計算機系統課程群的構建與實踐研究

摘要：本文介紹了我院構建計算機系統課程群的具體實施，包括整合課程內容，提出層次化、系列化的課程體系；提出與理論教學密切配合的、適合能力和技能培養的實踐教學體系；引入電子學習系統平臺作為教學手段的擴充等。實踐表明，這是培養具有認知和創新能力的高素質專業人才高素質人才的有效途徑。

關鍵詞：計算機系統課程群；課程群建設；實踐教學體系；電子學習系統

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

1引言

作為高校計算機專業教師，我在多年教學中發現：一方面，由于每門課程都強調其系統性、完整性，必然造成內容多與學時少的矛盾和課程之間部分內容重復；另一方面，教學內容在不同程度上脫離了實際和不能反映科學技術新進展。通過各屆畢業生反饋的意見也表明，在學校學到的知識與社會需求之間有明顯差距。這都要求對傳統的教學進行多方位的改革，必須在教學實踐中引入新的教學模式和調整教學內容。課程群的構建就是為了解決課程之間內容重復、知識更新速度加快與學時有限的矛盾。加強教學計劃中具有一定的學科知識關聯性、內容可整合性和結構相對獨立性的課程群的研究和建設，通過重組師資隊伍、優化教學結構、更新教學內容、整合課程資源、提高資源使用效益，從而整體提高教學質量。

2根據學科發展特征，創建課程群結構

2.1課程群建設的意義和內容

計算機學科的發展具有交叉、滲透與綜合的特征，導致了老課程內容不斷增加，新課程不時出現，特別是以硬件為基礎的計算機系統課程尤其如此。課程之間重復內容較多，較少考慮相互關聯問題。教師由于課時緊張難以講深講透，學生由于孤立知識點的學習而難以達到較好的課堂效果；實驗只是對特定部分知識或技能的理解和應用，很難形成綜合性的系統開發和創新設計。為了實現“傳授知識、培養能力、提高素質”的教學目標，我們改革教學結構，整體優化教學計劃，把建設重點由單一課程轉到課程群，把追求單課內容嚴密完整的局部優化轉為追求課程群完善的全局優化。課程群是為完善同一施教對象的認知結構，將專業培養方案中若干門在知識、方法、問題等方面有邏輯聯系的課程加以整合的課程體系。為了改變目前課程各自為政的封閉教學狀態，在課程群水平上進行規劃，課程群建設以人才培養為中心，以課程優化資源整合為重點，以改革課程群教學內容、教學方法、教學手段為主要內容。組織相關課程的教師，以現代教育思想和理論為指導，改變目前課程各自為政的封閉教學狀態，對教學計劃中具有相互影響、互動、有序、相互間本可構成獨立完整的教學內容體系的相關課程，進行重新規劃、設計、構建具有關聯性和整合性的課程群。建設一支適應課程群教學、科研教學相長、一專多能、結構合理的高水平師資隊伍，確保課程群整合優化目標的實現。

2.2計算機系統課程群構建

以“基礎性、綜合性、時新性、開放性、整體優化”為準則，創建以計算機硬件為基礎、軟件的計算機系統課程群。目的是構建的一個結構合理、層次清晰、相互配合、相互滲透、課程間相互連接的遞進式的課程群體。課程內容的優化整合分為兩個步驟：首先以微處理器及其編程、接口、應用為中心，把“匯編語言程序設計”和“多核處理器與并行編程”兩課程整合進“微機系統與接口技術”。然后按基礎、系統、應用為序構建計算機系統課程群，圖1表示了計算機系統課程群整合的理論教學課程。在計算機系統課程群中“微機系統與接口技術”是一個承上啟下的課程，與“操作系統”、“計算機體系結構”同為系統課程；“電路與電子技術”、“數字邏輯”、“計算機組成原理”為基礎課程；“嵌入式系統與應用”、“多核處理器計算機系統”為應用課程。我們認為計算機課程群一般以5~8門課為宜。

計算機系統課程群構建過程中須對相關課程的內容進行優化整合。課程群教師進行研究和討論，摒棄過細、過專、過舊及重復的內容，重新確定各課程內容和關聯，及其在課程群中所占的比率。然后按比率設定課時數，按內容編寫新的教材。每門課程授課教師對于本課程內容以及與前后課程的關聯心中有數，了解學生在前面課程中學了那些相關知識和知識的深度，本課程如何講解，以及知識點講解的深度，以便學生在后續課程中能夠更好理解新的知識點。同時，關注當前學科前沿發展概況以及與其他課程群或課程相關內容的聯系，使學生及時了解計算機學科發展的新成就、新觀點、新問題和新動向。

3建立適合能力與技能培養的實踐教學體系

為了密切配合課程群的體系，把實踐教學分成驗證實驗——課程設計實驗——綜合設計實驗——研發與競賽四個層次。明確每一個實驗類型對人才能力培養的必要性，圖2表示了計算機系統課程群實踐教學培養體系。

各個層次實踐教學的設置原則、功能、作用各不相同。

(1) 驗證實驗指課內實驗，是促進學生深化理論知識、掌握實驗基本技能和基本研究方法的實驗教學環節。通過對一個或幾個知識點的演示性、驗證性、組合驗證勝等多層次實驗，配合理論教學，以鞏固知識、驗證理論、培養動手能力。

(2) 課程設計指全課實驗，是面向課程核心內容的設計性實驗。融實驗理論、實驗知識和實驗技能為一體，綜合課程主要知識點進行面向系統部件級設計，旨在培養學生的基本設計思想、設計方法、實驗技能和設計能力。

(3) 綜合設計是面向課程群綜合知識的實驗，培養學生綜合運用知識，分析問題、解決問題的實際能力和自主實驗設計的意識。

(4) 參與科研與競賽是鼓勵學生根據自己的興趣與專長自擬科研項目或在專業教師引導下申請國家、學校和學院的學生業余科研項目，學院保證學生申請的每個項目都能得到資助和指導，進入開放實驗室和課程群指導老師的實驗室進行實驗。項目結題時每個項目組必須交出結題報告和成果，通過這些科研項目鍛煉了學生的創新能力。指導學生參加ACM、國內和國際嵌入系統大賽，力爭獲得獎項，通過大賽學生的專業技能得到跨越式提高。

4構建課程群內容優化整合的教學平臺

4.1電子學習系統

在國家863計劃項目的支持下，我們進行了電子學習(e-Learning)系統平臺和教育資源庫的研究與開發。這項科研成果又促進了教學改革和課程群建設。電子學習系統提供構建支持情景創建、資源共享、交互協作的教學環境，它是面向學生主體的，又能充分發教師的主導作用。教師能利用系統平臺提供的支持環境和制作工具生成風格各異、難度不一的課件、試題以及進行輔導答疑、批改作業、評測考試等教學活動；學生可以利用電子學習系統進行網上集中學習和自主學習，探究式、交互式、個性化的學習有助于學生綜合素質、認知能力和創新能力的提高。電子學習系統實現先進的IT技術與優化的課程內容相整合，優化整合的課程群教學內容進入教育資源庫。入庫的素材、課件、試題以及案例等覆蓋了課程群要求的知識要點和能力訓練要點，提供了從多媒體素材直到完整的網絡課程等一系列可共享的教學資源。

4.2課程群教學平臺

構建在電子學習系統上的計算機系統課件群教學平臺通過超鏈接的方式將課程群中相關知識點鏈接起來，學生在自主學習中遇到不理解的知識點，通過超媒體方式馬上就可以找到這個知識點所有相關素材(文字解釋、例子、視頻講解、測試題以及其他人的提問和答案等)，這種及時解決方案能加深學生對問題理解。利用科學模擬方法實現感知、想象、知識、推理、思想和觀念可視化，網絡通信有力支持交互式、個性化、探究型、協作型的自主學習。

教學平臺的功能便于教師進行“因材施教”，每屆學生、每個班都有各自的特點，用統一的課件很難滿足需要，電子學習系統支持各位教師構造各具風格、內容符合要求的多媒體教學課件以及內含的課程關聯。教師在教學過程總結出更好的教學內容，可以上傳到教學平臺的資源庫中，實現優質教學資源的共建共享。學生在使用教學平臺過程中有好的想法和建議，可以向自己的任課老師提出，大家一起來探討，只要有道理就可以加入系統受益大眾；獲得權限后學生也可以將好的資源上傳。教學平臺功能也便于統一教學評估，對于課程群中每門課、不同教師上的同一門課可以用統一標準進行測驗和考試；如果統一進行機考還可杜絕屢禁不止的作弊行為。還有教學平臺交互功能等都利于整體提高教學質量和加強教學管理。

5發揮教師的主導作用和確立學生的主體地位

在教學結構改革中，我們對課程進行優化整合的基礎上構建了課程群，對于課程群教學的實施者和實施對象在教學結構中的角色也應該轉變，必須充分發揮教師的主導作用和確立學生的主體地位。

5.1充分發揮教師的主導作用

在傳統教學中是以教師為中心，課堂上講解加板書進行教學，即使滿堂灌還使每節課講授的內容非常有限，更無暇關注學生；學生則抓緊筆記，無法深入理解和思考。后來發展的多媒體演示確使得課堂內容得到較大豐富，但也容易造成視覺疲勞，反而降低課堂注意力；同時由于多媒體課件容易拷貝，也使得有些學生不再認真聽講和筆記，誤認為只要拿到課件就可以完全了解老師所講的內容。實踐說明這樣單純講解加板書或多媒體演示并不能有好的教學效果。

在課程群建設中改變教師的知識灌輸和課堂主宰的角色，成為課堂教學的組織者、指導者；改變單純講解加板書或多媒體教學方式，綜合利用講解、板書和多媒體課件的各自優勢。利用多媒體課件給出知識框架、知識鏈接、最新技術和課程關聯；對于要點、難點與重點則采用傳統板書教學方式進行詳細的講解，這樣學生的思路始終圍繞知識點轉，加快加深了學生的知識理解，會越學越有興趣。

課程群教師在電子學習系統上構建了計算機系統課程群教學平臺，將課程群的所有課程按知識點相互聯系組成知識網絡。隨時將最新技術以及案例輸入平臺中教學資源庫，在資源庫中還構建了課程群習題庫，能自動回答問題。教師還能利用系統平臺在線答疑和在線考試。對于自主學習的學生，教師指導學生制定學習計劃、選擇學習策略、完成學習任務、評價學習結果，充分發揮其主導作用。

5.2確立學生的主體地位

傳統教學以教師為中心統治著課堂，由教師主宰整個教學活動而把學生置于被動地位。在課程群的建設中，要充分發揮學生的主動性和體現學生的主體地位。激發學生的學習積極性與創造性，使他們在學習過程中真正成為信

息加工的主體和知識意義的主動建構者。借助教學平臺的多課程資源，可制作關聯其他課程內容的多媒體課件。例如在講授“微機系統與接口技術”課程的串行接口時，可鏈接到“嵌入式系統與應用”課程。該課程中有兩個嵌入系統：攝像機監控制系統和可視電話都是串行接口的典型應用實例。教師課堂上只作簡單介紹和說明鏈接方法，學生課后可進入教學平臺作進一步了解，也提前接觸到嵌入式系統。激發學生學習課程群所有課程的興趣，整體提升教學效果。

計算機系統課程群教學平臺通過超鏈接方式將課程群中知識點以網狀結構非線性地組織在一起，特別有利于學生進行自主學習。平臺支持協作式學習，學生可以和其他學習者進行討論，對多種不同觀點進行觀察比較和分析綜合，以便集思廣益。平臺自動組卷功能根據學生選擇的知識點生成自測試卷，學生可以進行自測自評，用于調整學習計劃、選擇學習策略，以提高學習效果。課程群所有實驗課的資料都在教學資源庫中，平臺支撐環境中還有虛擬實驗室可以進行部分實驗，便于學生進行自主實驗。教學平臺資源庫中豐富的課程資源、發展動志、前沿技術以及對相關專業網站的鏈接構成了大學生業余科研和競賽的研發平臺。

6結束語

計算機學科的發展具有交叉、滲透與綜合、發展迅速的特征，導致了老課程內容不斷增加，新課程不時出現。根據計算機學科發展特征，構建了計算機系統課程群。優化整合課程內容，提出層次化、系列化的課程體系；提出了與理論教學密切配合的、適合能力和技能培養的實踐教學體系，體現了“基本素質——專業知識——綜合能力——專業技能”漸進能力培養理念；引入電子學習系統平臺作為教學手段的擴充，構建了在電子學習系統上的計算機系統課件群教學平臺，充分體現了以教師為主導，學生為主體的現代教學理念。實踐表明，是培養具有認知和創新能力的高素質專業人才高素質人才的有效途徑。

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Study of computer system courses group construction and practice research

Cai Zhao-hui， Wu Chan-le， Xu Xian-bin， He Lian

Abstract:According to the development characteristics of computer science， we construct computer system courses group. By optimizing and integrating the courses content， we propose the hierarchical series of courses system and the practice system， which cooperates with the theory teaching closely and fits in with the capacity and skills development. Introducing e-Learning platform as the expansion of the teaching methods， which fully embodies the teacher-led and student-centered philosophy of the modern teaching. Practice shows that is the effective way for training of awareness and innovation capability of high-quality professionals.

Key words: Computer System Courses Group， Construction of the Courses Group， Practical teaching system， e-Learning system