計算機專業課程設計教材建設研究

摘要：本文在介紹課程設計及其教材建設需求的基礎上，簡要分析了計算機實驗教材的出版現狀，探討了課程設計教材建設的要點，并介紹了浙江大學計算機專業課程設計系列教材的建設情況。

關鍵詞：課程設計；計算機實驗教材；教材建設

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913(2007)14-0083-03

1引言

高等學校的實踐教學一般包括課程實驗、綜合性設計、課外科技活動、社會實踐、畢業設計等。課程實踐(含課程實驗和綜合性設計)是大學教育中最重要也是最基礎的實踐環節，直接影響后繼課程的學習以及后繼實踐的開展質量。課程設計是屬于第一個層次的綜合性設計實踐教學。

根據國家教育部教學指導委員會[1]以及浙江省計算機教學指導委員會 [2]的調查，目前“計算機科學與技術”專業的開設數居全國專業點數之首，其中有很大部分為最近十年內開設的。這一方面反映了高等教育對國家信息化建設浪潮的積極響應，另一方面也反映了許多學校專業建設的經驗不足。一些專業師資隊伍薄弱，一些學生在校期間沒有得到足夠的、比較綜合或系統的訓練。根據浙江省計算機教學指導委員會的調查，浙江省高校計算機專業實踐環節的學分差距較大，一般在16~30學分之間；一般學校安排的課程設計為5門左右，多的學校有7門，少的只有2門。因此，目前各高校對課程設計環節的理解與實施的力度存在差距，其效果也有很大的差別；一些學校課程設計的工作量與深度不夠。

課程設計是提高學生實踐能力與綜合素質的重要與可行的手段。課程設計的內容建設與實施對教師的業務水平有較高的要求；一些師資隊伍和學生基礎相對薄弱的高校，實施高質量的課程設計確實存在較大的難度。因此，加強課程設計內容的研究與相應教材建設是十分必要的。教材是教學經驗和成果的凝固。通過總結課程設計實施經驗比較豐富的教師的成果，形成教材，必將有助于推動高質量課程設計在各高校中的開展，為提高計算機專業人才培養整體質量作出貢獻。

2計算機實驗教材出版狀況

鑒于學生實踐能力的培養引起了越來越廣泛的重視，國內各大出版社紛紛開始重視實驗教材的建設。目前實驗教材基本上分以下兩類：(1)課程基本實驗教材，以課程基本實驗為主，包含一部分設計實驗，這是目前實驗教材的主體；(2)課程設計實驗教材，以綜合性、設計型實驗為主。

近年來，雖然出版的實驗教材數量有所上升，但整體比重還是比較低。例如，作者對國內某大出版社公布的計算機類教材清單進行了統計分析：在570本左右的教材中，實驗教材共73本，占總數的12.8%；而這些實驗教材基本上以大學計算機基礎和程序設計類課程(包括數據庫程序設計)的實驗教材為主，其中大學計算機基礎課程實驗教材占實驗教材總數的34%，程序設計類課程實驗教材占實驗教材總數的44%，其他所有課程的實驗教材只占22%。從各類別教材中實驗教材的比例上看，在大學計算機基礎課程教材中實驗教材占30%，在程序設計類教材中實驗教材占31%，而其他類課程實驗教材的比例僅占4.2%?？梢?，目前已出版的實驗教材主要集中在大學計算機基礎、程序設計這類計算機基礎課程上，專業課程實驗教材非常少，而綜合性設計(課程設計)的實驗教材更是非常缺乏。

從我們已經了解到的已出版的一些課程設計系列教材的情況看：

(1) 不同出版社計算機專業課程設計系列教材的側重點和風格不同，各有特色。但整體上來說，這些系列教材基本上都比較注重市場應用性廣的技術，專業覆蓋面和系統性都還不夠。已出版的課程設計教材主要也集中在程序設計、實用技術等方面。

(2) 不少教材的實驗案例偏重課程知識與相關技術的鞏固、掌握以及應用，而對系統分析與設計能力以及工程化方法方面的訓練份量還不夠。

因此，建設專業覆蓋面廣、體現綜合性設計和工程化方法的課程設計實驗教材是非常有必要的。

3計算機課程設計教材建設要點

課程設計是計算機及相關專業的主要實踐性教學環節之一。好的課程設計應該圍繞著一門或幾門主要專業基礎課或專業課，以培養學生系統設計與分析能力為目標，通過團隊式合作、研究式分析、工程化設計完成較大型的系統或軟件的設計題目。課程設計不應僅僅圍繞著鞏固、提高和融合所學的專業課程知識，更重要的是應該注重培養學生多方面的能力，如綜合設計能力、動手能力、文獻檢索能力、團隊合作、工程化能力、研究性學習能力、創新能力等。

因此，課程設計教材的建設應該緊緊圍繞著以上目標進行，突出以下特點：

(1) 系統性。課程設計適用于計算機專業絕大多數專業基礎與專業課程；學生系統分析與設計能力、工程實踐能力的培養是長期、系統的過程。為了加強學生實踐能力，課程設計教材最好能形成系統性，涉及專業主要課程，以給學生不同角度、不同層次、持續的實踐訓練。

(2) 典型性。課程設計中的案例應該圍繞相關課程的主要知識與技術，具有典型的代表意義，這樣有利于學生更深入地鞏固與掌握相關課程的主要知識。

(3) 工程性。目前，計算機軟硬系統的設計與開發基本上都需要應用工程化方法、進行團隊式合作。因此，課程設計作為實踐能力訓練的重要階段，也應該體現和突出工程化方法和團隊合作意識。

(4) 探索性。課程設計不同于一般課程實驗的主要表現點之一是：希望學生能圍繞課程設計目標，通過查找與分析有關參考資料，進行探究式的學習，激發創造的意識和能力。所以，在案例分析與練習方面，不應該只是“手把手”地教，更應該留有進一步發揮與想象的余地。

(5) 可仿性。課程設計一般通過案例分析引導學生進行進一步的課題設計，因此這些案例本身應該具有可再現性，即學生通過教材的案例分析可以自己設計實現相應案例；另外，學生也可以在案例基礎上進一步擴展和創新。

(6) 層次性。近幾年來，越來越多、不同層次的學校在計算機專業中開始實施課程設計。由于不同學校學生層次的差異比較大，建議在課程設計的題目上有一定的訓練梯度，盡量能使不同水平的學生都能從中受益，既有詳盡的指導，也有適當的提示。

4浙江大學計算機專業課程設計實驗教材

浙江大學計算機學院在專業課程中實施課程設計已有10多年的歷史，積累了豐富的經驗和資料。目前，學院80%以上的專業骨干課程要求學生必須完成相應的綜合實驗，其中大多數是以團隊合作方式完成。

為全面總結專業課程設計的建設經驗，推廣建設成果，該學院特別組織相關課程的骨干任課教師編寫了一部以課程設計內容為主的“高等院校計算機專業課程綜合實驗系列規劃教材”，并將于2007年下半年由浙江大學出版社陸續出版。

該系列教材的作者們不僅具有豐富的教學經驗而且還具有豐富的科研經驗，是浙江大學計算機科學與技術學院和軟件學院的教學核心力量。這只隊伍目前已經獲得了兩門國家精品課程(C語言程序設計基礎及實驗、操作系統)以及四門省部級精品課程，出版了幾十部教材。系列教材涵蓋了絕大部分專業必修課程和部分選修課程，是一部比較完整的專業課程設計系列教材，也是國內首部由研究型大學計算機學科獨立組織編寫的專業課程設計系列教材。

系列教材由《C程序設計基礎課程設計》、《軟件工程課程設計》、《數據結構課程設計》、《數值分析課程設計》、《編譯原理課程設計》、《邏輯與計算機設計基礎實驗教程與課程設計》、《操作系統課程設計》、《數據庫課程設計》、《Java程序設計課程設計》、《面向對象程序設計課程設計》、《計算機組成課程設計》、《計算機體系結構課程設計》、《計算機圖形學課程設計》等13門課程的綜合實驗教材所組成。

下面舉例介紹其中幾本教材的主要內容及特點。

《C程序設計基礎課程設計》：在分析C語言高級編程技術的基礎上，通過對“通訊錄”、“計算器”、“俄羅斯方塊”等3個完整案例的解析，指導讀者按照軟件工程的生命周期開發過程，從問題分析、設計、編碼到測試，循序漸進地完成大型程序的開發。教材還提供了9個大型程序訓練的題目及簡要分析，供讀者練習。本教材還針對教學需要，提供了可參考的實施過程說明、開發文檔模版、考核方法和評價標準，特別強調學生團隊合作精神的培養。

《數據結構課程設計》：針對堆棧、樹、圖、排序、哈希查找、算法設計等方面的內容提供了8個課程設計案例，分別從基本知識回顧、設計題目、設計分析、設計實現、測試方法、評分要點等幾個方面進行分析。教材還提供了8個課程設計習題，并對實現要點進行了簡要的分析。

《計算機組成課程設計》：要求實驗者用硬件描述語言(VHDL)設計單元電路、功能部件和指令條數有限而功能較齊全的單時與多時鐘CPU。在計算機功能單元仿真模擬正確后，實驗者能把設計的結果寫入到Spartan-3 Starter Kit Board開發板的FPGA可編程芯片上，并能直接實驗自己的設計(芯片)是否達到預期目標。實驗設計由淺入深，內容豐富。

《數據庫課程設計》：以圖書管理系統的開發為例，從需求分析開始，到數據庫設計、數據庫應用和應用開發等過程。其中應用開發的環境和工具包括MySQL數據庫和ODBC接口技術，以及SQL Server和JDBC等。本書側重于介紹“怎么做”和做的過程，而非原理性和全面性的闡述。

《軟件工程課程設計》：主要圍繞軟件工程的基本知識點，通過詳細分析一套典型的實際案例——銀行系統的開發，指導學生應用軟件工程生命周期的理論以及使用相應工具完成實際項目的開發。同時提供了一系列練習項目，供者進一步練習。

《編譯原理課程設計》：主要圍繞設計、實現一個簡單的程序設計語言SPL(Simple Pascal Language)及其編譯器；涵蓋了編譯原理的詞法分析、語法分析、中間代碼生成、代碼優化和目標代碼生成等各階段的內容。通過對該語言編譯器的分析，使學生們對編譯原理有一個形象、直觀和透徹的認識和感受，以便更深入了解和掌握編譯原理的內容和實現方法，進而提高分析問題與解決問題的能力。

總之，該系列教材在編寫時力求體現系統性、典型性、工程性、探索性、可仿性、層次性等特點。教材構思新穎、案例豐富，許多案例取材于作者多年教學、科研以及企業工程經驗的積累。大部分教材還配備了隨書光盤，將一些案例放入其中，以方便讀者練習。

參考文獻

[1] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會. 高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范(試行)[J]. 高等教育出版社，2006，(9).

[2] 浙江省計算機教學指導委員會. 浙江省高等學校計算機類專業發展研究報告[J]. 浙江高等教育，2006，9，(3).

作者聯系方法：

黃娟琴：hjq0410@163.com

何欽銘：hqm@cs.zju.edu.cn