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中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)17-4122-02
The Study of Experiment Teaching Reform Based on Computer Organization Principle
ZHENG Geng-zhong1, LIU Qiu-mei2
(1.Department of Mathematic and Information Technology, HanShan Normal University, Chaozhou 521041, China; 2.Library, HanShan Normal University, Chaozhou 521041, China)
Abstract: Computer Organization principle is the core leading course in speciality of computer science. In the paper, we study the experiment teaching reform of computer organization principle from the teaching task and teaching method. The studies can deepen experiment teaching reform, and giving valuable references to improve the experimental quality of computer organization principle.
Key words: computer organization principle; experimental teaching; teaching reform; teaching quality
“计算机组成原理”是计算机专业的一门核心专业必修课,从课程地位来看,它在先导课和后继课之间起着承上启下的作用。该门课程的理论性、工程性、技术性、实践性都十分强。因此,在搞好课堂教学的同时,必须对实验教学环节给予足够的重视,把实验教学看作是提高学生动手能力和实施素质教育的一个途径。在教学的过程中,根据该课程的特点,我们从以下几方面对实验课教学进行了改革探索,并取得了一定成效。
1 制定实验教学任务和要求
1.1 计算机组成原理实验教学的任务
随着市场经济体制的建立,未来的工程技术人员既要有扎实的理论基础,又必须有较强的动手和独立分析问题、解决问题的能力,而实践教学环节则是培养获得这些能力的关键。因此,计算机组成原理实验教学的教学任务是:通过试验,让同学在深化理解计算机各功能部件的同时,加强对计算机整机硬件子系统组成与运行原理的认识。在完成实验课的过程中,巩固和扩充理论知识,学习研究方法和实验技能,培养学生独立从事科学研究的基本技能和分析问题、解决问题的能力,并逐渐养成严谨的科学态度。实践证明,只有转变教育观念,制定切实可行的教学任务,明确教学目的,充分调动学生学习科学知识的积极性,才能有效地提高教学质量。
1.2 计算机组成原理实验教学的要求
在实验教学任务确定之后,我们把每一个实验都以任务书的形式给出,任务书主要对实验目的、实验内容、实验要求做了相应说明,在做实验之前,提前两周交给学生,学生在接到任务书之后,则根据实验的具体要求事先做好预习。这样一来可以使学生将对待实验课的态度由被动转变为主动。在做实验的过程中,我们对学生的实验基本操作从严要求,因为实验基本操作的准确与否是检查学生对实验基本技能掌握程度最基本的指标,也是培养学生熟练掌握科学仪器及技术应用能力的重要手段。为了提高学生的实验科研总结能力,我们除了要求课后撰写实验报告之外,还要求学生做完实验后能当场对整个实验过程进行综述,并由教师提出相关问题,由学生回答。这样不仅能提高学生的实验研究总结能力,同时也能提高学生的语言组织表达能力,为今后从事教学研究打下基础。
2 改革实验教学内容,突出能力培养
2.1 分解实验和综合实验
在实验内容的安排上,我们的第一个环节是6个分解实验,第二个环节是1个综合实验,第三个环节是学生自己进行实验设计,最后环节为课程设计。6个分解实验分别是运算器实验、微程序控制器实验、TEC-2机汇编语言程序设计实验、主存储器扩展实验、并行接口电路I/O实验、多级中断实验,这些实验一般在该部分知识的课堂教学完成后第三周进行,这样安排可以使学生及时消化课堂知识,加强对计算机每一个组成部分的深入了解。综合实验为整机调试实验,是整个实验教学的重点,它的实用价值很高,是综合运用所学的计算机组成原理全面知识的实验。
2.2 自行设计实验
在掌握好基础和综合实验的基础上,我们鼓励学生自己进行实验设计。实验设计的内容可以包括:
1)根据教学内容进行实验设计,主要是设计一些验证性实验,以巩固和验证新知识。例如在做微程序控制器实验时,为进一步加强学生对微程序设计的理解和认识,我们除了要求学生进行加法指令的设计之外,还要求设计除此之外的其它指令,同学们也都能够根据自己所掌握的知识,自行设计出不同功能的新指令,如整数的开方指令、转移指令、转子指令。
2)结合生产实践进行实验设计。作为新时代的大学生,我们应该充分培养他们的创造能力。比如,我们可以利用计算机组成原理实验系统、单片机等器件来设计一个使用微处理器控制的路通灯管理系统,通过这样的实验可以培养学生系统设计的实践和经验,锻炼硬件设计、软件设计及调试能力,为今后从事科研工作打下基础。
2.3 课程设计
高等学校的教学工作,不仅是传授理论知识,更重要的是对学生综合素质及工作能力的培养。针对计算机组成原理课程应用性、实践性很强的特点,我们特别开设了该课程的课程设计。在课程设计的选题上我们从理论教学与实践紧密联系的特点出发,选择了微型计算机的设计与调试作为课程设计的课题。实践证明,通过课程设计这一教学环节,让学生开展综合性题目的设计锻炼,既可巩固所学的理论知识,也可提高对专业课程的应用能力,并为今后的毕业设计打下坚实的基础。
3 开放计算机组成原理实验室
实验内容改革以后,该课程的实验数目、实验难度有了很大程度的提高,开放计算机组成原理实验室,学生有足够时间完成每一项实验,而不会象以前那样只看不动或极少动手,一些教学未安排的实验也可进行。动手的机会多了,动手能力也随之得到提高。此外,开放实验室,学生可分批进行实验,缓解了仪器设备不足的困难,提高了仪器的使用率。在我校参加教育部师范院校评估的过程中,为了进一步提高学生的动手实践能力,我们采取了开放实验室的做法,取得了很好的实效。
4 充分运用电教手段和多媒体辅助教学技术
计算机组成原理课由于具有较高的抽象性及技术性,在一定程度上,其教学内容难以通过课堂讲授和硬件实验被理解掌握。为解决理论授课和实验辅导中的教学难点,在教学的过程中,我们注重应用电教媒体和多媒体CAI技术,并使用AUTHORWARE软件开发了计算机组成原理多媒体辅助教学软件。通过多媒体技术,以动画演示、配音讲解的手段详细说明运算器、存储器和控制器三大组成部分的动态数据通路、工作原理和工作过程,很好的解决了现有传统教学手段无法直观、形象的描述计算机内部组成原理以及由它带来的教学难点的问题。为了提高学生系统分析能力、实验完成率及完成质量,我们在CAI软件中提供了实验辅导与讲解演示系统。此外,还提供了良好的交互式学习环境,配有多种方式的习题和测验系统,解决了教学辅导不足和集体教学模式下不能很好的因材施教的问题。实践证明,通过利用多媒体技术进行教学,打破了以往以黑板、粉笔、教科书为主要教学媒体的教学形式,综合利用学习者的多种感官接受信息,大大提高了学习效率,取得了良好的教学效果。
5 因材施教,注重实效,调动学生的学习积极性
计算机组成原理的主要内容包括计算机各主要功能部件的组成、设计方法及逻辑实现。具有较高的抽象性,如果仅凭教师解说是很难体会的,即使学生能够明白,也会感到索然寡味。为此,在实验教学的过程中,我们把学生最熟悉的个人电脑拿来做实验,将个人电脑进行分解,把分解后的部件与计算机组成的各个部件进行对比。例如,在讲运算器和控制器这一部分内容时,我们将个人电脑的CPU拿来作比较,在讲存储器这一部分内容时,我们将个人电脑的硬盘、软驱、光盘、内存拿来作比较。通过对比,分析它们的异同点和相互联系,这样可以把抽象的知识具体化,对提高学生的学习积极性,让学生进一步明确该课程的学习目的,灵活运用所学的知识,解决身边所遇到的问题具有很大帮助。
6 结论
在计算机组成原理实验教学的过程中,我们深刻体会到,实验教学工作应该有目的、有要求、有针对性,循序渐进的逐步开展,深化实验教学改革是我们每一个教学工作者的责任,只有不断探索与革新,教学工作才能不断得到进步。
参考文献:
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[4] 海林鹏,陈峰.浅谈计算机组成原理实验课程的教学[J].电脑知识与技术,2007(12):22-32.
1.1各课程设计单独开展,之间缺乏必要的联系
以往课程设计的开展,分别在各课程结束时,作为一个总结性和综合性的教学环节来进行,不同学期、不同设计内容、不同课程间独立开展,导致相互之间缺乏必要的联系,学生进行的只是局部的训练,缺乏一个整体的概念。比如在化工原理课程设计时,学生对化工制图、材料、设备的强度计算、各设备元件的选择与设计及标准不是特别清晰,最后所得的工艺及工艺尺寸计算数据甚至被弃之一旁;而在化工设备课程设计时,则需要对化工工艺问题有一个整体把握,依据计算所得工艺参数及工艺尺寸来指导设备设计与选型,这些都要用到化工原理和化工工艺学的知识。
1.2各课程设计的时间安排较短,学生仓促而就
这四门课程作为化工类课程的重要组成,其教学内容繁重,在课程结束时留给课程设计的时间就显得极为有限。而每门课程设计对学生来说其工作量都是极大的,且对于化工类学生来说又都是极其重要的,是学以致用、理论结合工程实际的重要一环。在短短的1~2周的课程设计期间,教师首先要下达设计任务书(布置设计任务),而后进行设计课程的专题指导和答疑工作。接着学生要查阅、搜集相关文献资料及实际工程信息,准备相关化工标准、手册以备随时查阅。设计期间学生要完成的工艺流程图和主设备图各一张、复杂设备的不同视图、若干零件图及一份详细的设计说明书(包括设计工艺核算、设备设计及各零件计算)。学生要在短期内完成这一系列任务,时间仓促,难以对设计内容整体把握和系统思考,对于设计细节考虑不周,导致略微改动已有图样的情况有之,原图照抄照搬情况亦有之,完全没有达到课程设计与实际结合的训练目的。
1.3独立课程设计内容单薄,系统综合性差
由于要考虑时间安排的限制,以往的课程设计会选取化工单元操作的一小部分作为设计任务,以达到任务量与时间安排的匹配。这往往影响了学生对于化工生产过程整体性与系统性的掌握,在设计过程中难免会“一叶障目不见泰山”,难以加强学生在化工生产基本原理、工艺流程设计、单元操作设备及核算方法等方面的综合素质。以上问题影响了实际教学效果的强化提高,难以达到化工课程设计学以致用、由理论入实际化工生产过程、培养创新型化工人才的目的。
2整合四门课程设计,设立化工专业综合课程设计的可行性
2.1设立化工专业综合课程的必要性
化工原理、化工设备、化工制图和化工工艺学作为化工专业的重要专业基础课程,其侧重点不同,但在实际设计中紧密联系。化工工艺学主要研究原料化学反应的过程和方法[4],从化工热力学、动力学的角度分析反应原理、反应影响因素,据此确定其工艺条件;并据反应特点设计工艺流程。化工原理则是以单元操作为对象,讲述其能量传递、动量传递、物质传递的基本原理,以及其操作过程对管道、容器设备等的条件要求,为设计部门提供参考依据。这两门课讲述的是化工工艺方面的知识。化工设备课程的主要内容是介绍单元操作中所用设备及其设计过程[5]、设计方法,这些设备的结构、形式、尺寸直接决定了它们是否能达到工艺设计中所要求的条件参数。也就是说工艺设计以及工艺核算是化工设备设计的前提,化工设备设计又是保障工艺条件实现的基础,而化工制图是化工设备设计的直接手段。首先根据化工工艺学确定生产工艺,再由化工原理的知识进行选型论证后,经过工艺核算确定设备的型号,最后依据化工设备的知识并借助化工制图的手段拿出设备图。由此可看出,四门课程的紧密联系及其不可分割性,完成任何一个独立的课程设计都要交叉运用这四门课程所学知识,这就为整合四门课程设计提供了基础。
2.2时间安排集中,各科教师联合指导,避免短板,可极大提高教学实践效果
本校惯例,课程设计一般安排在每门课程结束之时,结课考试之前,时间短而分散,各科任课老师“各自为战”,如此仓促的开展课程设计其教学效果大打折扣。整合四门课程,设置化工综合课程设计后,时间可由原来的2周改为6周。课程设计时间大大延长,学生有充足的时间和精力来认真、从容、细致地对所学四门课程用课程设计的方式做一次有系统、有目的的大总结,避免了学生因时间紧而仓促开始草草收场的应付现象。整合开展化工类专业综合课程设计还便于四门课程教师开展协同教学、互补教学,弥补了化工原理、化工工艺老师对设备、制图方面的不足,化工设备、制图老师对工艺设计的生疏。在学生遇到问题时可及时有效地给予更专业、更全面的解答,极大的提高课程设计的效率和教学效果,真正地实现在课程设计实践中提高学生能力的目的。
2.3课程设计选题的针对性更强,学生课程设计训练的系统性更强
整合后,课程设计任务书的编写与下达可由四科教师共同讨论,综合考虑来完成。可以有目的的选取设计对象,对学生进行侧重训练;也可根据实际应用,灵活设置课题。在设计中引导学生深入思考,综合考量自己所做设计的可靠性、经济性和实际可行性。指导学生正确使用设计行业的规范和标准,准确查阅设计手册和资料。这可有效的避免以前课程设计选题的随意性与设计过程的不完整性,使学生在了解生产工艺流程的基础上,进行塔设备的设计和换热器(泵)选型,然后立即对该塔设备和换热器(泵)进行强度校核及图纸绘制,同时引入计算机编程、AutoCAD等软件锻炼学生利用计算机解决问题的能力,使学生经历一次完整的化工单元操作设计的全过程,有机会将所学知识得以实际综合应用,为后续毕业设计及走上工作岗位打下坚实的实践基础,并使学生深刻理解化工原理课程的工程性、实践性和应用价值。
2.4可协调四门课程与其它课程的开设时间及授课内容的关联性
考虑到学生对课程知识的遗忘性,有必要协调四门课程的开设时间,将四门课程调整到同一个学期来开设,在该学期结束时统一时间开展课程设计,这对于化工专业的课程设置来说是完全可行的。在授课内容上,平时的授课中可有意强化课程间的联系,增强学生的综合思考意识。
3结语
关键词: 光纤通信;实践教学;OptiSystem;SDH
TN929.11-4
一、“光纤通信”实践教学现状与问题
光纤通信课程[1-4]是适应当代通信技术发展应用所开设的,是通信工程专业的专业必修课程,具有很强的专业实用性和实践性。随着社会技术发展和企业对从业人员的专业能力提出了更高的要求,传统的实践教学[5-7]内容和方法已经不能满足现代企业对学生专业能力培养的要求。结合我校“技术立校,应用为本”的办学方针,本文结合在光纤通信课程中的教学和科研以及当前学生的就业现状,进行一系列的实践教学改革和探索,从实践教学内容、教学方法、成绩考核等方面进行相关探讨和研究。
二、“光纤通信”实践教学改革思路与举措
(一)改革思路
光纤通信实践教学主要由光纤通信实验、光纤通信课程设计、光纤通信设备应用实践三大模块构成。每个模块侧重点各有不同,三大块模块一起构成了与理论知识紧密联系,贴合光纤通信实际应用,以应用为基础,提高学生实践能力的实践教学体系。
1.光纤通信实验与理论内容紧密联系,进一步巩固了理论内容。
光纤通信实验课程是结合理论课程《光纤通信》安排的实践课程,教学目标是通过本课程的教学和实践,进一步巩固和加深光纤通信原理理论知识的理解,提高综合运用所学知识来验证光纤通信原理的能力,理论与实践密切结合,相辅相成。实验着眼于提高学生的动手能力,要求学生通过实验环节,能正确使用仪器设备,掌握测试原理;掌握光纤器件和光纤系统的工作原理;提高学生分析问题和解决问题的能力。
目前,光纤通信实验课程课时是16课时,主要在光纤通信实验箱上来完成。在实验内容设置中,侧重对光纤通信及光器件的基本原理、光纤传输系统构成及性能指标等进行实践操作。实验内容从光源P-I曲线,到光纤通信传输系统构建,由局部到系统,层次分明,重点突出,注重培养学生对理论知识的巩固和理解。
2.光纤通信课程设计着重培养光纤通信的软件设计能力
光纤通信课程设计是在完成光纤通信实验课程的基础上开展的,是进一步实践后续课程,主要训练学生在一种通用光纤通信软件设计平台(如OptiSystem)上进行光纤通信系统设计的能力,培养学生光器件设计和各类光网络构建及分析能力,培养利用设计软件工具对设计任务进行总体设计和分析、完成的能力,进一步提高和深化学生对光纤通信的实践能力。
课程设计提供8个以上设计题目,设计课题有光纤器件的分析、系统构建、系统优化,内容分布广泛,层次分明。整个设计流程按照课题分析、设计方案论证、设计调试、撰写课程设计报告、答辩五个环节进行。
3.光纤通信设备实践与通信行业紧密贴合,增强对光纤通信设备的实践操作应用能力
随着光纤通信的发展,光同步网(SDH)网络在宽带网络的建设中发挥着重要的作用。光纤通信课程引进中兴通信的光纤传输平台,开设专门的光纤通信工程实践训练课程,通过中兴工程师和专业教师共同授课的方法,在光纤通信实验和课程设计基础上,进一步深层次加强学生的实践能力培养。
光纤通信工程实践训练内容包括SDH光传输设备实践,实践设置贴合通信行业实际应用,加深学生对光通信设备的构成和原理的理解和认识,培养学生对光通信设备的连接、设置、调试、运行、维护能力,提高学生对大型光通信设备实践操作能力。
(二)具体实施举措
在光纤通信三大模块的实践教学中,要求学生通过每个模块的实践过程,进行详细的学习、观察、体验、思考,使得理论和实践能够紧密结合。在O置实践项目过程中,突出重点,结合课程内容,尽量充实安排实践内容。在学生的实践过程中,要求学生能够综合运用了所学的理论知识,提高实践技能,熟悉完整的系统设计和实现过程,掌握大型设备的配置和调试过程,对于今后从事相关领域的系统设计、开发和维护提供了宝贵的经验。
1.光纤通信实验内容和课程内容紧密结合,并且从基础验证、综合性、设计性三方面进行了设置,完成实验内容的优化。实验设备包括微机、光功率计、光纤、光无源器件、示波器、数字万用表、图像显示器、电源模块、信号源模块、光发送模块、光接收模块、电话接口模块、误码模块、图像接口模块、PCM 编译码模块、CMI编译码模块、HDB3编译码模块、CPLD下载模块等组成,可以应用不同的模块来组成不同的光纤通信系统,如:模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统、光波分复用传输系统、图像光纤传输系统等。
在实验讲授教学过程中,采取结合课程内容,回顾相关理论知识的教学方法,介绍实验原理,讲解实验步骤,分析实验结果。如:在实验“半导体光源P-I特性曲线测试”中,首先带领学生回顾理论课中讲解的公式两种光源LED和LD的工作原理及其区别,回顾P-I曲线的表现有何区别,并介绍两种光源的特性,进一步回顾半导体光源阈值电流Ith的概念和物理意义。并指导学生完成相应的测试工作。这样讲解之后,学生既巩固了理论知识又明确了实验内容,通过对比加深了对理论知识和实验原理的掌握。
2.光纤通信课程设计主要充分通过光纤通信系统仿真软件,如Optisystem,使得学生能够模拟仿真光纤元器件及系统的设计和整个过程。在系统仿真实验中,学生可以随意调整波形参数等,对一个光学元器件甚至整个通信系统进行优化设计和性能仿真,直观地模拟信息在光纤通信系统中的整个传输过程。要求学生能够分析原理,设计软件流程,能够搭建整个过程,并通过光谱仪等仪器器件对结果进行观察和分析。
如设计“PIN光电二极管的噪声分析”,要求学生首先分析影响光接收机性能的主要因素,即接收机内的各种噪声源。并能分析计算接收机中的放大器本身电阻产生的热噪声和放大器的晶体管引入的散粒噪声。要求学生完成设计整个软件流程,并搭建实现,如图1所示。要求学生根据数据模拟得到定量的分析和计算,观察热噪声和散粒噪声对最终传输的信号质量的影响,观测不同噪声对整个系统性能的影响程度的大小。
3.光纤设备实践要求在SDH课程知识基础上,在行业大型设备中能够根据理论知识进行配置、调试,进行数据通信。这就要求学生对SDH的基础知识、SDH网络的自愈能力、SDH环型组网、通道层或者复用段层的自愈环等要理解透彻。我们以中兴通信公司的SDH光传输设备为实验平台,使学生可以接触到包括光传输、数据网络和智能业务平台等方面先进的光通信技术。要求学生熟悉ZXMPS325传输设备的整机和单板硬件,并掌握SDH 的部分测试方法; 要求学生能够基于网管E300软件,自主完成对网元业务的设置、数据修改和监视,实现SDH通道保护链和复用段保护等配置及性能测试。
如,对“二纤双向通道保护的配置原理和实践”,首先要求学生理解掌握SDH的复用结构和过程,掌握二纤双向通道保护的工作原理,要求学生能够根据业务,分析网络拓扑结构,分析I务传输过程,掌握通道保护配置方法。如图2所示:
三、“光纤通信”实践教学考核与评价
目前,光纤通信实践课程的三大模块采用不同的考评机制,主要侧重学生的实践操作能力和过程,强调学生对实践结果的分析能力,注重学生的创新能力。
在光纤通信实验的实践环节中,实验成绩考评是由平时实践操作和实验报告组成。在实验报告中,注重学生对实验及设计结果的分析及现象总结、实验中产生问题的解决办法、对实验的新设想等。
课程设计实践环节的成绩考评由课程设计过程、测试(独立演示)课程设计结果、课程设计报告和答辩成绩组成。教师根据学生实际操作情况给出过程成绩,根据演示过程和结果,给出相应的设计结果成绩;根据设计报告的内容和格式规范,要求课程设计报告格式按照科技论文要求撰写,为学生将来做好毕业论文打下一定的基础,并给出相应的设计报告成绩;在答辩过程中,侧重考查学生的思考和创新能力,以及对整体系统的设计能力,并给出相应的答辩成绩。
光纤通信设备实践训练的成绩考评由实践操作,答辩环节和实践报告构成。注重学生的实践操作能力,对原理的理解能力,报告撰写的规范性。提高学生在实践中理解理论知识的能力。
四、“光纤通信”实践教学改革成效
通过对光纤通信的实践体系的结构、教学内容、教学手段、考核方式进行了一系列的改革,学生的实践效果和质量明显得到了提升。在今后光纤通信的实践教学过程中,只有进一步突出工程应用实践操作能力、强化创新培养特色,不断提高学生的学习兴趣,激发学生的学习主动性,提高相关领域从业的综合职业能力,才能达到培养高素质通信专业人才的目的。
参考文献
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关键词:微机原理;课程设计;教学方法;考核体系
课程设计是一种课程形式,也是一种教学方法[1],其基本教学目的是加深学生对课程基础理论和基本知识的理解与掌握,培养学生综合运用基础理论和技能分析与解决实际问题的实践能力以及勇于探索的创新精神。微型计算机原理与接口技术是计算机硬件基础的重要组成部分,是高等学校很多专业都开设的一门基础性课程,也是一门应用性、实践性很强的课程。由于其开设量大,受益面广,国内高校都加强了该课程的建设,深化课程改革。一方面,缩短了课堂授课学时,加大实验学时,特别是加大课程设计学时;另一方面,加大课程设计的改革力度,不断更新设计内容,改革教学方法和考核方法,突出学生的自主性、主动性,激发学生的创新意识,注重学生设计能力的培养和工程能力的训练[2]。
天津大学电气与自动化工程学院开设的微机原理课程设计,基于多个围绕微机原理课程设计的天津大学教改课题的实践成果,结合学科前沿和工程实际,创新微机原理课程设计平台,不断优化和更新设计内容。结合学生特点和兴趣,注重引导、激发学生的创造激情和对知识的渴望,创新教学方法和手段。并且将创新性与工程规范纳入考核体系,改革考核和成绩评定方法,引导学生从注重结果转变到注重过程,从注重成绩转变到注重成效。
一、创新微机原理课程设计平台与内容
1.微机接口实验系统综合设计项目开发
基于“通用微机接口实验系统”,利用实验系统的外扩展接口,开发利用各种外扩展板,构建多种新的微机接口综合设计系统。主要包括以下几个方面:
(1)开发了GPS(全球定位系统)导航系统扩展实验板[3],并与“通用微机接口实验系统”系统连接,以及与液晶显示系统或LED键盘控制实验板互联,构成全新的综合设计实验系统。设计并开设基于导航系统实验扩展板的综合设计性实验,与学科前沿相结合,增加了设计深度与广度,丰富了实验教学内容。
(2)实现了“通用微机接口实验系统”与LCD(液晶显示系统)连接[4]。新的实验系统可完成主要内容包括各种字符与图形的编程与显示、薄膜按键开关实验等。实验系统还可与电机等执行元件相连,通过编程在液晶显示器上显示输入输出及控制和执行信息等综合设计性实验内容。
(3)实现了“通用微机接口实验系统”与LED(发光二极管)键盘控制实验板的连接[5]。该实验系统通过8279芯片等的应用完成了综合设计性实验题目的开发,主要包括总线控制以及对控制对象进行显示、管理和操作,使课程设计内容更符合电气与自动化专业对控制技术的要求。
(4)学生自主进行创新设计。实验室提供红外收发、温湿度或压力传感器等实验扩展板及相关技术资料,在课程设计中学生利用实验室的各种设备与“通用微机接口实验系统”相结合,自定课题进行创新设计与实践。
2.微机接口实验系统综合设计性实验应用
拓展设计内容,更新设计项目,做好设计实验之间的科学衔接,使学生在课堂上更多地接触前沿技术,为他们未来接触工程实际奠定良好的基础。注意将本课程所学知识与“电子技术”、“自动控制原理”、“检测技术”和“机器人学”等相关课程内容融会贯通,提高学生综合运用和工程应用能力。
(1)课程设计内容的设立。根据微机原理课程设计的要求,不断进行实验系统选题的设计与开发,精心设计课程设计内容,注重先进性和开放性,并与学科的前沿技术相结合,在课程设计的综合性、设计性环节给予学生更多的选择。设计课题包括基础性选题和扩展性选题两部分。
基础性选题主要包括:自定义字符显示编程,汉字字符显示编程,图形显示编程,特效显示编程,总线控制LED显示实验,微机接口、键盘、LED综合实验,GPS通讯实验,GPS编程实验,GPS手持机实验,各种外扩展板设计实验。这些设计内容与微机接口技术紧密相关,并具有一定的深度与广度,同学们通过硬件连接、软件设计,软硬件调试完成集采集、显示、存储等功能于一体的设计内容。
同时,我们还给出了多个综合设计性扩展选题。此类选题没有固定的要求,只是给出一些提示,学生可以根据自己的设想进行硬件选择、软件设计,达到自己的设计目标。极大地发挥了学生的主观能动性和创新性。
(2)课程设计教程的编写。微机原理课程设计综合设计性选题的主要知识点依托微机原理接口技术并结合与之相关的学科前沿。为此,根据课程设计要求,编写了相关的设计教程,提供参考文献与网站,使学生在实验前对相关的扩展知识有个初步了解。根据历届学生的具体情况,教师不断总结实践教学经验,逐步完善指导书的编写,使之更适应于学生的实践与创新。在指导书编写中按知识点模块化编写,设计实验内容从易到难编排,每个设计实验都给出了预习要求和达到目标。对于创新性设计实验我们给出一部分选题,同时鼓励同学们结合系统,将扩展板进行多种组合,自己设计课题,进行实践创新。
二、探索新的实践教学方法和手段
1.加强引导与鼓励,激发学生的创造激情和对知识的渴望
在微机原理课程设计教学实践中,首先了解不同学生的特点和学习兴趣,在此基础上有针对性地指导学生选题及团队组合。在设计过程中,鼓励学生独立思考,通过网络、图书馆、资料室等各种渠道进行信息检索和资料查询。教师在指导实验时,从实践应用的角度出发去引导学生的设计方法和技术路线,注重培养学生发现问题、思考问题及解决问题的方法和思路以及创新意识。
教师在课堂上注重学生课程设计过程,鼓励学生以灵活多样的方式和不同的角度完成自己的选题,激发学生的创造激情和对知识的渴望,促使学生从“要我学、要我做”转变为“我要学、我要做”。
2.改革课程设计考核和成绩评定方法
在课程设计的考核中将创新性与工程规范纳入考核体系。指导教师从出勤次数、软硬件设计、上机调试、预习(第一次实验时检查流程图、源程序)与总结报告、创新性等方面对学生进行综合考评。在课程设计的考核与评定过程中细化了预习、设计、创新、实验报告完成各个步骤的考核标准。课程设计过程中为每位同学建立考核表格,其中题目1是基础性选题,题目2是自选的综合设计性扩展选题。按照考核指标体系,在课程设计过程中同步给出各环节考核成绩,做到公平公正,激励学生更好地完成课程设计内容,更多地进行创新性设计。
三、教学效果
2006年以来,我们不断创新微机原理课程设计硬件平台,不断扩展和更新设计内容,边实践、边改革。目前已在电气与自动化工程学院自动化专业和电气自动化专业6届学生(平均每届学生12个班、380人)中进行了教学实践,取得了良好的教学成果。
微机原理课程设计教学过程中,学生付出了很大努力,他们要自学相关知识,查阅资料,进行实验设计、流程设计,搭建硬件平台;并通过软件设计、软硬件调试,完成整个设计,写出设计说明书和总结报告。大部分学生对扩展性选题具有极大兴趣,有学生选用导航扩展板实验系统,通过自学相关知识,实现了GPS地理信息的采集、显示、存储,取得了满意的效果;还有学生偏重理论研究,例如08级的同学在80X86平台上完成了FFT(快速傅里叶变换)的汇编实现,具有较强的理论价值,能在本科阶段做出这样的课程设计成果,得到了师生的广泛好评。
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关键词:项目式;实践教学;课程设计;翻转课堂
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)30-0162-03
Application Research on the Project-based Practical Teaching of Flipped Classroom― A Case Study of The Course Design of Database Principle
XUAN Jun-ying,ZHU Rong,LIU Xiao-jing
(School of Mathematics Physics and Information Engineering ,Jiaxing University, Jiaxing 314001, China)
Abstract: The reform of practical teaching mode is an important way to realize applied and innovation talent training. In this paper, according to the present situation of the course design of database principle, we apply project-based practical teaching into flipped classroom, and deign the concrete teaching model and detailed implementation process. Practice proves that the proposed method achieve a good teaching result,it also provides reference for the other courses practical teaching .
Key words: project-based; practical teaching; course design; flipped classroom
近年来,伴随着新技术与新理念的层出不穷,教学改革的浪潮一浪接一浪。诸如“项目式”、“翻转课堂”等教学模式成了教改的热门。作为计算机专业重要的实践性环节之一的课程设计,注重培养学生的实际操作与创新及合作能力,如何将项目式实践教学中应用于翻转课堂,为计算机专业实践教学模式的改革提供了新的思路和方法。本文以《数据库原理》课程设计为例,探讨项目式实践教学应用于翻转课堂的教学模式。
1《数据库原理》课程设计现状
《数据库原理》作为计算机专业的专业基础课,具有非常重要的地位,作为其集中实践教学环节的课程设计,是在完成《数据库原理》课程理论教学后,进行的一次全面的综合实训。其目的在于让学生加深对数据库基本原理和基本知识的理解和掌握,培养学生具有数据库设计和开发能力,在课程设计过程中强化学生的实践意识,提高动手能力、创新意识和协助精神[1]。然而目前《数据库原理》课程设计教学还存在一些问题,教学效果不够理想。主要表现在:
(1) 知识点较多,学生不易入门。《数据库原理》课程中有较多的知识点,虽然相关知识点在理论教学中已做了详细的讲解,但是学生对碎片化的知识无法做到有机的结合,加上《数据库原理》课程设计实践性、综合性要求较高,部分学生有一定的畏难情绪,导致其积极性不高。
(2) 时间仓促,学生忙于应付。由于课程设计的时间有限和紧迫(我校H为一周),造成学生没有充裕的时间认真思考问题,只是忙于应付需要提交的课程设计报告和软件,难免降低了对课程设计能力的培养。
(3)教学考核形式单一, 没有体现过程化考核。课程设计一周,教师的工作主要是作好辅导答疑工作,考核则是直接根据课程设计报告评定成绩,这样的考核方式使得整个课程设计过程基本的质量难易把握。
可见,传统的《数据库原理》课程设计教学处于困境中,需要新的教学模式改革课程设计的过程和方法,解决目前课程设计中存在的问题。如何利用课程设计项目式教学的特征,应用于当下热门的“翻转课堂”,成了我们关注课程设计教改的课题。
2 翻转课堂概述
近几年比较热门的翻转课堂(Flipped Classroom)教学模式,作为一种概念是Bake在2000年提出的,实践起源于美国科罗拉多州落基山的“林地公园高中”的两位化学教师乔纳森・伯尔曼和亚伦・萨姆斯。到2011年春季,可汗学院的创办人Salman Kha在TED上的演讲《用视频再造教育》后,更引发出大众对翻转课堂的关切热潮[2]。翻转课堂是在信息化环境中,教师提供以教学微视频为主要形式的学习资源,学生在课外时间完成对教学视频等学习资源的自主学习,而师生在课堂时间则是面对面一起解答疑惑、开展协作探究和互动交流等活动的一种教学模式。
翻转课堂模式彻底颠覆了传统课堂的教学模式,具有以学生为中心、学生自主学习、师生互动、教师成为导师、直接指导和建议式学习混合、缺席学生不会被落下功课、教学内容永久保存、所有学生参与学习并获得个性化教育等特征[3]。 这个起源于美国的教学模式,是当下最热的教育改革和创新话题,近年来,世界各地的许多教师开始在基础教育、职业教育、成人教育、高等教育中尝试翻转课堂教学模式,帮助改善学生的学习态度、提高学生的学习效率。
3 项目式实践教学在翻转课堂中的应用
项目式教学是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动,适用于各种实践性和操作性较强的课程。通过以项目的形式管理实验课程,在限定的时间和目标要求下完成教学任务。是学生在教师的指导下围绕某一特定的项目主题,探究问题、获得结论的过程。其特点是强调学科的综合性、项目的真实性、教师指导的目标指引性、学生学习的积极主动性,实践过程的探究性和合作性、评价的过程性和反思性等[4]。
由于翻转课堂与项目式教学有着共同的理论基础,即皮亚杰的建构主义理论和杜威的教育教学思想。他们均强调,学习是学习者在一定的情境下,借助教师与学伴的帮助,通过协作活动而实现的意义建构的过程。而且两者都强调以学生为中心,鼓励学生积极参与课堂活动,使学生在获取知识的同时前面提升整体素质。二者不仅关注学生对知识的理解与领悟,更注重对知识的分析、综合与应用,都强调实际问题的解决与自我探究等方面能力的提升[5]。翻转课堂的重点在于设计恰当的教学活动使学生积极参与到学习过程之中,如问题解决、案例分析等,把学生掌握知识的作业过程作为课堂上交流学习成果、从事科学实验、项目协作探究的过程[6]。而实践性与操作性较强的项目式教学,作为各类教学活动的集合体,很自然就成为翻转课堂教学活动的最佳选择。因此,将项目式课程设计中应用于翻转课堂,更加有利于提高课程设计的教学效果。
通过上述分析,课题组依托《数据库原理》精品课程网站,校级重点课改项目“《数据库原理》教学反思异步学习环境构建”以及校级重点教学改革项目“基于创新项目模式的计算机专业课程设计的探索与实践”, 结合我校学生和《数据库原理》课程设计的特点,设计了如下图1所示的教学模型。模型中明确了将项目式课程设计应用于翻转课堂的课前准备、课中实施、课后反思的三个阶段。
图1 项目式实践教学在翻转课堂中的应用模型
4 教学过程设计
4.1课前准备
(1)项目引领,精心制作微视频。课程设计前,教师先设计一个既符合《数据库原理》课程设计大纲要求,又为学生所熟悉,并且可以引领学生快速进入课程设计环节的项目。为此,课题组精心准备了“学生宿舍信息管理系统”案例,把整个项目分解为需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、数据库实施、数据库运行和维护等几个部分,并把每一部分内容录制成一段微视频,每段视频的时间控制在5-15分钟左右,在视频中,对知识的难点、重点和目标进行重点讲解,把录制好的视频、PPT、文档上传到《数据库原理》精品课程网站,布置学生观看并完成视频中提出的相关问题与测试。这个环节中,录制视频是课前学习的基础,课题组采用视频制作工具软件Adobe Captivatel来完成,此软件除了具有录屏功能外,最大的优点是可以实现交互性的功能,可以在视频观看过程中插入一些自主练习题,一方面可检验学生对学习内容的掌握程度,发现学习者的学习,另一方面可以刺激学生的思维[7]。
(2)学习微视频,个性化辅导。学生按照老师的要求,根据自己的时间规划、知识的掌握程度和学习习惯合理安排学习进度,借助于精品课程的微视频及其他相关的网上课程学习资源,随时随地利用各种终端设备观看视频,进行形象化的学习。学生在自主学习的基础上,还可以和同学、老师在交流平台中进行讨论,回答教师提出的问题,并将答案及时反馈给教师。这个阶段,教师应根据学生的学习能力,注重个性化辅导,及时解答学习中的问题。
(3)布置项目、制订计划。有了先前的观看视频及每一环节知识点掌握测试后,学生对完成课程设计任务的过程已经有了较为清楚的了解,为课程设计的实施奠定了良好的基础。接下来将学生分成若干小组,由3-4名同学自愿组成一个项目团队,教师通过精品课程网站中的“课程设计”模块平台布置项目任务,明确项目的基本要求。为达到较好的教学效果,在布置项目时应该考虑几个因素,首先,项目要能够反映真实的现实应用,要来源于身边的生活和生产。只有学习知识的情境与实际应用知识的情境具有相似性,才能更好地激起学习者内在踊,并能促使学习知识与社会生产技能的快速转换[8];其次,项目的难度与项目开始前教师引领的项目难度基本相当,不能过于简单,要具有一定的挑战性,才能激发学生思考、探究、协作的热情。课题组共布置了“图书销售管理系统”、“宾馆客房管理系统”、“学生选课管理系统”等15个项目,供每小组选择。学生进行分组管理后,每个团队由1名组织能力相对较强、编程能力较好的学生担任组长, 负责团队的系统模块划分和任务安排,并要求每小组制定项目计划书,获取项目所需要的资料,确保项目的顺利进行。
4.2 课中实施
(1)项目探究,实施计划。在探究和实施项目的过程中,每个小组成员分别在项目中扮演不同的角色,完成不同的功能部分。此过程中师生要充分利用网络学习平台进行协作探究,教师除了要发现学生在课程设计中存在的问题并给予答疑解惑,了解设计进度,有效控制项目的顺利进行外,更应注重帮助学生在探究实施项目的过程怎样处理问题,引导学生如何在实践中运用知识、学习知识、掌握知识、创新实践。学生作为学习的主体,通过完成项目任务,把理论与实践有机地结合起来,不仅提高了理论水平和实际操作技能,而且培养了协作能力。
(2)成果考核,阶段性评价。每小组把完成的成果在课堂上进行展示汇报,要求汇报人把项目中每一个阶段解决的问题、得到的结果详细地讲解出来,并接受其他师生的质疑和考评,通过这种方式,可以激发学生的竞争意识,促进项目组成员之间的交流、协作及相互学习,同时改变了以往只注重最后结果,不注重过程性阶段成果的单一的评价方式。根据《数据库原理》课程设计的总体目标和要求,课题组设置了考核评价量化表,如表1所示。这个环节中,特别设置了课前的微视频学习考核,以督促和加强学生的课前学习。其中微视频学习、项目计划书和课程设计报告由教师负责考核,其他环节由教师和学生答辩小组共同考核。当然,其中的权重分配是否完全合理,还要在实践中不断完善。
4.3 课后反思
每一小组根据反馈的意见,反思课程设计中存在的问题,把修改好的课程设计报告上传到精品课程网站讨论区,分享成果。这个环中,教师也要总结通过此模式完成的实践教学所取得的成绩,反思出现的问题、存在的不足等,以便在下一轮实践中不断完善,以取得更好的教学效果。
5 效果评价
为了检验项目实践教学应用于翻转课堂的教学效果,在实验班完成《数据库原理》课程设计后对学生进行了问卷调查,内容包括该教学模式是否有效帮助学生掌握课程设计要领、是否促进对知识的理解、深化和探究、是否有利于培养良好的团队合作精神等。统计显示:90%的学生认有效帮助掌握课程设计要领、87%的学生认为促进了对知识的理解深化和探究、89%的学生认为培养了良好的团队合作精神。另外,将同一教师实施该教学模式的实验班与传统教学班的平均成绩进行对比,结果是实验班的平均成绩高6.8分。
6 结束语
翻转课堂借用现代网络与信息技术改变了教学的顺序,是对传统教学模式的颠覆式创新。项目式教学则以“项目”为导向,通过分析任务、信息资源搜集、自主探索和完成任务,实现了对实践内容的感知、理解、运用、巩固的有机融合。项目式实践教学应用于翻转课堂,真正体现了“学生为主体、教师为主导”的教学思想,提高了学生解决问题的能力、实际操作能力以及沟通和协作能力, 从而提高了竞争力。该教学模式的实施,受到了学生的积极响应,较为有效地解决了《数据库原理》课程设计中存在的问题,我们认为,该教学模式对其它课程的实践教学有一定的借鉴作用,当然教师需要付出更多的时间和精力。
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关键词:课程设计;科目课程;实践知识;课程体系;网络课程
中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)46-0214-02
自室内设计作为一个独立的专业出现在高等教育专业目录内,《室内工程制图》也成为其中一门专业必修课。该课程早期也是随同其所属专业的发展历程在《建筑制图》的基础上初成雏形,随着室内设计行业的蓬勃发展,制图标准自成体系,《室内工程制图》发展成为一门成熟独立的专业课程。个人计算机的普及极大地提高了工作效率,电脑制图逐步取代了传统的手工制图,因此,AUTOCAD技术成为该课程必要且重要内容,有些学院索性直接将课程名称改为《AUTOCAD室内制图》。当然,无论名称如何改变,课程内容包含两大块:制图基础和制图技术。
高职院的发展改革必然引发授课教师对该门课程的改革探讨,笔者通过和兄弟院校交流、学术文献查询等,总结出当前改革的两个特点和共性:项目化课程内容、程序化课程实施。简言之,使用一套完整的施工图作为内容案例,通过识图和临摹绘图达到掌握制图技术的最终目标。笔者从事《室内工程制图》课程教学多年,几番改革到如今,发现在后续的专业设计类课程中,多数学生还是不能自如地运用制图技术完成方案。面对老师和学生关于“到底怎么学?”的质疑,在现有改革的基础上开展理论研究和思考,有如下四个方面。
一、明确课程性质
根据分类,职业教育有两大类课程模式:项目课程和科目课程。科目课程的类型包含技术知识课程、技能训练课程、技术理论课程、素质课程、学科课程等等。无疑项目课程是近年高职教改的主角。非常多的科目课程在教改热潮中转型或整合为项目课程。但无论如何改,在一套完整的课程体系内,科目课程必定是要存在的。因为如果课程体系全部由项目课程组成,必存在局限性,对学习者知识的扩展、职业的转化、职业生涯的发展以及与普通高教的沟通都有限制作用[1]。改革前的《室内工程制图》显而易见属于科目课程类别的技能训练课程,那么按照上文所述改革之后的《室内工程制图》课程能否定性为项目课程呢?笔者认为不能,原因有二:一是项目课程中关于“项目”的定义是指具体产品、服务或决策,是职业活动中的实例,而该课程中很多被设置的所谓项目,如绘制家具图块、平面图等,只是实际设计项目中的一个任务;二是课程内容中包含大量理论规范和技能操作,这部分内容有些可以通过项目的操作掌握,有些还是需要系统知识的传授,课程的主要学习方式不单是项目,而是项目、任务、技能和知识的混合体。因此,《室内工程制图》仍然还是属于科目课程,但是这并不影响对其进行的项目化改革,我们要研究的是科目课程中的项目教学,而非项目化课程。此外,这也提醒了我们不能一味强求“项目”而忽视了其他内容。
二、设计知识内容
上文已经论述了课程属于科目课程,而知识也是其中的重要组成内容,而这恰恰也是课程设计中的难点。笔者发现近几年高职教改中出现的一个误区:凡是职业能力课必用项目贯穿教学,认为掌握技能必定学会了知识,知识成了课程中的配角,有些甚至剔除了知识部分的学习。但是职业教育的内涵并不是排斥知识,恰恰相反,知识是其中不可或缺的组成部分。职业教育课程设计不仅要以职业能力为逻辑主线设计课程,还应当有知识发展这条辅线。实际工作岗位对制图技术的要求往往不满足于利用AUTOCAD软件熟练地完成图形的绘制,而是更强调操作人员能在室内制图规范和经验下完成完整、准确、规范性的图纸。由此可见知识内容在《室内工程制图》课程中不可忽视,接下来的任务是选取和组织知识。首先要对课程中的知识按照理论知识和实践知识的类型进行分类,比如,投影和三视图原理、图例、符号、文字规范等属于理论知识,AUTOCAD操作基础、图纸表达内容、版面要求、打印基础知识等属于实践知识;然后以任务需求为立足点,找出知识之间、知识与实践的结合点。根据徐国庆教授对职业活动中理论知识和实践知识的关系模式分析得出以下结论:直接与工作任务相连接的实践知识可以通过任务(项目)来组织;作为对实践知识起着理解和解释作用的理论知识一方面应根据课程目标定位确定选择的层次,另一方面可以根据其性质确定组织方式[2]。《室内工程制图》课程中同样也存在这种关系,其中实践知识完全可以结合任务以项目化教学呈现,而理论知识需要精心的设计。比如,投影和三视图原理在传统制图教学中是非常重要的基础知识,占据大幅比重,对学习者文化基础水平要求高。但在实际岗位中,其并非直接与实际项目发生关联,再加上深度的理论不适合高职学生的学习特点,因此,在这项内容的设计上,一是要选择易于理解的理论知识,比如删减点、线、面的投影求解内容,以识读、绘制组合体的投影为主要内容;二是考虑与直观任务的结合点,比如通过简单家具三视图的绘制让学习者掌握三视图的原理方法。
关键词: Oracle;数据库;CDIO
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2015)13-0001-02
Abstract: In order to improve the teaching quality of the Oracle database curriculum design, and training students' practical operation level and comprehensive design ability, according to the characteristics of CDIO model matching well with the development process of Oracle database, the CDIO model is introduced to the curriculum design of oracle database in this paper. The curriculum design is developed with the way of active, practice and connection between courses, in accordance with the four stage of the idea, design,implementation and operation, and then the training target of computer application talents is achieved.
Key words: Oracle; Database; CDIO
1 引言
随着网络技术的迅速发展,尤其是Web服务的出现,数据库管理工具的地位越来越得到提升,作为存储数据的Oracle数据库以其独特的各种优势成为当前的主流,Oracle数据库课程也成为高校计算机专业学生学习的必修课重点之一[1]。一般来说,在Oracle数据库课程的先修课《数据库原理》课程中掌握了数据库的基本原理,在《Oracle数据库》课程学习时着重Oracle软件的实际设计,它研究服务器数据如何存储、使用和管理才能保证数据的安全与访问的效率,具有较强的理论性和实用性[2]。由此可以看出,Oracle数据库不仅强调学生的实践操作水平,更需要培养他们的综合设计能力。然而,Oracle数据库理论课学生只能听着和看着老师操作,实验课也只能将理论课所学知识简单地加以操作。虽然实验课在一定程序上提高了学生动手操作水平,但基本是将实验内容直接实践出来,而不需要设计,更不需要综合,不能全面培养学生的实践动手能力,影响着学生进一步的设计能力、创新能力和综合研究能力[3]。Oracle数据库课程设计突破了《Oracle数据库》理论与实验课程的局限教学范围,将Oracle数据库课程教学中所学的理论知识向实际联系转化,需要由学生自己选题、需求分析和数据库设计,综合实验课程所有操作的实验内容,以团队的形式作为一个整体数据库项目开发,进而促使团队内所有学生的全面发展,能够有效提高学生的综合设计能力,是计算机相关专业培养学生设计能力、实践能力和创新能力的重要实践教学环节,在Oracle数据库课程实践教学和学习培养目标中处于非常重要的地位。
2 CDIO教育模式
CDIO教育模式是2004年由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学研究创立,CDIO分别代表了构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)等四个学习过程,是一种以产品研发到产品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[4]。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,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标[4]。在Oracle数据库课程设计中,普遍采取数据库项目开发形式,由数据库项目题目确定和项目需求分析、数据库设计、数据库实现到数据库运行与维护等四个阶段组成,刚好分别对应了CDIO中的构思、设计、实现和运作等四个过程。同时,Oracle数据库项目开发过程中,不仅要求学会Oracle数据库基本理论与实践知识,培养学生个人设计能力,还要求具有团队精神和团队开发水平,以及数据库综合设计能力,也是社会对数据库方向人才的基本要求,与CDIO培养大纲要求相吻合。因此,将CDIO模式引入到Oracle数据库课程设计,使学生能够掌握数据库开发的整个生命周期,形成一个完整的数据库应用系统,以提高学生的动手能力、设计能力和创新能力,符合高校计算机专业培养目标,对学生的全面培养具有非常重要的意义。
3 基于CDIO模式的Oracle数据库课程设计
将CDIO模式的构思、设计、实现和运作等四个学习过程引入到Oracle数据库课程设计,对应于构思、设计、实现和运作等四个阶段。
3.1构思阶段
(1)Oracle数据库课程设计题目确定。通过资料的查阅整理和初步的需求分析,在老师的指导下,团队所有成员共同分析与商议一起确定Oracle数据库课程设计题目。
(2)需求分析。需求分析是软件工程生命周期当中的一个关键阶段,团队成员共同确定数据输入需求,获得结果需求,系统输出需求等方面,重点围绕系统用户进行需求研究,以获得系统的基本需求。
(3)Oracle数据库课程设计项目系统体系结构的确定。团队成员共同选择课程设计项目开发工具之后,从网络结构模式和软件开发模式两个方面共同确定系统软件架构。一方面,确定客户机和服务器结构(Client/Server,C/S)或WEB兴起后的浏览器/服务器模式 (Browser/Server,B/S);另一方面,确定为普通开发,或MVC,或分层模式等。
3.2设计阶段
(1)功能设计。团队成员应该掌握软件系统设计的相关理论与方法,根据构思阶段对Oracle数据库课程设计项目的需求分析,在老师的指导下多次商量反复讨论,不断完善构思与设计,最后确定系统的目标、范围、定义和功能。
(2)数据库设计。数据库设计是Oracle数据库课程设计的重点,主要包括概念结构设计、逻辑结构设计和存储设置。概念结构设计通过对项目处理过程的分析抽象出实体,并确定这些实体的属性,画出实体ER图。逻辑结构设计包括对表的结构、序列、索引、视图、存储过程、函数、包、触发器等对象的设计。存储结构有物理存储结构和逻辑存储结构,以物理存储的数据文件和逻辑存储的表空间为重点,将数据库对象与存储结构有机地结合起来。
(3)项目分工。项目团队确立小组组长,在组长的带领下将系统划分为多个模块,以及确定各模块间的接口规范,并为团队各成员分配任务。
3.3实现阶段
(1)数据库实现。在课程设计过程中,作为数据库课程,数据库实现是学生学习的关键,虽然在设计阶段已经进行了数据库设计,但最重点的还是要将这些设计实现出来,主要是基于数据库设计对表、序列、索引、视图、存储过程、函数、包、触发器等对象的创建(CREATE),数据文件和表空间的管理,为后面的代码实现提供基础。
(2)代码实现。在构思阶段确定的开发工具和系统架构的基础上,根据设计阶段设计的系统功能,团队小组成员依照任务分配编写程序代码并不断地反复调试、测试与修改代码以完成系统各子模块的开发。代码实现虽然是学生难度最大、工作量最多的部分,但由于涉及数据库知识点不多,不作为Oracle数据库课程设计的重点组成。
(3)系统整合。在团队小组组长的带领下,根据事先规定的接口规范将各成员开发的子模块进行系统的整合与测试,完成课程设计系统的所有功能。
3.4运作阶段
(1)系统测试。系统测试主要是对系统的功能性测试,测试系统的输入与输出是否符合要求,并适当的反复修改代码,甚至修改设计,直到达到课程设计目标为止。
(2)论文撰写。在老师的指导下总结系统设计与开发工作,根据软件开发规范的需求分析、总体设计、详细设计、运行与测试等生命周期撰写论文,是Oracle数据库课程设计当中不可缺少的重点组成部分。
(3)评价评分。评价评分是指导老师的工作,用于对学生的课程设计进行总结与打分。根据学生在课程设计过程中的平时考勤表现和平时实验情况确定平时分,参考系统的设计与撰写的论文,最重要的是系统的任务分配与学生的答辩水平,由此得出每一个学生的成绩。
4 结束语
本文将CDIO模式引入到Oracle数据库课程设计教学,根据CDIO模式中的构思、设计、实现和运作四个学习过程,重点介绍了Oracle数据库课程设计中的构思、设计、实现和运作等四个阶段,以达到培养学生对Oracle数据库课程的实践操作水平和综合设计能力的目的。
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【关键词】建筑设备自动化 实践教学体系 建筑电气与智能化
【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)05-0249-01
建筑设备自动化作为建筑电气与智能化专业的一门非常重要的专业课程,它具有工程实践性强、涉及专业多、新增内容渐增、应用范围广等特点。[1]如何将理论教学与实践教学结合起来,形成完整的教学体系,对于以培养应用型人才为目标的高校来说至关重要。
一、建筑设备自动化课程对实践教学的要求
建筑设备自动化课程涉及自动控制原理、自动化网络、检测与转换技术、PLC与电气控制等先修科目,是这些专业基础课程相关知识的综合应用。这就要求在教学过程中,不能单纯依靠“满堂灌”的课堂教学,还应该加强高校与企业的合作,建设实践教学体系,让实践教学贯穿于整个教学过程之中,做到学以致用。
实践教学是在理论教学的基础上,加强专业训练和锻炼学生实践能力而设置的以学生活动为主的教学环节,是增强课堂理论教学针对性、实效性的有效途径,是贯彻"理论联系实际"教学原则的重要体现。通过实践教学能给学生提供很多动手、动脑、动口的机会,激发学生独立思考、主动学习的兴趣,提高学生知识的实际运用能力和动手能力等。因此,开展实践教学活动十分必要。
二、建筑设备自动化课程实践教学体系
实践教学是建筑设备自动化课程不可缺少的组成部分,如何根据课程内容和要求,利用现代化教学手段完善课堂教学,灵活多变的安排实践教学环节,是提高实践教学水平和质量的关键的所在。
1.完善课堂教学
(1)结合实际,合理采用现代化教学手段
理论教学是实践教学的基础,两者是相辅相成、相互渗透的。由于建筑设备自动化是一门工程应用性很强的课程,具有内容多、涉及面广、图量大、案例多等特点,因此可采用多媒体课件和计算机辅助教学等多种现代教学工具,通过文字、图片、音频、视频等多种教学信息给学生以更多的感官刺激。[2]例如,在智能建筑消防自动报警与联动控制系统的讲解中,可以通过实物照片展示的方法让学生了解系统组成设备的外形及实际工程的现场环境,通过视频或仿真动画的方法让学生了解消防设备的联动控制。这样有利于学生更为深刻地理解和掌握教学内容。
(2)加强基本技能的培养
建筑电气与智能化专业的毕业生主要从事建筑电气的设计、施工、监理等工作,而这些工作无一不要涉及大量的建筑电气施工图,看懂图纸成为建筑电气从业人员应掌握的基本技能。[3]因此,在建筑设备自动化课程的讲授过程中,应重视加强学生识图、绘图的训练。教师可先结合图片、视频等介绍常用设备和元件的图形符号,然后利用多媒体课件讲授识图的方法和注意事项,再借助相关软件逐步教授绘制建筑电气图纸的具体步骤。最后通过布置作业的方式,要求学生自选小规模建筑,完成有关图纸的绘制。通过分层次训练,为后续的实践教学做好必要的基本技能准备。
2.重视实验教学
实验教学是实践教学体系的重要组成部分,是理论教学的必要补充。通过对学生进行科学的实验训练,加深了他们对所学理论知识的认识和理解,并且借助具体实验项目,提高了学生的动手能力。课程主要内容涵盖安防、消防报警与联动系统等,对应每个系统应该有相应的实验设备,并需要设置合理的实验项目。例如,消防自动报警与联动系统试验台所开设的实验项目需要达到以下目的:(1)了解消防控制系统的结构及主要器件;(2)熟悉消防系统的布线结构;(3)熟悉火灾报警联动控制器面板的按键功能及使用方法;(4)模拟火灾发生时系统的工作原理和流程。通过实验教学,教师能更好的把握学生理论知识的掌握情况,从而实现教与学的互促互进。
3.采用实习等现场教学
实验教学是将实际的复杂系统做成较简单的模型,让学生了解系统的结构组成和基本原理,通过实习等现场教学可以使学生进一步巩固理论知识,做到理论联系实际。组织学生参观正在施工的工程现场,让学生了解感烟、感温探测器及各种联动装置的安装位置、安装方法及注意事项,使学生熟悉建筑电气施工的相关知识。组织学生参观博物馆、大型酒店、政府办公楼等具有代表性的智能建筑,了解不同功能建筑如何根据具体要求和建筑特点进行各系统设计。实习结束后,要求学生提交实习报告,结合实习内容,总结实习收获。学生通过这种直观生动的现场教学,不仅获得了丰富的感性知识,而且提高了学习专业知识的积极性。
4.加强课程设计
建筑设备自动化课程设计是实践教学的核心环节,是对建筑电气与智能化专业学生综合运用知识能力的检验,应能在熟悉相关规范和标准的基础上,综合应用所学的建筑设备自动化知识,选择不同功能的智能建筑,完成相关设计内容,并能够利用专业的语言和规范的图表完成设计报告。
这个环节不采用统一进度的传统模式,在课程开设初期便让学生根据自己的兴趣选择设计题目,针对学生的能力和设计任务的难易程度来确定进度安排,[4]并进行必要的指导,有助于因材施教,增强此环节的效果。在课程设计的过程中,实验室采用开放管理模式,使学生在完成设计任务后,利用实验室设备,进行整套系统的实际搭建和调试工作,并提出创新和优化措施,培养学生的综合素质。
三、结束语
建设建筑设备自动化课程实践教学体系对于建筑电气与智能化专业建设至关重要。实践教学可以多样化,涵盖课堂教学、实验教学、现场教学和课程设计等几个环节。我们应该充分利用校企合作的优势,发挥学生的主动性,为提高高校教学质量,实现培养综合应用型人才的目标而不懈探索,不断完善。
参考文献:
[1]胡从振.论加强建筑电气技术实践教学环节[J].承德石油高等专科学校学报,2003.6
[2]曹锋,李连民.“楼宇自动化”课程教学改革探讨[J].中国电力教育,2010,(18)
可将处理方法主要分为生物吸收法和生物过滤法,对含有NH3、H2S、VOCs等废气采用生物处理方式进行处理,对吸收器,生物滤池等关键设备进行设计,针对CO2等温室气体采用微藻固定方式进行处置,对藻类培养装置,CO2发生装置和管道等进行设计。
任务安排与指导方式
在教学过程中要充分发挥老师的指导能力,在设计流程的制定中应该做到细心指导。在分组时,一组学生不易多也不易少,以4~5个人一组为宜。教师要明确设计题目的初步内容,设计参数,同时要考虑到学生的自主性,给学生一定的自由发挥余地。学生按照教师给定的设计内容,首先进行工艺路线的确定,关键设备的选型,成本核算等。教师对关键参数进行核对和把关,与学生进行讨论商量后进行设计与图纸绘画。在设计过程中学生时刻与教师进行沟通,教师对设计计算和绘画等进行指导。最后教师对学生的设计说明书和绘画图纸进行严格审查,做到说明书合理、准确,图纸清楚、规范。
成绩评定模式
成绩的评定不仅是对学生课程设计结果的体现,也能真实反映教学的效果。成绩评定要充分考虑课程设计的说明书、图纸和纪律等各因素。课程设计成绩评定按五级分计(优、良、中、及格、不及格),其中纪律、出勤占20%,设计说明书和图纸占80%。其中优秀:达到设计大纲规定的全部要求,设计说明书内容全面、系统,并能运用学过的理论知识对某些问题加以分析,格式规范,图纸质量好,严格遵守纪律,不缺勤。
态度积极主动、认真勤奋。良好:完成设计任务,达到设计大纲规定的全部要求,设计说明书内容能对设计内容进行全面、系统的总结。图纸质量较好,设计期间无违纪行为,态度端正。中等:达到大纲规定的主要要求,设计说明书能对设计内容进行比较全面的总结。图纸质量一般,无违纪行为,态度端正。及格:完成了设计的主要任务,达到大纲中规定的主要要求,能够完成设计说明书,内容基本正确,但不够完整、系统。图纸质量一般,虽然有轻微的违纪行为,但能够深刻认识,并及时纠正。不及格:未达到设计大纲中的基本要求,设计说明书马虎潦草或有明显设计错误;设计期间无故旷课或参加设计不足总时间的2/3。
理论联系实际
为了让学生有更多的感性认识,教师要定时带领学生到污水处理厂、垃圾填埋场、工业企业废水处置站,太湖蓝藻收集和处置中心等去参观,现场给学生讲解相关的工艺和设备等,让学生实际了解各种环境污染物的处理情况,了解各个处置单元、仪器设备的尺寸、运行功能与原理等。对不同污染物的处理工艺进行实地讲解,让学生将课本中学到的知识与实际结合,优化学生对专业知识的感性认识和理性认识,这更有利于学生的课程设计顺利完成。
结束语