,随着社会经济的快速发展,各行各业的信息化程度越来越高,对计算机高级技术人才的需求越来越大。如何培育出高质量的符合企业需求的计算机方面的人才,是高校与企业义不容辞的责任与义务。目前,由于大数据、电子商务等新型业务的快速发展,原有计算机专业硕士研究生培养模式显得力不从心,无法应对市场的需求,主要表现在现今计算机专业硕士在学习过程中重理论轻实践少创新,知识面狭隘,无法适应市场快速发展需要。针对如何改革与完善现有计算机专业硕士研究生培养模式,进一步提高计算机专业硕士研究生的实践能力这一问题,本文分析了当今计算机专业硕士生培养现状,并结合多年的硕士生培养的实际情况及对本校学生就业状况的跟踪,对计算机专业硕士生实践能力培养模式进行了分析和研究。
2计算机专业硕士生实践能力培养现状的分析
计算机专业是一个理论与实践并重型的学科,由于社会高科技技术不断增强,对计算机专业的高级应用型人才的需求也迅速激增,因此对现今计算机专业人才培养质量也提出了新的更高的要求。高校人才培养模式已经不能很好的满足社会对人才的实际需求,主要有以下几个方面:
2.1学生实践能力的培养力度不足
大部分院校对计算机专业硕士生培养方案中都要求学生在本学科内掌握坚实的理论、系统的专业知识,能够跟踪学科领域的前沿,具有从事计算机学科研究或独立承担专门项目工作的能力,具有较强的实际工作适应能力。培养年限为2至3年,但实践学分占毕业所需学分比例不足10%,而毕业学分有明确的规定,因而在有限的时间内学生无暇顾及实践能力的提高,而专注毕业学分的修满。
2.2学生缺乏到企业中实习的经验
学生在读研期间到企业锻炼的机会不多,不是很明确市场需求,缺乏实际案例分析锻炼,甚至不具备市场所需的最新技术,即使到企业实习也达不到满意的效果。有的学生在读书期间寻求实习机会会碰壁,因为有很多企业不愿接收无任何项目经验的学生到企业实习,觉得要花更多的时间去培养这些无实际经验的学生,有充分实践经验的学生往往比较吃香。还有的学生到企业实习后,发现实习的项目内容与自己进入企业实习前所期望提高的方面有很大的差异,因而没有达到预期的效果。
2.3没有充分发挥项目的实践价值
研究生教育是基于本科教育的一个提升,除了本科式的课堂教学专业知识以外更应该重点培养研究生的科研和实践能力。研究生跟随导师直接参与到实际科研项目中,即是对所学知识的实际应用又是对本专业相关行业需求的学习和了解,对其自身的创新能力和适应未来工作的能力有着非常重要的意义。但是实际中存在着项目经费分配、科研项目分工不合理等问题,导致学生参与项目的积极性不足,有的学生在所参与项目中没有得到很好的实践训练,不能充分发挥自身的能力和水平,还有的硕士研究生在一些科研项目中只是做着很琐碎的工作,没有深入参与到项目的技术工作需求层,这样以来对学生的专业能力并没有实质性的提升,加之导师对其科研能力训练的忽视,这些都很大程度影响着研究生创新能力和科研能力的提升。
3提升计算机专业硕士生实践能力培养的建议与措施
计算机专业实践性、应用性非常强的专业,在研究生的培养过程中既要注重研究内容的前沿性、理论的系统性,同时也要注重学科的应用性、研究内容的应用价值和潜在应用价值。想要培养出计算机领域具有扎实的理论基础和应用技能的高层次专门人才,必须要注重学生实践能力的培养。经过对计算机专业硕士生实践能力培养过程中存在的一些问题的分析,提出以下具体的建议与措施。
3.1以社会需求为导向,明确培养目标
人才以服务社会为己任,因此,高校必须以社会需求为导向,充分了解用人单位对专业技能的具体要求,适时优化培养方案,注重课程设置的科学性与实践性,要求学生具有扎实的本专业基础知识,较强的创新能力以及对新技术、新知识的快速掌握能力。高校需要做好对社会实际需求的调研分析工作,制订明确的计算机专业人才培养目标。
3.2加强学生自主实践的能力和查新能力
养成跟踪学科前沿知识和新技术的好习惯,能够更好的调动学生主动学习的积极性,导师可引导学生去跟踪学科发展中热点问题,从而提升学生的自主实践能力。导师可以不设置具体目标,只需要给予一定方向性的指导意见,鼓励学生结合个人兴趣,查找计算机专业当前热门的研究问题,使学生形成主动提升实践能力的愿望,还无形中培养了学生的查新能力,养成跟进阅读计算机领域最前沿文献的好习惯。
3.3注重对硕士生科研能力的培养
在科研方面,科研开发过程不仅能够加深学生对知识的理解,更能最大限度地开发学生实际解决问题的能力和创造性能力。应营造研究生科研创新氛围,鼓励学生主动研究学科问题,积极参加项目,学院可以开展科学研究方法和学术论文写作能力训练的相关讲座。导师可以组织学生进行学术报告,不仅可以使研究生与自己的导师保持定期的联系,而且可以与讨论小组中的老师和同学进行直接学术交流,报告的水平则可以直接反映研究生的科研能力和其科研工作的最新进展情况。
3.4加强对硕士生导师的培养
选派优秀教师到世界知名大学进行学习交流,提升教师的学术素养和国际视野,加大学科带头人和高层次创新人才的培养力度,建设高水平创新导师队伍。鼓励导师争取重大科研项目这样以来能给学生创造出更多参与实际项目的机会,导师不仅要教会学生如何做具体的科研工作,还要调动研究生的科研积极性从而更好的挖掘学生的科研潜力。在研究专业科研项目的同时,把专业最前沿的知识以及科研中的收获与成果贯穿到教学之中去。
4结语
研究生培养模式涉及的要素很多,是个牵涉教育理论及实践两方面的课题,研究生培养方案的内容需要与时俱进,随社会的进步和变化不断的更新与完善。不断探索其教育规律,更新人才培养观念,强化实践应用能力培养,为计算机市场输送更多高级专业型创新型人才是我们的义务,期待本研究能够引起更多人关注我国计算机专业研究生培养模式的改革。
参考文献:
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关键词:CDIO;项目实训;质量保障体系
中图分类号:G643 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)26-0099-02
在现阶段大力发展专业学位研究生教育已成为提升研究生适应经济社会发展能力和就业能力的重要举措,专业学位与学术型学位虽处于同一层次,但培养规格各有侧重,在培养目标上有明显差异。专业学位以专业实践为导向,重视实践和应用,是培养在专业和专门技术上受到正规的、高水平训练的高层次人才。专业学位教育的突出特点是学术型与职业性紧密结合。因此我们在专业学位研究生的培养计划中加大了实践教学环节力度,对系统全面地提升工程能力以及硕士研究生实践教学改革进行了积极的探索。
一、分阶段进行研究生实践能力培养
为使我校专业硕士研究生教育更好地适应快速发展形势的需要,根据国家对研究生的培养目标要求,重新修订研究生的专业学位研究生培养方案,加强了实践环节,对研究生实践能力的培养方式进行了改革。在制定培养方案中考虑专业学位研究生培养特点,将实践能力培养分为“计算机科学与技术研究方法与实践”、“课程教学实践”和“专业实践”三部分。
首先进行“计算机科学与技术研究方法与实践”的能力培养,这个工作由研究生的导师负责指导,指导学生探讨计算机科学与技术研究的一般步骤和主要方法,能客观地分析和评价别人的研究成果;能从实际问题中选择有价值的、新颖的、可行的研究课题;这个阶段结束后学生一般能独立设计并完成一项课题研究;按规范格式独立撰写课题研究报告。这主要是提高学生用计算机科学与技术研究方法去分析实际问题,并提出解决问题方法的能力。其次是课堂教学形式的实践能力培养,学院根据自身稳定的学科方向和研究特色,开设了《信息安全理论与实践》、《嵌入式系统设计与实践》、《视觉测量技术与实践》和《知识工程计算与实践》4门专业实践课程。将企业生产、经营过程中具有相对独立性的、客观存在的真实工作项目添加到研究生教学中,采用教师指导,以3~5名学生组成的研究小组为主导,要求学生按照企业标准研发出产品,从而培养学生的综合素质和工程能力。第三部分是进行专业实践,专业实践环节是计算机技术领域工程硕士培养计划的重要实践教学环节,我院是采用校企联合培养模式,分为校内学习和企业学习两个培养阶段。在这个阶段中让学生掌握所在企业主要产品的研发流程和关键技术,运用所学专业理论知识、结合研发和生产现场调研及在岗实践对企业研发技术特点进行深度评价,并在此基础上提出技术改造建议和思路,通过对技改项目(或新项目)的实施完成硕士学位论文的选题和论证,在企业学习和交流的过程中培养和提高学生的综合素质,为毕业后快速融入企业、加速成才打下坚实的基础。
二、将CDIO工程教育模式引进计算机实践课程
在课堂教学形式的实践能力培养过程中,改变了以往的单个做实验的教学模式,而是将CDIO工程教育模式引进计算机实践课程中,工程教育不仅要求学生对技术基础知识有更深刻的理解,更需要创造必要的环境和方法帮助学生理解工程实践并且学习在工程实践环境下工程人员的思维、能力和行为,CDIO的标准从多个方面为这样的培养提供保障。具体做法是:把企业生产、经营过程中具有相对独立性的、客观存在的真实工作任务以实训项目的形式引进专业实践课程,要求学生按照企业标准研发出产品。在项目研发过程中,3~5名学生结成一个工作小组,共同完成从信息收集、工作计划制订、工作任务实施、对工作成果的评价与展示等完整的工作过程,从而获得综合职业知识和职业能力。这是以实训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能力。在参考CDIO工程模式、国外大学LITP管理模型和项目管理通用管理模型基础上实行实训项目管理模式,制定了学院实训项目管理办法。为保证质量,这种形式的实践课程教学指导对教师和过程管理提出了很高的要求。我们的教师的授课资质是通过申报、答辩、审核通过才能获取。这个申报是以教学科研团队为单位申报拟承担课程的训练方案,训练方案通过学院组织的专家答辩组的答辩,才能取得该训练项目的授课资质。只有取得授课资质的团队才能承担相应课程的教学任务。过程管理则是根据项目管理模型的各个阶段进行管理,贯穿整个项目的始终,不再是简单的课程教学管理模式。
三、建立实践教学管理和质量保障体系
将工程实训项目引入实践教学,项目的进行是在指导教师的指导下和学生项目经理的领导下,在有限的资源约束条件下,运用系统论的观点、方法和理论,对项目涉及的全部工作进行有效的管理。即从项目的投资决策开始到项目结束的全过程进行计划、组织、指挥、协调、控制和评价,以实现项目的目标。因此建立有效的管理机制和质量保障体系是确保实践教学取的成果和有效进行的关键。
1.项目管理。(1)建立项目组。在进行实训前,先建立学生项目小组,按照“组内异质,组间同质”的原则,综合考虑学生的成绩、学习能力、组织能力、性别以及个性特征等异质,将学习困难生与优秀生合理搭配,兼顾性别,做到组内异质;一个小组要包含各种能力的学生,使组内学生的学习能力得以整合,各小组的整体水平得以均衡,做到组间同质。项目组设置至少5种角色(项目经理、需求工程师、软件设计师、软件工程师和软件测试师),在项目研发阶段,每个学生可承担1~3种角色,每个角色均需撰写相关文档。指导教师要让每个小组成员都明确各自的角色,各司其职,做到人人有事可做、有话可说。只有这样,每个组员才会尽自己的最大努力来完成交给自己的学习任务,共同完成特定的工程项目。(2)项目实施。完成一个项目分为3个阶段:项目准备阶段、项目实施阶段和项目结束阶段。项目准备阶段是项目成功实施的重要前提,在这个阶段,学生项目小组主要工作是根据训练项目方案与客户洽谈,了解客户需求,然后搜集资料,细化客户需求,并制作客户产品需求规格书,经客户审核同意后制订需求规格说明书、项目计划,并再次与客户商讨,征得其同意后获准进入下一阶段。项目实施是项目生命周期中时间最长、完成的工作量最大、资源消耗最多的阶段。这个阶段项目组要根据项目的工作分解结构和计划来组织协调,按照时间安排表,确保各项任务按时保质完成。指导、监督、控制是这一时期的管理重点。指导教师团队应随时到工作现场进行指导和管理,及时发现问题并纠正,及时化解各项任务和各个成员间的冲突,解决矛盾,及时解决项目实施中的困难,疏通渠道。项目结束阶段,即项目实施的收尾阶段,学生完成产品后,进行现场展示,将自己的产品推销出去,争取最终交付客户使用,完成项目。同时,学生小组还应提交项目结题报告,将项目实施过程中取得的成绩、存在的问题逐一梳理,并对项目实施情况、小组成员表现情况综合评价。
2.质量保障。在整个项目实训阶段中为便于教师进行项目管理和规范基于项目的课程教学,建立了较完善的质量保障体系,设置了7个决策评审点(里程碑点),只有评审通过,方可进入下一个阶段的研发工作。评审内容和评审人员在质量保障体系中做出了明确规定(见表1),其中项目训练方案的评审是针对指导教师,其余方案主要是针对学生小组。
根据考核方案,各评审专家给出评价成绩,最后由项目指导教师汇总给出各阶段的项目组成绩。在课程接近结束时,由学院研究生管理办统一组织学生对任课教师进行以能力为导向的教学评价,主要是针对:学生对所涉及的相关工业标准了解程度,对课程涉及的领域知识掌握是否有所提升,通过课程学习,对学生的团队协作相关能力(如沟通与表达、协调)的提升是否有帮助,学生的产品(系统)设计与实现能力(如需求分析、系统设计、测试、实现等)是否有所提升和学生的总体收获程度五个方面进行评价。对于评价成绩低于3分(5分制)的取消该课程的授课资质,并暂停申请该课程授课资质一年。
四、结语
我们开展的改革探索已取得初步成果,学生在项目实训中学会学习、学会做人、学会沟通,并通过项目训练培养了学生的科学精神、人文精神和工程意识,同时我们还注重将改革成果制度化,使成功的经验能够得到复制,而失败的教训能够避免,从而对后续教学改革工作产生很好的影响。
参考文献:
[1]王硕旺,洪成文.CDIO:美国麻省理工学院工程教育的经典模式――基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教教育,2009,28(4):116-119.
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关键词:产学融合;科学素养;工程素养;人才培养模型;复合培养
0、引言
较长时间以来,高校计算机科学与技术学科研究生教育存在以专业理论知识传授为核心,重理论轻实践、重学术轻工程的现象,引发了理论与实践、学科教学与行业发展、学术研究与产业化需求、学科知识体系与行业能力需求的脱节,毕业生进入IT企业后出现了工程能力弱、创新能力不足等各类问题。这既无法满足IT行业的人才需求,更与时下计算机学科产学融合的发展趋势不相符合。
为了解决上述问题,目前有一种“两段式”的培养模式较为常见。“两段式”培养模式是指前半程集中课程教学,完成专业理论知识传授;后半程在科研实践中开展课题研究并完成学位论文。这种“两段式”培养模式可以在一定程度上提升学生的工程能力;但是,由于前半程课程教学和后半程课题实践关联性不大,不足以消除学科教学与行业发展间的差异,无法提升计算机学科研究生科学素养和工程素养。
为此,自2008年起,针对计算机学科发展和IT产业发展融合度日益紧密的趋势,福州大学数学与计算机科学学院深入研究国内外一流高校计算机学科研究生培养的特点,以教育部计算机教学指导委员会计算机专业教学分委员会的计算机科学与技术《战略研究报告》和《专业规范》中提出的计算机学科人才分类培养这一核心观点为导向,结合自身计算机学科研究生人才的培养情况,适时提出IT人才科学与工程素养复合培养模型,并在一定范围内开展了试点和推广工作,效果良好。
1、科学与工程素养复合培养模型的内涵
IT人才科学与工程素养复合培养模型以工程研究型人才为培养主体,以完备的计算机学科知识体系为培养基础,依托产学融合的集成化培养平台,通过学术研究和产业需求的实质性结合,搭建计算机学科理论、专业知识和工程实践、技术开发和工程创新之间的桥梁;开展产业需求驱动下的教学和科研活动,对研究生进行研究能力和工程能力的复合式培养,全面拓展研究生的科研思维和工程创新思维,最终实现学术和工程的知识复合、思维复合和能力复合。
1.1 人才培养的总体目标
计算机学科科学与工程复合培养直接面向信息产业工程领域,以促进信息产业跨越式发展为目标,培养掌握IT产业发展脉络和趋势,善于发掘信息产业前瞻性问题、共性问题和核心问题,并能够独立地展开创新性研究工作的高层次复合人才。
1.2 计算机学科科学与工程复合人才能力架构要求
由前述人才培养目标可知,IT产业所需的高层次复合人才不仅需要以坚实的计算机学科理论和宽泛的专业知识作为专业支撑,还需要同时兼具出色的工程素养和前瞻性的工程思维,两者缺一不可。为此,计算机学科科学与工程复合人才在学科知识结构、科学能力和工程能力结构层面均有其特殊性。
在学科知识结构方面,要求具有扎实的学科基础理论知识,较深厚的学科专业理论知识和宽口径的学科工程应用知识;有较高的外语水平及掌握国外信息的能力,善于跟踪国际前沿知识。
在科学能力结构方面,要求具有较强的逻辑思维能力和判断能力;善于发现和提炼科学问题,有较强的科技鉴别能力。科研定向能力和科研创新能力,对新知识具有较强的敏锐性。
在工程能力结构方面,要求具有较强的学科知识运用能力和实践能力,善于发现和分析工程问题并将工程问题与学科知识关联,能娴熟地运用学科理论知识进行工程应用和工程创新,解决工程问题。
2、科学与工程素养复合培养模型的基本框架
以计算机学科研究生工程素养的不足为切入点,计算机学科科学与工程素养复合培养模型顺应产学融合的趋势,以实现高层次IT复合人才为目标,在培养理念、培养目标、培养过程等方面展开了初步的探索。
2.1 培养理念复合化
反思目前计算机学科研究生教育存在的重学术轻工程等不足,计算机学科科学与工程素养复合培养需要建立逻辑认知上逐层递进的培养理念,如图l所示。其核心是以科学与工程素养并重为本,以理论和实践知识的复合为基础,以研究和开发能力的复合为提升,以学术和工程思维复合为升华。
(1)理论和实践知识复合的理念。计算机学科是一门实践学科,理论知识的理解和内化均应该在工程实践的过程中完成。因此,理论和实践知识复合的理念包含两层意思:一是从学生的角度来说,在理论学习阶段参加工程实践是激发理论知识内化的重要途径;二是从教学活动的角度来说,知识的传授活动应该和工程实践紧密关联,相辅相成。
(2)研究和开发能力复合的理念。计算机学科同时是一门应用学科,理论研究的成果均应该在产业化的过程中得到验证、优化和应用。研究和开发能力复合的理念包含两层意思:一是从学术活动的角度来看,学术研究应该密切关注产业化需求的前瞻性问题,来源于产业化需求,又超前于产业化需求;二是从学生的角度来看,在从事学术活动的时候,不能仅仅停留在理论研究阶段,还应该重视研究的开发实现。
(3)学术和工程思维复合的理念。研究生教育是创新教育,包括创新意识的培育和创新能力的激发,其本质是思维的创新。产学融合趋势下,这种思维包含了学术思维和工程思维,因此,学术和工程思维复合是理论和实践知识复合、研究和开发能力复合的必然结果。
2.2 培养目标层次化
以科学与工程素养并重的培养理念为准则,计算机学科的人才培养目标分为3个递进的层次,如图2所示。最基础的层次为学科专业知识内化,目的是培养研究生的学术素养;进阶层次为理论知识的工程应用,目的是培养研究生的工程能力;最高阶的层次为学科知识的创新,以产业需求驱动学术创新,以学术创新推动工程创新,以工程创新带动产业提升,目的是同步提升研究生的科学和工程素养。
2.3 培养活动层递化
目前常见的“两阶段”培养模式中工程培养和科学培养是分离的,分离的培养活动最直接的影响是培养环节的脱节。事实上,计算机学科研究生科学素养和工程素养的培养和提升应该是交织进行,相互促进,同步提升,并且贯穿研究生培养过程始终。计算机学科科学与工程素养复合培养模型特别设计了工程需求驱动下的“讲授一工程关联一模拟实践”三位一体的教学活动、专业知识支撑下的“问题分析一学术关联一实践”三位一体的工程实训、产业需求驱动下的学术研究活动、学术创新推动下的工程研究活动,如图3所示。
工程需求驱动下的“讲授一工程关联一模拟实践”三位一体的教学活动首先以教师讲授学科知识的基本理论和方法,并将学科知识与工程需求关联,强化专业知识的应用需求意识,进一步抽取工程需求驱动下的仿真实例,要求学生模拟实践学科知识中的方法以解决仿真案例。智能技术是计算机学科非常重要的基础课程,涉及智能信息处理、机器学习、智能控制等领域的基本原理和基本方法。以其中SVM支持向量机的学习过程为例,相应的教学活动分为3个阶段:第l阶段由教师就SVM的原理、线性可分条件下支持向量机的对偶算法、线性不可分条件下的核函数等方法进行讲解;第2阶段以视频监控为行业背景,可知其基础需求图像分类,即根据图像亮度、色调、纹理等特征,将图像中的部分区域划归为若干类别中的一类,而应用SVM是解决图像分类的一个可行之道;第3阶段抽取交通视频监控系统中车牌识别作为SVM分类的仿真实例,要求研究生运用SVM方法来完成字符图像的分类,加深对SVM方法的理解,完成知识内化。
专业知识支撑下的“问题分析一学术关联一实践”三位一体的工程实训将引入一个真实的工程课题,要求学生围绕如何发现分析工程问题、如何将工程问题与学科知识关联、如何构思解决思路、如何实践和验证等体会解决工程问题的心智过程,以此培养学术型硕士研究生运用学科理论知识进行工程应用的能力。例如,在研究生系统学习智能技术和智能图像处理两门课程之后,结合目前视频监控这一热点行业,引入交通视频/图像内容理解与应用的工程课题,引导学生就该工程问题进行分析,将视频/图像内容分解为图像处理和图像分类识别两个子问题,前一子问题可以借助于智能图像处理课程中讲授的图像增强技术、图像恢复技术和图像特征分析方法加以实现;后一子问题可以借助于智能技术中讲授的分类算法和识别算法加以解决。以已有的学科知识为背景,学生在工程实训的过程中完成了工程课题与学科知识关联,完成了知识应用。
产业需求驱动下的学术研究活动要求研究生在自主思考的基础之上,以产业需求为出发点,以学科知识体系为支撑,从实际问题中识别出潜在的、真正的应用需求,独立地挖掘该领域的前瞻问题,将其映射为学术研究课题并开展学术研究;而学术创新推动下的工程研究活动要求学生将学术创新成果进一步应用于工程课题之上,完成从学术创新到工程创新的转化,两者在创新性的研究工作中演绎工程实训的心智过程。
将层递推进培养活动融入计算机学科研究生的培养过程,有利于实现IT人才科学与工程素养复合化培养,有望培养出具有出色的工程素养和前瞻性的工程思维,能直接面向信息产业工程领域,发掘产业前瞻性问题、共性问题和核心问题并展开创新性研究工作的高层次专门人才。
3、科学与工程素养复合培养模型的实践与推广
3.1 科学与工程素养复合培养模型的实践
计算机学科研究生科学与工程素养复合培养模型在原有的学术型硕士研究生和近年新增的专业学位硕士研究生中分别予以实践,各有侧重点,均取得了良好的实践效果。
学术型硕士研究生中进行科学与工程素养复合培养实践的主要目的是改变传统的学术研究与工程实践脱节的状况。为此,我们按照工程实训、工程研究、科技攻关三位一体的建设思路,依托产学联合课题和科技公共项目搭建了科学与工程素养复合培养平台。进入该培养平台的学术型硕士研究生不仅提高了解决实际工程问题的能力,而且能从工程应用课题中提炼新的学术研究问题,引入新的思想和方法,反而促进了基于应用背景的理论研究。在精进相关学科理论水平的同时,特定工程应用领域下的技术创新成果也较为丰富,一方面体现为学术数量和质量的提升,另一方面体现为申请发明专利和软件著作权等应用成果日益丰富。
福州大学数学与计算机科学学院于201 1年开始启动计算机技术和软件工程两个专业的全日制专业学位研究生培养工作。上述两个专业培养方案的制定和实施过程有机地融合了科学和工程素养复合培养模型,其主要目的是强化专业学位硕士研究生理论培养和工程培养的一体化,提升专业学位研究生的应用研究高度和深度。为此,我们将企业的科技攻关项目分解提炼成若干工程实训课题,并提前引入工程实训环节,与全局的科技攻关项目保持相对独立且整体工作量不大,包含一到两个研究难点,要求研究生运用相应学科理论加以解决。实践看,2011级专业学位研究生的学位论文选题,均属于应用研究型课题,而非简单的成熟技术的应用,这种培养模型对于专业学位研究生的培养质量起到了非常好的保障作用。
3.2 科学与工程素养复合培养模型的推广
事实上,理论和实践脱节、学科知识体系和行业需求脱节等问题并非计算机学科研究生教育特有的问题,学生实践能力弱,创新能力差等问题也同样出现在计算机学科的本科生教育中。此前形成的科学和工程素养培养模型也可推广应用于计算机学科本科生教育中。为此,以卓越工程师计划的制定和实施为契机,考虑到福州大学计算机学科的本科生直接从事各类科技项目存在一定难度,我们特意围绕IEEE Micromouse Competition搭建了一个涉及电子电路、程序设计、数据结构与算法、人工智能、嵌入式系统等多个领域分支的全面的计算机学科本科生科学与工程素养复合培养基地。
关键词:数据结构;研究型人才;工程型人才;案例教学法
作者简介:王作为(1980-),女,山东莘县人,天津工业大学计算机科学与软件学院,讲师。(天津 300387)邹晓健(1978-),男,吉林德惠人,军事交通学院政治部,讲师。(天津 300387)
基金项目:本文系天津工业大学高等教育教学改革研究基金项目的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)04-0058-02
“数据结构”是一门研究非数值计算的程序设计问题中有关计算机的操作对象以及它们之间的关系和操作等的学科。[1]“数据结构”作为计算机和信息等专业的核心课程,在教学体系中起着举足轻重的作用。
2006年,教育部计算机专业委员会提出了计算机科学与技术本科专业的“分类培养”的教育目标,并具体将计算机专业人才培养分为“研究型”及“工程型”两大类。[2]该目标的提出为计算机课程建设及改革提出了新的要求,计算机专业课程的改革应该根据社会的需求及学生自身的实际情况,为学生提供不同类型的教学计划和培养方案,并具体改革相应的教学方法。因此,加强“数据结构”课程建设,探讨不同类型培养目标的教学方法是非常必要的。
目前,“数据结构”课程建设主要关注教学手段的完善,例如“数据结构”课程教学网站的建设、[3]动态教学软件的研究以及案例式教学方法的实施,[4,5]很少顾及不同类型的人才需要不同的案例引导。另外,我国计算机专业的本科教育一般着重于培养工程型计算机专业人才,对于研究型人才的培养从研究生阶段才开始重视,这样导致了不少学生对于研究生阶段的学习不能很快适应,他们的创新能力差。
本文重点探讨针对不同类型的培养目标,提出“因材施教”的教学模式。实施的重点在于案例选择的侧重性、学生的主动性以及针对不同类型学生所要采取的教学方法,力争突出研究型人才的培养模式,经过课程组多年的摸索与实践,不断地改进与发展,在培养不同类型人才方面取得了良好的效果。
一、“数据结构”教学现状分析
“数据结构”课程的核心可概括为以下几个方面:数据的逻辑结构;数据的存储结构;在不同存储结构的基础上对不同数据结构的操作并讨论一些经典的算法。在教学过程中发现,学生对数据的逻辑结构的理解较容易,对数据存储结构的理解相对较难,对不同存储结构基础上的不同数据结构中算法的理解则仅限于表面,对算法在计算机中的实现过程难以理解,并且缺乏举一反三的能力。综合分析,产生上述问题的原因在于以下几个方面:
1.学生的算法设计能力普遍薄弱
著名的计算机科学家沃思说过“程序=数据结构+算法”,足以见得算法在程序设计中的重要地位。在合理的数据结构基础上,算法是对数据结构的操作(运算),是数据处理的核心。对于传统“数据结构”的教学,偏重于基础理论知识的传授,对于学生的算法设计能力的培养则显得比较单薄。算法设计能力的提高必须通过多做多练,在解决实际问题中达到自我提升。因此,在“数据结构”的教学过程中,采用案例教学法可以达到较好的学习效果。
2.前导课程基础较弱,尤其指针部分
“数据结构”以学生对编程知识的掌握为基础,数据结构的描述语言主要为类c语言,并且大量地用到了里面的指针等知识内容。大部分同学对指针运算掌握不扎实,不能将其灵活运用,导致了算法无法实现,学生缺乏成就感,降低学习兴趣。因此,在“数据结构”的教学过程中,除了要复习指针部分知识以外,还要利用实验实践教学达到教学目的。
3.缺乏多元化的人才培养方式,与实际应用相脱节
从实际的教学过程来看,教师对“数据结构”相关内容的实际应用讲述得不够清楚,学生学习过程中比较困惑。即便讲述过程能够理论联系实际,也主要偏重于工程应用,对数据结构科研方面的意义探讨极少,这样导致了很多学生在读研究生阶段时非常吃力,很难将自身调整到研究的状态。为了响应国家的“研究型人才”及“工程型人才”的分类培养目标,必须兼顾学生进一步学术深造和提高工程实践两个培养目标的需求,在教学内容和案例选择上要有侧重性,引导学生将理论知识与以后实际的应用相结合。“数据结构”不仅对于工程实践非常重要,同时对于培养学生的数据抽象能力以及提高学生的研究水平和创新能力也非常重要。教师应该结合自己的研究方向,尽量给出一些偏重算法研究的案例来培养学生的科研能力,为学生以后继续深造打下坚实基础,同时也帮助学生尽早定位自己未来的发展方向。
二、不同培养目标下的课程教学改革
1.教学内容的改革
在理论教学内容的安排上,笔者将近几年国家研究生统考题穿插在每章最后,检验学生的学习效果,提升学生的应试能力。除此以外,为了更好地激发学生的学习兴趣、使学生能够学以致用,提高其专业素质,在授课过程中采用基于案例引导的教学方法,并且对于不同类型人才的培养采用不同的案例。
基于案例的教学方法是将案例的实施贯穿到课堂教学中,教师根据需要讲的知识点设计一个具体案例,在讲授过程中以该案例为切入点,引导学生去思考解决这一应用问题所需要的知识,逐渐引出概念和原理。让学生在具体的案例实现过程中消化知识,这是培养学生分析问题、解决问题的一种教学方法。
案例的设计是案例教学的核心内容。案例的设计除了一些验证性的外,还应设置一些综合性的。验证性案例用来帮助理解教材中的各个知识点,建立起数据结构和相应算法的概念,培养学生基本的算法设计能力。验证性案例较简单,可以让学生独立完成,因此验证性案例对于不同培养目标的学生没有特殊区分。综合性案例是指一些实用性强、应用价值高的案例,包括问题分析、总体设计、详细设计、用户界面设计、多人合作以及一整套软件工作规范性强的工作。研究型综合案例需要学生查阅算法、模糊数学、图论等资料,这对学生的研究学习能力和创新能力都有更高要求。因此,对于综合性案例,学生可以根据自己的特点以及兴趣选择不同的设计性题目,自愿结成小组,并且协调好内部分工,定期举行小组讨论等。
2.教学方法的改革
传统的教学方法一般采用以教师在课堂上讲授基本知识点为主,以学生上机实践以及做课后作业为辅的教学模式。这样会导致学生动手能力差、只会应试不会实践。
在教学过程中,重点实施“以学生为中心”的教学模式,教师在整个教学过程中扮演“导师”的角色。学生根据自己的兴趣爱好选择案例,根据案例任务需要按照3~5人建成标准组并细化分工。教师重点负责准备案例,并且根据每组完成任务的不同,与学生共同讨论问题、分析问题,并能指导调研、引导学生找到解决问题的方法等。在案例完成后,教师需带领学生分析和总结案例解决方案的优缺点。
为了提高教学效率,达到教学效果,除了采用课堂授课的教学方法外,还采用了其他教学方法,例如课堂讨论、案例分析、小组汇报、教师或学生总结等多种教学方法。对于不同的培养目标,教学方法相似,但是教学内容和教学手段的侧重点则有所不同。对于工程型人才的培养来讲,教学目标应侧重于软件工程规范的训练及培养,提高学生组织数据及编写大型应用程序的能力,教学内容侧重于需求分析、概要设计、详细设计、用户界面设计、程序设计、软件测试、多人合作等基本技能和技巧的培养和学习。教学手段除了依赖于动态ppt、动画演示、算法演示软件等,还应该针对不同的培养目标选择不同的教学手段,比如引导工程型学生参与程序设计论坛、学习群等;培养研究型学生的学术论文检索能力;鼓励学术型学生参加算法设计论坛以及学习一些算法分析工具的使用等。在教学过程中,对相关的知识给出一些延伸的阅读文档,指导感兴趣的同学在课后进一步拓展思维、拓宽视野。
不同于传统教学的评价方法,此教学更加关注学生最终所能达到的专业能力及实践能力。广泛借鉴国外高校的Assignment的评价形式,采用阶段性作业、期末大作业、撰写实验报告等多种方式相结合的考核方法。为了防止学生从网上下载源代码或者抄袭等非诚信行为,还要对学生进行汇报答辩。对于不同的培养目标,应采取不同的评价标准。对于工程型学生,应注重程序设计文档是否规范、完善;程序的调试和测试是否科学、合理。对于研究型学生,应注重问题调研是否够全面、算法设计是否合理、是否具有创新性等。
三、结语
在适应IT行业快速发展的新形势下,我国教育部提出了计算机科学与技术本科专业的“分类培养”的教育目标,该目标的提出为计算机课程建设及改革提出了新的要求。我校从“数据结构”课程入手,针对不同的培养目标,提出了“因材施教”的培养模式。通过课程组多年的摸索与实践,在不同类型人才的培养方面均取得了良好的效果,尤其对于研究型人才培养方式的探索积累了宝贵的经验,这些经验可以推广到其他计算机相关课程当中,对于不同类型人才的培养方案尤其是研究型人才的培养方案的实施都具有重要的现实意义。
参考文献:
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[3]张丽萍,刘东升,王春晖.计算机应用型人才培养与数据结构课程改革[J].计算机教育,2010,(5).
如今,计算机科学和网络技术的不断发展使得其更加贴近我们的生活,不断改变着我们的生活方式,同时也变革着研究生的培养模式。以计算机和互联网技术为标志的信息技术的发展也对档案管理工作产生了深刻的影响:计算机技术的不断完善和发展使得档案信息实现了数字化,而不再单纯的依赖于手工记载和纸质储存,一切档案信息都可以通过输入和扫描等方式存储到计算机上,更加便于实现永久性的保存和利用。其次,档案也不再局限于文字,而是可以借助多媒体手段实现诸如图片、文本、视频等多方式的档案呈现方式,这些呈现方式也会促进档案的传播和有效的利用。此外,档案的查阅和开放形式也发生了变化,由于互联网的出现以及计算机使用的普及,越来越多的档案信息可以通过相应的数据库来实现开放,像传统模式下受到的时间和地域的限制越来越小,进而也更大的实现了档案信息的使用价值。信息技术除了为档案的呈现形式带来变革之外,对档案的管理工作也产生了影响。由于档案信息使用者对于查阅更加及时和快捷的要求,档案的管理工作也必然被要求更加高效,信息技术的发展为满足这一要求提供了便捷,档案管理人员借助于计算机和相应的程序和数据能够实现对于信息的快速筛选、处理和归档。
二、利用信息技术提升研究生档案管理
(一)借助信息技术转变研究生档案的收集程序和方式,扩展搜集的范围
目前,我们国家研究生的教育和培养方式实现了多样化,培养模式包括有国家统招、委培和代培等;学位类型也不同,有学术型的还有专业硕士;此外,考试形式的不同也使得研究生的分类方式不一致。这些不同类型、不同模式下的研究生学习和教育过程也不尽相同,而研究生档案作为一种记录研究生在校期间个人学习、实践和生活的文件,必然会呈现不同的特点,更加具有鲜明的个体特征。因此,研究生档案的收集程序和方式就需事先转变,使得到的档案知识更加系统、全面,更有利于满足用户日益增长的个体化的、专业化的需求,而信息技术能够帮助管理人员在扩大收集范围的同时更加快捷、方便的收集信息。
(二)逐步推进个体化的档案管理工作
研究生的档案既具有一般学生档案的共性,也体现了自身独特的方面,源于研究生教育和学习的专业化和个体化。研究生阶段的学习在不同的年级、不同的时间段都会体现出不同的特点,而且更加庞杂,正如上文所言研究生在入学之初首先要经过公共课的学习,其次进入专业课程方向和领域的学习,此外还要按要求参加调研和实习活动,并进行科研活动、发表科研成果,以及参加中期的考核评定、毕业论文写作与答辩,最终进行学位审定获得学位顺利毕业。在这些不同阶段中,档案的收集和管理工作的重点和难点也各不相同,在研究生学习的一、二年级中,档案工作可以遵循研究生培养方案所确定的程序和规章进行及时的收集和编码、归档。但在进入后期,研究生的档案材料,尤其是科研和社会实践调研的档案材料需要相关的院系和科研小组进行收集和整理,最终由档案管理部门进行归档。信息技术的优势不仅在于能够大量的处理信息,在个性化定制方面也有人工无法比拟的优势,通过信息技术的利用有利于个体化、定制档案工作的实现。
(三)充分利用研究生档案的科研性和知识性
研究生档案汇集和研究生在校期间的学习和科研活动,具有很强的科研型和知识性,档案管理者应借助信息技术尤其是网络技术的不断发展加强对其的利用,采用多种方式和途径提取有用的科研信息为在校学生及其他用户提供更加有益、高效和人性化的服务。
(四)提升研究生档案管理和服务的质量
研究生规模和人数的扩张使得档案管理工作中需要处理和分析的信息也随之增加,传统的手工收集和处理方式显然已经无法满足当下的研究生档案管理发展要求了。档案管理部门和人员都应当引入更为科学和现代化的管理思想和技术手段,充分利用网络技术来实现档案管理工作的优化和升级,从而实现研究生档案管理的科学和规范,进而逐渐的提升管理质量。此外,借助信息系统对档案加以整理、汇集和分析,对各种有用信息进行提炼和汇总,为用户提供更高层次的检索服务。
关键词:生物信息学;医学;教育;建议
生物信息学(Bioinformatics)是一门发展迅速的生物学分支学科,由生物学、计算机学、信息管理学、应用数学及统计学等多门学科相互交叉而形成,本质是利用计算机技术解决生物学问题,通过信息的处理和整合实现发现和创新。它主要包括以下3个方面的内容:①生物数据的收集、整理、存储、检索、加工、分析和整合;②生物系统和结构的建模;③与生物科学相关的计算机技术的应用,这个范围还在不断的扩增中[1]。医学生物信息学是指以医学研究和临床应用为中心开设的生物信息学,本文讨论的内容主要围绕医学生物信息学展开。近20年来,互联网、数据库和计算方法的发展,为生物信息学的研究提供了更为广泛和灵活的方法;多种模式生物基因组测序的完成,功能基因组、蛋白质组研究的开展,各种高通量生物实验技术快速发展为生物信息学,提供了更大研究空间的同时,也对海量的生物学数据进行有效地挖掘和整合提出了严峻的挑战;而以基础研究与临床医疗结合为宗旨的转化医学的兴起对衔接二者之间的桥梁———生物信息学,提供了广阔的应用空间。对生物信息学人才的热切需求,以及上述机遇和挑战导致了生物信息学专业在全世界的蓬勃发展。以美国为例,在1999年之前,全美只有6所大学设置有计算生物学与生物信息学专业,而到2002年,则有31所大学设置了计算生物学与生物信息学专业博士学位,其中有12所大学是在2001年~2002年之间设置的这门专业[1]。这些大学通常以生物学、生物统计学、计算机科学或者生物医学信息学为依托设置这门专业,不同大学对该专业学生的培养模式也有所不同。在我国,很多高等院校将生物信息学作为专业课程设立,医学高等院校也逐步将其作为基础课程或选修课设立。作为一门新生学科,生物信息学在大部分院校尚处于探索阶段,没有成熟完善的教育模式可以借鉴[2]。在这种情况下,来自前期已毕业学生和用人单位的反馈意见对生物信息学教育模式的总结提高具有重要意义。作为一名临床医师和医学研究人员,笔者深刻体会到在实际工作中,无论是自身合理应用生物信息学知识进行思考和设计,还是找到能够迅速融入并满足实验室研究和临床工作需求的生物信息学专业人才都不是一件容易的事情。因此,本文作者就自己的一些切身体会,结合文献和思考,对我国医学生物信息学人才培养列举了一些意见和建议,希望能够在生物信息学教学模式的完善中起到微薄的助力作用。本文着重探讨信息技术在医学领域中的应用,侧重于医院信息管理和信息系统建设方面的医学信息学(Medical Informatics)不在本文讨论范围内。理想的医学生物信息学人才培养目标应该是这三类人的集合:①计算机专家,掌握计算机算法、计算机语言、软件、数据库结构和相关知识框架,以及硬件知识;②生物信息学专家,具有熟练应用计算机储存、处理、分析和整合相关生物信息的能力;③基础研究或临床工作者,具有查阅文献,提出生物学或临床医学问题,合理使用上述生物信息学来思考、设计和解决问题的能力,并能收集和正确提供用于研究的初始数据。结合我国实际情况,想让临床医学专业学生或医学生物信息学专业学生同时完成以上3个方面的培训显然不切实际。理想的培训模式,是通过对临床医学专业和医学生物信息学专业学生不同侧重的培训,再通过二者的合理分工和配合,来满足以上3个方面的需求。对医学院校学生,尤其是医学研究生,生物信息学培训的内容应侧重于对其计算思维能力和信息学应用能力的培养,目的是使其能熟练地从生物信息学角度发现和提出生物学或临床医学方面的科学假设,针对该假设设计合理的研究方案,并为后续研究提供正确的初始数据;对以生物医学为中心的信息学专业人才培养,内容应侧重于对其计算机技术和生物信息学在医学实践应用方面能力的培养,目的是与前者配合,指导并帮助其完成科学假设的设计,对前者提供的初始数据进行管理、存储、检索、分析和整合,以及完成更高要求的计算机技术方面的应用,例如应用软件的设计,生物系统和结构的建模,等等。
1 医学生的计算生物学与生物信息学思维培养
本部分特指医学专业学生的生物信息学教学,部分医学院校开设的医学生物信息学专业教学将在下一部分中提及。无论是医学基础研究,还是以循证医学为代表的临床研究,生命科学研究的一般过程,都遵循发现问题资料查询预实验提出科学假设设计实验验证假说资料查询和结果分析科学理论总结的基本思路[3]。在这个过程中,计算生物学与生物信息学不仅是进行资料查询和结果分析的重要工具,更应是在提出科学假设和实验设计阶段就需要贯彻执行的理念和思维方式。换言之,具体的生物信息学与分子生物学实验一样都是验证生物医学假说的实验方法,是将一个生命科学假设用计算和信息学思维方式表达和实现的过程。在我国,绝大部分医学基础研究和临床研究课题都是由医学院校毕业的临床工作者设计和申请的。由于临床医师大都承担了繁重的临床工作,申请者亲自完成课题的机会很少,获批课题的具体实施及数据管理、存储、检索、分析和整合多由研究生或实验室工作人员负责。因此结合我国的实际情况,将生物信息学与具体课题耦合,即将一个科学假设用计算和信息学表示并有效实施的思维和实践培训,才是医学生生物信息学培训的中心内容。由于我国临床医学教学采用长学制(5年、7年或8年)教学,对实践性和针对性都很强的生物信息学而言,过早或过于笼统的培训都显得意义不大,所以笔者认为针对医学生的生物信息学培训安排在研究生阶段是比较合适的,教育中心是以医学研究需求为指导,强调信息学思维培训和实践操作。具体提出的建议有两点,一是根据学生专业背景调整理论教学内容。医学院校学生的数理基础、计算机基础及统计学理论基础不能和工科院校的学生相比,医学专业包括基础医学、临床医学、口腔、预防等专业,涉及广泛,各个专业背景的学生对这门课程的需求不尽相同。因此在理论课程上,要根据不同的专业背景和研究内容形成“个性化”的培养方案,目的是让学生有选择有针对性地掌握相关生物信息学内容,例如数据库的类型和选择,常用软件的种类和应用等,同时又不会对过于高深的生物信息学理论产生反感。二是结合研究生阶段的课题,开展研究内容模拟和实践操作练习。为了更好的配合研究生阶段的课题,可将《生物信息学》开课时间调整到研究生阶段的第三学期,即在学生进入课题研究阶段之后,让学生在清楚面临的课题内容后,有针对性地学习在完成课题过程中要使用到的知识、工具和解决问题的思路,包括文献查阅、保存、编辑,核酸序列查找和同源性比对及进化分析,PCR引物设计,基因功能、结构预测,调控元件及转录因子预测,蛋白质基本理化性质分析,跨膜区及信号肽预测,二级结构和空间三维结构的预测等。这样学生的学习兴趣和效率会大大提高。为了解决上课时间与课题时间冲突的问题,可以采用生物信息学授课老师加入导师组成员,通过网上教学和答疑、夜间授课、集中授课与个别指导结合等多种方式灵活解决。
2 以医学为中心的生物信息学专业人才培养
如果说对医学生进行生物信息学教育的目的是使其学会将一个生命科学假设用计算和信息学表示,并正确提供初始数据,那么以医学为中心的生物信息学专业人才培养的目的,就是使其学会用计算机学和信息学处理并证实科学假设的过程。具体的内容包括,与实验室工作人员和临床医生配合,从计算生物学与生物信息学角度指导并帮助其完成科学假设和课题内容设计;在课题实施阶段对后者提供的初始数据进行管理、存储、检索、分析和整合,以及满足后者更高要求的计算机技术的需求,例如应用软件的设计,生物系统和结构的建模,等等。目前,计算生物学与生物信息学专业研究生的培养模式主要有3种:①以生物学为中心的多学科培养模式。理论教育以生物学为中心,在6~9个学期内陆续完成生物学部分课程(相当于普通生物学系1/3~1/4课程)的选修,然后根据兴趣和实际情况选择一个相关实验室完成研究生课题。这种培养模式被大多数综合大学采纳。②以工程设计为中心的培养模式。③以医学为中心的培养模式。指以医学研究和临床应用为中心设置计算生物学和生物信息学,绝大多数由医学院校设置,侧重生物信息学与临床医学的结合。在进入课题阶段之前会有1~2年临床相关概念和信息的培训,主要开设的课程包括生物学、细胞生物学、分子生物学与基因组学、化学与物理学、计算机科学、数学和统计学等,甚至包括部分医学课程,后期实践阶段通常选择一个相关实验室完成研究生课题。总的看来,医学生物信息学基础课程设置与国际趋势相符,也符合以医学为中心计算生物学与生物信息学的培训要求。但从近年生物信息学专业研究生就业情况来看,确实存在素质参差不齐,学不能致用,不能很快融入研究工作等问题。笔者认为,这种现象可以从三个方面加以改进:①以职业发展和学位教育为导向,建立多层次、多形式的医学信息学教育和继续教育体系。各医学院校可在统一专业培养目标和定位的基础上,根据自身的学科基础和特色,结合学生毕业后的工作领域和就业方向,形成“个性化”的专业方向和培养方案。②加强师资力量的建设,形成以课程为中心的教学团队。现有医学生物学教材内容宽泛、偏重理论,对实践环节的指导较少,需要授课老师有选择的挑选合适的内容并予以补充和完善。这对授课教师的素质提出了更高要求,要求其能根据实际情况因材施教,有所取舍,强化重点。目前,各院校教学团队和师资力量配备受限,建议可以课程为中心,培养、引进学术带头人,从其他专业挑选骨干教师兼任等多种形式,形成以课程为中心的教学团队。③实践教学与综合能力的培养。生物信息学是一门实践性非常强的学科,要将“学有所长,学以致用”作为人才培养的最终目的。可以通过构建开放式实践教学平台,建设实践教学基地等方式尽可能强化实践操作训练[4],后期部分学生可以结合个人兴趣,本着双向选择的原则,将实践阶段训练固定到导师和实验室,并安排其参与完成某一项课题的设计、实施和总结,在整个过程中要特别注意培养学生的学习兴趣和自学能力,强调知识的自我更新。
综上所述,医学生物信息学人才培养的最终目的是使生物信息学能满足现代医疗和医学研究发展的需要,使医学生物信息学人才成为有效连接基础研究与临床医疗的桥梁,为现代医学的发展提供新途径[5]。
参考文献:
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关键词:计算机辅修;人才培养;教学体系
文章编号:1672-5913(2017)07-0006-03
中图分类号:G642
1 背 景
随着科技的飞速发展,人才知识结构由单一学科向多学科、复合型的发展成为必然趋势。推进学科的交叉与融合有利于新兴学科的发展与成长,更有利于产生原创性科研成果,培养出世界级的学术大师,服务于国家战略和社会重大需求。
哈佛大学前校长博克曾指出:“本科生应该通过主修一个学科获得大量深入的知识, 并且通过几个不同学科的学习获得大量广博的知识。”[1]清华大学计算机科学与技术系从2002年开始开设计算机辅修专业,培养非电子信息类学生的信息素养,促使他们较系统地掌握计算机硬件、软件与应用的基本理论、基本技能与方法。迄今为止共录取689名学生,毕业317名学生。学生主要来自于工物、精仪、机械、水利、汽车、航院、建筑、经管等专业。目前在学学生241名(包括外专业的研究生),学生数量相当于计算机系本科生的一半,学生来源覆盖大部分工科院系。
2 招生与录取――统筹兼顾,甄选优质生源
清华大学计算机辅修专业设置之初,考虑到学生主修专业课程比较重,只有学有余力的学生才适合辅修计算机专业,因此录取辅修专业人数控制在30人左右。伴随着计算机专业的迅猛发展,近5年每年报名计算机辅修专业的学生人数都是120~140人左右,我们的录取原则是挑选综合成绩优秀、数学基础扎实的学生,录取率一直控制在50%左右。考虑到计算机专业与各个学科的渗透与融合,录取时还尽量兼顾各个专业。学生来自于不同的工科院系,这为学科融合提供了良好的平台。近几年学校新增了8个辅修专业,包括机器人技术创新创业、智能硬件技术创新创业等热门专业,但是这并没有影响到计算机辅修专业的招生。凭借我系国际学科排名的日益提升以及良好的师资,项目的招生依然火爆,历年招生人数如图1所示。
3 培养过程――注重实效,机制灵活
我们以让学生真正掌握专业知识而不仅是一纸证书为出发点,制订了灵活的培养机制。学制3~5年,学生即使主修专业毕业,而辅修尚未完成,也可以在读研期间继续修读至研究生二年级结束。这样就让一些对计算机专业有兴趣的,但是主修专业压力比较大的同学有充足的时间修完相应课程。随着国际化的发展,更多的同学有机会去国外大学做交换,我们也相应调整了政策,学生出国交换期间在国外的大学选修辅修相关课程并且合格的,经任课老师审核课程大纲后可以认定为辅修项目的专业课程,也可以计入学分,这样就避免了因出国交换而导致学生延期毕业。
清华大学理工科院系考虑到本专业与计算机学科的交叉融合,在制订培养方案时都规定了计算机相关课程的学分,如“计算机程序设计基础”与“计算机硬件技术基础”是很多院系的必修课或者限选课,而这两门课程也是辅修专业的核心课。在这种情况下,我们从实际出发,让一门课程主、辅修兼用,但是如果有两门课程兼用,则需在选修类课程中再多选一门。这种灵活的培养机制让学生受益。
4 课程设置――培养计算思维,夯实专业基础,注重应用课程
我们从培养计算思维入手,再通过5门专业必修课程为学生打下较为扎实的专业基础,最后提供多种选修课程,提高学生在实际中的应用能力。
1)培养计算思维。
考虑到各个专业均有编写程序的需求,我们提供了Java、C++、VC++ 等多门编程语言选修课程,多种设计语言充分满足了不同专业同学的需求。我们提供的C++与Java都是国家级精品课,授课教师也是国家级教学团队的成员,所用教材都是授课教师积多年之功编写的。郑莉老师的《C++语言程序设计》是立体化教材,从第一版到第四版,多次入选国家级规划教材与北京市精品教材。所有语言类课程全部采用边讲边练的实践教学模式,通过大作业培养学生发现问题、分析问题与解决问题的能力,让学生把知识转化为技能。
2)夯实专业基础。
离散数学、人工智能导论、软件工程、数据结构、计算机硬件课程/计算机组成与系统结构等5门专业必修课程从软、硬件两个方面为学生打下了扎实的基础。数据结构是计算机科学的关键内容,也是构建高效算法的必要基础。学生多次反馈数据结构让他们在设计程序r思路更加开阔,写起程序来更加得心应手。
3)注重应用课程。
提供3类8门选修课程,让不同专业的同学根据兴趣爱好与专业需求进行选择。表1是计算机辅修课程培养方案。
5 构筑高质量的人才培养平台
清华大学计算机科学与技术系拥有的国家级教学团队在教学研究、教学改革、教学组织、队伍建设、教材与教学资源建设、精品课程建设、实验实践教学和学生综合能力培养方面进行了卓有成效的探索和实践。最早在全国推出计算机基础教育课程系列教材并率先进行立体化教学资源建设,研制的网络教学平台及资源在全国同领域的教学改革中发挥了重要作用。先后获“国家级教学成果二等奖”2项、“国家级优秀教材二等奖”2项、教育部中国高校科学技术奖自然科学二等奖1项、“北京市教学成果一等奖”3项,出版面向21世纪教材、十五、十一五国家规划教材和北京市精品教材20余部。教学团队多位成员入选清华大学“清韵烛光・我最喜爱的教师”、清华大学毕业生心目中的好教师、清华大学优秀青年教师等。
计算机技术近30年来一直处于发展中,清华大学计算机科学与技术系教师长期工作在科研的第一线,他们把科研成果和最新的学科发展动态及时融入教学中。同时MOOC的出现也为辅修专业人才培养提供了新的契机,辅修专业核心课程“数据结构”作为清华大学首批5门MOOC(同时也是国内首批MOOC)之一,同时通过和平台,分春、秋两个学期面向全球开设,课程上线后好评如潮,并于2015年入选“全球MOOC排行榜Top 50”。另一门C++在线课程入选中国高校计算机教育MOOC 10门优秀课程之一。辅修的学生可以自由利用时间来预习、复习,为辅修学习提供了更多的便利。
6 助力主修专业,负笈国际名校
到目前为止,计算机辅修专业毕业的学生来自于24个院系(见图2),极大地促进了学科之间的交叉与融合。来自于化学系某同学在调查问卷中写道:“就化学专业来说,很多方面都和计算机学科有交叉,如理论化学,常常需要写程序去进行计算,另外,像仪器分析这方面也会用到计算机方面的技能,如应用设计仪器的配套软件等。感觉收获比较大的是数据结构这门课,学完这门课之后才真正感觉到写起程序来更加得心应手了”。来自于生命学院的某同学写道:“我觉得计算机技术可以为生物研究提供更好的技术,比如生物信息学就是这两门学科的一种交叉,又如目前基因组测序中涉及的拼接问题就是计算机图论研究的对象之一。”环境学院某在读博士生写道:“我博士期间的研究涉及建模及统计分析,计算机辅修专业对我的研究帮助很大,为我打下了良好的建模编程基础,极大地提高了科研效率,并拓展了研究视野,为后续的学科间交叉研究提供了可能。”
很多学生也凭借计算机辅修专业申请到了国外名校的计算机专业,在2014年毕业的50名同学当中,有5名被麻省理工学院、卡耐基・梅隆大学、哈佛大学、哥伦比亚大学与信息技术相关的专业录取。他们毕业时感慨地说:“辅修专业为我们敲开了美国名校计算机专业的大门。”
7 总结与展望
计算机辅修专业为打破专业壁垒,促进学科融合,培养创新型人才搭建了平台。然而与国外著名大学的辅修项目相比,我们的课程虽然覆盖计算机相关基础领域,但数量偏少,课程选择不够灵活,同时需要更多的实践环节。未来我们计划在更新培养方案、增加课下活动等方面着力,具体包括:
(1)增加课程数量。参考卡耐基・梅隆大学“软件工程”辅修项目,该培养方案要求总计是6门课程,外加8周的全时实习。在3门任选课组里,每个课组都是十几门课程。同r,我们也计划赴各个院系调研,了解他们的专业需求。我们将根据实际情况增加选修课程,让各个专业的同学有更多的选择空间。
(2)增加班级集体活动。组织他们参观IT企业,感受企业文化,了解工业界最新发展态势。
(3)共享计算机系的前沿讲座,增加与系内同学的交流,多方促进跨学科的交叉。
(4)加强学习指导。让学生处理好主修与辅修专业之间的关系,提供学业指导,促进学科融合。
教学与科研相结合是培养高素质研究生的有效途径。高水平的人才培养是通过研究生高水平的学术成果来反映的,高水平的学术成果主要源于大量的高水平的科学研究,而严格的教学环节在培养研究生扎实的学术功底、严肃的科学态度、创新性的思维,以及在产生高质量学术成果方面起到了一个关键的基奠作用。本文从研究生网络课程教材体系建设中需要注意解决好的四个问题出发,讨论计算机及相关专业硕士研究生网络课程教学与教材体系建设思路、教材体系建设与教学方法改革问题。
1研究生“计算机网络”课程教学与教材体系建设的指导思想
在研究生网络课程教材体系建设中需要注意解决好四个问题。一是课程内容的先进性与前瞻性问题;二是研究生与本科课程内容的衔接问题;三是理论教学与能力培养的并重问题;四是自主学习和因材施教问题。
1.1课程内容的先进性与前瞻性问题
研究生的教育必须突出“研究”,教材要能够反映学科前沿的研究成果与发展趋势。一本好的研究生网络教材或教学参考书应该是:在保持网络理论体系的基础上,跟踪当前技术的发展,综述最新研究的领域、课题、方法、成果与趋势,让读者能够直接了解当前研究的前沿问题、方法、进展与趋势。
与传统的数学、物理、化学学科相比,计算机学科应用性人才培养的要求更高,技术发展速度更快。而在计算机学科中网络技术的发展与知识更新的速度尤为突出。因此,保持计算机网络课程内容的先进性与前瞻性更为重要,也更加困难。因此要很好地解决这个问题,必须将教学与科研工作紧密地结合在一起,发挥科研教学团队的作用,以高水平的科学研究支持高质量的课程与教学体系的建设。南开大学网络实验室在多年来一直注意开展以下几个方面的工作:
(1)通过科研预研工作实践,了解当前热点问题的研究现状与进展。
(2)跟踪美国ACM和IEEE/CS最新制定的计算机学科课程体系,重视学术交流。
(3)跟踪和浏览国外知名大学教学网站,研究和了解网络课程教学内容、教材与主要参考书,以及作业与实验、教学方法与教学过程控制方法改革的动向。
(4)选择国际流行教材,分析如何处理新的技术发展与教学内容的关系,梳理技术的内在关系与发展主线。
(5)跟踪国际知名网络设备制造商与网络软件公司的研究工作,以及技术认证与考试内容的变化,了解产业界对技术与人才需求的变化。
(6)参与信息化规划与建设工作,通过与产业界、政府各级管理人员的合作,了解我国信息化发展的现状与社会对网络人才的需求。
以上工作在我们把握研究生教材内容的先进性与前瞻性方面起到了重要的指导作用。
1.2本科与研究生课程内容衔接问题
计算机及相关专业的硕士研究生一般在本科阶段都修过计算机网络课程。同时,由于学生不是来自一个学校或同一个本科专业,所以学生在网络技术方面的基础差异很大。这个问题在研究生招生规模扩大后更为突出。教师很难在某个起点上安排教学内容。任课教师比较为难,照顾到基础比较差的学生,基础好的学生认为“吃不饱”;考虑到基础比较好的学生,基础差的学生反映“跟不上”。无论老师想什么办法,都无法解决好这对矛盾。这是在很多大学都很普遍的问题。经过多年的实践我们逐渐认识到:要保证教学质量,必须根据研究生培养目标,改变教学方法,强调“自主学习”和“因材施教”。要为实现学生的“研究”、“自主”学习和教师的“因材施教”创造条件,就必须从课程教学目标定位入手,研究本科与研究生教学一体化、理论教学与能力培养一体化的网络教材体系。
1.3理论教学与能力培养并重问题
团队成员通过总结多年指导研究生学位论文的体会认识到,学生的实际工作能力需要他们在参加科研项目和完成开发任务的过程中提高。在多年指导和审阅相关学科硕士与博士学位论文的过程中,导师们深刻地感觉到:有相当比例的研究生在本学科领域眼界不宽,网络应用系统设计与编程能力亟待提高。如果能够在他们准备学位论文之前认真地训练这一方面的能力,那么他们的论文的研究深度与论文水平还能够有较大幅度的提高。研究生能力培养可以通过网络环境中的课题、大编程量的训练来实现。提高网络软件编程的实际工作能力对于研究生今后的研究工作与就业将会有很大的帮助。而这些编程课题应该是由教学科研团队从研究工作与开发的课题成果中提炼出来,将科研成果有选择的转化为“近似实战”的研究生训练课题。这种训练对学生深入理解网络原理与实现方法会有很大的帮助,对于日后的科研工作和提高学位论文质量也是很有益的。
1.4自主学习和因材施教问题
从研究生自身学习的角度应该强调“研究性”与“自主性”,学生应该变被动的“听课、做笔记”转向主动的、研究地学习和提高。从任课教师与导师角度应该强调“因材施教”。
从我们多年的教学经验看,同一届的研究生实际能力差异都很大。研究生教学更多的应该是根据不同的学生、不同的研究重点、不同的起点,有不同的训练方案,不能没有区别。导师的因材施教应该体现在:指导学生根据自己的基础、研究方向,选择不同类型、不同编程量,或不同的难度级的课题自主的完成训练,循序渐进地提高实际能力。教师要做到这一点,需要做很多艰苦细致的工作和积累很多教学资料。经过10多年的积累与团队成员的集体努力,我们初步完成了一些基础性的工作。
研究生教材不应该仅是一本一学期使用的教科书,更应该是一本技术参考书,甚至是一本手册。导师可以根据需要选择教材中部分内容,作为基本的学习要求。学生学习的过程应该在导师的指导下有选择地自学和阅读,完成编程训练。有些内容可能第一次仅仅是读过和了解,如果今后科研、开发工作需要,可以再回过头来继续阅读和参考。
为了适应研究生“研究性”与“自主性”学习的要求,我们设计的《计算机网络高级教程》内容的覆盖范围宽,涉及当前网络研究的多个领域;《计算机网络高级编程技术》总的编程训练量大,问题近似实战,难度差异也比较明显。为了有利于学生自主学习,我们对每个课题都提供了入门所需要的资料、工具与实现方法的范例,学生可以通过自学的方式完成训练要求。
2 《计算机网络高级教程》教材的编写
研究生教材体系由《计算机网络高级教程》与《计算机网络高级软件编程技术》两部相互配套的教材组成。主教材《计算机网络高级教程》重点讨论了网络研究的最新发展与研究的热点问题,力求达到“反映计算机网络前沿研究成果与发展趋势”的要求。
《计算机网络高级教程》分12章按网络技术发展的三条主线讨论了技术的演变与发展。其中:
第1章对网络技术研究与发展的阶段、重点问题和基本概念,以及各个阶段的标志性技术作了一个概要的总结。
第2章讨论了广域网(WAN)技术的演变与发展趋势。
第3章讨论了局域网技术,尤其是对高速局域网(Gigabit Ethernet与10 Gigabit Ethernet)和无线局域网(WLAN)技术作了较为系统地讨论。
第4章讨论了城域网(MAN)概念的演变,以及宽带城域网组建技术与接入网技术。
第5章对IPv4协议近年来的发展与演变过程作了较为全面地总结和讨论。
第6章对IPv6的基本内容与应用方法进行了较为系统地介绍。
第7章对移动IP的基本概念与关键技术作了系统地介绍。
第8章对传输层分布式进程通信的概念,以及TCP、UDP协议进行了系统地讨论。
第9章对应用层协议与Internet应用系统设计技术进行了系统地讨论。
第10章对无线自组网络(Ad hoc Network)与无线传感器网络(WSN)、无线网格网(WMN)的概念、特点、体系结构,以及关键技术的研究与进展作了比较全面地总结和介绍。
第11章讨论了网络安全与网络管理技术。
第12章对国外大学与产业界在评价研究成果时常用的网络性能分析开源工具、网络模拟开源工具及其应用进行了系统地介绍。
在准备这本书的资料和写作的过程中,作者有两点体会最为深刻。一是尽管Internet技术与Ad hoc网、WSN、WMN在设计目的、应用的领域与技术特点上差异很大,但是在研究方法上基本上是相通的,并且在高层又都汇集到Internet之中。二是尽管作者认真地在这个领域已经工作了20多年,但是网络技术发展得实在是太快了,个人的研究工作与阅历不可能涉及到各个领域。个人与团队的研究工作也只能是限制在网络技术中的几个比较窄的方面,深度也十分有限。因此在系统地总结网络技术领域的研究与进展时感到难度很大。尽管也经常与同行交流和请教,仍然是力不从心。但是本着对学生学习负责的态度,还是坚持完成了写作任务。这部教材应该说是汇聚了很多人的研究心血,作者只能是将个人能够理解的部分按照自己的思路整理出来,以便读者学习和研究。作者试图在相关章节的后面注明某些研究工作总结与论文的出处,以及相关的参考文献、文档与标准,请有兴趣的读者自己去阅读相关的文献与标准。
3 《计算机网络高级软件编程技术》教材的编写
高素质创新性计算机人才应具有较强的实践能力。社会对网络人才的需求十分强烈。但是真正懂网络技术,能够具备深入到网络协议内部的高层次网络应用系统设计和网络软件编程能力的软件人才是非常缺乏的,也是社会急需的高级人才。研究生要能够做出有自主知识产权、创新性的成果,就必须踏踏实实地苦练内功。编著《计算机网络高级软件编程技术》一书,是希望对高级网络软件人才的培养贡献一点力量。
《计算机网络高级软件编程技术》的特点可以总结为以下几点。
(1) 在总结了20多年科研工作经验与研究生教学工作实践经验的基础上,构思了教材的写作思路与全书的内容结构。
(2) 参考了国内外知名大学网络课程训练与著名信息技术企业在员工网络软件编程训练中的相关资料与文献。
(3) 结合了网络技术在Internet、无线网络与信息安全等3条发展主线,总结提炼出22个网络软件编程题目。
摘 要:本文在分析非计算机专业“大学计算机基础”教育现状的基础上,结合从事教学和科研的实际体会,提出了以“致用”为导向的教学研究,重点强调“一师、二书、三法”的具体实施方案,并加以实践。
关键词:学以致用;大学计算机基础;教学改革
中图分类号:G642 文献标识码:B
1 引言
“大学计算机基础”不仅是大学阶段计算机基础知识和操作应用的必修课程,也是适应社会信息发展要求的一门公共基础课程。按照教育部的要求,2001年前全国所有高中都要开设信息技术课程,2005年前全国所有初中都要开设信息技术课程,到2010年前全国所有小学都要开设信息技术课程。针对这种趋势,高校计算机基础教育的形势发生了巨大的变化。一方面,随着我国中小学信息技术教育的逐步普及和发展,高校新生计算机知识水平的起点逐年提高。另一方面,计算机的应用技术与专业教学、科研结合更加紧密,专业对学生的计算机应用能力要求更高[1,2]。而国内大多数高校的计算机基础课程现有的单一讲解教学模式,势必存在许多问题[3]。为提高教学质量,必须构建计算机教学的新理念、新视野、新方法。为此,本文针对“大学计算机基础”教学中存在的问题,结合实际教学情况,对非计算机专业提出以“致用”为导向的教学改革方案,不仅培养学生利用计算机解决实际问题的能力,而且使学生具有随计算机技术的发展自行提高应用水平的能力。
2 “大学计算机基础”教学现状
近年来,我国计算机基础教育与实际的需求相比,尚存在一定的差距。教学现状主要存在的问题总结如下:
(1) 教学方法传统落后。传统的教学方式,一切由教师决定,虽然许多教学方法,如任务驱动法、抛锚法、问题教学法、情景教学法、案例教学法等在教学中取得了很好的教学效果,然而有时候为了达到讲解某个问题的目的,对问题或情景做了非常逆心的设计,从而忤逆了知识的内在联系和关联性。学生出现了“一听就懂,一问就会,一做就错”的局面。同时,高校招生规模的扩大也加剧了高校教学资源的不足,大多数高校采用了合班上课。
(2) 教学内容过时,理论与实际操作脱节[4]。计算机软硬件技术发展变化令人目不暇接,软硬件技术不断升级换代,而教学内容中计算机新技术介绍的很少,而且教学脱离实际,只是教会学生如何操作,忽视了对学生“计算机意识”的培养,很少教会学生如何有效地使用和在自己的专业中使用计算机等。
(3) 学生学习兴趣不高[5]。由于各个地区客观条件差距较大,导致学生关于计算机知识和技能差异很大,基础差的自卑,基础好的骄傲。同时学生对课程认识不到位,觉得学习该课程用途不大,态度也不认真,甚至部分学生学习目的不明、自律差导致沉迷网络。
(4) 师资队伍力量薄弱。目前担任“大学计算机基础”教学的老师不乏有高职称、高学历,但是很少人研究这门课程,某些年老的教师对熟悉的内容多讲,不熟悉的内容照本宣科,而年轻的教师又缺少教学经验。
3 以“致用”为导向的“大学计算机基础”教学研究
以“致用”为导向的“大学计算机基础”教学模式,是对“因材施教”的最大化实施,教师针对具体的情况对学生进行引导,从知识如何应用、什么情况下应用,从让学生学变成了学生想学。强调学生学会将理论知识“应用”于实践,将知识转化为“能力”,从而具备进一步自学的能力,学会学习,学会对知识进行“权变”,从而“学以致用”,这不仅仅是重在应用,更重要的是以我所学,为我所用,把所学的知识融会贯通,学会举一反三,变成自己的一部分,在生活、学习、工作中,不断得到提升,提高自己的工作效率。当然,以“致用”为导向的教学并不是放弃理论的学习,需兼顾必要的理论知识学习。具体的实施可概括为“一师、二书、三法”,如图1所示。
图1 以“致用”为导向的教学方案
(1)“一师”:指的是入门指导教师。“大学计算机基础”的内容覆盖面广、知识衰减期短、技术淘汰快,要想快速掌握,首要条件是让知识有机组织。生动清晰的脉络不仅能培养学生学习的兴趣,而且能改变学生“眼高手低”的观点,而最重要的是得到高素质教师的指引。
(2)“二书”:指的是教材和教学资源。教师是“引路人”,而教材是学生学习的“垫脚石”。教材的好坏、知识点的论述与组织对学生都有一种“先入为主”的效应。好的教材不仅让学生不会感到知识的乏味,而且能够引发学生创造性思维,点燃学生求知欲望。教材的编写应根据学生的特点,以人才培养的应用性、实践性为重点,不仅要让学生学会计算机的基本操作,而且要掌握计算机的基本原理、知识、方法和解决实际问题的能力,并具有较强的信息系统安全与社会责任意识。同时,面对众多的网络教学资源,可以发动学生一起建立“大学计算机基础”的“一门式”教学网站,构建立体化的教学资源库。
(3)“三法”:指不同的教学方法灵活应用,对不同的知识点、不同专业学生,教师应该灵活变通,采用适当的教学方法,不能“一刀切”。讲授法、演示法、启发式等多种教学方法的合理运用,能充分调动学生的学习积极性。同时在教书育人过程中,要把握住学生各专业的特点,结合专业知识、专业需求来讲授计算机基础知识,力求计算机基础知识与其专业知识有机结合。以应用为导向的教学模式,教师在重新构建教学内容上下功夫,不仅“授人以鱼”,更要“授人以渔”。注重学生兴趣的培养。从传统的“学到什么”向“如何学”转变,从注重知识传授向注重能力培养转变,培养学生探索和发现问题的习惯和解决问题的能力。
4 以“致用”为导向的教学研究在“大学计算机基础”教学中的实践
4.1 建设一支高素质的师资队伍
我院目前担任“大学计算机基础”教学的教师人数有43人,多数来自重点院校,年龄结构合理,35岁以下的教师占53.5%,35~45岁的教师占44%;研究生学历者40人(博士10人,硕士30人),本科3人;高级职称13人,中级职称25人,初级职称5人。同时,特别在以下几个方面加强队伍素质建设:①重用有能力的教师。教师的能力与职称、学历不一定挂钩,对这门课有研究的年轻老师,充分运用其有精力、知识新、学习能力强等特点。②给教师培训、学习的机会。教师不仅通过自学提高业务水平,而且参加培训加强自身素养的提升,例如参加“高校Java课程暑期教学研修班”、“高等学校计算机基础课程教师高级研修班”、“Intel双核技术培训”、“UML-China的培训”等。③每学期组织教师听课,相互取长补短。课堂教学质量评价表分别从熟练程度、概念原理、内容深度、重点难点、逻辑条理、联系实际、启发性、课堂组织、语言表达、学术性、改革创新、教学效果12个指标进行评价,并给出建议。④建立研究生实验指导团。鉴于目前学生扩招所带来的影响和教师教研、科研任务繁重的局面,让每名计算机专业研究生负责两个班(约60人左右)的实验,配合任课教师的实验指导工作,让每位学生得到充分的指导。
4.2 教材修订
为适应“大学计算机基础”教学内容改革,根据教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会提出的“关于进一步加强高校计算机基础教学的几点意见”中有关于“大学计算机基础”课程教学要求,在充分的调研、座谈研讨的基础上,结合以往编写的3本教材,共同制定了新的教学大纲,并编写成为新的教材,并配套编制实验指导书,知识更新率达到60%。新教材共10章,前9章系统、深入地介绍了计算机科学与技术的基本概念和原理[6]。第10章是常用的应用软件介绍,有针对性地介绍了一些大学生在学习和生活中可能会接触和使用的各种计算机软件,对引导学生通过自学提高计算机应用水平,丰富计算机知识有很大的帮助,如图2所示。
图2 教材第10章脉络
全书将“学以致用”的理念隐藏于“字里行间”,同时,教材跟踪计算机基础发展的趋势,充分反映本学科领域的最科技成果;通过对教学内容的基础性、科学性和前瞻性的研究,实现教学与科研的有效结合,体现以基本理论为主体,构建支持学生终生学习的基础;要以加强人才培养的针对性、应用性、实践性为重点,调整学生的知识结构和能力素质,体现当前高等教育改革发展的新形势、新目标和新要求。
4.3 深化教学过程
(1) 教学方法多样化,激发学生积极性
对于不同的知识点,使用不同的教学模式。例如,对于“计算机网络”方面的知识使用“虚与实相结合教学模式”[7],对于“软件技术基础”使用启发式教学[8]等。对于有些知识点,让学生分组归纳并制成演示稿,在课堂上让学生讲,学生点评,老师指导。不仅让学生有自己表现的空间,而且也让学生亲身体会备课、讲课的过程,学会学习的过程中也学会做人。同时激发学生的学习积极性,让学习能力较好的同学带动较差的同学,让计算机高手与计算机盲在互动、配合之中得到了一个平衡、互补。
(2) 加强实验课教学
按国家大学计算机基础课程教学大纲要求,教学课和实验课的比例为1:1。实验过程注重培养学习兴趣和能力,注重引导学生进行探索式学习以提高自学能力,注重提高学生的创新意识。实验手册共选取了Word、Flash、Photoshop等7个必做实验和15个选作实验,充分发挥学生的主体作用。实验内容也留有较大的发挥空间,例如网页设计,可发挥空间较大,形式多样,内容丰富、风格迥异,可充分体现学生自己独特的创意;对多媒体的制作,只给学生一个主题,让学生发散思维,进行创意设计;对Word的实践,让学生设计个人简历等。
(3) 拟人教学,将理论知识人性化、案例化,形象生动地讲解和演示
结合“大学计算机基础”应用性强的特点,讲授各知识点时,都采用相应的实例演示,在演示过程中逐步引出各个知识点和概念。生动形象的实例演示,既能够激发学生的学习兴趣,又有利于学生掌握抽象的概念。例如在讲授第三章“计算机硬件体系结构”时,使用VRM(虚拟建模工具)构建计算机三维模型,如图3所示,不仅生动地演示了计算机的各个部件的情况,而且对计算机的各个部件之间的关系也进行动态演示。在讲授第六章“数据库应用”时,从学校的就业指导系统入手,进行案例式的展现。
图3 计算机三维模型及动态部件拆装演示
4.4 教学成果分析
2006~2007学年第二学期第十八周我院对全校近7000名非计算机专业学生进行统一的期末考试。考试内容符合“大学计算机基础”课程教学大纲的要求,有一定的题量,内容覆盖率达到90%以上,基本反映了本课程的主要内容和要求,如表1、2所示。分析了作者所教授的“公共事业”专业与其他专业对比,如图4所示,以“致用”为导向的“公共事业”专业的学生,大部分成绩在80~89之间,其成绩比其他两个专业要高。在后续的跟踪发现,运用新的教学方案,学生不仅能够掌握理论知识,而且在后续的学生、生活、学生工作中能够灵活运用所学的计算机技能,例如华南农业大学奥运观方站“奇迹”(scau. )成为华南赛区决赛第四强并参加全国总决赛。
图4 三个不同专业的考试情况
5 结束语
计算机基础教学是一项系统工程。提高计算机基础教学质量的关键是不断加强教师的自身建设,更新教学内容,促进教学模式、教学观念的转变,加强实践教学,才能培养学生成为具有探索精神和创新意识的主动学习者,才能全面地提高计算机基础教学的质量。实践表明,以“致用”为导向的教学改革使学生在短时间内能够迅速掌握“大学计算机基础”的基本概念、基本技能和应用,激发了学生对计算机技术的兴趣。为了巩固和加大教学的效果,还必须从教学的考核方面进一步地深化。
参考文献
[1] 刘三满.大学计算机基础教学改革实践及今后发展研究[J].现代教育技术,2007,8(17):107-108.
[2] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见(试行)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3] 王路江.高等学校文科计算机基础教学的形势与任务[J].计算机教育,2004,(5).
[4] 肖建琼.高校计算机公共课课程体系改革探索与实践[J].教育信息化,2005,(8):48-50.
[5] 李亚宁.“大学计算机基础”教学中的问题及改进[J].计算机教育,2007,(8):158-159.
[6] 徐东风主编.大学计算机基础[M].北京:中国农业出版社,2008.