計算機科學與技術專業實踐教學體系的研究與建設

摘要：本文結合專業課程體系建設，探討了按系列課程建設實踐教學體系方案，介紹合肥工業大學計算機科學與技術專業在系列課程實踐教學研究、教材建設及實驗室建設等方面的工作。

關鍵詞：實踐教學體系；課程實驗；課程設計；實驗室建設

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913 (2007) 22-0073-04

1實踐教學體系研究

計算機科學與技術學科學生的能力包括認知能力、實踐能力以及團隊協作等方面的能力。這些能力的培養不是靠某一門課或某個集中環節的實踐(實習)就能完成，它需要通過各種途徑、經過一個較長期的修養過程去實現。尤其是專業能力的培養，更是需要通過相應的系列課程來完成。計算機科學與技術學科的專業能力包括計算機思維能力(抽象思維和邏輯思維)，算法設計與分析能力，程序設計與軟件開發能力，計算機系統的認知、分析、設計與分析能力。目前在教學計劃中體現上述能力培養要求的核心系列課程有：公共基礎系列(德育、體育、軍事、外語等)，基礎理論系列(高等數學、離散數學、計算機理論等)，軟件技術系列、硬件技術系列，網絡技術系列。

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、生產實習、畢業設計等。因此，實踐教學基本上可以分為三個層次[2]：第一，緊扣課堂教學內容，以掌握和鞏固課程教學內容為主的課程實驗和綜合性設計；第二，以社會體驗和科學研究體驗為主的社會實踐和課外科技活動；第三，以綜合應用專業知識和全面檢驗專業知識應用能力的畢業設計。課程實踐(含課程實驗和課程設計)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其他兩個層次實踐活動開展的質量。本文僅討論課程實踐的實驗教學體系建設與實踐過程。

1.1課程實驗

課程實驗是配合課程教學，與課堂理論教學相輔相成、以達到課程教學要求的實踐環節。課程實驗對計算機軟件和硬件的設計和實現、測試原理和方法起到示范作用，它不僅僅是對理論的驗證，更主要的是通過課程實驗完成對學生對基本技術、基本方法的訓練和基本能力的培養。課程實驗可分為以下5種類型[3]：

(1) 觀察性實驗：培養學生的注意力、觀察力、辨別力，同時增強學生學習的興趣。

(2) 驗證性實驗：培養學生對其其設備的操作能力和加深對理論的理解。

(3) 設計性實驗：培養學生的設計能力和獨立工作的能力。

(4) 綜合性試驗：培養學生分析問題和解決問題的能力。

(5) 研究性實驗：培養學生推理抽象能力和研究能力。

目前，在課程實驗中驗證性實驗占了大部分，應逐步加大設計性和綜合性實驗比例，在有條件的課程中引入研究性實驗。

課程實驗教學與課堂理論教學是兩個互為補充的教學環節，應明確課程實驗的目標并將一門具體課程的目標與系列課程能力培養的總目標結合，建立完善的課程實驗教學體系、質量標準和考核機制。循序漸進地提高學生的實踐動手能力，從而完成課程實驗教學的總體目標。

1.2課程設計

課程設計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。課程設計不僅有利于學生鞏固、提高和融合所學的專業課程知識，更重要的是培養學生多方面的能力，如綜合設計能力、實際動手能力、文獻檢索與分析能力、團隊合作能力、工程化能力、研究性學習能力、創新能力等。

課程設計過程是在教師的指導下，在相對集中的時間段內和指定的實驗室中，學生利用本課程以及以往所學的知識和技術(必要的話，還需輔以一定的課外學習)，獨立解決一些復雜且具有綜合性的問題。從規模上來說，課程設計是在平時作業的基礎上進一步擴展的大作業。課程設計是提高學生專業知識綜合應用能力的一種非常有效的方法，在整個實踐教學體系中占有非常重要的地位。課程設計一般作為單獨的實驗課程開設，單獨考核和計學分。

2系列課程實驗教學體系建設

目前針對實驗課程的建設大都是面向某一門課程，而對課程之間知識和能力的關聯和銜接，以及如何通過系列課程的實驗教學循序漸進地培養學生專業能力考慮甚少。特別是在轉向完全學分制教學體系下，面對教學學時減少，課程內容增加，實驗條件有限的矛盾，研究系列課程實驗教學體系對在不增加學時(或增加不多)的基礎上，提高學生綜合運用知識能力，充分利用和發揮現有實驗資源的潛力有著十分重要的意義。

我校計算機科學與技術專業針對學校培養學生“工程基礎厚、工作作風實、創業能力強”的目標，結合工程應用型人才培養的要求，自2003年起開展了針對系列課程實驗教學體系的研究與建設，在軟件技術系列課程、硬件技術系列課程、網絡與信息安全系列課程等實踐教學方面取得了一定的成效。

2.1軟件技術系列課程實踐教學

軟件技術系列必修課程包括“程序設計基礎”、“數據結構”、“數據庫原理”、“操作系統”、“編譯原理”、“軟件工程”等學科核心課程，這些課程總學分數達到24.5分，總學時392，其中課程實驗60學時，還另有8.5周的集中安排的實踐環節用于完成上述課程的課程設計，具體見表1。

課程實驗的內容主要是針對課程中某一局部(如章、節或知識點)，通過實驗鞏固、加深對相關知識和方法的理解，發現存在的錯誤認識，以培養學生分析問題和解決問題的能力。一個實驗往往有若干個實驗題，實驗題應體現不同的實驗類型，特別是課程后期的實驗，應側重設計型和綜合型實驗。課程設計題目應具有一定的深度(需要學生學習教材以外的、更深入的內容)和廣度(應盡可能結合先修課的知識點，并將后繼課程部分概念和知識提前引入)。例如，程序設計基礎課程所采用的語言C++，在課程設計中一方面要求學生學習Visual C++運行環境的有關內容(如項目概念和運用、調試工具的掌握)，另一方面要求學生根據題目的要求掌握諸如文件操作、圖形繪制、動畫效果等編程技巧。另外，在某些題目中有意識地引入鏈表、隊列、堆棧等數據結構以及像搜索、排序等算法內容，以加深學生“程序=數據結構+算法”的概念，引發他們學習后繼課程的興趣。

除了上述必修課程以外，還開設了“Java程序設計”、“算法分析與設計”、“網絡程序設計”等選修課程。為提高學生程序設計能力、培養學生創新意識和團隊協作精神、選拔優秀學生參加各類科技競賽，在二、三年級分別開設了“程序設計算法與藝術”、“機器人足球賽程序設計”課程。這兩門課程均采用教師課堂輔導和學生討論相結合，且以學生分組實踐和討論的形式進行。課程的開設大大提高了學生的學習興趣、促進了其提出問題、分析問題及解決問題能力的提高，深受學生的歡迎。

2.2硬件技術系列課程實踐教學

硬件技術系列必修課程包括“數字邏輯”、“計算機組成原理”、“匯編語言程序設計”、“微機原理與接口”等學科核心課程。這些課程總學分數達到16分，總學時260，其中課程實驗50學時，具體教學計劃見表2。

由于各教學儀器設備廠商近年來加大了對高校實驗室的宣傳和投資力度，各高校實驗室硬件實驗儀器設備均有了較大改觀，實驗內容也隨之更新和改進，實驗的運營成本隨著廠商的售后服務提高而降低。但帶來的問題是，由于受儀器設備型號以及目前高校實驗教學隊伍水技術平的限制，目前高校自主開發的硬件類實驗儀器設備較少，影響了對綜合型和設計型實驗的開設，有些課程的實驗指導書直接使用廠商提供的指導書，造成了硬件系列課程“同化”現象，不利于各高校專業特色教育的開展。因此，如何針對本校學生的實際、專業培養目標和特色建設硬件課程的實驗教學體系是當前硬件系列課程的實驗教學所面臨的主要問題。

分布式控制技術是我校計算機科學與技術學科實力較強且具有一定特色學科方向，因此，我們開設了“自動控制原理”、“計算機控制”、“單片及原理及應用”、“可編程控制”、“嵌入式系統”選修課程，并在課程實驗內容以及課程設計中側重該方向培養。

2.2網絡與信息安全系列課程實踐教學

隨著互聯網應用的不斷擴展和深入，網絡技術和信息安全技術日益受到關注，相關課程也受到同學的重視，社會對該方面人才的需求也不斷擴大。我校2002年開辦了“信息安全”專業，但在計算機科學與技術專業，由于計劃學時的限制，目前只有“計算機網絡”被列為必修課程，同時開設了“網絡程序設計”、“電子商務”、“網絡安全”、“防火墻與入侵檢測”、“計算機病毒與反病毒”等選修課程。因此，該系列課程面臨著學生選課人多、課程內容新且發展快、實驗學時少、實驗室條件有限等問題。

在網絡與信息安全系列課程實踐教學體系建設中，針對上述問題，我們打破了課程限制，將網絡原理、組網技術、網絡應用、網絡管理、網絡安全、信息隱藏、密碼算法和病毒防治等內容集成在一起，在內容組織上循序漸進、由淺入深，在實驗類型上適應基礎與驗證性、綜合性與設計性兩種不同層次的要求，在統一的平臺上開展實驗教學。

經過幾年的建設和實踐，我們對實踐教學在培養學生綜合素質和實際能力上的作用有了更深一步的認識，對系列課程的實驗教學體系研究有了初步成果，目前軟件技術系列課程實踐教程和網絡與信息安全系列課程實踐教程已由合肥工業大學出版社出版，硬件技術系列課程實踐教程也已規劃編寫，前面兩本教材在學生使用過程中已取得一定成效，受到學生的歡迎。

3實驗室建設

實驗教學體系的改革和教學與實驗室建設是密不可分的，自2003年以來，結合本科教學評估的要求和實踐教學體系的建設，學校、學院加大實驗室建設投入，加強實驗教師隊伍建設，提高實驗教學質量。具體工作如下：

(1) 學院成立中心實驗室統一承擔和管理全院實踐教學工作，中心實驗室下根據教學實踐方向將原來按教研室或系劃分的小實驗室合并為大實驗室，其中與計算機科學與技術專業相關的實驗室為：計算機軟件實驗室(承擔學院各專業計算機軟件類課程的教學實踐任務)，計算機應用實驗室(承擔學院各專業計算機硬件類課程的教學實踐任務)，網絡與信息安全實驗室(承擔學院各專業網絡與信息安全類課程的教學實踐任務)。此外，還建立了面向學院學生(主要是本科生)的創新實踐實驗室。

(2) 加強實驗教師隊伍建設。一方面提高現有實驗室人員的教學實驗水平，鼓勵他們在職學習；另一方面選擇實踐能力強、愿意留在實驗室工作的研究生充實到實驗教學隊伍。每個大實驗室均指定了責任教授負責系列課程的實驗內容和體系建設，而各課程組組長和每門課程主講教師也承擔相關的實驗室建設任務。

(3) 建立了實驗室開放制度，在時間和實驗內容上對學生開放。通過網絡，各實驗室公布可以開放的時間，學生可以通過網上預約進入實驗室的實踐和實驗項目。

(4) 學校和學院拿出專項資金，鼓勵和支持教師根據專業課特色進行自制實驗儀器設備的工作。

經過建設，實驗室條件得到了較大改善，綜合型、設計性比例大大提高。計算機應用實驗室獲批為安徽省“計算機基礎教育實驗示范中心”，網絡與信息安全實驗室作為學校迎接本科教學評估重點展示實驗室得到了評估專家的好評。

4結束語

系列課程的實踐教學體系的建設是一個長期的過程，仍有許多規律性的問題值得研究，我們將不斷完善實踐教學體系，在實踐中探索、改革、提高，以培養出更多適應社會發展的綜合型人才。

參考文獻

[1] 中國計算機科學與技術學科教程2002研究組. 中國計算機科學與技術學科教程2002[M]. 北京：清華大學出版社，2002.

[2] 黃娟琴，何欽銘. 計算機專業課程設計教材建設初探[J]. 計算機教育，2007，8(綜合版).

[3] 王志英，寧洪，代葵. 強化計算機專業實踐教學[A]. 第七屆全國計算機系系主任論壇論文集. 北京：清華大學出版社，2004.

[4] 郝繼生. 加強實踐教學體系的建設，努力提高計算機專業學生的綜合素質[J]. 計算機教育，2007，6(綜合版).

作者簡介：

王浩(1962-)，男，江蘇泰州人，教授，工學博士，主要從事程序設計、面向對象方法、人工智能與機器學習等教學與研究。

本文受安徽省教育廳高等學校省級教學研究項目(2005136、2007jyxm011)資助