計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系的創(chuàng)新與實(shí)踐

文章編號：1672-5913(2008)10-0027-02

摘要：本文介紹了國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院在人才培養(yǎng)實(shí)踐方面的具體做法，即將實(shí)驗(yàn)課程體系劃分為基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)、綜合課程設(shè)計(jì)和自主創(chuàng)新實(shí)踐四個層次，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)工程三個專業(yè)方向上大規(guī)模設(shè)立綜合性課程設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)課程體系；創(chuàng)新與實(shí)踐；計(jì)算機(jī)學(xué)科

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1緊跟學(xué)科前沿，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

我院長期跟蹤、研究了ACM和IEEE聯(lián)合推出的教學(xué)計(jì)劃和美國CC2001教程，并深入剖析了國內(nèi)外十多所一流大學(xué)和著名軍事院校的專業(yè)課程體系，并據(jù)此制訂了國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)2002本科教學(xué)計(jì)劃。我們將實(shí)驗(yàn)課程體系劃分為基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)、綜合課程設(shè)計(jì)和自主創(chuàng)新實(shí)踐四個層次，如圖1所示。這四個層次之間點(diǎn)面結(jié)合、融會貫通、配合緊密、循序漸進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣。

以計(jì)算機(jī)硬件方向?yàn)槔凇澳M電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”和“數(shù)字邏輯”三個課程內(nèi)的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開設(shè)“數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)”；在“計(jì)算機(jī)原理”和“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程”兩個課程內(nèi)的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)以及“數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)”基礎(chǔ)上，開設(shè)“計(jì)算機(jī)原理課程設(shè)計(jì)”；在“計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”和“嵌入式系統(tǒng)”三個課程內(nèi)的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)以及“數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)”和“計(jì)算機(jī)原理課程設(shè)計(jì)”基礎(chǔ)上，開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”；形成從電子器件到功能單元、再到部件、最后到系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程體系，依次推進(jìn)，最終讓學(xué)生深入而系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)硬件的原理與技術(shù)。

這種創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)體系科學(xué)、可行，有效保證了實(shí)驗(yàn)建設(shè)具有先進(jìn)的水平和顯著的效果，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)平臺、實(shí)驗(yàn)組織管理等方面建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。綜合課程設(shè)計(jì)和自主創(chuàng)新實(shí)踐采用項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的方式組織和實(shí)施，幫助學(xué)生樹立團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作精神，培養(yǎng)學(xué)生的組織能力和創(chuàng)新能力。

為了能夠更好地發(fā)揮綜合課程設(shè)計(jì)的作用，我們率先在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)科課程體系三個專業(yè)方向上大規(guī)模設(shè)立了綜合性課程設(shè)計(jì)并單獨(dú)設(shè)課，見表1。這些綜合性課程設(shè)計(jì)穿插在系列課程學(xué)習(xí)的各個階段開展，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合了我們的科研方向，體現(xiàn)了綜合性和系統(tǒng)性，不僅強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生具有綜合運(yùn)用所學(xué)的多門課程知識解決實(shí)際問題的能力，更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和集成能力，以及強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)踐能力和良好的科研素質(zhì)。

圖1 實(shí)驗(yàn)課程體系的層次

表1 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)方向

2教學(xué)科研結(jié)合，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

我院在堅(jiān)持依照教學(xué)大綱施訓(xùn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，結(jié)合我院科研實(shí)踐和成果，設(shè)置了9門綜合課程設(shè)計(jì)并逐步開設(shè)一批新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生能夠?qū)W到較新的知識，取得了顯著的效果。

例如“數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)”課程，作為“數(shù)字電子技術(shù)”、“數(shù)字邏輯”的后續(xù)課程，要求學(xué)生在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)平臺上掌握計(jì)算機(jī)部件級的邏輯功能設(shè)計(jì)，通過數(shù)字鬧鐘、八位運(yùn)算器、交通燈、乒乓球游戲、流水算術(shù)邏輯部件、串行收發(fā)器等課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以使學(xué)生在進(jìn)一步理解課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上利用較先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的工具和方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力和分析、解決問題的能力；在后續(xù)的“計(jì)算機(jī)原理課程設(shè)計(jì)”課程中進(jìn)一步要求學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握HDL語言描述電路，并使用HDL語言設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個完整的八位機(jī)，通過邏輯模擬和綜合，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)平臺上測試和驗(yàn)證。通過這一系列課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生進(jìn)一步理解計(jì)算機(jī)原理和組成，掌握計(jì)算機(jī)部件的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和分析解決問題的能力。

再比如“人工智能導(dǎo)論”課程，我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中嘗試對以Agent為中心的教學(xué)方法進(jìn)行擴(kuò)展，以機(jī)器人為主線，將人工智能的各個論題處理成機(jī)器人任務(wù)，學(xué)生通過構(gòu)建機(jī)器人并編程完成任務(wù)，更好地將人工智能的各個知識點(diǎn)有機(jī)整合起來。更重要的是，機(jī)器人論題對學(xué)生來說是個極大的激勵，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程有相當(dāng)?shù)某删透小Ｄ壳拔覀冇糜趯?shí)驗(yàn)教學(xué)的典型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表 2所示。在學(xué)校“十一五”實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)的支持下，我們將繼續(xù)豐富和拓展更深層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

表2 “人工智能導(dǎo)論”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

3 依托學(xué)科優(yōu)勢，完善實(shí)驗(yàn)支撐體系

經(jīng)過“十五”的建設(shè)，依托計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)學(xué)科的優(yōu)勢，我們進(jìn)一步完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟硬件條件的建設(shè)，形成了完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)支撐保障體系。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬條件建設(shè)上，一方面我們建設(shè)并完善了專門的基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室“計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中心”，下分“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”、“計(jì)算機(jī)軟件及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室”和“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室”三個分實(shí)驗(yàn)室，制定了一系列的實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)范和管理制度，方便老師與學(xué)生開展課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)；另一方面我們依托“211”工程和“985”建設(shè)，利用“高性能計(jì)算中心”等專業(yè)科研環(huán)境支撐創(chuàng)新活動、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)活動。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟條件建設(shè)上，一方面我們充分貫徹教學(xué)科研相互促進(jìn)的宗旨，將一些科研成果，如銀河系列巨型機(jī)系統(tǒng)等直接服務(wù)于課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容；另一方面我們充分開發(fā)調(diào)動老師的創(chuàng)造性和積極性，自主編寫配套的實(shí)驗(yàn)教材、自主研制配套的軟硬件實(shí)驗(yàn)平臺。

在不斷吸取國內(nèi)外著名大學(xué)教材建設(shè)先進(jìn)成果的基礎(chǔ)上，面向我院的課程體系改革和建設(shè)需要，自編實(shí)驗(yàn)教材和講義十余部，例如《收音機(jī)安裝指南》、《數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)》、《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》、《嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》、《程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》、《操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》、《軟件工程課程設(shè)計(jì)》、《網(wǎng)絡(luò)工程課程設(shè)計(jì)》和《網(wǎng)絡(luò)攻防課程設(shè)計(jì)》等，并有多部高水平教材已經(jīng)正式出版。目前我們已經(jīng)逐步建立起了和課程體系相配套、結(jié)合自身科研實(shí)際的富有特色的完整實(shí)驗(yàn)教材體系。

在硬件實(shí)驗(yàn)平臺方面，我們在國內(nèi)率先自主研制成功了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)平臺，見圖2。該平臺可以滿足數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)原理課程設(shè)計(jì)、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)設(shè)計(jì)等多門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。

在軟件實(shí)驗(yàn)平臺方面，我們自主設(shè)計(jì)研發(fā)了NetDemo計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理輔助教學(xué)系統(tǒng)，見圖3。該系統(tǒng)可以對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要原理和有關(guān)協(xié)議進(jìn)行參數(shù)可配置的、直觀的、動態(tài)的多媒體演示，使原來靜態(tài)的板書式文字教學(xué)成為動態(tài)的、圖文并茂的、交互式演示性教學(xué)，在提高學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)原理理性認(rèn)識的同時增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識，并提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)平臺

圖3 NetDemo計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理輔助教學(xué)系統(tǒng)

4整合教學(xué)資源，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍建設(shè)

我們十分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)，通過各種途徑加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)。目前我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍主要包括專職實(shí)驗(yàn)教師、兼職實(shí)驗(yàn)教師、TA(教學(xué)助理)和研究生教輔組成。從2004年開始我們借鑒國外大學(xué)成功經(jīng)驗(yàn)，在綜合性課程設(shè)計(jì)課程中聘請TA。此外在學(xué)院的研究生培養(yǎng)方案中明確規(guī)定，所有研究生學(xué)生必須參加課程輔導(dǎo)，課程輔導(dǎo)成績合格方可畢業(yè)，研究生教輔力量成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的有力補(bǔ)充。通過整合各種教學(xué)資源，增強(qiáng)了學(xué)院實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)力量，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍建設(shè)，對人才培養(yǎng)起到了很好的支撐作用。

5注重全面發(fā)展，開展創(chuàng)新實(shí)踐活動

通過“十五”期間的全面實(shí)施，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果明顯，學(xué)生的綜合素質(zhì)、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)意識、創(chuàng)造性思維得到進(jìn)一步提高，2006年我院“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程體系、增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力、培養(yǎng)高素質(zhì)人才”獲國防科技大學(xué)教學(xué)成果一等獎。我院畢業(yè)學(xué)生業(yè)務(wù)能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)軍隊(duì)和國家建設(shè)要求，受到用人單位和領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)的高度評價。

2004年以來，我們組織本科學(xué)生參加各種學(xué)科競賽60余次，參加人員近700人次，有415人次獲獎，學(xué)科競賽成績突出。其中有代表性的獎項(xiàng)有：8人次獲國際數(shù)模競賽一等獎；14人次獲國際數(shù)模競賽、ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽二等獎；18人次獲全國數(shù)模競賽、電子設(shè)計(jì)競賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一等獎；43人次獲全國數(shù)模競賽、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽等二等獎。本科生組隊(duì)參加主要由研究生參加的全國微軟“創(chuàng)新杯”軟件開發(fā)大賽獲團(tuán)體銀獎。

6致謝

感謝國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)“十一五”教學(xué)研究項(xiàng)目“探索開拓博士研究生國際學(xué)術(shù)交流空間的方法和途徑”和國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)“十一五”本科重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”和“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”的資助。

參考文獻(xiàn)

[1] 國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2002本科教學(xué)計(jì)劃[R]. 國防科技大學(xué)，2002.