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计算机课程群和实验教学体系创建思考

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发布日期:2019-03-11 17:13

计算机技术的发展已使得计算机技术成为各学科专业不可缺的工具和重要组成部分。其中电子信息类专业与计算机技术联系最为紧密。通过多年的教学实践和专业调研,我们发现计算机技术对电子信息技术的影响不仅是非常广泛的,而且也是非常深刻的。同时,计算机技术也不断地渗透和融入到电子信息类专业的计算机课程教学中。①但是在计算机课程教学内容的选取上,我们只能参考计算机专业的培养方式,导致了电子信息类知识和计算机知识内容的相互渗透与融合不够、计算机课程的教学与专业应用脱节、开设的计算机类课程之间的衔接不清或部分课程内容重复、课程综合化程度不高等问题。②同时,计算机实验和实践教学是计算机教学的重要组成部分,与理论教学相比其作用更为重要。但现实情况是计算机实验和实践教学长期没有受到足够的重视。实验教学中常常成为理论教学的附属物,未能将实验教学和理论教学两者有机结合,使得理论教学严重脱离实验,最终实验教学也未能起到其应有的作用。③因此,为了充分发挥实验实践教学的作用、培养学生的动手能力和创新能力、全面提升学生的综合素质,在改革计算机类理论课程体系的同时应该对计算机类课程实验实践教学进行全方位的改革。

1计算机类课程的教学现状

电子信息类是综合性极强的交叉性的学科,电子和计算机技术是该专业的两大基础。根据专业的培养方向,我们在培养计划中设置了三个层次的计算机类课程:(1)计算机文化基础层次,包括“大学计算机基础”、“计算机程序设计基础(C语言)”;(2)计算机技术基础层次,包括“计算机网络”、“微处理器与微控制器原理”、“数据结构与算法”、“面向对象程序设计”、“关系数据库与SQL”、“软件工程”;(3)计算机应用基础层次,包括“微处理器与微控制器应用”、“MATLAB仿真与应用”、“电子线路辅助设计”、“可编程逻辑器件”、“图像处理”等课程。这三个层次的课程都包含了大量的计算机实验和实践操作,但大部分实验项目是针对章节知识点进行设计的实验,实验学时较少,实验进度随着理论课程的进度而进行。因为实验学时少,所以只能完成验证性实验,无法进行考查学生综合能力的设计综合性实验,导致很难让学生深入研究和探索。同时,计算机知识更新快,计算机实验教学内容也需要随着课程理论知识的更新不断变化。但是目前的实验大纲往往不能与时俱进,实验项目多年不变和出现了明显的滞后,没有使用最新技术解决实际问题,最终不能吸引学生的兴趣。其次,当前学校正在实施学分制,这使得教学过程中对同一年级的教学进度有差别,为实验项目的开设和开放性实验的进行增加了难度。同时,从学生考研、面试和就业的反馈信息来看,学生参与结合科学研究的实验实践项目的次数和质量直接决定了学生动手操作能力和创新实践能力的高低,而实际情况是学生很少有机会参与此类实验实践项目。因此,本项目以我校物理系两个电子信息类本科专业的学生培养为对象,结合三个层次的计算机类课程的需求,开展计算机类课程理论、实验实践的教学模式和教学方法的改革研究,形成以理论教学、实验和实践有机结合、充分发挥实验实践教学的作用、激发学生的好奇心和求知欲、培养学生动手创新能力为目的的实验实践教学模式。

2计算机类课程体系的构建

我们在保证坚实基础的核心课程建设、保证不断创新的实验实践体系建设的基础上,不断整合课程内容,优化课程结构,构建了理论教学与实验实践教学并重,在知识培养上强调基础性、宽广性、实用性,在能力培养上突出创新性、综合性的课程体系。在原有的三个层次的计算机类课程体系的基础上,为了将计算机课程知识和相应的应用结合起来,后继开设了第四层次课程,如“嵌入式系统及其应用”、“DSP原理与应用”、“平板显示原理与应用”、“数字电视传输技术”、“FPGA及数字系统设计”等,真正做到学以致用。同时,按若干门内容紧密联系的课程组建系列课群,对各个课群中的每门课程进行合理定位,根据课程间的内涵与外延,按照前沿性、先进性和交叉性的原则组织课程教学。在课群建设中,依据电子信息类的专业特点对课群及其课群中的课程进行合理定位,按照“基础”、“学科”和“应用”三个层次组织教学,充分体现“厚基础、宽口径、显特色、富创新”的人才培养目标。具体为:(1)基础层:计算机基础课群(包括大学计算机基础、计算机程序设计基础、C语言综合实验等)。(2)学科层:计算机控制课群(包括微处理器与微控制器原理和应用、计算机网络、面向对象程序设计等)和数据处理课群(包括图像处理、数据结构与算法、关系数据库与SQL、软件工程等)。(3)应用层:计算机工具课群(包括MATLAB仿真与应用、电子线路辅助设计、可编程逻辑器件等)和计算机应用课群(包括嵌入式系统及其应用、DSP原理与应用、平板显示原理与应用、数字电视传输技术、FPGA及数字系统设计等)。

3建立分层次、多模块的实验教学体系

目前,计算机类课程的传统实验和实践教学过程存在诸多问题,如:在进行计算机类课程的实验教学时,实验内容安排较随意,缺少对学生规范化的指导;教学效果的优劣很大程度上依赖教师的个人教学经验;教学手段比较单一和落后;验证性实验多、设计性综合性实验少;教学内容与实际的应用脱节;学生普遍重理论而轻实验等。众所周知,计算机实验教学是理论与实践相结合的教学过程,又是课程理论知识的验证、完善、补充和深化,还是培养学生综合素质及创新能力的重要手段。因此,要解决存在的各种问题,我们需要重新构建合理的实验教学体系。我们依托“武汉•光谷”地域经济特点和我系学科的发展,构建了“一个核心、三个平台、六大模块、三个层次”的实验教学体系。(1)一个核心:以创新能力培养为核心。(2)三个平台:包括计算机基础课程实验平台,计算机专业课程实验平台和个性化研究性实验平台。依据电子信息类的学科结构、学生个性化的需求,构建可个性化选择的六大课程模块。(3)六大模块:包括计算机基础实验模块(包括计算机程序设计基础、C语言综合实验、数据结构与算法等课程实验)、计算机技术实验模块(包括微处理器与微控制器原理和应用、面向对象程序设计、关系数据库、软件工程等课程实验)、计算机应用实验模块(包括MATLAB仿真与应用、电子线路辅助设计、嵌入式系统等课程实验)、拓展实验模块、开放性实验模块和研究创新性实验模块。通过六大模块的个性化选择,使得学生的知识结构不断更新和完善、动手实践能力不断提高。(4)三个层次:根据知识结构、人才能力培养的梯形结构,按照知识需求、能力需求从低到高的原则,建立“基础性实验”、“综合设计性实验”、及“个性化研究创新性实验”的三层次实验教学模式,突出创新能力培养。基础性实验:以深入理解计算机操作和计算机程序设计语言(C语言)基本概念,增强程序设计语言的直观认识,了解C语言解决实际问题为目的。这类实验项目将课程的基本理论知识作为实验内容,主要起到验证理论知识的作用。注重实验的启发性和兴趣性,充分调动学生参与实验的积极性。综合设计性实验:由教师提出问题或学生在教师的指导下自主选题,学生综合运用本课程的综合知识或与本课程相关课程知识,自行设计实验方案,自主完成实验项目。在整个过程中,学生完成从选题、实验设计、亲自动手操作到结果分析和论文撰写全过程。强调实验的自主性,注重实验的设计性和综合性,培养学生的学习主动性、积极性和创造性,锻炼学生运用一系列计算机类的知识解决实际问题的能力。个性化研究创新性实验:一方面,由教师提出可能转化为实验教学的科研成果,选拔善于独立思考、实践动手能力强的优秀学生。由优秀学生和这些教师组成小组,实施并完成这种转化。这类实验让学生掌握思考问题,解决问题的方法,提高创新能力和实践能力,实现个性化培养。另一方面,让对科学研究、科技活动或社会实践有浓厚的兴趣、具有一定的创新意识和研究探索精神的学生进行独立探索,自主选题设计,在现有条件下提出解决办法和实施方案,并在教师的指导下进行实施或独立组织实施。以项目为载体,激发学生的创新思维和创新意识,提高学生提出问题、分析和解决问题的能力,培养学生的独立工作能力。实际操作中,通过课程设计、开放性实验、本科生自主创新项目、大学生创新训练项目加以实现。在实验教学过程中,强化科研引领实验教学的理念,将科研成果积极转化为实验教学内容,组织开放实验、电子设计大赛、软件设计大赛以及大学生科技创新计划项目等活动,形成多形式、立体化的实验教学形式。

4结束语

为了全面提高电子信息类专业学生的计算机应用能力和创新意识,我们根据计算机技术的发展特点、学生对计算机应用能力的要求、本专业计算机应用的实际情况,优化、更新现有“三层次”教学模式的教学内容体系,注重第四层次的教学,围绕不同层次人才培养开展计算机类课程多层次实验教学模式的设置。在教学研究中,从明确电子信息类专业有关计算机发展方向的课程的教学要求和课程特点出发,实施教学改革,对计算机类课程的教学内容和实验教学体系进行组织与融合,建立了电子信息类专业计算机课程的课程群,研究了“一个核心、三个平台、六大模块、三个层次”的实验教学的体系结构。将研究初步应用于教学实践中,学生的动手实践能力和创新能力有了明显的提高,取得了较好的教学效果。

作者:谢颂华 杨应平 胡昌奎 吴薇 单位:武汉理工大学

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