國際化的實踐教學模式與學生創新能力培養

實踐是認識的基礎，是獲取知識的源泉，是檢驗真理的標準。實踐出真知、實踐出人才。實踐教學是培養學生創新思維和增強創新意識的重要環節，有利于培養學生理論聯系實際的作風、嚴謹求實的科學態度和獨立動手的工作能力；有利于幫助學生理解、掌握和運用理論知識；有利于學生學會綜合調查、分析測試、方案設計、編寫報告；有利于發展學生觀察思考與創新設計等能力；有利于學生增強社會責任感，增強學生就業競爭力和社會發展力。法國諾貝爾獎獲得者貝爾納說 ：“創造力是沒法教的，必須在實踐中讓學生動手，有機會把自己的創新思想付諸實施”。創新是魂，實踐是根。創新始于問題、源于實踐。實踐教學是研究型大學創新人才培養的重要途徑。

計算機科學與技術學科是研究計算機的設計、制造和利用計算機進行信息獲取、表示、存儲、處理、控制等的理論、原則、方法和技術的學科。它包括科學與技術兩個方面。科學與技術相輔相成、相互作用。同時，計算機科學與技術學科具有較強的工程性，應用是計算機科學與技術發展的動力、源泉和歸宿，而計算機科學與技術又不斷為應用提供日益先進的方法、設備與環境。計算機科學與技術學科人才培養必須重視實踐教學環節。

本文的主要工作就是探討如何將先進的國際計算機實踐教學模式引入到我們的計算機實踐教學體系，完善我們的計算機實踐教學體系，以進一步提高學生的創新能力。首先我們介紹國際先進的計算機實踐教學模式，然后介紹東南大學計算機專業實踐教學體系，接著介紹東南大學計算機專業實踐教學體系引入國際化實踐教學模式的探索，最后給出我們的建議。

1國際先進的計算機實踐教學模式分析

國際先進的計算機實踐教學模式的基本特征是：

(1) 強調做中學，通過實踐悟出“道理”、發展理論；

(2) 強調實踐與社會應用需求相結合；

(3) 強調實踐與個人研究興趣相結合；

(4) 強調實踐綜合與探索相結合；

(5) 強調實踐與論文相結合。

國際先進的計算機實踐教學基本模式是：“理論—實踐—新理論—再實踐”和“強化實踐”。

英國和德國采用“理論—實踐—新理論—再實踐”模式。英國普遍實行“學習—企業實習—學習”三段制教育體制 ，即學生一段時間在校學習 ，一段時間到信息類企業實習，工讀交替進行教學計劃，使學生能在所選擇的典型信息類企業環境中學習。它不僅給學生提供書本理論知識和實踐知識，而且使學生在做好就業準備的同時，具有較高的技能和創造力。德國大學十分注重實踐教學，實踐教學環節在教學組織中占有重要的地位。習題課、討論課、實踐課占較大比例；學生要到企業實習 6個月，畢業設計必須在企業完成；畢業論文題目都是來自企業的真實課題。除了強調在企業的實習和見習外，采用注重實際問題分析的實踐教學方法，以及練習實踐教學方法——學生單獨或以小組形式解決復雜問題；考察方法——參觀企業，了解實際工作的程序和方法；案例方法。實踐教學特色是“政府支持、企業主導、注重實踐過程管理”，企業是評價、考核實踐教學成果的主體。

美國采用“強化實踐”模式。美國許多大學將計算機課程實驗單獨設課，甚至列為核心課程。對于軟件類實踐課程，重視通過項目訓練培養學生的程序分析、設計和開發能力，而且關注項目訓練環節的輔導工作；開課形式是項目驅動，助教指導；實踐教學特點是助教人員配備充分，教師指導有成效。對于硬件類實踐課程，在教學過程中強化實驗教學，并注意引導學生養成正確的實驗方法；開課形式是保證基礎，興趣驅動；教學特點是實驗教學為主。另外，鼓勵開設個性化的實踐課程，注重學生的個性化發展；實踐內容由學生自己與老師商定；教學特點是教師指導為主。

2東南大學計算機專業實踐教學體系

堅持實踐育人是東南大學的優良辦學傳統和寶貴的精神財富，堅持實踐教學不斷線，將實踐育人通過培養方案和教學計劃落實到人才培養的全過程是東南大學教育特色。

東南大學計算機專業實踐教學體系是結合國際IEEE/ACM CC2005和東南大學計算機專業學科特色及優勢形成了具有三個層次、三條線的開放式創新性實踐教學體系。

三個層次分別是：

(1) 課內基礎與驗證型實驗，該類實驗主要涉及課程的相關知識點。實驗目的是使學生驗證、理解、鞏固并掌握課內所要求的基本教學內容；

(2) 綜合實驗實踐與課程設計，主要是設計與開發型實驗實踐，該類實驗實踐以“任務”或“課題”形式提出實驗要求和具體的實驗成果，要求學生通過有關課程或自學方式，掌握實驗所涉及到的知識，通過綜合利用這些知識來設計、開發并最終完成實驗項目；該類實驗旨在培養學生綜合應用計算機知識與技術的能力，培養學生帶著問題自主學習的能力，實驗涉及計算機基礎與應用開發等多方面的知識，例如，可涉及軟件工具與環境的使用、高級語言編程、編譯程序及操作系統、數據庫及網絡等方面的內容；

(3) 課外研究與創新型實驗，該類實驗重在培養學生的研究能力與創新意識；實驗室可設定研究題目，也可由學生自選題目；該類實驗可以沒有最終結果，但要求學生能提供實驗分析與研究報告，寫出有見解的心得體會。

三條線分別是：

(1) 軟件，從程序設計基礎到操作系統及數據庫、軟件工程課程設計、軟件類科研實踐、軟件類課題畢業設計；

(2) 硬件，從電子實踐初步到硬件與接口實驗、硬件類科研實踐、硬件類課題畢業設計；

(3) 軟硬綜合，從計算機系統綜合課程設計到軟硬綜合類科研實踐、軟硬綜合類課題畢業設計；計算機系統綜合課程設計以編譯系統課程設計、操作系統課程設計、硬件實驗和微型機與接口技術實驗為基礎；通過軟硬綜合實踐環節增強學生的編程能力、計算機系統認識能力、充分利用計算機系統進行實際計算機應用問題求解的能力。

東南大學計算機專業軟件系列實踐教學環節如圖1所示。

圖1 軟件系列實踐教學環節示意圖

東南大學計算機專業硬件系列實踐教學環節的示意圖如圖2所示。

圖2 硬件系列實踐教學環節示意圖

對于科研實踐，主要是由四層次的大學生科研訓練體系支撐，具有國家級、省級、校級、院系級四個級別、以學生自主研究項目和學科競賽活動為主體。共有六種實現途徑：

(1) 學生自主立項進行科研項目研究；

(2) 參加學科競賽(如，電子設計競賽、ACM國際大學生程序設計競賽、足球機器人大賽等)；

(3) 提交研學作品(設計、論文、報告、軟件等)及相關資料；

(4) 發表論文(含參加國際、國內各級學術活動提交論文并收入論文集或被邀請作報告)；

(5) 聽科技、學術報告并撰寫與報告相關的研學材料，如文獻綜述、評論等；

(6) 其他研學活動。校級、院系大學生科研訓練計劃是計劃的基礎支撐和主體，國家級、省級和部分校級重點項目是優秀學生進一步發展創新能力的延伸舞臺。

經過努力，東南大學計算機專業實踐教學體系日趨完善，在對學生的培養上取得良好的效果，學生對計算機系統的認識能力和綜合素質明顯增強。

3東南大學計算機專業實踐教學體系引入國際化實踐教學模式的探索

東南大學主要在引入國際化實踐教學思路與內容、實踐過程模式和實踐環節考核方式等方面進行了探索。

(1) 引入國際化實踐教學思路和內容

根據 “強化基礎、軟硬結合、立足系統、面向應用、加強實踐”的教學理念，東南大學計算機專業引入國際著名大學的課外研學實踐模式和面向計算機系統的課程設計模式。對于課外研學模式，主要有：“軟件環境自學實踐”和“大學生科研訓練計劃”。對于面向計算機系統的課程設計模式，主要有：“以Lex和YACC為核心的編譯程序構造課程設計”、“以構建小型數據庫管理系統(DBMS)為核心的數據庫系統課程設計”、“以操作系統內核設計為核心的操作系統課程設計”、“以CPU設計和BIOS設計為核心的計算機系統綜合課程設計”。

(2) 引入國際化實踐過程模式

根據“構建研究型實踐教學體系”目標，東南大學計算機專業引入“開放和自主”實踐過程模式。對于“開放”，主要是采用“開放的實踐環境、開放的設計方式、開放的目標要求和開放的評價體系”，以使學生敢于探索。對于“自主”，主要是強調“以老師主導、以學生為主體”，不限定學生設計的系統總體結構、不限定學生具體實施設計的步驟、不限定最終的目標和驗證方式、不限定學生實施設計自己設計的時間和地點，以能充分體現“個性化”。

(3) 引入國際化實踐環節綜合考核模式

對于以小組為單位實施的實踐項目，采用組間考核和組內考核相結合的方式，教師全程跟蹤、加強驗收管理，不僅要提交實際可運行或可演示的系統、而且要撰寫相關論文。對于組間考核，主要依據是小組答辯、其他小組對該小組的評價以及教師對該小組的評價。組間考核得分作為小組成員最高得分。對于組內考核，主要依據是小組成員相互評價、教師抽查面試。

(4) 加強與信息類企業的合作

主要包括：邀請企業工程師擔任部分課程案例內容講解、安排實訓和企業實習、畢業設計結合企業課題。

對于“計算機系統綜合課程設計”，我們主要是參照美國加州大學伯克利分校的思路。該課程目標是：提高學生的計算機系統綜合認識能力、培養學生基于系統優化應用的思維意識、提高學生的創新能力。課程思路和方法是：從系統設計的角度，培養學生綜合運用計算機軟硬件課程所學到的知識的能力；鼓勵自主創新，經過團隊合作，設計一個小型的片上系統(System on chip)，其中包括硬件系統和系統軟件的設計與實現；采用研究型教學方法。該課程的前期實踐基礎是：以微程序控制和復雜的模型計算機設計為主要內容的“硬件實驗”、以Lex和YACC設計為主要內容的“編譯程序構造課程設計”、以微內核設計為主要內容的“操作系統課程設計” 。該課程的硬件設計內容有：一個可運行31條MIPS指令、采用哈佛結構的RISC型MPIS32微處理器，串口、鍵盤和LED顯示控制器，看門狗(可選)等。該課程的軟件設計內容有：含有編輯功能的MIPS32匯編程序、基本輸入輸出系統(BIOS)、硬件各部件測試程序、MiniC編譯器(可選)、應用程序范例(可選)等。通過“計算機系統綜合課程設計”，學生的感受是“讓我們對計算機系統有了更直觀深刻的認識，而且也鍛煉了我們的能力”。引入國際化的實踐教學模式，對我們學生的創新能力起到了明顯的作用。

4思考與建議

(1) 必須加強實踐教學師資隊伍建設

擁有一支結構合理、具有豐富理論和實踐經驗的教師隊伍是實踐教學質量的有力保證。若實踐教學采用全程跟蹤、強化交互式實踐考核方式，更需要投入更多的師資力量。

(2) 貫徹“講一、練二、訓三”的基本思想和“少而精”的原則

充分發揮學生的主動性，著重啟發學生的思維，拓寬學生的知識領域，更多地采用引而不發和舉一反三的啟發式教學方法教給學生一些關鍵技術，把主動性交給學生。多指定一些參考書，讓學生逐步形成自己選擇資料和獲取知識的能力，提高學習的積極性和主動性。講課時間縮短，實際訓練加長。

(3) 超脫實踐內容、培養學生的創新精神

引導學生從具體實踐課題完成過程，學會總結與歸納，使學生得到的不僅是知識，而是方法、分析問題和解決問題的能力，學生不僅學會分析問題、解決問題的方法，而且學會思索、對比、概括、提高，從怕出問題到主動找問題，從被動完成任務到主動尋找好的解決問題的方法，使知識得到升華、提高。從而，掌握作研究的一般方法和過程，可自主研究一些新的問題。

(4) 通過國際計算機工程認證制度推進計算機專業實踐教學體系的國際化

將國際計算機工程實踐規范引入計算機專業實踐教學體系。

5結束語

創新源于實踐、實踐出真知。加強實踐性教學環節是我國高等教育發展的一個永恒主題。我國高等教育要適應社會發展、符合國際潮流，滿足社會對人才素質的多元化要求，必須重視實踐性教學環節在專業教育中的作用。

我們相信，他山之石可以攻玉，我們需要借鑒計算機專業國際化實踐教學模式，特別是國際知名大學計算機專業實踐教學模式，以形成能夠適應中國教育環境的計算機專業實踐教學模式，從而進一步提高學生的實踐創新能力、提升學生的專業競爭力。當然，探索具有中國特色、能與國際接軌的計算機專業實踐教學模式是一個長期的過程，需要我們共同努力。

參考文獻

[1] 清華人才培養走向國際化[N].科學時報，2004，(8).

[2] 教育部.關于進一步深化本科教學改革、全面提高教學質量的若干意見.教高(2007)2號.

[3] 陳寶泉，楊晨光. 如何培養好“未來的工程師”[N].中國教育報，2007，(10).

[4] 甘嵐，曾輝. 計算機科學與技術專業實踐教學體系構建[J]. 華東交通大學學報， Vol23. No.12， 2006，(12).

[5] 李曉明，陳平，張銘.關于計算機人才需求的調研報告[J].計算機教育，2006，(8).

[6] 吳平，黃燕，黃嵐，田立軍.本科計算機專業課程體系改革初探[J].中國大學教學，2004，(6).