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关键词: 电子技术课程设计 教学设计 教学过程
电子技术课程设计是在电子技术实验的基础上进行的综合性的实验训练,是电子技术课程的实践性教学环节,是对电子类和其他相近专业学生进行综合能力培养的实践课程,对于全面、系统、深入地理解与掌握电子系统的知识、设计方法具有重要的教学意义。
1.电子技术课程设计的重点与要求
本课程的重点是电路设计,内容侧重综合应用所学知识,设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求,通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力,培养学生创新实践的能力。
电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求,通过查阅资料、调查研究等,独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试,并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。
具体地说,学生通过课程设计教学实践,应达到以下基本要求:建立电子系统的概念,综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计;掌握电子系统设计的基本方法,了解电子系统设计中的关键技术;进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,掌握合理选用器件的原则;掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法;掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法;进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.电子技术课程设计的教学过程
电子技术课程设计是在教师指导下,学生独立完成课题,达到对学生理论与实践相结合的综合性训练,要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识,因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。
教学环节可以分为以下四个部分。
2.1课堂讲授。
课程设计开始前,需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学,明确课程设计的要求,主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。
在课堂教学环节中,指导老师介绍课题的基本情况与要求,要求学生从多个课题中选择一个。
2.2设计与调试环节。
2.2.1前期准备、方案及电路设计。
前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材,根据技术指标,进行方案分析、论证和计算,独立完成设计。设计工作内容如下:题目分析、系统结构设计、具体电路设计。
学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,通过论证与选择,确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,称为预设计阶段,包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图(原理图和布线图),此阶段约占课程设计总学时的30%。
2.2.2在实验室进行电路安装、调试,指标测试等。
在安装与调试这个阶段,要求学生运用所学的知识进行安装和调试,达到任务书的各项技术指标。
预设计经指导教师审查通过后,学生即可购买所需元器件等材料,并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路(并制作相应电路板),使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点,所需时间约占总学时的50%。
2.3撰写总结报告,总结交流与讨论。
撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告,不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面:系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外,还应对以下几部分进行说明:设计进程记录,设计方案说明、比较,实际电路图,功能与指标测试结果,存在的问题及改进意见,等等。
总结报告具体内容如下:课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。组装调试的内容,包括使用的主要仪器和仪表;调试电路的方法和技巧;测试的数据和波形并与计算结果比较分析;调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,列出系统需要的元器件清单,列出参考文献,收获、体会,并对本次设计提出建议。
2.4成绩评定。
课程的实践性不仅体现实际操作能力,而且体现独立完成设计和分析的能力。因此,课程设计的考核分为以下部分:设计方案的正确性与合理性。设计成品:观察实验现象,是否达到技术要求。(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力)实验报告:实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩:考查学生实际掌握的能力和表达能力,设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神,等等。
3.电子技术课程设计的步骤
在“电子技术基础”理论课程教学中,通常只介绍单元电路的设计。然而,一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此,一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计,还包括总体电路的系统设计(总体电路由哪些单元电路构成,以及单元电路之间如何连接,等等)。随着微电子技术的发展,各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现,电子系统的设计除了单元电路的设计外,还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要,不过从教学训练角度出发,课程设计仍应保留一定的单元电路内容。
电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。
虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同(尤其单元电路的设计),但总体电路的设计步骤是基本相同的。
电子电路的一般设计方法与步骤包括:总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。
4.电子技术课程设计的效果
学生经过这样系统训练后,各方面技能都通过考核,为后续课程的学习打下了扎实的基础。
参考文献:
[1]高吉祥,易凡,丁文霞等.电子技术基础实验与课程设计(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2006.
[2]杨志忠,华沙,康广荃.电子技术课程设计[M].北京:机械工业出版社,2008.
关键词:电子技术;课程设计;教学改革
作者简介:成开友(1963-),男,江苏盐城人,盐城工学院电气工程学院,副教授。(江苏 盐城 224052)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)08-0045-02
“电子技术课程设计”是学完“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”后配套的重要实践性教学环节,是实现基本理论知识和实际工程相联系的桥梁。学生通过“电子技术课程设计”可以将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,不仅可以巩固及加深对基本理论知识的理解,还对学生动手能力和创新能力的提高起着十分重要的作用,并培养了学生正确的科学态度和科学精神。盐城工学院电类相关专业的学生都进行电子技术课程设计。为了更好地培养学生的动手能力和创新意识,学校对这门课程从内容到形式进行了有效的探索和改革,取得良好的实际效果。
一、传统课程设计中存在的主要问题
1.课程设计的题目少,内容单一、陈旧
以前,课程设计只有一个题目而且年年如此,后来改为三个,但还是太少,内容也陈旧,学生根据自己的兴趣爱好可选择的题目不多,致使学生的设计积极性不高。由于老师对设计任务给的太细,学生可发挥的空间就小,在进行预设计时难免会有学生相互抄袭的现象,不能更好地调动学生设计的积极性。
2.教学形式呆板
过去担心学生受能力的限制在规定时间内完不成设计任务,所以在课程设计开始教师总是详细讲解,并且给出具体的设计资料,将学生限制在教师指定的范围和指定的器件内,结果在同一个课题上学生给出了相同的设计方案,不利于发挥学生的主观能动性。
3.成绩的评定缺乏规范性
建立完善的成绩评定体系是保证课程设计教学质量的关键。以往的评定方法只看做出试验结果的快慢和课程设计报告的内容,不顾过程,其弊端是教师的主观性较大,评定的标准不能具体量化,很难真正反映学生的真实水平。
二、改革的方法
1.设计题目及内容的改革
对于“电子技术课程设计”题目的选择尤为重要。首先,设计的题目要够多,这样学生的可选择性才够大;其次,设计内容要新颖有趣,有一定的使用价值,每个题目都可以巩固学习电子技术课程重要的知识点,比如:电压超限报警电路的设计可巩固学习比较器和555电路以及各种逻辑门的使用;编码电子锁的设计可巩固学习触发器和门电路;多路数据巡回检测电路会用到包括寄存器、计数器、数据选择器和数据分配器等多个中等规模集成电路的内容;广告灯控制电路包括了可逆计数、逐位显示和蜂鸣报警电路等单元部分,会用到显示译码器、计数器和555电路等电子知识。指导教师在告诉学生设计题目的同时还要把实验室的现有资源给学生讲清楚,学生可在这些限定的条件下进行设计,比如:实验室可提供的触发器只有D触发器,逻辑门只有与非门。这样,学生在设计过程中用到其他的触发器和逻辑门时可以相应地改成实验室已有的器件。这就要求他们要熟练地掌握课本上的理论知识,能够随机应变。当然如果实验室确实无法提供器件,也要鼓励学生自己去购买,这使得他们熟悉了更多新型电子器件的规格和功能,提高他们亲历亲为的能力和学习兴趣。
2.预设计方案的确立
进行预设计时要鼓励学生用模块化的分析和设计方法进行设计。学生通过查阅资料,根据设计要求自行确定实施方案,给学生提供更大的自,使学生能够相对独立地进行实践,充分扬其所长。由于学生受到知识面的限制和其他主、客观原因的影响,初步的设计方案难免存在遗漏和错误,教师要对学生的设计进行把关,保证他们的设计能实现基本功能。同时,也可通过集体答疑的方式组织学生公开讲解设计方案,让学生互找问题、讨论解决方法,从而达到优化设计方案的目的。这些方法增强了教学的互动性,同时也为学生提供了充分发挥个人能力的空间,调动了学生们学习和创作的积极性。初步的设计方案确定以后就要进行仿真实验。Multisim是非常适合模拟/数字电路仿真的软件,它提供了大量的仿真元件模型,且仪器仪表种类之多是很多电子实验室无法比拟的。通过Multisim进行功能仿真可以发现一些设计中存在的问题,进一步优化设计方案,同时增强了学生学习的兴趣,加深了学生对理论知识的理解,提高了学生的实践能力,也使学生掌握了电子仿真软件的使用方法,为后续课程学习打下良好基础。最后,学生把初步的设计方案上升到理论的高度,写出一份详细的预设计报告,包括设计题目、设计任务、总体方案的设计、单元电路的设计、元器件的选择与参数计算,画出总体电路图,列出所用元器件的详细列表和参考文献。这样,做到设计思路清晰明了,为后面的安装调试做好充分的准备。
3.安装调试
按照自己的设计方案进行安装调试,是学生非常期待也是最能得到满足感的一个环节。按照预设计报告中元器件列表领取器件,然后分模块进行安装。在这个环节指导教师要引导学生注意整体布局的美观、规范,比如:电源线和地线要分开,各成一列,并分别用不同颜色的导线进行区分。在确定安装无误的情况下进行通电调试。在调试阶段,有些学生只要发现实验结果不对就手忙脚乱无从下手,指导教师要引导学生从信号输入的一端开始逐个模块进行调试,排除故障的方法要从大范围到小范围,最终找到故障的确切地点。在调试过程中要启发学生自己查找、分析原因,找到解决的方法。通过调试使学生加深对电路工作原理的理解,学会调试电路查找故障的方法。调试完毕后,不要马上拆线交给老师完事,指导老师要鼓励学生用调试好的电路做实验,例如:可以对单元电路的输出进行实际的测算,并跟理论分析结果进行比较,进一步理解电路的特性。这样做可以通过课程设计为学生提供锻炼的平台,提高学生的实践能力和学习积极性。
4.撰写总结报告
总结报告是学生对课程设计全过程的系统总结,不能等同于平时的实验报告,因此,学生应按规定的格式进行书写。总结报告的图纸要规范,所有图纸都按工程设计标准严格要求。这样可提高学生的方案表达能力、工程制图能力和科技写作能力等基本综合素质,为毕业论文的书写打下基础。
5.建立完善的成绩评定体系是保证课程设计教学质量的关键
在注重结论正确的同时,应该强调整个设计方案实施的全过程。成绩评定包含五个部分:一是预设计方案的正确性与合理性及仿真的结果,占总成绩的25%;二是实验动手能力(包括安装工艺水平、仪器使用、调试过程中分析和解决问题的能力以及创新精神等),占总成绩的30%;三是学生的答辩情况,占总成绩的10%;四是设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神,占总成绩的10%;五是总结报告(包括方案的论证、调试过程中出现的问题及解决方法、数据处理、结果分析、收获和体会等)占总成绩的25%。这样一种相对完善的成绩评定体系使学生在课程设计的任何一个环节都能认真对待,提高了学生学习的积极性和主动性。
三、改革的效果
1.培养了学生对设计性实验的兴趣,增强了学生动手实验的信心
由于设计题目与实际紧密联系,充分调动了学生的学习热情和自觉性,学生在独立完成电路后兴奋不已,很多同学对自己设计并调试成功的电路爱不释手。
2.提高了学生多方面的能力
在动手实践设计过程中,学生们从通过查找资料给出预设计方案到互相配合着进行安装调试,最终得出实验结果,每一环节都发挥了他们的主动性和创造性,提高了分析和解决各种问题的能力以及相互合作的能力。
四、结束语
课程设计时间虽短,但在培养学生学习兴趣和实践创新能力方面成果显著,为了保证电子课程设计顺利高效进行,除了老师的正确指导外,还需要先进的实验室设备和器件的配置,并希望以后能够建立完善的实验室开放系统,将专业实践课程科学合理地进行整合,开设综合性的大实验,以达到更好的教学效果。
参考文献:
[1]粟田禾.电子技术基础课程设计的教学改革与实践[J].高职教育研究,2006,(2).
[2]李志强,等.数字电子线路课程设计的教学实践[J].西北职教,
通过采用启发式和讨论式的教学模式,使学生产生较高的学习热情,进而提高课堂教学效率和教学质量,使培养的学生觉得学有所用,学有所长。师生在讨论式互动教学过程中坦陈已见,做到良好沟通,促进教学良性循环,从而达到教学相长的目的。
教师既要在课堂上讲好本课程的基本概念、基本原理和基本计算、分析方法,又要指明本课程的重点和难点,使学生对所学知识有整体把握。这就要求教师讲课时能够做到突出重点,牢固基础,透析各知识点的内在联系,连接好知识网络。对于本课程和相关领域内的新知识点、新技术应用及时适当补充、说明,拓展学生视野,以适应其工作需求。对于本课程教学中的一些相对次要内容,可以采用多媒体课件的形式,或引导、帮助有兴趣的学生课后学习。这种针对不同教学内容采用不同教学手段的教学模式,可以充分发挥现代化教学设备的功效。所采用多媒体课件和仿真实验、配电柜装配、试验台操作等的先进教学手段,可以较好地改变过去的教师讲、学生记的弊端,对于一些比较抽象的物理概念,通过直观化图形、动画教学课件使学生理解相对容易,并可吸引学生注意力,培养其学习兴趣。并不是要求所有课程内容都采用多媒体教学模式,要根据不同章节的不同知识内容采用不同的教学方法。对于电力负荷计算、导线截面选择、短路电流计算及电气设备校验等内容,仍采用传统的板书教学方法,在课堂上讲授好重点知识,学生通过课后习题、作业等对知识点进行加深理解和拓展。对电气工程基础等基本概念,继电保护装置整定计算,工厂供配电装置防雷与保护接地,高低压供电线路选择、设计与敷设,变电所地址选择与供电系统设计、布置,以及系统无功补偿与高/低压放电实验等内容,可以采用计算机仿真教学、观看现场录象和校外供电厂实习基地教学等手段,进一步增强学生对该知识点和领域的掌握与理解程度。对变压器和高低压供、配电设备,如各种配电柜等的结构、原理、设计方案和设计标准等内容,则充分利用校外配电柜实习基地的便利条件,以下厂培训为主,实物教学为辅,使学生充分理解和消化相关内容。
二、增加课程设计环节
电气工程基础课程设计是对学生进行工程概念渗透和培养的重要教学环节,也是电气工程基础课程教学与实践的有机结合。通过课程设计训练,可以让学生集中精力进行课程复习与设计,包括工厂供配电系统设计方案经济、技术比较,方案选择,具体设计步骤及设计内容等,保证了课程设计质量。通过课程答辩,强化学生对知识点的掌握,到企业后经比较短的见习就能较快适应本专业技术工作。
(一)选择设计题目
通常选择10/35kV变电所作为设计蓝本。在设计中,提供给学生较新的参考资料,如设计规范、设备手册等,供学生设计时参阅。这样,可以使学生课程设计内容与当前电气工程基础技术相适应,不至于落后甚至流于形式。同时,采用AutoCAD等工程设计软件,使学生能够跟上社会发展,满足社会对毕业生工作技能的要求。
(二)加强过程管理
加强并做好课程设计过程管理工作,充分利用并发挥班级学生干部和学习骨干的带头作用。将学生分成几个小组,每小组中选出一到两名学习成绩较好、责任心较强的学生为小组长,全面管理本小组设计工作,如制定设计方案,合理安排设计进程,对设计任务和小组成员进行任务分配与协调,定时进行考勤和组织讨论等,向教师提供本小组的设计成果,并进行总结与报告。指导教师主动、及时与小组长联系,既不包办,也不放任。指导教师可以提出指导性建议和意见,培养团队精神和协作能力,使学生课程设计能够圆满完成[7]。
(三)注重总结和考核,及时点评
【关键词】基于项目;数据库;课程设计;教学研究
数据库课程设计是计算机相关专业的一门非常重要的专业实践课,该课程总的学习目标是让学生熟练掌握数据库技术的相关理论知识,并能够理论联系实际,解决实际问题。通过数据库课程设计的实践环节,培养学生分析、设计和编程实现数据库应用系统的能力,让学生具备较好的数据库项目实践能力,掌握过硬的职业技能。本文对数据库课程设计教学中存在的主要问题进行了细致的分析,提出了基于项目的数据库课程设计的详细教学方案。
1.数据库课程设计中存在的主要问题
(1)学生参与数据库课程设计的积极性不高、知识和技术储备不够。
(2)学生重编程实现而轻分析和设计。
(3)课程人员组织和时间安排不太合理,任务设计和要求偏低。
(4)课程考核方式、评价体系和管理过程不够科学。
2.基于项目的数据库课程设计教学方案的设计与实施
2.1 基于项目的数据库课程教学方案
本文提出的基于项目的数据库课程设计教学方案是指设计能够吸引学生兴趣、难易适中、选题丰富并且能够满足不同层次的学生需求的项目设计任务,参照软件公司分析、设计、编程实现应用软件的基本步骤和人员组织形式来安排和组织学生进行数据库课程设计。其重点在于把学生的课程设计任务提高到软件工程项目的高度,并通过模拟实训加以实施。按照软件工程传统方法学的思想,结合数据库设计的基本步骤,将数据库应用软件的开发简单划分为需求分析、总体设计、详细设计、编码和测试四个阶段。每个阶段的任务均在指导老师的指导下,由项目组成员通力协作、自主完成。在每个阶段结束后,采用项目评审的方法,对每个小组每个学生的具体工作进行阶段性评审,学生分组汇报工作成果,并按照软件工程的要求提交阶段性技术文档。项目模拟实训根据课程设计选题采用项目小组的形式进行分工,项目规模和难度由指导老师和项目小组全体成员根据课程设计指导书协商决定。每个项目小组由一名同学担任项目组长,项目组长可以根据小组内每个人的能力和经验合理分配任务。每个学生在项目开发过程中,担任不同的角色。在工作中,项目小组的成员相互沟通和交流,组与组之间也可以相互借鉴学习,提高学生的参与积极性,培养学生的团队合作精神。
2.2 基于项目的数据库课程教学方案的实施
2.2.1 课程设计的选题
数据库课程设计是培养学生创新能力的有效途径,其设计题目应该具有一定的应用背景,让学生能够遵循软件工程的基本原理设计一个具有实用价值的数据库应用系统,使所学知识能够融会贯通。
精心准备和策划设计适当的项目,是实施基于项目的数据库课程设计教学的关键。在确定项目时应综合考虑以下几方面的因素:(1)能将数据库的理论知识和实际应用技能较好的结合在一起;(2)所选项目数量要足够多,涉及面要广而且是学生比较熟悉和有兴趣的应用领域;(3)项目的难易程度要能够满足不同层次的学生的需求;(4)项目的整个开发流程要规范,以项目为主线,引导学生把掌握的程序编程知识、数据库和软件工程等理论应用到软件开发实践当中去,让学生掌握软件开发的整个开发流程,具备项目开发的实战经历。
2.2.2 课程设计的人员组织
按照开发流程,参照软件公司的人员组织形式,将班级的学生分组,每组5至6人,以学生自由组合为基础,教师可根据学生的兴趣和特长、编程水平、知识结构、学习能力、性格特点、男女搭配等因素进行调整。每个同学可以担任不同的角色:如项目管理员,系统分析员,系统设计员,系统开发员等。
每个小组由其成员推选产生一名项目组长,负责制定本小组的开发计划、工作任务的分配和调度、监督实施等工作。在组长的指挥下,对小组成员进行分工,语言表达能力强善于沟通的同学负责联系工作和调查研究,美工好的同学负责界面设计,编程能力强的负责代码的编写,程序设计能力强的负责系统的整体设计和程序调试,写作能力强的负责技术文档的书写等。教师要负责帮助把握进度,提醒学生合理分配工作时间等。
按小组形式开发项目,不但有利于培养学生的团队合作精神和提高学生的管理能力,而且更接近工作实际。
2.2.3 综合设计过程
学生发挥各自的特长分工协作,运用已学软件工程、数据库理论思想和数据库设计理念、C#或C++等编程语言,具体设计实现一个小型数据库应用系统。开发设计过程按以下顺序进行——自选课程设计课题,调查用户需求,总结归纳数据流程,分析性能,书写需求分析及总体设计报告(包括数据流图、数据字典、数据库概念模型、逻辑模型、系统功能模块),完成应用系统的开发,进行系统整合和测试,功能完善,汇报设计成果(包括撰写设计报告、系统验收、结果汇报)。主要分为需求分析、项目设计、项目实施和成果展示。
(1)需求分析是保证项目顺利完成的前提。需求分析做得不好,甚至会导致整个系统返工重做。因此,在课程设计环节中学生必须根据教师提供的项目背景资料,通过图书馆、网络或相应的组织、部门、企业去查找相关资料,结合自己的生活经验,对数据和处理进行分析,画出各层数据流图,做好详细地需求分析。教师要对学生的需求分析报告进行指导和评价。
(2)项目设计是关键。本阶段主要包括数据库的概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。要求学生在需求分析的基础上,设计E—R模型,详细描述实体的属性及实体之间的联系;实现E-R图向关系模型的转换,并对关系模型进行优化;定义主键、外键、视图、索引等。此外学生还应该设计出系统的功能模块图。教师通过检查学生设计的E-R图、关系模型和功能模块图,对每个组进行分析、评价和指导。
(3)项目实施。项目实施即数据库的实施、运行与维护阶段,主要包括应用系统的编程与调试。指导教师为学生提供技术支持,适时组织讨论、讲解和归纳总结为学生提供解决问题的新思路、新方法。
(4)成果展示。学生以项目组的形式完成了项目的整体设计与开发后,各个小组将在课程设计末期进行成果汇报和展示,接受教师和其他同学的评价。通过作品展示和评价,可以激发学生的竞争意识,促进项目组成员之间的交流与协作。
2.2.4 课程设计的时间安排
针对课程设计时间安排上的不合理问题,采取双管齐下的方式。首先增加教学计划中数据库课程设计的教学学时,由原来的2周改变为4周,使得学生有足够的时间来完成课设任务。其次,提前让学生进入分组和选题环节,并将每个人要完成的任何合理分配,让学生提前进入做好项目的知识储备、调研等前期准备工作。
2.2.5 课程设计的考核与评定
加强过程考核,提高对课程设计的总体要求,细化评价指标。学生在课程设计结束后,不仅要提交软件系统,还要提交课程设计报告,并进行分组汇报。课程设计的最终成绩由以下几部分组成:考勤lO%,平时抽查1O%,答辩20%,课程设计报告30%,系统演示30%。其中前四项由教师评分,系统演示由学生评分,每组各选派一名代表给大家演示系统并介绍基本情况,由各组分组讨论,对其它组开发的系统进行评价和评分,最后取平均分并公布成绩。
为学生提供展示自我的平台,建立完善的考核指标和体系,这样不仅有利于激发学生的学习兴趣和积极性,也有利于提高学生运用数据库理论实际问题的能力。
3.总结
通过基于项目的数据库课程设计教学研究,不仅使学生能够在理解数据库理论的基础上,实际动手开发一个实际的应用系统,而且在一系列的开发设计过程工作中能够树立学生的项目开发管理思想,能够培养学生应有的团队协作、自主管理、主动学习、创新思维、综合运用、动手实践等能力。使数据库课程设计真正成为学生验证理论的“实验场”,成为开发学生潜力、培养实战能力的“战场”,成为体验项目开发过程的“运动场”。
参考文献
[1]王艳红,章小莉,姜湘岗.在数据库课程设计中培养学生项目开发能力[J].教育与教学研究,2009,13.
[2]杜华.项目驱动教学法在数据库课程设计中的应用[J].福建电脑,2012,5.
摘要:本文对计算机专业“计算机组成原理和系统结构”课程的实验目标、实验内容及其课程设计的目标与内容进行了探讨,并提出了考核方法。
关键词:实验;课程设计;实践教学
中国分类号:G642
文献标识码:B
“计算机组成原理与系统结构”课程综合了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”两门课程的要求,是应用型本科计算机专业的专业基础课、计算机硬件与结构方向非常重要的一门课程。其实践课主要是为了让学生建立计算机的整机概念,加深对计算机“时空”概念的理解和对计算机系统性能评测的应用,提高应用集成电路的基本技能,培养和提高独立工作能力、实际动手能力、分析和解决问题的能力。
1实验设备
2003年初我院加大实验室建设投入,全面改善实验室条件,添加了30台西安唐都科教仪器公司推出TDN-CM++计算机组成原理与系统结构教学实验系统。该系统通过对各计算机部件和多种模型计算机的设计及实现而高水平地支持“计算机组成原理”课程的实验教学,并通过对指令设计方法、时空并行性、指令并行性等多种计算机体系结构的设计和研究来开展“计算机系统结构”课程的实验教学。
2实验目标和内容
运算器组成实验目标是要求学生加深理解运算器的基本组成、工作原理,熟悉简单运算器的数据传送通路;掌握算术逻辑部件的功能原理及74LS181的功能;掌握移位电路的工作原理和使用方法;掌握运算器中通用寄存器的工作原理和使用方法;掌握运算器中运算结果判断电路的工作原理和实现方法。实验内容主要是验证运算器的8位加、减、与、移位、进位、直通功能;验证4位乘4位功能。按给定的数据,完成几种指定的算术和逻辑运算。其中大部分属于简单的验证式实验。还可以让学生自行探索实验步骤和任务。比如,学生验证完运算器的加运算之后,再让学生自行探索减法的实验步骤并完成相应任务。
存储系统实验目标是要求学生理解计算机主存储的作用,掌握存储器的构成;掌握半导体静态随机存取存储器(RAM)的工作原理及读写方法;掌握用存储器芯片构成主存储器时,如何进行字/片选技术,了解使用半导体存储器电路时的定时要求。实验内容主要是对存储器存储单元进行先写后读,属于简单的验证式实验。还可以让学生自行设计实现存储器容量的扩展。
控制器实验目标是要求学生加深理解计算机控制器中时序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本组成和工作原理;掌握微程序控制器的基本组成、微指令格式、设计方法、写入过程、执行过程;掌握硬布线控制器的组成原理和设计方法。实验内容主要是微程序控制器中微指令编制、写入、执行过程;硬布线控制器的指令执行过程。属于有一定难度的验证式实验。还可以让学生根据设备本身的系统结构设计微程序、写入并运行。
总线控制实验目标是要求学生熟悉总线的概念、作用及特性;掌握用总线传输数据的控制原理和方法;掌握总线仲裁的方式及方法。实验内容主要是控制总线实现数据由输入设备通过总线向通用寄存器或者存储器传送。属于验证和设计式实验。
模型计算机实验目标是要求学生通过模型计算机实验理解计算机的工作原理、性能评价标准和方法,以及计算机的“时空”概念。建立计算机的整机概念,为后边的模型计算机的设计打下基础。实验内容主要是基本模型计算机实验,复杂模型计算机实验,用CPLD实现模型计算机实验,基于RISC处理器的模型计算机实验,基于重叠技术的模型计算机实验,基于流水线技术的模型计算机实验。属于验证式实验。
3课程设计的目标和内容
在学期快要结束的时候,专门留出来一两周时间让学生进行“计算机组成原理和系统结构”的课程设计,主要内容是模型计算机的设计。要求根据设备情况,自行设计指令系统(包括算术逻辑运算指令、访存指令、转移控制指令、I/O指令和停机指令)的微程序来控制模型计算机实现功能。并且要求各组课程实践人员设计的指令系统各不相同,基于的设备或技术也不相同。比如设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机。
4考核方法
实验报告主要包含预习报告、原始记录和总结报告三部分。学生在做实验之前自己组织时间查询资料书写实验预习报告(包括实验的目的、要求、内容和步骤)。在实验室做实验前,指导教师根据预习报告书写情况给出相应等级的成绩并记录在实验报告上(包括教师签名和日期),然后指导教师讲解本次实验的目的、步骤及注意事项。实验过程中,要求学生认真填写实验记录(包括实践/调试过程,实验结果),在实验结束前10分钟由指导教师在实验报告上给出成绩(包括教师签名和日期)。实验结束后学生在实验报告上写出本次实验的总结报告(包括实验结论,实验讨论,实验清单),下次做实验时再交上实验报告,由指导教师填写学生该次实验的最终成绩(包括教师签名和日期)。实验成绩占本课程最终成绩的20%。
课程设计的考核内容分四大项。系统程序设计情况(占20%),主要是针对系统程序的可用性、实用性、通用性和可扩充性。学生动手能力(占20%),主要是针对学生设计思路的开扩性和创新能力。报告总结(占10%),主要是针对学生资料完成、条理清晰情况。答辩情况(占50%),主要是程序能正确运行情况(10%),设计错误的改正情况或按要求改变执行结果(20%),问题回答情况(20%)。由至少两位课程设计指导教师同时参与答辩,并对答辩情况量化。课程设计单独另算一个学分。
参考文献
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课程设计的基本目的是让学生运用已经学过的基本理论和专业知识解决一个贴近实际且具有一定复杂性的问题,也是交通运输(航运管理方向)专业本科生的重要实践性教学环节之一。航运管理课程设计安排在第三学年学生学习完“航运管理”课程后进行,是结合学过的专业理论知识做一次综合性训练,以便加深对专业知识的理解和掌握。要求学生能够综合运用以前学过的知识,具有必要的想象力和系统优化思想,在教师的指导下解决一个源于实际的管理决策问题。根据多年的专业课授课经验分析,认为将“多型船在多条航线上的优化配置问题”选定为课程设计内容较为合适。这一选题不仅是航运企业经营管理活动中的一项经常性重要决策,而且涉及知识面广、与以前学过的课程知识联系紧密,具有足够的复杂性和难度。但如果对于这样一个比较复杂且有难度的课题,列出全部已知条件和计算参数,则与航运企业实际经营管理业务操作环境有较大差异,同时学生既不能明确这些参数如何得到,也会质疑其中许多参数的取值。因此,为了保证训练效果,采用开放式课程设计的形式,即任务书中只给出最基本的要求和少量的控制性已知条件,让学生自己查阅相关资料和数据,补充其他必要条件和计算参数。其基本设计思想和希望达到的效果为:(1)学习和掌握航线配船的步骤和方法,将航线配船的理论知识和运输生产实践有机结合,培养学生运用所学知识独立分析、解决实际问题的能力;(2)将本课程学过的航线配船和其他课程学过的相关基础知识,如航运经济学、运筹学、计算机应用等理论紧密联系起来,并使这些知识融会贯通,得到进一步拓展;(3)进行综合技能的训练,对设计案例、收集资料、处理数据、趋势预测、运用数学优化软件计算(如Excel、Lingo、Matlab等)以及进行计算机编程等方面的基本技能做一次综合训练,提高学生的自主学习和实践操作能力;(4)通过对全过程的总结分析、独立撰写课程设计报告,提高学生的书面表达水平和研究报告撰写能力。希望这一课程设计不仅能够达到理论联系实际、巩固专业知识、锻炼实践能力的基本目的,还能够调动学生的学习主动性、积极性和部分潜力大的学生的创新能力。对数量较多的学生群体,将应用型与研究型教学方式融于一体培养学生的实践能力和动手能力。
二、课程设计内容与特点
1.课程设计问题简述
“多型船在多条航线上的优化配置问题”是“航运管理”课程的重点内容,特点是涉及的知识面较广,求解过程中要用到线性代数、运筹学、航运经济、船舶货运等多门学科的知识,而且计算中还要根据经验和市场环境对大量的计算参数做出合理的分析、估计和预测。为了更加直接地让学生接受课程设计中涉及的操作原理和专业知识,了解行业发展状况,训练和强化学生解决问题的能力,课程设计任务书中只给出少量的控制性已知条件,形成一个已知条件不完善的开放式课题。学生必须根据已经学过的专业知识查阅、补充必要条件和数据,设计航线配船优化方案。课程设计任务书中主要给出三类基本参数,包括船舶参数(各型船的数量、载重量、净吨位、航速、燃油消耗率、柴油消耗率、船价、船员定编等)、港口参数(各装货港名称、各卸货港名称、船舶在各港的装卸效率范围等)、航线运输需求参数,同时任务书中设定每位学生的这一参数都有所差异,以保证每位学生求解时应用的基础数据有所不同,以便消除同学之间互相抄袭课程设计报告的可能性。除了这些基本参数之外,再根据选题涉及的航区情况设定一些特殊限制,以便训练学生的逻辑思维能力和做事周密性。如任务书中注明“因某种客观原因,某型船不能配置在某航线上营运;如果将某型船配置在某航线上,则该型船每个航次需要增加等潮或减载时间若干天”等类似限制条件,让学生思考怎样用数学方法去处理这些实际中常常遇到的特殊情况。设计任务书给定后,要求学生根据这些确定但不充分的已知条件,查阅相关文献,根据实际情况补充必要的数据参数,制订这一船队的年度货运配船计划,使船队总的营运效果最好,并给出合理的专业解释。对于这样一个较为复杂且贴近实际的课题,课程设计任务书和说明书中仅给定问题中的控制性技术、经济参数,而将大量与管理水平、市场波动相关的计算参数留给学生去查阅、分析、估算、解释。这对于已习惯于教师给出完善的已知条件、完全按照预定套路解题的本科生来说,具有较大的难度和挑战性。但在互联网和学校图书馆的支持下学生完全具备开展这些工作的客观条件。
2.解决问题的思路和方法
按照传统授课模式,对于这一复杂问题教师会在课上讲授“大船配大线”的原则,让学生按照这一原则用既定的求解方法试探求解。但是根据已学相关专业课知识和相关计算机技术,完全可以要求学生根据开放式课题的属性及要求,建立航线配船优化数学模型,并设计对应的算法求解这一问题。
3.课程设计的特点和难点
上述开放性课题对学生来说存在四个难点:一是要将以往所学的知识融会贯通,针对这样一个复杂的具体问题设计求解方法。在基础课程学习和课后练习中往往是针对假定的简单情况进行求解。例如,在学习线性规划时,例题和课后练习题目一般只有几个变量和几个约束条件,规模较小,可以通过手工计算求解,以便深刻理解其基本原理。但在航运管理课程设计中一般设有4~6个船型、5~6条航线,例如,当问题中设有4种船型(K=4)、5条航线(G=5)时,根据数学模型(1)—(3)形式的特点,在该问题中就有K×G+K=24个变量,K+G=9个约束条件,针对如此规模的实际问题,用手工计算则比较困难,必须借助计算机求解。这就要求学生不但要综合运用以前学过的知识,还要具有运用理论知识解决实际问题的能力。二是学会运用数学方法模拟解决实际问题。根据给定的少量已知条件求解该类开放式课题,要么从根本上理解教材中的数学模型,要么自己尝试建立新的数学模型,两者都有一定的难度。三是如何查阅、分析、估算、选定、解释任务书中没有给出的大量参数,特别当由不同渠道获得的数据有所不同、甚至互相矛盾时,如何处理、怎样取舍?这对于没有实践经验的学生来说是非常困难的。任务书对于如何选定计算参数没有给出统一的规定,但要求每位学生必须对参数的选定或取舍给出合理解释。四是当求出问题的最优解后如何验证结果的正确性。由于课题中涉及的实际问题约束条件多、模型中变量和参数数量较多、求解过程繁琐,而且学生数量较多、每位学生的基本数据也不同,使得指导教师和学生都难以检验计算结果的正确性,这样可能会造成实践训练效果不佳、事倍功半。这就需要指导教师(或课题组)和学生寻找验证求解方法正确性的简便途径。
三、保证教学效果的基本措施
1.采取的措施
这种只给出一些控制性基本参数,而允许学生根据实际情况确定其他计算参数,或者说在一定的框架下给出一些已知条件,允许学生自主确定相关数据的做法与现实中航运企业经营管理业务的操作环境较为接近。显然,对这样的求解过程及结果既有统一的评价尺度,又能发挥学生的个性。但这种由学生自主选定一些已知条件的开放性课题与常规做法相比也存在一些突出的问题,如果处理不好,就达不到预期效果。因此需要采取有效措施来保证教学效果。
(1)由于开放性课题的基础数据、求解过程与方法、最终结果可能存在差异,教师检查、批改的工作量很大。为此,课题组针对本课程设计编制了应用型决策支持系统———船队规划决策支持系统(FPDSS),在课程设计中期检查阶段下发软件,便于师生验证计算结果的正确性。通过操作标准验证软件、对比自己的计算过程和结果,锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
(2)为避免同年级学生互相抄袭,设定每位同学求解时应用的基础数据不同(如给出的案例中采用每个学生的学号作为其中某一航线的运输需求量),已知条件这一微小的变化会使计算结果出现较大差异,加之每人选定的其他已知参数也各有不同,使得结果的差异性规律难以猜出,这就迫使每位学生必须独立求出结果。
(3)为了避免低年级抄袭高年级学生课程设计报告,设计出了工作量、深度、难度都基本相同的航运管理课程设计任务书系列,对每一年级的学生都更换课题内容。由于任务书中给定的控制参数较少,更换课题内容也显得相对容易。
(4)为了保证课程设计的效果,提高效率,设定了集中指导答疑的时间和地点,并规定了中期检查时间,要求所有学生必到,接受统一检查,并根据检查结果给出中间成绩,确保每位学生确实自己经历了数据处理过程。
2.基本要求
(1)由于课程设计任务书中给出的数据是不充分的,要求学生查阅相关船舶、港口、航线、费用等方面的资料,通过适当方法将原始调查数据转换成数学模型中需要的规范计算参数。
(2)提示学生可以应用Matlab、Lingo、Excel等软件求解数学模型,但不限定求解方法,且鼓励学生自主编程计算。计算结果保留两位小数。
(3)为了便于指导和检查,原定所有学生都到学校机房统一上机,但考虑到学生都配有计算机,为了提高效率仅设定每天答疑时间和地点,学生根据自己需求确定是否需要前来答疑,不需要参加答疑的学生可自行安排作业地点。但在规定的集中检查时间,所有学生必须到场,接受统一检查,给出中间成绩。
(4)为了保证实践教学效果,在最后一次集中检查、给出中间成绩之后再下发FPDSS软件,要求学生将自己独立获得的计算结果与用FPDSS软件计算出的结果做出比较。如果存在差异,必须找到原因,并做出合理的解释和说明。
(5)按学校制定的实验设计报告格式撰写实验报告,完善课程设计报告,至少包括问题描述、参数准备、方法说明、设计结果和总结建议5个部分。下发指导书后两周上交课程设计报告。
四、教学效果分析与评价
1.成绩评定
实践教学环节也需要有与之相适应的考核原则来检验学生的学习质量,否则,难以检验实践性教学是否达到预期的效果。对课程设计结果的成绩评定分为优、良、中、及格、不及格5个等级。对于每一个等级都给出明确的评价标准。例如,优:自己独立设计数学模型、求解方法或求解程序,按要求的格式撰写课程设计报告,并按时提交课程设计报告;同时利用FPDSS优化求解航线配船问题,比较分析了求解结果可能存在的差异和原因,并写出客观、真实的总结、体会和建议。又如,及格:按要求的格式撰写课程设计报告,并按时提交课程设计报告;利用FPDSS软件求解航线配船问题,结果基本正确。
2.效果分析
显然,学生花30个学时认真做完这样一个具有一定复杂性和难度的课题后,都希望得到指导教师的客观评价,以便知道自己对知识的理解程度和解决问题的能力。而对于教师来说,当学生数量较大时通常在课程设计的成绩评定方面存在一定困难。近些年来,“航运管理”课程每年级的学生数在150~220人之间,一般配置2~3名指导教师,可以想象成绩评定的工作量之大。如果不能及时给学生反馈课程设计中的问题,就会使教学效果大打折扣、事倍功半。检查验证软件FPDSS的开发应用使得每位学生可以自己检查计算结果的正确与否,大大减轻了教师评定成绩的工作量。在此基础上,指导教师可以根据每位同学撰写的课程设计报告、总结与体会和书写的完整性及规范性,对每份课程设计报告的质量迅速做出客观、准确的评价。从整个课程设计过程观察,学生出现的比较普遍现象是,接到任务书开始感觉有些迷茫、不太适应,但大多数学生对未知的专业问题表现出浓厚的探询兴趣;中期面对大量的不确定性问题有些不知所措、深感困惑、急于试探;后期随着分析结果浮现,渐渐理出头绪,但还不清楚自己获得的结果的正确性;等到用FPDSS软件验证了自己的结果后,就会有思路豁然清晰、大功告成的成就感和喜悦感。这种开放式课程设计在锻炼学生自主学习能力、激发学习探索热情方面的效果非常显著。多数学生反映的收获包括:
(1)加深了对船舶资源优化配置知识的理解,更加清晰地认识到所学数学优化方法在解决专业实际问题中的应用;
(2)通过查阅数据、汇总整理资料,不仅锻炼了查阅、分析、处理实际数据资料的能力,而且接触、了解了与本行业相关的专业性数据库、网站和港航企业、管理机构的基本情况,为以后踏入工作岗位奠定了良好的基础;
(3)在求解过程中同学之间积极展开交流,探讨针对复杂的具体问题如何建立行之有效的数学模型并设计相应的优化求解方法,实践了课堂上、书本上学到的理论知识,提高了分析问题、解决问题的能力;
(4)在课程设计中,大量使用Excel、Matlab、Lingo等软件处理数据、实现算法,掌握了常用软件的运用技能,积累了相关软件的应用经验,提高了运用现代技术手段进行实际操作的能力;
(5)在课程设计的过程中,深刻体会到细心、耐心、专心和统筹思考的重要性,前期工作任何小的疏忽都可能对后期结果有较大的影响。此外,下发FPDSS软件的时间选在学生完全准备好计算参数并已经初步求出计算结果之后。这一方面给学生验证求解结果是否合理提供了依据,为学生提供一个练习和检验各种专门计算方法的捷径,使其具有自我纠错能力;另一方面也避免学生从开始就有依赖思想,训练学生独立动手解决问题的能力。
五、结语
关键词:CDIO工程教育模式;数据库课程设计;教学改革
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2015)05-0141-03
Reform and Practice of Course Design of Database based on CDIO
LU Lu, LING Jie
(School of Computer Science and Technology, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)
Abstract: Aiming at the problems of the shortcomings of the traditional pattern of traditional course design of database,Based on the concept of the CDIO engineering education, combining with the present teaching situation of course design of database of computer-related specialty in an university of Guangdong, the specific measures on the teaching system and evaluation for course design of database is expounded. The practice results show the teaching reform expands the students' open minds,stimulates students' initiative and raises the students' practical abilities .
Key words: CDIO engineering education; Course Design of Database; teaching reform
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起,麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学经过四年的探索研究,创立了CDIO工程教育理念。CDIO代表构思(conceive)、设计(design)、实施(im-plement)、运行(operate),它是“做中学”和“基于项目教育和学习”(Project based education and learning)的集中概括和抽象表达。它体现了现代工程师所应具备的服务于现代工业产品从构思、设计、实现到运行的全过程所必须拥有的基本能力。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、 个人能力、 人际团队能力和工程系统能力四个层面[1-2]。然而我国工科的教育实践中还存在不少问题,如重理论轻实践、忽视团队协作精神等问题。国内外的经验表明CDIO的理念和方法是先进可行的,适合于工科教育的教学改革。
1 数据库课程设计传统教学模式培养现状
数据库课程是计算机及其相关专业课程体系中的核心和基础;而数据库课程设计是数据库课程的实践科目,其特点是综合性强,对动手操作能力要求比较高。但是,传统数据库课程设计的教学模式,往往偏重理论,这会让学生处于课堂教育与实践操作严重脱节的尴尬境地。因此,针对计算机专业人才培养的现实需求,数据库课程设计教学改革势在必行。
2 数据库课程设计教学改革研究
为了达到让学生主动学习的目的,基于CDIO的模式理念,本文构建了数据库课程设计教学内容体系。该体系自始至终与数据库理论内容以及CDIO模式相结合,通过项目驱动,让学生参与其中,按照数据库设计的每个阶段由学生自发独立的发现问题以及解决问题,最终完成课程设计的各个内容。
2.1 数据库原理教学内容以及传统数据库课程设计教学安排
数据库原理针对计算机相关专业本科教学内容主要涉及关系数据库、关系数据库标准语言SQL,数据库安全性完整性、关系数据理论、数据库设计、查询优化、数据库恢复和并发技术[3]。
以广东某高校计算机学院为例,数据库原理理论教学56课时,授课时间为学期第1周至第16周。数据库课程设计16课时,课程设计准备工作主要集中在第13周到16周,设计完成以及检查时间为第17周。(教学内容与进度如图1所示)
这种传统教学的弊端主要体现在:
1)理论教学与实践操作相互脱节。学生不能发挥主动学习的积极性;
2)课程设计实践操作部分学时少,准备不够充分;
3)课时分布不均匀,前松后紧,学生动手实践部分大多放在学期末,容易造成学生在期末考试的压力中忽略动手能力的提高和培养,眉毛胡子一把抓;
4)单凭一个课程设计报告和程序很难衡量学生对知识的理解和掌握程度;
鉴于以上的内容,本文提出了基于CDIO模式的新的数据库课程设计教学体系。
2.2 数据库课程设计教学模式改革
数据库课程设计教学模式改革主要体现在:课程设计在理论教学中贯穿始终。基于CDIO的数据库课程设计教学改革内容如图2所示。
2.2.1 课前准备
CDIO模式不仅重视个人能力的培养,同时也关注团队协作的能力培养。因此,团队协作也作为数据库课程设计教学改革的一个重要内容。为了学生沟通方便,每个行政班中以寝室为单位(4个学生)组成若干个开发团队,选取组长,并且向老师上报各个组员的分工情况,之后各个开发小组可以根据老师给出的备选题目进行选题。
2.2.2构思(Conceive)
CDIO的精髓在于让学生“做中学”。但是对于没有任何数据库基础知识的学生来说,课程开始就投入到实践中是不现实的,所以范例教学十分重要。在理论教学开始时教师利用大概2周的时间,讲解数据模型、数据库系统结构、数据库系统的组成、数据库技术的研究领域以及前沿的知识体系、开发工具,让学生对该领域的知识产生浓厚的兴趣。然后,教师可以从典型案例着手――以学生管理系统为例,讲解如何进行业务流程分析、功能分析和数据需求分析,如何绘制用例图,在数据库设计过程中如何完成数据流图和数据字典分析,让学生在范例讲解中一步步的学会如何绘制ER图,如何设计数据字典中的各项内容。该阶段是构建系统蓝图的阶段,所以,教师要引导学生立足于不同项目的实际需求,通过调查问卷、查阅资料、客户走访等形式,深入探析软件的功能和性能,确定软件设计的限制和软件同其他系统元素的接口细节,定义软件各项有效的需求,与此同时,在确定需求过程中,团队成员之间的磨合与沟通也是必不可少的。通过各个成员的协调,才能最终确定该团队共同的软件需求以及数据库整体规划策略。该阶段的汇报成果即是各团队小组的需求分析报告。
2.2.3设计(Design)
数据库设计包括概念结构设计、逻辑机构设计和物理结构设计,所涵盖的理论知识点比较多。传统数据库原理教学和数据库课程设计在设计阶段几乎是相互脱节的,见图1。为了能让学生提高完成项目的主动性以及自我认知性,数据库课程设计调整幅度也相对比较大。
1)课堂学习关系数据库时,引导学生以课程设计中的选题项目为基础,编制相关的关系代数的演算
2)课堂学习关系型数据库标准语言SQL时,引导学生以课程设计为基础,利用SQL语句解决数据的增删改查的一系列问题,并且针对需求分析中不同的设计模块,设计不同的SQL操作,其中包括单表查询、多表查询、模糊查询、相关子查询、不相关子查询、多表更新操作、视图操作等。
3)课堂学习数据库的安全性和完整性时,通过一系列反例,例如违反实体完整性的数据操作会带来怎样的后果;违反了参照完整性的操作会有哪些危害等等,让学生强烈感知如何能设计出效率高、安全性较好的数据库基本表。此时,可以让学生根据项目选题设计出系统的各个分ER图并且形成初步ER图,在合并过程中找出冲突和问题所在,为后续内容做准备。
4)课堂学习规范化理论时,利用循序渐进的方法,举例说明,让学生利用范式的思想,对项目中的表格进行规范化分析,判断属于第几范式,有什么样的优缺点,能否进行优化。此时,课程设计的概念结构设计,逻辑结构设计已经初具雏形。
5)课堂学习第七章数据库设计时,结合实例,让学生独立完成概念机构设计中的消除冲突与优化,完成由基于项目的初步ER图到基本ER图的转变;同时结合需求分析中的数据字典,根据联系转换为关系表的知识点以及规范化理论,对初步的逻辑结构表进行修改和完善。
该阶段的汇报成果是各团队小组的概要设计报告。
2.2.4实现(Implement)
设计阶段其实是将任务离散化,那么实施阶段就是将项目综合化。该阶段中,书本上的重点内容已经基本结束,学生可以根据学过的基础知识自由发挥,将之前的需求文档以及概要设计文档进行拓展和完善,并且将自己设计的关系代数以及SQL语句转换成高级程序语言中的数据库操作的语句。这时候,有能力的同学也可以根据老师上课讲授的查询优化等内容针对具体项目实际进行查询算术优化和物理优化,并且对比执行效率,感受在不同的实际应用中对不同问题的处理方式。
该阶段的汇报成果是各团队小组成员的详细设计报告的综合文档。
2.2.5运作(Operate)
系统模型建立好之后,要进行软件的各项测试。学生可以通过学习恢复和并发控制等内容,对系统的完整性、安全性等性能进行进一步的改善,完善详细设计报告,补充系统测试内容以及使用系统安装使用说明。最后,通过小组的公开答辩,向老师和全班同学展示系统的设计思路、完成过程以及跟同学们交流心得和体会,并由其他非小组成员的同学作为评委进行点评。
2.3 课程设计考核评价改革
课程设计是一门衡量学生动手操作能力、综合运用能力的科目,所以这门课程更要体现对学生是实践能力的检验。数据库课程设计考核评价改革主要体现在:改变单一的评分标准为多角度综合性评价标准(如图3所示)。
2.3.1 项目文档(分数比例50%)
项目文档包括需求分析报告、概要设计报告、详细设计报告。
1)需求分析报告(分数比例10%),内容包括:
①可行性分析;
②拟采用的开发工具;
③用例图;
④数据字典,包括数据项,数据结构
⑤软件模块初步设想以及每个模块可能进行的操作。
2)概要设计报告(分数比例20%):
①数据库设计方面:分ER图和总体基本ER图(标明各实体之间联系的类型)、逻辑结构设计(有完整性约束说明,标明主码、外码,分析范式类型)、物理结构设计(索引、存储路径等)、数据库完整性设计(违反实体、参照完整性时的解决办法,比如触发器、存储过程等)
②软件设计方面:功能结构图以及各功能模块主要功能(明确小组成员的分工)
3)详细设计报告(分数比例20%),内容包括:
①系统与后台数据库连接的执行过程;
②系统各模块的主要界面和UI接口;
③系统各个模块的流程图以及详细实现过程;
④关键问题的解决方案;
⑤总结系统后续有待优化和改善的方面。
2.3.2 项目成果演示(分数比例40%)
该类别主要考核的方面如下:
1)系统运行正确;
2)功能完善:有增、删、改、查功能,输入、输出功能;
3)有基本的统计、报表功能;
4)有多表连接查询、自身连接查询、字符串匹配查询、模糊查询、分组查询等;
5)工作量饱满,系统实现技术的难度;
6)是否符合软件开发规范;
2.3.3 团队综合素质(分数比例10%)
该类别主要通过系统演示、课题答辩以及团队的出勤和会议纪要等信息考核团队成员的协同合作的能力,而且,尤其要注意有些同学过分依赖他人的思想。所以答辩过程中要求每个小组成员都要对自己所做的内容进行阐述和说明。
3 结束语
通过一系列的基于CDIO模式课程设计教学改革,使得每一个同学都有公平的主动参与的机会,同学们从这门课程开始就主动思考项目中各种实际问题,由“学中做”转变为“做中学”,极大发挥了学生的积极性和创造力,从而使得数据库课程设计的实践教学取得了非常好的教学效果。很多同学都对数据库产生了浓厚的兴趣,而且也有一部分同学毕业之后选择了数据库相关的行业。
参考文献:
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关键词:课程设计;VB;内容和形式
中图分类号:G642 文献标识码:B
文章编号:1672-5913 (2007) 22-0009-04
1VB课程设计的作用
VB课程设计属于VB程序设计的实践环节,一般安排在教学内容基本结束后进行,目的是使学生进一步理解和掌握程序设计语言的知识、扩展VB的知识、掌握利用VB编写应用程序的技巧、了解VB应用程序的编写规范和设计方法、加强学生应用VB程序设计语言解决实际问题的能力、培养和考核学生对编程知识的理解和综合应用能力。因此,如何确定VB课程设计的内容和形式是一个非常重要的问题。下面介绍我校VB课程设计内容和形式的改革。
2VB课程设计的内容
VB课程设计的内容决定了课程设计的质量。虽然目前市场上有一些VB课程设计指导书[1],但是这些指导书要么过于简单,达不到训练学生解决实际问题能力的目的;要么偏难,在规定时间内无法完成课程设计任务,给课程设计评定工作带来一些困难。因此,我校以教研室为单位,按照教学大纲的要求,组织该课程教师编写VB课程设计指导书,交教研室讨论,呈教务处审阅,最后付诸实施。
2.1VB课程设计的选题原则
(1) 课题的综合性
课题应尽可能多地覆盖VB程序设计的各个知识点,要尽可能涉及该课程的重点和难点,这样才有利于学生知识的扩展和深化。VB在多媒体、网络、数据库方面的应用都很广泛,课题的设计应强调学生对VB课程设计知识的综合运用能力。
(2) 课题的实用性
课题要能解决现实生活中的某个问题,即具有一定的实用性,以便学以致用,从而有效地激发学生的学习兴趣。
(3) 课题的灵活性
课题应当给学生一个创造发挥的空间,避免要求太死,这样才能促进学生思考和探索,充分发挥学生的想象力。由学生根据设计指导书中的要求自己查阅资料、获取数据、确定方案、选择流程等,并要求对自己的设计做出选择、论证和评述。
(4) 课题的创造性
课程设计是一次培养学生独立分析和解决问题的能力的机会,在整个设计过程中,学生是主体,老师的任务在于引导和启发。当学生在设计中遇到问题时,应鼓励学生刻苦钻研,自己去找资料,请教业内人士,尽可能找到比较好的解决问题的方法。这样可培养学生独立思考的好习惯,从而培养他们敢于创新和独立思考的能力。
(5) 课题的可操作性
课题不能太难,也不能太容易,应该使大部分学生在经过努力之后可以完成。课题设计得太难不利于课程设计的顺利进行;课程设计太容易,不利于学生能力的培养。
2.2VB课程设计的内容改革
为了全面训练学生应用程序设计知识解决实际问题的能力,我校VB课程设计内容主要以综合性、设计性项目为主。每个学生可以根据自己的兴趣、爱好和能力任选一个完成。这样使课程设计内容既具有指导性,又具有灵活性,每个学生都可以从中找到适合自己的课程设计内容。
根据VB课程设计大纲要求和VB程序设计的重点,VB课程设计的内容主要集中在三个方面。其一,数组和函数在实际中的应用;其二,利用VB进行图形图像处理的技术;其三,利用VB操作数据库的技术。其中利用VB操作数据库的技术是重点,也是难点。
下面是我校VB课程设计中有关数据库应用的参考题目和基本要求介绍,实际课程设计指导书的要求更具体。
为了充分发挥学生的能动性和创造性,还可以允许学生自己收集资料,自行确定课程设计题目。
3VB课程设计的形式
3.1小组模式的组织方法
VB课程设计以培养学生系统设计与分析能力为目标。为了达到目标,必须确定合适的课程设计形式。按照大纲规定,VB课程设计只有1~2周时间。一般来说,一个学生很难在规定时间内单独完成一个较复杂的中小型系统或软件,我校教师在近几年的VB课程设计教学中吸取过去的失败教训,总结归纳出一套有效的课程设计形式,即变过去的个别模式为现在的小组模式。小组模式的组织方法如下:
(1) 分组选题:
根据学生的兴趣、能力和计算机水平进行分组,每小组一般2~4人。每组由一名协调能力较强、计算机水平较好的学生担任组长,负责本组课程设计任务的分配和课程设计过程的监督管理。各小组通过调查和讨论,确定本组课程设计课题,递交课程设计开题报告[2]。
(2) 分组设计:
1) 确定具体设计方案,建立数据库,确定表结构及表间关系,确定程序模块,并进行明确分工;
2) 各人分别完成自己的设计任务;
3) 程序汇总、编译和调试等;
4) 根据学生特长进行分工,进一步美化界面,设计个性化的菜单和对话框等。最后打包,制作成安装盘;
5) 按教师指定的格式完成课程设计报告。
3.2小组模式下课程设计的保障
为了使小组模式下的课程设计顺利进行,必须为学生的课程设计提供一定的保障。
(1) 为学生提供方便的交流平台
小组模式下的课程设计必须有方便的交流平台,当学生在课程设计过程中遇到问题时,学生之间、学生与教师之间可以随时交流。VB课程设计一般在学生机房内进行,保证一人一台电脑。学生可以通过BBS和QQ实时交流,也可以通过本校的网络教学平台进行交流。
(2) 为学生提供丰富的信息资源
在课程设计过程中,学生会遇到一些在课本上无法找到答案的问题,学生一般靠自学来解决,教师必须为学生的自学提供各种信息资源的获取渠道,主要包括电子文档、图书、上网、调查等。
3.3小组模式下课程设计的管理
(1) 课程设计的监督
由于课程设计的组织形式是比较松散的,如果缺乏有效的监督机制,学习态度不端正的学生就会得过且过,平时不和其他同学交流,对自己的任务敷衍了事,到最后抄袭他人成果,企图蒙混过关,严重影响本组课程设计的质量和进度。因此,平时对学生的监督显得尤为重要。在课程设计过程中,由组长负责管理本组同学,组长每天记录各个同学的课程设计的进展情况、讨论情况、出勤情况等,遇到不良现象及时向老师汇报,这些记录也将作为教师对学生进行考核评定的重要依据。
(2) 课程设计的指导
课程设计是学生在教师指导下的一个实践过程,在此期间教师给以适当的指导不仅可以帮助学生解决一些难题,避免学生走弯路,而且可以引导学生培养正确的设计思想及设计方法。我校VB课程设计坚持以学生自主探讨为主、以教师理论指导为辅的原则。为此,我们在指导设计时采取代表性的问题集中讲解,个别问题单独指导的方法。教师的指导侧重引导和启发,逐步培养学生分析和解决问题的能力[3]。
3.4小组模式下课程设计的考核
(1) 考核内容
我校VB课程设计的考核形式由三部分组成:自我评价、小组评价和教师评价,分别占总成绩的10%、20%和70%。
自我评价部分主要让学生客观公正地评价自己在课程设计过程中的努力程度和收获;小组评价主要考查该同学与其他同学的协作精神和对本组课程设计的贡献;教师评价主要通过三个方面来评定:课程设计报告的质量、程序的效果和课程设计的态度,分别占教师评价的60%、30%、10%。
(2) 考核模式
为了保证教师评价的客观公正,教师对学生的考核分两步进行,先分组考核,再个别考核。首先由学生分组展示课程设计报告和程序,评出优秀的课程设计报告和程序,然后有针对性地给每个小组设计5个问题,对同一组的学生进行个别考查,根据各个学生的答辩情况分别评定。
3.5小组模式下课程设计的交流
(1) 小组交流
完成课程设计之后,每小组安排一次经验交流会。让每位同学回顾课程设计的构思,课程设计过程中遇到的问题和解决办法,课程设计的得失。交流不拘形式,各位同学畅所欲言。在此基础上,推选出本组代表到班级进行交流。
(2) 班级交流
安排一次班级课程设计经验交流会。各组代表介绍本组课程设计完成情况,由教师进行点评,并对本次课程设计进行综合评定。通过交流,可拓宽学生的视野,活跃同学们的思维方式,促进开放的学习理念。
4结束语
同样课程不同专业的课程设计会有不同的要求,同样课程同样专业不同学校也会有不同的课程设计理念。但是,不断探讨课程设计的内容和形式,提高课程设计的质量,则是每位教师必须共同研究和探讨的问题。只有联系本校实际,互相借鉴,不断创新,才能使课程设计达到更好的效果,为社会培养真正有用的人才。
参考文献
[1] 黄娟琴, 何钦铭. 计算机专业课程设计教材建设研究[J]. 计算机教育, 2007, (14).
[2] 胡国强. 课程设计的教学探索[J]. 焦作大学学报,2002, (01).
[3] 王廷山. 关于教师参与课程设计几个问题的思考[J]. 教育探索, 2007, (02).
作者简介
范士喜,北京印刷学院计算机科学系教师。主要研究方向:计算机教育应用。
通信地址:北京市 大兴区 北京印刷学院 计算机科学系,102600
关键词:计算机网络;课程设计;任务编制
中图分类号:G642 文献标识码:B
1计算机网络课程设计的目的
一个完整的计算机网络教学应该包括三个环节:课堂教学、实验和课程设计。课堂教学、实验和课程设计三者是相辅相成的。计算机网络课程设计作为计算机网络教学的最后一个环节,在巩固学生理论知识学习成果,锻炼学生动手实践能力方面具有重要的作用。
安排计算机网络课程设计的目的有两个,一是引导学生将书本上抽象的概念和具体实现技术结合起来,使学习深化;二是消除学生对协议的神秘感,调动学生学习的积极性与主动性。
2计算机网络课程设计的任务编制
我院在2007年由作者执笔,编写了新一版的计算机网络课程设计指导书,对课程设计的任务进行了编制。课程设计基本上按照计算机网络教学大纲安排,安排了5个具有一定代表性的课程设计题目。
实验一,简单网络程序设计。本实验选择了几个简单的网络程序,这几个网络程序或者是我们经常使用的网络命令,或者是网络程序设计中的基础内容。通过从几个简单的网络程序中选取其中的两个实现,目的是希望同学们了解网络编程的基本流程和基本方法,能初步掌握TCP/IP网络协议的基本实现方法,对网络的实现机制有进一步的认识。本实验的几个简单的程序都可以采用Java的网络编程包java.io中提供的编程接口实现,但是因为Java的网络包提供了较高层次的封装,屏蔽了网络编程中需要处理的细节问题,所以采用Java作为实现语言的同学需要把Java的网络包源码加入到自己编写的程序源码中,对Java网络包中相关代码的实现细节进行分析,并在实验报告中得到体现。这几个简单的程序是:(1)Ping程序设计;(2)Echo程序设计;(3)HTTP客户端程序,不要求解释HTML语言;(4)端口扫描程序。
实验二,数据包捕获与分析。网卡的缺省工作模式包含广播模式和直接模式,即它只接收广播帧和发给自己的帧。如果采用混杂模式,一个站点的网卡将接受同一网络内所有站点所发送的数据包,这样就可以到达对网络信息监视捕获的目的。Ethreal是一种开源的网络数据包的捕获和分析软件,本实验通过Ethreal软件的安装使用,监控局域网的状态,捕获在局域网中传输的数据包,并结合在计算机网络课程中学习到的理论知识,对常用网络协议的数据包做出分析,加深网络课程知识的理解和掌握。
实验三,Web服务器的简单设计与实现。本实验要求了解Web服务器的工作原理,设计并实现一个简单的Web服务器,并通过测试。
实验四,聊天程序的简单设计与实现。聊天程序是上网时经常使用的网络程序,本实验要求完成一个聊天程序的简单设计与实现。
实验五,动态网站的简单设计与实现。动态网站的构建已经成为计算机专业学生的一项基本技能,本实验要求学生构建一个动态网站,掌握网站构建的流程、编程方法以及部署、运行等基本技能。
上述实验中,实验一和实验二是必做的内容,而实验三、实验四和实验五只需要选做一个即可。
3计算机网络课程设计的实践
作者从2006年毕业入校以来已经指导了2届学生进行计算机网络的课程设计,在指导课程设计的过程中,总结了普遍存在的以下几个现象,并有针对性地采取了应对的措施。
[1] 学生人数众多。高校扩招使在校学生的数量大大增加,针对这样的现象,我们对参加课程设计的学生进行了分组,每组由3~4名学生组成,课程设计只对组做要求,但是要求明确组内成员的分工。这样既解决了学生人数众多和教学资源相对不足之间的矛盾,又起到了锻炼每一个参与学生能力的目的。
[2] 个体之间差异大。为解决学生个体之间差异很大的问题,我们在小组的组成上做了要求,要求一个组内既有成绩比较好、动手能力比较强的学生,同时也有一些成绩比较差、动手能力相对弱一些的同学,这样通过组内的交流就能共同提高、共同进步。
[3] 懒于动手。相当数量的学生在做课程设计的时候不愿自己亲自动手编写程序,而是通过在网上搜索,寻找相关程序或者从上一届学生手里拷贝。针对这个现象,我们增加了考核措施和激励机制,在验收程序时不仅看实验的结果,而且要让学生讲解程序的原理和设计思路,在课程设计实验报告中也增加相关的内容。在考核的时候,亲自动手做实验、编程序的学生的成绩要远远高于通过下载、拷贝程序的学生的成绩,达到激励学生勤于动手的目的。
结束语:上述是笔者通过编写计算机网络课程设计指导书和指导学生进行网络课程设计的教学实践所总结的一些亲身体会,希望对参与计算机网络实践环节的教师有所帮助。