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關(guān)鍵詞:課堂教學(xué);實踐教學(xué);創(chuàng)新能力
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
1引言
“計算機(jī)操作系統(tǒng)”是計算機(jī)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課,傳統(tǒng)的課程教學(xué)著重講授操作系統(tǒng)的基本概念和原理,課程內(nèi)容主要包括進(jìn)程管理、存儲管理、輸入輸出系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、用戶接口五大部分。作為計算機(jī)專業(yè)的傳統(tǒng)必修課,“操作系統(tǒng)”課程的重要性是勿容置疑的,但該課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式中存在以下幾個顯著的問題:
(1) 內(nèi)容枯燥難懂,充斥著大量的原理和概念。由于很多教材的內(nèi)容以及課堂的講解都很少與實際操作系統(tǒng)相聯(lián)系,學(xué)生往往覺得課程中的概念、原理抽象而且苦澀難懂,由此對課程學(xué)習(xí)缺乏興趣,最后以死記硬背對付考試。
(2) 課程的內(nèi)容陳舊,遠(yuǎn)落后于該領(lǐng)域最新的研究成果。如計算機(jī)系統(tǒng)安全、分布計算、嵌入式系統(tǒng)等內(nèi)容幾乎沒有涉及。
(3) 課程實踐環(huán)節(jié)與理論學(xué)習(xí)嚴(yán)重脫節(jié)。由于課程內(nèi)學(xué)時的限制,傳統(tǒng)的實驗環(huán)節(jié)往往是對主流操作系統(tǒng)(如Linux)的初步接觸與使用,而對操作系統(tǒng)內(nèi)核本身沒有任何觸及,這樣學(xué)生在課堂中所學(xué)的操作系統(tǒng)原理以及概念流于形式,對以后從事這方面研究或系統(tǒng)開發(fā)工作的幫助十分有限。
本文針對操作系統(tǒng)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題,并在總結(jié)和完善該課程以往教學(xué)實踐和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,提出了構(gòu)筑全新的“教―學(xué)”體系,建立長效“實踐教學(xué)鏈”教學(xué)模式和實踐、嘗試創(chuàng)新型的“六步教學(xué)法”。我們“計算機(jī)操作系統(tǒng)”課程組將其運用在該課程的教學(xué)教育改革過程之中,取得了明顯的實際效果。教學(xué)質(zhì)量顯著提高的同時受到了學(xué)生們的好評和院校兩級督導(dǎo)組的肯定。我們建設(shè)的“操作系統(tǒng)”課程已于2006年評為西北工業(yè)大學(xué)
校級精品課程;2007年獲得校級教育教學(xué)改革研究項目的資助;2008又獲得教育部――微軟精品課程資助。下面是對該課程課堂和實驗教學(xué)創(chuàng)新實踐的總結(jié)供同行及相關(guān)人士探討。
2重視課堂教學(xué)仍是現(xiàn)階段課程教學(xué)的基礎(chǔ)
2.1課堂教學(xué),需要“適應(yīng)國情”
盡管隨著我國教育和科技的發(fā)展,許多國內(nèi)一流高校的計算機(jī)課程體系在不斷的改革,但對于地處西部的本科學(xué)生而言,不論從其自身的家庭環(huán)境,還是就讀高中的計算機(jī)教育情況都有所不同,因此計算機(jī)文化從一入學(xué)就參差不齊;加之大學(xué)三年的學(xué)習(xí)后,同學(xué)之間在對計算機(jī)本身的理解和實踐水平上相差甚巨。這種情況決不是個例,幾乎每年授課時都會遇到,所以主講教師在授課速度、課程內(nèi)容以及授課方法的選擇上,需要在教材的基礎(chǔ)上制定可被大多數(shù)學(xué)生接受的教學(xué)大綱和計劃,以便使學(xué)生在最大程度掌握知識的同時提高學(xué)習(xí)興趣。在目前的國情下我們還無法做到一對一(或一對少量)的教學(xué),因此在實施教學(xué)的過程中把握這樣一個原則,即主要抓中間,兼顧兩端,是我們這幾年在課堂教學(xué)方面的一個基本經(jīng)驗。根據(jù)實際的學(xué)生反饋,這種照顧大多數(shù)學(xué)生“適應(yīng)國情”的方法具有一定的推廣意義。
2.2課堂教學(xué),需要“提高教師水平”
在所有課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中,要達(dá)到高質(zhì)量的課堂教學(xué)效果,教師的引領(lǐng)、啟發(fā)和向?qū)ё饔帽夭豢缮?。因?教師需要做到對授課課程的熟練把握和對教學(xué)內(nèi)容的融會貫通。具體而言,主講教師在全面熟悉教材的基礎(chǔ)上要做到以下幾點。(1)要全面了解計算機(jī)操作系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展的最新動向,對新老知識進(jìn)行仔細(xì)的研究、取舍和銜接;(2)要全面、透徹的理解教學(xué)大綱要求,同時明確和了解教學(xué)對象的實際情況,在兩者之間找到平衡點,通過授課和練習(xí),使學(xué)生的課程知識在大綱要求的基礎(chǔ)上更加豐富;(3)要加強教師的科研鍛煉,使其在實踐中深入理解計算機(jī)操作系統(tǒng)知識的內(nèi)涵,通過參加科學(xué)研究、工程實踐及實驗教學(xué),獲得書本、論文以外的一手信息,以便有效改善和提高自身的知識結(jié)構(gòu)及教學(xué)水平。
2.3課堂教學(xué),需要“抓住重點”
課堂教學(xué)的關(guān)鍵一點,就是要充分“吃透”教材和教學(xué)大綱所要傳授的教學(xué)內(nèi)容。那么如何“吃透”呢?就是要盡可能多的搜集、整理和篩選國內(nèi)外該門課程一流的教學(xué)及研究資料。我們知道現(xiàn)在某一門課程的一種教材往往做不到面面俱到,把所有知識點都能講解的十分清楚,因此通過對大量不同教材的仔細(xì)分析和比較,最終選擇和整理出闡述最清晰和最易于學(xué)生理解的那部分內(nèi)容講授給學(xué)生,是我們多年在課堂教學(xué)方面的又一個基本經(jīng)驗。
只有在大量分析和比較文獻(xiàn)和教材資料的基礎(chǔ)上,才能真正做到合理取舍,授課老師要清醒地認(rèn)識到,把握好寶貴、有限的授課時間,抓住重點,講清難點是課堂教學(xué)成敗的關(guān)鍵所在。
3實踐教學(xué)創(chuàng)新才是本科生課程教學(xué)的真正目標(biāo)
3.1樹立全新的“教―學(xué)”體系,明確實踐教學(xué)的目標(biāo)
這幾年我們教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)“操作系統(tǒng)”課程體系中課程內(nèi)容更新較快、綜合性強、實踐性強的特點,每年都對授課內(nèi)容、電子課件等教學(xué)相關(guān)資料進(jìn)行更新和優(yōu)化,從而保證內(nèi)容的新穎性以及對新方向、新技術(shù)的把握。教學(xué)團(tuán)隊結(jié)合了卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的“l(fā)earning by doing”等先進(jìn)教學(xué)思想,形成了“理論講解+實例演示+綜合實驗+專業(yè)競賽”的遞增式“教―學(xué)”體系;為充實和構(gòu)筑該教學(xué)體系,我們加強與國際一流IT公司在教學(xué)、科研方面上的合作。2005年起通過與SUN中國工程研究院的緊密合作,聯(lián)同北京大學(xué)、清華大學(xué)、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等國內(nèi)知名高校計算機(jī)專業(yè)的“操作系統(tǒng)”課程主講教師實施了OpenSolaris項目(旨在推動中國操作系統(tǒng)教學(xué)水平的提升)。在該項目中我們教學(xué)團(tuán)隊承擔(dān)了核心的IPC內(nèi)核部分的分析工作,為此后自主設(shè)計“西北工業(yè)大學(xué)操作系統(tǒng)教學(xué)創(chuàng)新實驗平臺”奠定了堅實的實踐基礎(chǔ)。2006年在Intel公司的資助下,基于Intel多核的“操作系統(tǒng)”課程實驗也相繼設(shè)計完成。這些實驗教學(xué)平臺的建立為主講教師提供了大量課堂“實例演示”和課內(nèi)“綜合實驗”案例,為本科生感性認(rèn)識和理解操作系統(tǒng)基本原理和概念起到了切實、有效的作用。與此同時,2006年4月我們作為牽頭單位舉辦了首屆全省知名高校操作系統(tǒng)教學(xué)研討會;2006年10月,又聯(lián)合SUN中國工程研究院和北京大學(xué),舉辦了2006高校操作系統(tǒng)及Unix/C編程教學(xué)研修班,全國近30多所高校主講“操作系統(tǒng)”課程的老師參加了本次研修。通過上述多種形式的教學(xué)活動,使我們與全國一流計算機(jī)專業(yè)高校共同分享在“操作系統(tǒng)”課程體系教學(xué)改革方面的優(yōu)秀理念和成果,更使我們“操作系統(tǒng)”課程體系的改革不斷地深化,逐步形成了四結(jié)合的全新“教―學(xué)”體系。
3.2建立“實踐教學(xué)鏈”,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
前面介紹了“教―學(xué)”體系中“教”層面的課程建設(shè)工作,為了從“學(xué)”層面來落實“實踐教學(xué)”的目標(biāo),培養(yǎng)本科生學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”課程的興趣和提高他們的實踐創(chuàng)新能力,我們建立了“實踐教學(xué)鏈”新的教學(xué)模式。所謂“實踐教學(xué)鏈”就是貫穿于本科生操作系統(tǒng)教學(xué)的5個一體化“實踐”活動。它們是“課內(nèi)實驗+課程設(shè)計+全國競賽+大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練+本科畢業(yè)設(shè)計”。通過“實踐教學(xué)鏈”的設(shè)置,使本來相互獨立的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)能系統(tǒng)的串接于整個課程的教學(xué)過程之中,進(jìn)而加大了學(xué)生實踐操作系統(tǒng)知識的機(jī)會,延長了深入認(rèn)識和理解操作系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)制的學(xué)習(xí)時間。我們的實踐經(jīng)驗得出,特別是通過串接“全國競賽”、“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練”和“本科畢業(yè)設(shè)計”這三個實踐活動能有效促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)知識點的理解,改變傳統(tǒng)教學(xué)“滿堂灌”模式,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,構(gòu)建了學(xué)生的主體地位。2007年獲得首屆“SUN 2007創(chuàng)新之源編程大賽”二等獎的郭閻團(tuán)隊就是這種全新教學(xué)模式的典型實例。他們在與老師充分討論的基礎(chǔ)上,通過利用Java反射機(jī)制建立了基于插件的Solaris內(nèi)核可視化框架。作為“競賽”作品,實現(xiàn)了Solaris進(jìn)程調(diào)度的可視化插件;作為“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練”的項目內(nèi)容,實現(xiàn)了Solaris進(jìn)程內(nèi)存空間分配和釋放過程的可視化插件;作為“畢業(yè)設(shè)計”,又實現(xiàn)了UFS文件系統(tǒng)的文件檢索過程及磁盤尋道活動的可視化插件。通過這三個實踐活動的鍛煉,學(xué)生對Solaris的內(nèi)核結(jié)構(gòu)和機(jī)制有了深入的認(rèn)識和理解,激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情,并最終提高了他們的自信和實踐創(chuàng)新能力。
3.3實施“六步教學(xué)法”,增強知識融會貫通
結(jié)合上面5個一體化“實踐”活動,我們提出和嘗試了具體的本科操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)“六步教學(xué)法”并使其融入到“實踐教學(xué)鏈”之中。第一步,要點提示。讓學(xué)生在上課前明確所將課程章節(jié)的學(xué)習(xí)重點。第二步,教材預(yù)習(xí)及設(shè)疑。讓學(xué)生預(yù)習(xí)將要授課的內(nèi)容,并把不懂得內(nèi)容紀(jì)錄并嘗試自己查找文獻(xiàn)及相關(guān)資料初步解決。第三步,講授釋疑。課堂內(nèi)授課老師針對典型案例和第二步過程遇到的問題進(jìn)行評析,并設(shè)置課后練習(xí)與單元總結(jié)。第四步,課內(nèi)實驗。由老師設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)實驗環(huán)節(jié),讓學(xué)生通過動手練習(xí)來理解課堂內(nèi)容與相關(guān)技術(shù)。第五步,課程設(shè)計。通過課程設(shè)計系統(tǒng)學(xué)習(xí)重點內(nèi)容,讓學(xué)生初步具有獨立驗證所學(xué)內(nèi)容的能力。第六步,畢業(yè)設(shè)計與競賽結(jié)合。在畢業(yè)設(shè)計期間組織學(xué)生參加專業(yè)競賽,通過競賽活動讓學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)知識融會貫通并得到實際應(yīng)用。
通過建立上述“實踐教學(xué)鏈”和實施“六步教學(xué)法”,使學(xué)生在整個操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程,能循序漸進(jìn)的進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練,大大提高了他們對該課程的興趣和理解,培養(yǎng)了實踐創(chuàng)新能力。
4結(jié)束語
當(dāng)今世界,計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異。因此,在“計算機(jī)操作系統(tǒng)”的教學(xué)中,在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上,必須充分發(fā)揮好教師和學(xué)生的共同力量,在努力抓好課堂教學(xué)質(zhì)量的同時,致力于課程實踐教學(xué)的創(chuàng)新,并充分適應(yīng)我國教育的基本“國情”,積極培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,為學(xué)生將來發(fā)展成為創(chuàng)新型人才,在自己的崗位上為國家計算機(jī)事業(yè)的大步發(fā)展做出貢獻(xiàn)奠定堅實的基礎(chǔ)。
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DIY 計算機(jī)課件 輔助教學(xué) 課件開發(fā) 自主開發(fā)
現(xiàn)代社會對全面發(fā)展的高素質(zhì)人才的需求,給學(xué)校的教育質(zhì)量提出了更新、更高的要求。教育理論以及計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,更為現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ),使多媒體計算機(jī)輔助教學(xué)成為普遍現(xiàn)象,它從根本上改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式。多媒體計算機(jī)輔助教學(xué)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在教師的教學(xué)實踐中,已成為提高教學(xué)質(zhì)量的一種重要手段。那么,教師怎樣進(jìn)行突出個人基本學(xué)科特點的課件設(shè)計與課件的自主開發(fā)就成為當(dāng)前教師們面臨的一個重要問題。
良好的多媒體教學(xué)課件,是教師進(jìn)行多媒體計算機(jī)輔助教學(xué)的重要前提。計算機(jī)輔助教學(xué)作為一種重要的教學(xué)手段,必須與教師的智慧、經(jīng)驗、教學(xué)實踐相結(jié)合。由于教師的知識水平、教學(xué)經(jīng)驗、教學(xué)能力、教學(xué)風(fēng)格各不相同,對于同一個知識點,不同的教師處理教材的思路和方法具有很大的差異;又由于學(xué)生的整體和個人的知識水平、學(xué)習(xí)方法、接受能力各不相同,同一教師在面對不同的學(xué)生時,處理教材的思路和方法同樣具有很大的差異,這就要求多媒體教學(xué)課件應(yīng)該與教師相結(jié)合,與學(xué)生相適應(yīng)。
一、課件設(shè)計是課件成功與否的關(guān)鍵
課件設(shè)計的好壞,直接關(guān)系到課件的成功與否,也是教師的教學(xué)設(shè)計與教學(xué)思路集中體現(xiàn)。簡單說,課件設(shè)計也就決定了課件在教學(xué)過程中的價值。那么,一線教師應(yīng)該怎樣做好課件設(shè)計呢?我認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個方面入手:
1.以人為本,就是以教學(xué)雙方為本,簡單說來,讓自學(xué)類的課件能夠在結(jié)構(gòu)方面松散一點,方便教師根據(jù)實際情況進(jìn)行修改,適應(yīng)課堂演示;讓演示類的課件能夠更加注重人機(jī)交互,能供學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)。以學(xué)生為本,兼顧學(xué)生共性和個性在自學(xué)功能強的課件中,教師利用“學(xué)生”操作“電腦”來教會“人腦”。
2.讓課件為學(xué)生服務(wù),為課堂服務(wù)。為學(xué)生服務(wù),就是要讓自學(xué)與演示兩種功能取長補短,讓一個課件能同時具備這兩種功能。一方面,發(fā)揮高效率的人機(jī)交互優(yōu)勢;一方面,讓課堂又可以充滿教師“精雕細(xì)作”的人格魅力。在我的日常新標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)過程中,我常常把課件分為兩個部分,一個部分是固定的錄音、錄像資料,可以供自學(xué)單詞、句子、對話使用,尊重學(xué)生個體差異,可自由選擇學(xué)習(xí)進(jìn)度和練習(xí)難易度;一部分設(shè)計一些特定的情景,供教師在課堂集中演示,忠實教材,突出重點,解決難點,學(xué)習(xí)基本的知識點,照顧共性。為教師所用,方便教師操作與維護(hù)。在課堂教學(xué)中,教師是關(guān)鍵,能否以教師為本,決定了課件的高普及率。在選用制作載體上,能選用教師熟悉、常見的普通課件,如Authorware、Flash、PowerPoint等。特別注意使用不需要太多程序知識的相關(guān)課件來設(shè)計制作。
3.課件設(shè)計應(yīng)該思路清晰,便于操作。一個好一點的課件往往會涉及有許多超級鏈接及特別演示等。在課堂能夠教學(xué)過程中,教師因備課、思考問題、緊張等原因,一不小心就會造成課件的錯誤操作,這就要求課件設(shè)計時盡量的清楚明了,盡可能的用操作者熟悉的符號或語言來描述課件的每一步操作。
4.課件設(shè)計不要喧賓奪主。有些老師設(shè)計課件喜歡多插入一些漂亮的圖片,flash等,其實這種做法是不恰當(dāng)?shù)摹Un件的目的是為了輔助教學(xué),通過課件激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,突出重點、難點等,讓學(xué)生精力集中于課件所展示的知識,而不是為了讓學(xué)生把精力集中于課件的漂亮的修飾上。如果學(xué)生關(guān)注課件大于關(guān)注關(guān)鍵所展示的知識,那么課件就沒有起到輔助教學(xué)的作用,反而分散了學(xué)生的注意力,這樣的課件不如不用。
二、教師自主開發(fā)課件是必然趨勢
由于以往的教育課件不能滿足個性化教學(xué)需要,難以在教學(xué)過程中發(fā)揮多媒體輔助教學(xué)的巨大作用,這就使得任課教師參與教學(xué)課件的開發(fā)工作、探索教學(xué)課件的開發(fā)方式,成為解決教學(xué)課件嚴(yán)重不足的主要手段。任課教師根據(jù)課堂教學(xué)需要,編寫出詳細(xì)的制作腳本,腳本應(yīng)具備課題、教材、版面設(shè)計、圖形圖象、視頻動畫、聲音、鏈接、使用控制等詳細(xì)的說明,然后在課堂中使用。在時間允許的條件下,可以制作出較為理想的教學(xué)課件。
隨著多媒體課件開發(fā)平臺的使用變得越來越方便,教育教學(xué)的現(xiàn)代化又要求教師具有駕馭現(xiàn)代教學(xué)手段的能力,應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)手段也成為教師素質(zhì)提高的標(biāo)志之一。
姓 名: 性 別: 女
出生年月: 保密 文化程度: 本科
期望工作種類: 硬件/系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò) 翻譯/編輯/文案
期望工作地區(qū): 廣州
工作類型: 全職兼職均可 工作年限: 一年以上
戶口所在地: 廣東湛江 現(xiàn)居住地:
教育背景
2000年9月—2004年6月 長安大學(xué) 專業(yè):計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)
1996年9月—1999年6月 廣東省湛江市第五中學(xué)
工作經(jīng)驗
2005年7月—2006年7月在時代網(wǎng)絡(luò)擔(dān)任產(chǎn)品策劃專員,負(fù)責(zé)聲訊產(chǎn)品的申報及策劃工作。
主要作品:
IVR:《情愛在線》、《時尚新人類》、《空中聊吧》等;WAP產(chǎn)品:《勁爆車壇》、《CD薦碟》、《Ebook》等,產(chǎn)品符合白領(lǐng)、學(xué)生等消費群體的口味,極受歡迎。
2003年6月—2005年7月在 《南方聲屏報》任編輯工作
主要擔(dān)任采稿、編輯版面的工作,負(fù)責(zé)以本地文化為主的《綜藝文化》版面的編輯。
曾發(fā)表作品(發(fā)表在《南方聲屏報》)
《父子共譜中國蝴蝶夢》、《<白毛女>以情動人重塑精品》、《廣視記者助離家女孩一家團(tuán)圓》、《<音畫三江>花開花香》、《<棟篤撐之唔系講笑>阮星航要扮女人》
語言能力
英語能力:CET—四級,具備良好的英語口頭表達(dá)交流能力。
所獲證書/所受嘉獎/表彰及自我評價
自我評價:
2000年10月,教育部在北京召開了“全國中小學(xué)信息技術(shù)教育工作會議”,會議界定了中小學(xué)信息技術(shù)課的重要地位,使廣大信息技術(shù)教師深感振奮,亦覺任重道遠(yuǎn)。
從事信息技術(shù)課教學(xué)幾年來,我一直在思考如何搞好這門課程的教學(xué),下面談?wù)勛约旱囊恍┫敕?,以期與大家交流。
一、明了課程教學(xué)目標(biāo),使課程名正言順
信息技術(shù)課的前身是微機(jī)課,直到現(xiàn)在仍有不少人這樣沿用。實際上,這兩者之間是有區(qū)別的。信息技術(shù)課的基本教學(xué)目標(biāo)是:使學(xué)生具有較強的信息意識,進(jìn)一步了解信息技術(shù)的發(fā)展及其對社會的影響,并掌握基本的信息技術(shù)。如果繼續(xù)使用“微機(jī)課”這個名稱,就體現(xiàn)不出這一基本的課程教學(xué)目標(biāo)。將微機(jī)課改稱為信息技術(shù)課也是與國際接軌的做法,國際上對信息技術(shù)的定義是有關(guān)所有信息產(chǎn)品、信息工具的使用技術(shù),是一個范疇較廣的概念,相比之下微機(jī)或計算機(jī)的概括范圍要窄得多。目前中小學(xué)生要學(xué)的信息技術(shù)是主流的、先進(jìn)的信息技術(shù),即多媒體計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
二、突破概念門檻,使學(xué)生樹立較強的信息意識
由于信息是個翻譯詞,許多人理解得都不很深刻,所以,在信息技術(shù)的導(dǎo)言課中,教師應(yīng)當(dāng)向?qū)W生講清信息及信息技術(shù)的概念。在講授這個概念的時候,首先應(yīng)給出信息的兩個定義:
1、通俗的定義
信息是人們表達(dá)、傳輸、保存、處理加工的有價值的消息、情報和知識等。
2、科學(xué)的定義
信息是人們感知到的各種刺激中所包含的內(nèi)容。注意,這里所說的“刺激”一定要基于學(xué)生已有的概念,即學(xué)生在學(xué)習(xí)條件反射時所建立的刺激概念,為了進(jìn)一步說明,可以從視覺刺激、聽覺刺激等方面舉幾個例子。
值得一提的是,通俗定義是日常生活中實用的定義,科學(xué)定義是為研究問題方便而設(shè)的定義,兩者的應(yīng)用場合不同,講這兩個概念是幫助學(xué)生理解的,不能以科學(xué)定義而否定通俗定義。
為了進(jìn)一步理解信息的概念,還應(yīng)當(dāng)考察信息的分類及各種特性、有關(guān)的信息基本操作及信息技術(shù)的歷史演變。特別要向?qū)W生講清以下幾點:
信息可分為原始信息與高級信息;
信息傳遞媒介多種多樣,可以讓學(xué)生舉例;
信息的表示形式常見的有文字、圖形、數(shù)字、聲音、圖像等;
與信息有關(guān)的操作包括表達(dá)、傳輸、處理加工、保存等;
要結(jié)合有關(guān)信息的操作深入講解信息技術(shù)。
要向?qū)W生講明,這門課將要學(xué)習(xí)的是先進(jìn)的信息技術(shù)——多媒體計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù),在課程中計算機(jī)是作為主要的信息工具出現(xiàn)的,要求學(xué)生從工具應(yīng)用的角度去學(xué)習(xí)使用計算機(jī),處理好信息技術(shù)與計算機(jī)的關(guān)系。
三、教學(xué)環(huán)境建設(shè)與管理
信息技術(shù)課理想的教學(xué)環(huán)境是擁有先進(jìn)的機(jī)房,能做到人手一機(jī),每臺機(jī)器都具備多媒體功能,最好都能上因特網(wǎng)。這種理想環(huán)境的建設(shè)投資較大,非一般學(xué)校能夠負(fù)擔(dān)得起,所以在機(jī)房建設(shè)方面應(yīng)采取與自身承受能力折中的方案。在此也建議主管教育部門或社會自愿投資者,籌建一些商業(yè)性的機(jī)房為學(xué)生們提供有償上機(jī)服務(wù),使部分學(xué)校共享。
機(jī)房維護(hù)管理要有專項資金保障。一些同志認(rèn)為機(jī)房建好就可以了,后續(xù)資金不必要。實際上,機(jī)房的正常運行及效率提高離不開后續(xù)資金投入。如自然的設(shè)備損耗如鍵盤鼠標(biāo)需要更替、設(shè)備升級需要資金、新軟件的購置也要花費等。機(jī)房維護(hù)得好,設(shè)備運行正常率高,信息技術(shù)課教學(xué)質(zhì)量的提高才有保障。
信息技術(shù)教師還應(yīng)開設(shè)信息技術(shù)咨詢信箱,開辦“信息技術(shù)園地”櫥窗,不定期舉行信息技術(shù)專題講座,舉行電腦制作比賽、程序設(shè)計比賽,成立課外興趣小組,以多種形式為學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)課提供良好的環(huán)境。
四、課堂教學(xué)設(shè)計的初步思考
1、“任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)原則
信息技術(shù)課教學(xué)大綱中明確指出:知識及技能的傳授應(yīng)以完成典型“任務(wù)”為主,確立了“任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)原則。這個原則突出了“在做中學(xué)”的思想,在貫徹的時候,應(yīng)當(dāng)注意針對學(xué)習(xí)內(nèi)容明確相應(yīng)的任務(wù)。如:為讓學(xué)生掌握windows的基本操作,可以布置機(jī)器設(shè)置任務(wù),規(guī)定一定樣式的墻紙、屏保程序、機(jī)器日期等讓學(xué)生設(shè)置,也可以人為設(shè)定一些軟故障讓學(xué)生修復(fù);講字處理軟件時,給學(xué)生布置寫作任務(wù);講程序設(shè)計時,一個聯(lián)系實際的編程題目就是一個很好的任務(wù)等等。
2、以學(xué)生為中心,合理組織學(xué)習(xí)
大綱規(guī)定了學(xué)生上機(jī)時間不少于總學(xué)時的70%,這就是說這門課程的學(xué)習(xí)多半時間是在學(xué)生自學(xué)中進(jìn)行的,要全面提高教學(xué)質(zhì)量,教師的組織引導(dǎo)起關(guān)鍵的作用。在教學(xué)中,可以根據(jù)學(xué)生素質(zhì)情況進(jìn)行分組,通常每小組安排一兩名接受能力較強的學(xué)生,教師可以單獨輔導(dǎo)這一兩名學(xué)生,他們接受速度快,然后再由他們?nèi)ブ笇?dǎo)小組中的其他同學(xué)學(xué)習(xí),部分計算機(jī)基礎(chǔ)較好的學(xué)生也可以選出作為班級輔導(dǎo)員。
關(guān)鍵詞:微機(jī)原理與接口技術(shù);單片機(jī)原理與應(yīng)用;課程融合;教學(xué)改革;硬件課程
文章編號:1672-5913(2013)03-0054-03
中圖分類號:G642
0 引言
“微機(jī)原理與接口技術(shù)”“單片機(jī)原理與應(yīng)用”等涉及計算機(jī)硬件的課程是高校自動化、測控、電氣、電子、通信等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。這些課程有較強的理論性和實踐性,課程信息量大、知識點多、概念抽象,學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)困難,不容易掌握。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,高校教育要求教授給學(xué)生的知識更加寬泛。這樣就難免要添加許多新的課程,例如,“嵌入式系統(tǒng)”原本是研究生的課程,但是現(xiàn)在各大高校都在本科階段開設(shè)。在相同學(xué)制下,要加入緊跟技術(shù)發(fā)展的新課程,就必然要壓縮傳統(tǒng)課程的教學(xué)學(xué)時。筆者從事高校教學(xué)工作十余年,連續(xù)講授“微機(jī)原理與接口技術(shù)”和“單片機(jī)原理與應(yīng)用”這兩門課程超過八年,提出將兩門課程的教學(xué)融合為一門課程的教學(xué)研究思路,以達(dá)到降低學(xué)時但不減弱講授內(nèi)容的教學(xué)目的。
1 課程對比分析
在兩個學(xué)期分別安排上述兩門課程是傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)置方式,這種思路源于強調(diào)各門課程的完整性和獨立性,但是導(dǎo)致的最終結(jié)果就是在兩門課程中部分內(nèi)容出現(xiàn)了交叉重復(fù)。我們希望能將兩門課程融合為一門課程來講解,達(dá)到不同內(nèi)容要講清、相同內(nèi)容要講透的目的,這需要對兩門課程進(jìn)行全方位的對比。
1.1課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)意義對比
“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程主要介紹微型計算機(jī)的基本組成,以Intel 8086/8088為重點講解微型計算機(jī)的CPU、存儲器、中斷系統(tǒng)和常用輸入輸出接口的工作原理及接口的設(shè)計方法;此外,還適當(dāng)介紹32位CPU的相關(guān)技術(shù)。學(xué)習(xí)該課程后,學(xué)生基本掌握計算機(jī)的組成及工作原理、常用接口芯片的使用方法,建立微型計算機(jī)的整機(jī)概念,并對現(xiàn)代高檔微型計算機(jī)及其先進(jìn)技術(shù)有所了解和認(rèn)識。
“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程主要以某一系列的單片機(jī)(國內(nèi)通常講授MCS-51)為主介紹其基本原理、發(fā)展過程、匯編語言及程序設(shè)計,詳細(xì)講授單片機(jī)的擴(kuò)展技術(shù)、輸入輸出通道接口、交互通道的配置與接口、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法及設(shè)計原理。為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后單片機(jī)的應(yīng)用、分析、設(shè)計和開發(fā)提供必要的技術(shù)基礎(chǔ)。
對上述兩門課程的結(jié)構(gòu)和意義進(jìn)行分析得出:兩門課程的講授結(jié)構(gòu)都是以處理器為中心,介紹整個系統(tǒng)的組成和基本原理,講授接口的使用方法和設(shè)計方法。那么,我們能否將兩門課程進(jìn)行詳細(xì)對比,用對比的方法來同時講授兩門課程呢?
1.2重點講授內(nèi)容的對比
上述兩門課程講授的結(jié)構(gòu)是相同的,但是在具體內(nèi)容上,兩者又有著明顯的區(qū)別。我們完全可以在講授中,以這些區(qū)別作為重點讓學(xué)生用對比的形式進(jìn)行同一知識點、不同實例特性的學(xué)習(xí),這更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。課程的重點講授內(nèi)容比較如表1所示。
通過表1可以看出兩門課程在講授中完全可以針對一個知識節(jié)點,通過對比來同時講授兩種主控器的特點。從內(nèi)容上看,這兩門計算機(jī)硬件課程具有融合成一門課程進(jìn)行教學(xué)的條件,但是需要我們認(rèn)真研究出一個教學(xué)上的突破口,來實現(xiàn)課程融合。
2 課程的融合研究
2.1課程融合主線
想要將兩門課程進(jìn)行融合,我們需要找到融合的主線,由主線貫穿教學(xué)的始終,支撐起課程的思想和內(nèi)容。這個主線就應(yīng)該是兩者的最大共性和最大的異性,用它們來進(jìn)行對比講解,就能達(dá)到事半功倍的效果。
針對兩門課程,最大的共性就是對寄存器的操作。不管是CPU執(zhí)行程序還是對外設(shè)編程進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出,其實都是對若干寄存器的設(shè)置與操作。8086通過片內(nèi)14個16位寄存器,51單片機(jī)通過片內(nèi)的特殊功能寄存器完成對程序、數(shù)據(jù)、堆棧的訪問;8086訪問外部設(shè)備,需要進(jìn)行接口的擴(kuò)展,需要對外部接口的寄存器進(jìn)行設(shè)置和操作;而51單片機(jī)使用片內(nèi)接口時,只需要對片內(nèi)的特殊功能寄存器進(jìn)行操作,只有在擴(kuò)展本身不具有的功能接口時,才需要對外部接口的寄存器進(jìn)行設(shè)置和操作。
我們也要找到兩者的最大差異,就是各自的結(jié)構(gòu)體系。8086是馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的代表,使用分段定義的形式來管理數(shù)據(jù)和程序存儲空間,而且8086沒有片內(nèi)片外存儲空間的區(qū)別,只有存儲空間和端口地址的區(qū)分;51單片機(jī)則是哈佛結(jié)構(gòu)的代表,嚴(yán)格界定數(shù)據(jù)空間和程序空間,區(qū)分片內(nèi)片外存儲空間,需要使用不同的指令來訪問數(shù)據(jù)或程序空間,使用不同指令來訪問片內(nèi)片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。
通過對比兩門課程最大的共性和異性,學(xué)生能很快抓住兩者的主要特點,在充分掌握兩個處理器的系統(tǒng)知識后,對于接口部分的學(xué)習(xí)就會簡單很多。接口擴(kuò)展的片選方法兩者是相同的,包括線選、部分譯碼和全譯碼方式,所以教師在介紹接口的寄存器定義時,只需強調(diào)當(dāng)主控制器是不同處理器時,按各自的地址管理方式通過端口地址訪問來進(jìn)行設(shè)置和操作即可。這樣的對比教學(xué),可以讓學(xué)生對兩門課程的主控器特點都加以認(rèn)識和學(xué)習(xí),實現(xiàn)強化共同點,突出不同點的融合目的。
2.2教學(xué)方法及實驗安排
在教學(xué)手段和方法上,我們需要擺脫傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式,考慮如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,啟發(fā)學(xué)生的思維,發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性,這是改進(jìn)教學(xué)方法的重點和難點。實行啟發(fā)式和討論式教學(xué),利用多媒體課件提升課堂效果,這些都是目前高校教學(xué)的常用改革方式。但是,隨著通信技術(shù)的發(fā)展,教師要充分發(fā)揮新媒體在知識傳播上的巨大作用,利用計算機(jī)、手機(jī)和學(xué)生隨時交流并給予指導(dǎo),幫助學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)中尋找感興趣的學(xué)習(xí)資料,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。針對這兩門課程的融合教學(xué),可以推薦講授Protues仿真軟件,該軟件對8088/8086處理器和51單片機(jī)都可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和仿真,培養(yǎng)學(xué)生的電子電路設(shè)計能力,這也是學(xué)習(xí)計算機(jī)硬件課程應(yīng)該具備的一種技能。如學(xué)生使用該軟件遇到問題時,可以上網(wǎng)查詢正確的解決辦法,這能培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)篩選查閱相關(guān)資料的自學(xué)能力。
要將兩門課程融合,還需要對實驗項目和內(nèi)容進(jìn)行合理的安排。以講授內(nèi)容為基礎(chǔ),我們可以安排兩兩成對的5組實驗:編程語言和編程環(huán)境實驗、綜合程序編程實驗、中斷管理編程實驗、定時/計數(shù)配合并行接口的綜合實驗、接口擴(kuò)展綜合實驗。每組實驗都分別用兩個處理器為主控單元來完成,在綜合實驗部分可以安排學(xué)生設(shè)計8086和51單片機(jī)之間的串行通信實驗,讓學(xué)生體會:雖然針對不同處理器實現(xiàn)控制的手段不同,但用不同的手段來實現(xiàn)共同的控制要求才是學(xué)習(xí)計算機(jī)硬件課程的目標(biāo)。如果教學(xué)計劃允許,可以在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后,安排兩周的課程設(shè)計。在此環(huán)節(jié),老師可以講授系統(tǒng)設(shè)計的方法,隨后給出若干設(shè)計要求,讓學(xué)生自主選擇一個主控器來完成設(shè)計任務(wù),達(dá)到讓學(xué)生初步融會貫通所學(xué)知識的目的。
2.3課時安排與分配
大部分學(xué)校對“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程通常設(shè)置72學(xué)時,其中有5~8個實驗占10~16學(xué)時;“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程通常設(shè)置56學(xué)時,實驗也有5~8個,占10~16學(xué)時。課程融合的目的之一就是為了減少課時數(shù),如果我們安排16周,每周6學(xué)時,那么就有96學(xué)時,其中實驗為20學(xué)時。最后再安排兩周的課程設(shè)計。這樣的課程設(shè)置,可以使我們用一個學(xué)期完成原來需要兩個學(xué)期才能講授完的內(nèi)容,達(dá)到精簡學(xué)時而不減少教學(xué)內(nèi)容的目的。
[關(guān)鍵詞] 計算思維;非計算機(jī)專業(yè);計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué);創(chuàng)新能力
[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1005-4634(2013)04-0062-04
0 引言
21世紀(jì)科學(xué)上最重要的、經(jīng)濟(jì)上最有前途的研究問題都有可能通過熟練掌握先進(jìn)的計算技術(shù)和運用計算機(jī)科學(xué)得到解決[1],因此具備善于運用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、工作、解決專業(yè)問題的能力是高級人才的重要特征之一。通俗地講,計算機(jī)就是用來計算的機(jī)器,計算能力的培養(yǎng)是利用計算機(jī)解決問題的重要能力之一,而計算思維正是一種計算能力的體現(xiàn)。大學(xué)的計算機(jī)基礎(chǔ)教育承擔(dān)著學(xué)生計算能力和計算思維的培養(yǎng)重任,應(yīng)該具有與數(shù)學(xué)、物理相同的地位。目前大學(xué)的計算機(jī)基礎(chǔ)教育存在著一些問題,使得它的教學(xué)難以完成既定的教學(xué)目標(biāo)。因此,在新的形勢下,應(yīng)該建立與之相適應(yīng)的新的教學(xué)內(nèi)容。本文就是在此前提下,提出以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力為核心目標(biāo),建立與之相適應(yīng)的課程體系。
1 目前大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)存在的問題
目前,大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)存在著以下問題:(1)老師在教授過程中,重視計算機(jī)應(yīng)用軟件的使用、輕視利用計算機(jī)軟件解決實際問題能力的培養(yǎng);重視計算機(jī)程序設(shè)計語言語法的學(xué)習(xí)、輕視利用某種語言解決實際問題的思維能力的培養(yǎng)。(2)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,重點是模仿老師操作,而忽視創(chuàng)新能力的開發(fā)。這些問題的出現(xiàn),使得學(xué)生對于簡單的練習(xí)可以完成得很好,但對于新出現(xiàn)的問題就不知如何去解決,久而久之對計算機(jī)的學(xué)習(xí)就失去了興趣。大多數(shù)高校非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體現(xiàn)在《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》和《計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》兩門公共課上,因此,如何提高這兩門課的教學(xué)效果、提高學(xué)生利用計算機(jī)解決實際問題的能力成為大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)需要解決的問題。
2 計算思維和計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)
計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)應(yīng)該重點教授哪些內(nèi)容才能提高學(xué)生利用計算機(jī)解決實際問題的能力呢?其實這個答案早就蘊含在《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》和《計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》的課程名稱中。通俗地講,計算機(jī)就是用來計算的機(jī)器。那么計算機(jī)是如何進(jìn)行計算的呢?要明白這一點,就要理解計算機(jī)計算的原理以及人們?nèi)绾伟褜嶋H問題轉(zhuǎn)化成能夠讓計算機(jī)進(jìn)行計算的步驟,因此計算能力的培養(yǎng)應(yīng)該在大學(xué)計算機(jī)的基礎(chǔ)教育中得到重視。2006年3月,美國國家自然基金會計算機(jī)與信息科學(xué)工程部主任周以真(Jeannette M.Wing)教授在美國計算機(jī)權(quán)威刊物《Communications of the ACM》上,首次提出了計算思維的概念,并且這個概念的提出立刻得到了教育界的廣泛支持。
周以真教授指出:“計算思維代表著一種普遍的認(rèn)識和一類普適的技能”[2]。在她的觀點中,一個非常重要的內(nèi)容是計算思維是一種可實現(xiàn)的思維。計算機(jī)最初就是為了計算而發(fā)明的,因此通過計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué),讓學(xué)生明白什么是可計算的,什么是不可計算的,慢慢地理解計算機(jī)是如何解決現(xiàn)實中的問題的,從而提高學(xué)生用計算機(jī)解決問題的能力。
2010年7月,在西安交通大學(xué)舉辦的首屆“九校聯(lián)盟(C9)計算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會”(以下簡稱C9會議)上,討論的核心問題是如何在新形勢下提高計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的質(zhì)量。C9會議討論并達(dá)成了一系列共識,發(fā)表了《九校聯(lián)盟(C9)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》[3]。聲明的核心要點是:必須正確認(rèn)識大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要性,需要把培養(yǎng)學(xué)生的“計算思維”能力作為計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)和目標(biāo),并由此建設(shè)更加完備的計算機(jī)基礎(chǔ)課程體系和教學(xué)內(nèi)容,進(jìn)而為全國高校的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革樹立標(biāo)桿[4-6],楊彩云等[7]介紹了計算思維與大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教育的關(guān)系,很多高校也積極將計算思維引入到大學(xué)計算機(jī)教育這個教學(xué)活動中[8-10]。
3 基于計算思維的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系
雖然文獻(xiàn)[6]建立了大學(xué)的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系,但是基于筆者對于計算思維的認(rèn)識以及十多年的教學(xué)實踐,仍然提出了一些看法。通過對大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的課程進(jìn)行認(rèn)真分析,試圖構(gòu)建一種引入計算機(jī)思維的新型的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系,培養(yǎng)大學(xué)生的計算思維能力,從而為進(jìn)一步提高大學(xué)生利用計算機(jī)解決實際問題的能力打下良好基礎(chǔ)。
1)建立計算的思想,提高計算的意識。即為什么需要計算以及人是如何通過計算來解決實際問題的。
2)構(gòu)建計算軟硬件通用平臺的思維。用來計算的數(shù)據(jù)是怎樣在計算機(jī)內(nèi)部存儲以及數(shù)據(jù)是如何被計算的,蘊涵在計算平臺中的基本思維對于計算思維的培養(yǎng)具有重要的作用。
3)從多門課程中凝練出的共性思維。對非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來講,由于受限于學(xué)時數(shù),應(yīng)將蘊涵在操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等不同課程中具有普適意義的計算思維凝練出來。
4)將不同方面的知識貫通起來形成貫通性的思維。打通知識間的屏障(如術(shù)語上的差異、抽象的不同層面等),對于提高計算思維能力很重要。
5)一切以解決各學(xué)科的實際問題的思維和可實現(xiàn)的思維為出發(fā)點。使學(xué)生在利用計算機(jī)解決實際問題時,要考慮問題求解算法的思維以及如何讓計算機(jī)來實現(xiàn)的一種思維。
經(jīng)過以上分析和梳理,本文提出以計算思維為核心的非計算機(jī)專業(yè)的大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系,如圖1所示。
4 計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程內(nèi)容設(shè)計
1)理論基礎(chǔ)部分所涉及的課程內(nèi)容設(shè)計。
理論基礎(chǔ)部分的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計基于以下出發(fā)點:一是計算思維的概念以及由此所引出的相關(guān)知識;二是計算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計的計算思維,這些是計算環(huán)境的介紹;三是計算機(jī)軟件系統(tǒng),包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件,使學(xué)生掌握在計算機(jī)環(huán)境下的問題求解方法,這是今后學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)解決專業(yè)問題的重要基礎(chǔ);四是計算思維的道德。根據(jù)以上內(nèi)容設(shè)計的理論基礎(chǔ)部分的教學(xué)內(nèi)容見圖2。
教學(xué)內(nèi)容分為9個教學(xué)單元,即計算思維、計算環(huán)境、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、科技文章編排、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)計算基礎(chǔ)、問題求解及計算機(jī)安全等。
以上教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計,涵蓋了計算思維相關(guān)的計算環(huán)境的搭建以及問題求解模型的描述,后者對培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計的思維、程序設(shè)計算法的基本素養(yǎng)有重要作用,可以學(xué)生為第二學(xué)期的計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)打下一個良好的基礎(chǔ)。
2)程序設(shè)計能力部分課程內(nèi)容的設(shè)計。
對于一所以工科為主、文理經(jīng)管法學(xué)科兼?zhèn)涞木C合性大學(xué)來說,要讓學(xué)生學(xué)會用計算機(jī)來解決不同專業(yè)的問題,因此按理工類、管理類、文法類以及藝術(shù)體育類,根據(jù)不同的類別來設(shè)置不同的課程,這部分所涉及的教學(xué)內(nèi)容包含VB程序設(shè)計、VF程序設(shè)計、C++程序設(shè)計以及Java程序設(shè)計,通過這些程序設(shè)計語言課程的設(shè)置,使學(xué)生掌握一門可以解決實際問題的程序設(shè)計語言,從而更好地培養(yǎng)學(xué)生利用計算解決實際問題的能力。關(guān)于不同專業(yè)設(shè)置不同的計算機(jī)程序語言課程內(nèi)容,見表1。
3)計算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用部分課程內(nèi)容的設(shè)計。
學(xué)習(xí)所有計算機(jī)課程的最終目的是為了用計算機(jī)技術(shù)來解決實際問題,而前面所述的理論基礎(chǔ)和程序設(shè)計能力課程還不足以達(dá)到這個目標(biāo),它們更加注重計算思維的訓(xùn)練,因此在大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中還應(yīng)該設(shè)置一些更有針對性的計算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用課程,以校級選修課的形式來開設(shè)。這里既有已開設(shè)的程序設(shè)計語言延伸,例如VC++就是C++程序設(shè)計的延伸;數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Access數(shù)據(jù)庫、SQL Server數(shù)據(jù)庫、MySQL數(shù)據(jù)庫就是VF程序設(shè)計的延伸;多媒體技術(shù)、PhotoShop、Flash、虛擬現(xiàn)實等是多媒體內(nèi)容的深入;Android、網(wǎng)站設(shè)計與開發(fā)、VBA程序設(shè)計、Office高級應(yīng)用技巧等的學(xué)習(xí)可以進(jìn)一步提高解決實際問題的能力。
5 實施效果
分別對2009級、2011級、2012級學(xué)生的《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》和《計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》兩門課程各個部分的得分率進(jìn)行了分析,如表2所示。
表2中,人數(shù)按如下方式確定:三個年級中參加《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》和《計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》的非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生,其中由于藝術(shù)學(xué)院以及體育學(xué)院的學(xué)生是以特長生形式招收的,因此不統(tǒng)計在總?cè)藬?shù)中,而且有個別的學(xué)生只參加了一門課程的考試,因此也去掉這部分學(xué)生人數(shù),從而統(tǒng)計出2009級、2011級和2012級參加兩門課程考核的人數(shù)分別為3357人、3398人和3395人?!洞髮W(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》的考核共100分,分為理論題和操作題,理論題為70分,主要考察學(xué)生對于計算機(jī)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)情況,操作題為30分,主要考察學(xué)生對于常用Office辦公軟件的掌握情況,表2列出了各考核部分的平均分以及該分占該部分的百分比?!队嬎銠C(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》的考核100分,分為理論題和編程題。理論題92分,考察學(xué)生掌握計算機(jī)編程語言的語法以及閱讀程序能力,而編程題則考察學(xué)生利用計算機(jī)編程語言來解決實際問題的能力,學(xué)生寫完程序后運行結(jié)果正確得8分,否則得0分,表2列出了理論題的平均分以及編程題得分的學(xué)生數(shù)。從表2可以看出,三屆學(xué)生對于大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)操作題的掌握程度比理論題要好,說明學(xué)生比較偏重實際操作,而對于《計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》來說,程序語法知識點的理解、程序閱讀等理論題的得分比編程題的得分高出40多個百分點,說明學(xué)生比較偏重計算機(jī)編程語言語法知識的學(xué)習(xí),閱讀程序的能力比編寫程序的能力要強,用計算機(jī)解決實際問題的能力還有很大提升空間。
從2012級開始部分應(yīng)用該體系以來,由于引入了計算思維,重視了學(xué)生運用計算機(jī)解決問題能力的培養(yǎng),目前已經(jīng)取得初步的效果。2012級非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生2012年秋季學(xué)期的《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》課程成績和2013年春季學(xué)期剛剛結(jié)束的《計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》課程成績?nèi)绫?所示。2012級學(xué)生在兩門課程的考核中都比前兩級學(xué)生有明顯提升,尤其是《計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》課程中編程題的得分人數(shù)百分比比前兩級分別提高了6.97%和10.51%,雖然編程題得分人數(shù)的百分比還不是很高,但已經(jīng)有了明顯的提升。
此外,2012級學(xué)生在2012年秋季學(xué)完《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》后,在學(xué)期快要結(jié)束的時候開始了2013年春季學(xué)期的校級選修課的選課。這里選取了三門與計算機(jī)相關(guān)的課程,列出了近幾年該課程選課人數(shù)的變化,如圖3所示。
從圖3可以看出,選修《Office高級應(yīng)用技巧》課程的人數(shù)從2011年的236人到2012年的442人,再到2013年的776人;《網(wǎng)站設(shè)計與開發(fā)》課程的人數(shù)從2011年的154人到2012年的307人,再到2013年的486人;《Android程序設(shè)計》課程的人數(shù)從2012年的111人,到2013年的242人,這幾門與計算機(jī)相關(guān)的選修課學(xué)生人數(shù)在逐年增加,充分體現(xiàn)出學(xué)生對計算機(jī)課程興趣有了很大的提高,希望能夠?qū)W習(xí)或掌握一些用計算機(jī)解決問題的技術(shù),應(yīng)該說這也是引入了計算思維、重視培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)解決實際問題能力后的一個初步效果。
6 結(jié)束語
高等學(xué)校非計算機(jī)專業(yè)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的成功與否很大程度上決定著學(xué)生未來應(yīng)用計算機(jī)解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力。計算思維的培養(yǎng)是一種用計算機(jī)解決問題的能力的培養(yǎng),它是學(xué)生創(chuàng)新能力的重要組成部分,以培養(yǎng)學(xué)生計算思維的理念來組織大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué),其核心觀念是考慮未來學(xué)生用計算機(jī)來解決所學(xué)專業(yè)問題的能力,關(guān)注的是學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的計算機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng),教給學(xué)生思考問題以及解決問題的能力,因此以計算思維為核心的能力培養(yǎng)將是大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心培養(yǎng)目標(biāo)。
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關(guān)鍵詞:計算思維;拔尖創(chuàng)新人才;能力培養(yǎng);教學(xué)改革
中圖分類號:G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)39-0167-02
隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與IT時代的到來,計算機(jī)已經(jīng)融入了人們的生活與工作之中。當(dāng)今社會如果離開了計算機(jī),很難想象會變成什么樣子。計算機(jī)不僅成了人們有用的工具、得力的助手,而且在影響著人們的思維方式、心理及行為。因此,計算思維這個名詞,正在被越來越多的人們所熟悉與關(guān)注??梢哉f,它已經(jīng)成為當(dāng)代大學(xué)生一種必備的能力。
一、計算思維的內(nèi)涵及特點
2006年3月,美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系主任周以真教授著文給出并定義了計算思維(Computational Thinking)。她認(rèn)為:計算思維是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。這個定義包含了以下三個含義:
1.計算思維是一種人類的思維活動,是人類應(yīng)具有的一種能力。
2.它是基于計算機(jī)科學(xué)的一種思維活動。它以計算機(jī)為工具,但又不只限于計算機(jī)本身而是涵蓋整個計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的。
3.它的應(yīng)用范圍廣泛,包括問題的求解、系統(tǒng)的設(shè)計和人類行為的理解等。
計算思維是人類所擁有的運用計算機(jī)科學(xué)理論、方式方法和以計算機(jī)作為工具來解決科學(xué)研究、工程實踐及社會生活中的各類問題的思維能力(或技能)。
二、計算思維的特點
計算思維概括起來有以下三個特點,通過對其特點的介紹,有助于我們對其含義的進(jìn)一步理解。
1.計算思維吸取了問題求解所用的一般數(shù)學(xué)思維方式,顛覆了現(xiàn)實世界中巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計與評估的一般工程思維方法和復(fù)雜性、心理、人類行為的理解等一般科學(xué)思維方法??梢姡皇菓{空產(chǎn)生的,而是對先行思維方法的繼承與發(fā)展。同時,它又不同于前者。計算思維還能回答能解決什么和不能解決什么的問題(即可計算性與計算復(fù)雜性),以及對計算資源的選擇與調(diào)度等問題。
2.計算思維建立在計算過程的能力和限制之上,由人和機(jī)器執(zhí)行。計算方法和模型使我們敢于處理那些原本無法由個人獨立完成的問題求解和系統(tǒng)設(shè)計。可見,計算思維能力使人們具備應(yīng)對復(fù)雜問題挑戰(zhàn)的本領(lǐng)。它的有力武器便是計算方法與模型。
3.計算思維最根本的內(nèi)容是抽象和自動化。計算思維中的抽象完全超越物理的時空觀,以致完全用符號來表示(01代碼)。與數(shù)學(xué)的與物理的抽象相比,計算思維的抽象更為豐富,也更為復(fù)雜。
三、基于計算思維能力培養(yǎng)的計算機(jī)課程體系建設(shè)
計算思維的理念一經(jīng)提出,立即引起國內(nèi)外計算機(jī)界、社會學(xué)界以及哲學(xué)界廣大學(xué)者的熱烈響應(yīng)和廣泛探討,國內(nèi)首批985九校聯(lián)盟(C9)于2010年開始率先對該教學(xué)理念進(jìn)行了探索,用于指導(dǎo)相關(guān)的教學(xué)改革和實踐,并先后得到教育部、基金委、科技部等部委的立項資助。2012年,國家科技計劃信息技術(shù)領(lǐng)域備選項目推薦指南中,首次推薦立項開展“新一代軟件方法學(xué)及其對計算思維的支撐機(jī)理”研究,將計算思維推向了前所未有的高度[3]。計算思維的教學(xué)理念之所以能引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注,是因為它吸取了問題求解所采用的一般數(shù)學(xué)思維方法、設(shè)計與評估巨大復(fù)雜系統(tǒng)的一般工程思維方法以及復(fù)雜性、智能、心理、人類行為理解等的一般科學(xué)思維方法。收獲知識固然重要,但知識后面的思維方法更顯重要,且更具一般化,輻射面更廣,而這正是當(dāng)代拔尖創(chuàng)新人才所應(yīng)掌握和具有的基本素質(zhì),也是衡量拔尖創(chuàng)新人才的重要指標(biāo)。如果說在過去,高校計算機(jī)教育是教會學(xué)生如何使用計算機(jī),現(xiàn)在正試圖教會學(xué)生如何理解計算機(jī)系統(tǒng),那么在將來,高校應(yīng)教會學(xué)生如何掌握計算思維,真正實現(xiàn)“授之以漁”,這一職責(zé)演進(jìn)如圖1所示。
目前,培養(yǎng)計算思維能力的主要途徑是開設(shè)“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程,該課已列入2009版培養(yǎng)方案,面向全校各類學(xué)科的本科生。問題是該課程的教學(xué)內(nèi)容是否能夠完成這一重任?從前面的討論可以看出,計算思維能力的養(yǎng)成,起碼要使人們具備6個方面的知識,分別是:計算機(jī)的組成、系統(tǒng)的抽象與建模、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的仿真與評估、高級語言編程、資源的配置與調(diào)四、基于計算思維能力培養(yǎng)教四、基于計算思維能力培養(yǎng)教學(xué)改革
針對以上目標(biāo),我們具體采取了以下教學(xué)改革:
1.教學(xué)理念上,針對文科生特點,強調(diào)“重實踐”,讓學(xué)生在體驗式學(xué)習(xí)過程中去思考、感悟和收獲,在探究式學(xué)習(xí)中掌握信息技術(shù)的思想、方法和手段,學(xué)會利用信息技術(shù)去分析問題、解決問題,加深對學(xué)科思想精華的理解和把握,并最終將這種思維和技能作為課程學(xué)習(xí)、個性發(fā)展和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有力工具。
2.采用“案例教學(xué)”方法,針對每次課堂教學(xué),都精心編制了若干實用有趣的教學(xué)案例,以引導(dǎo)為主,突出對基本思想和方法的分析,明確重點、難點,同時留有一定的自學(xué)空間。例如,針對數(shù)據(jù)庫設(shè)計模塊,我們會給定一個應(yīng)用場景,先讓學(xué)生自己建立數(shù)據(jù)庫,通過分析問題(如插入異常、刪除異常、缺乏參照完整性約束等),把數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法貫穿其中,將抽象枯燥的數(shù)據(jù)庫理論變?yōu)閷崒嵲谠诮鉀Q問題的工具。
3.建立完備的自主學(xué)習(xí)資源庫,與教學(xué)模塊相配合,一是直接提供自主學(xué)習(xí)資料,二是指定網(wǎng)絡(luò)資源,要求學(xué)生自主查找,以訓(xùn)練學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行文獻(xiàn)查閱的能力。
4.采用“任務(wù)驅(qū)動”的自主學(xué)習(xí)模式,布置與模塊教學(xué)相應(yīng)的課后任務(wù),一是督促學(xué)生動手實踐,加深對課堂教學(xué)知識的理解,二是培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的習(xí)慣和方法。
5.學(xué)生作品展示與互評,對優(yōu)秀作品在課堂上進(jìn)行展示,并給予充分的肯定,這能在很大程度上激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,同時也是對其他同學(xué)的促進(jìn)。
五、教學(xué)效果的評價
我們用下述方法實現(xiàn)了對學(xué)生個人學(xué)習(xí)水平的評價。n:該系統(tǒng)用戶的總?cè)藬?shù);Xi:第i個學(xué)生的考試成績。定義:
■=■ S=■ Zi=■
由定義知,S是學(xué)生整體成績的標(biāo)準(zhǔn)差。Zi反映了第i個學(xué)生的成績與平均成績的差是標(biāo)準(zhǔn)差的幾倍。用Zi來衡量考試成績不會受考卷難度值的影響,比Xi更有說服力。因為標(biāo)準(zhǔn)分(Zi)是一種參考零點(平均分)位置固定、單位長度(標(biāo)準(zhǔn)差)一樣的統(tǒng)計量。不同次測驗的原始分?jǐn)?shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)分后,就可以做互相比較。如某生兩次測驗的成績原始分?jǐn)?shù)分別為:80、90,標(biāo)準(zhǔn)分分別為2.5、2。不能由第二次考試的原始分比第一次高而斷定該生的學(xué)習(xí)進(jìn)步了,正確的斷言是:因為第二次考試的標(biāo)準(zhǔn)分比第一次低,所以該生學(xué)習(xí)成績退步了。經(jīng)驗表明,標(biāo)準(zhǔn)分的數(shù)值一般在-3~+3間。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)值為正時,表示其學(xué)習(xí)水平在團(tuán)體水平值上;反之,則表明學(xué)習(xí)水平在團(tuán)體之下。
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關(guān)鍵詞:新工科;工程教育認(rèn)證;計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè);復(fù)雜工程問題
一、概論
我國積極推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展,實施“一帶一路”、“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略,對工程科技人才提出了更高要求,迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新。2017年2月18日,教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會,形成了新工科建設(shè)的“復(fù)旦共識”;2017年4月8日,又在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會,明確了“新工科”建設(shè)行動路線(“天大行動”);2017年6月9日,正式《新工科研究與實踐項目指南》(“北京指南”),引導(dǎo)開展新工科研究與實踐[1]。中國地質(zhì)大學(xué)(北京)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)積極響應(yīng)國家的“新工科”建設(shè)要求,成功獲批新工科建設(shè)項目。工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度,也是實現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評價[2]?!度A盛頓協(xié)議》是目前國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議,主要針對四年制本科教育,與我國現(xiàn)行的大學(xué)教育切合度高。2016年6月,我國成為《華盛頓協(xié)議》第18個正式會員國。成為會員國后我國的專業(yè)認(rèn)證就具備了國際實質(zhì)等效性,借此可促進(jìn)高校按國際先進(jìn)理念推動教育教學(xué)改革,加快與國際接軌。工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)在學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)、課程體系、師資隊伍和支持條件等多方面提出了明確的要求與標(biāo)準(zhǔn),具有完整規(guī)范和與國際接軌等特點?!靶鹿た啤苯ㄔO(shè)項目支持不同高校的工科專業(yè)制定符合自身特點的建設(shè)目標(biāo),以便能更好地適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,服務(wù)于國家發(fā)展戰(zhàn)略。所以工程教育認(rèn)證和“新工科”建設(shè)項目兩者具有明顯的區(qū)別。但是,兩者都是高等教育工程類專業(yè)建設(shè)工程,具有眾多的一致性。例如,都強調(diào)以學(xué)生發(fā)展為中心,通過系統(tǒng)性的教育體系建設(shè),使畢業(yè)生具有解決“復(fù)雜工程問題”的理論知識、分析方法和實踐能力。正是由于兩者存在較高的切合度,所以我們在進(jìn)行“新工科”建設(shè)過程中,一方面密切結(jié)合我校行業(yè)特色和計算機(jī)發(fā)展的新技術(shù),聚焦國家發(fā)展需求特別是國土資源領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略,另一方面以工程教育認(rèn)證的要求為依據(jù),落實專業(yè)教學(xué)改革的達(dá)成度。
二、樹立全面優(yōu)化的專業(yè)教育理念
“新工科”建設(shè)要求更新人才培養(yǎng)基本觀念,從“面向?qū)W科辦專業(yè)”調(diào)整為以學(xué)生為中心“面向社會需求辦專業(yè)”[3]。因此,需要從知識、能力和素質(zhì)三個維度,全方位實施培養(yǎng)規(guī)劃(如圖1所示),提升學(xué)生的工程技術(shù)創(chuàng)新能力,使其具備適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)時代的社會需求;改變原來專業(yè)內(nèi)容過窄的狀況,強化跨學(xué)科教育,培養(yǎng)學(xué)生既具備科學(xué)與基礎(chǔ)理論修養(yǎng),形成對于復(fù)雜工程的系統(tǒng)視野,又能從多學(xué)科的角度審視,具備人文情懷和管理素養(yǎng)。在繼承我校服務(wù)“大地學(xué)”辦學(xué)理念的背景下,充分發(fā)揮地質(zhì)大學(xué)在國土資源行業(yè)的特色和優(yōu)勢,同地學(xué)應(yīng)用相結(jié)合,為地學(xué)及其延伸學(xué)科提供支撐與服務(wù);聚焦國家戰(zhàn)略,特別是國土資源“三深一土”(深地探測、深海探測、深空對地觀測和土地科技)科技發(fā)展戰(zhàn)略[4],樹立創(chuàng)新型、綜合化、全周期專業(yè)教育理念。
三、著眼“復(fù)雜工程問題”構(gòu)建計算機(jī)專業(yè)課程體系
工程教育專業(yè)認(rèn)證和“新工科”建設(shè)都把解決“復(fù)雜工程問題”作為進(jìn)行專業(yè)課程建設(shè)的目標(biāo)和落腳點。在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中對于“復(fù)雜工程問題”的7方面特征,進(jìn)行了明確說明?;凇皬?fù)雜工程問題”本質(zhì)和表象的理解[5],我們從我校計算機(jī)專業(yè)實際條件出發(fā),聯(lián)合我校地球科學(xué)與資源學(xué)院、水資源與環(huán)境學(xué)院和能源學(xué)院,與包括自然資源部(原國土資源部)信息中心、中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司、云錫集團(tuán)、洛鉬集團(tuán)等開展多種形式的產(chǎn)學(xué)研合作,從國土資源行業(yè)信息化的實際需求中凝練出體現(xiàn)“復(fù)雜工程問題”的三個主要方向:“面向地球科學(xué)的信息化建模與優(yōu)化”、“基于物聯(lián)網(wǎng)的智能系統(tǒng)設(shè)計”和“跨媒體感知計算與可視化應(yīng)用”。課程體系設(shè)計圍繞如何使學(xué)生具備解決“復(fù)雜工程問題”的能力展開分解為三個階段,即通識基礎(chǔ)教學(xué)階段、專業(yè)基礎(chǔ)與核心教學(xué)階段和專業(yè)實踐教學(xué)階段。通識基礎(chǔ)教學(xué)階段的主要目的是強化學(xué)生基礎(chǔ)知識,包括數(shù)理基礎(chǔ)、思政基礎(chǔ)、人文素養(yǎng)基礎(chǔ)和地球科學(xué)概論。掌握數(shù)理基礎(chǔ)知識,用于計算機(jī)復(fù)雜工程問題的分析與建模。掌握思政基礎(chǔ),有利于樹立正確向上的人生觀和價值觀。人文素養(yǎng)的培養(yǎng),有助于學(xué)生具有人文知識、思辨能力、處事能力和科學(xué)精神,理解計算機(jī)相關(guān)工程技術(shù)的社會價值以及工程師的社會責(zé)任,自覺遵守工程師職業(yè)道德和行為規(guī)范。地球科學(xué)概論是一門關(guān)于地球科學(xué)基礎(chǔ)知識的通識性課程,幫助我校計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生掌握地球科學(xué)的基本知識和研究方法,以便服務(wù)于國土資源信息領(lǐng)域。專業(yè)基礎(chǔ)與核心教學(xué)階段的主要目的是強調(diào)學(xué)生工程性、系統(tǒng)性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性和解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)。全面考慮課程之間的關(guān)聯(lián)性和相容性,優(yōu)化主干專業(yè)課程和特色課程,實現(xiàn)統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一規(guī)劃。專業(yè)實踐教學(xué)階段的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決工程問題的能力和工業(yè)化素質(zhì)。依托校內(nèi)實踐教學(xué)中心和校企實踐創(chuàng)新基地,學(xué)生通過具體實驗、實訓(xùn)和實習(xí)參與工程項目訓(xùn)練,掌握系統(tǒng)實踐能力。組織和動員學(xué)生參與學(xué)科競賽、“大創(chuàng)項目”和老師的科研活動,以“項目驅(qū)動”方式來提高學(xué)生綜合運用知識解決工程問題的能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和工業(yè)化素質(zhì),最終培養(yǎng)良好的解決復(fù)雜工程問題的能力,滿足新經(jīng)濟(jì)形勢下對于計算機(jī)專業(yè)人才能力和素質(zhì)的要求。
四、建立人才分類培養(yǎng)的新機(jī)制
根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求,需要全程觀測學(xué)生對知識的掌握程度、能力的達(dá)成度以及素質(zhì)的實際提升效果,有針對性地調(diào)整課程實施進(jìn)度和工程實例的復(fù)雜程度。所以,為方便專業(yè)教師全面及時了解學(xué)生的狀態(tài),我們施行本科生導(dǎo)師制[6],從大一開始為每個入校新生分配學(xué)業(yè)導(dǎo)師。按照近似“20%:70%:10%”的比例,開展分類培養(yǎng)。對于少數(shù)突出拔尖的學(xué)生(約占學(xué)生數(shù)量的20%),以高水平學(xué)科競賽如ACM-ICPC競賽為抓手,從大一開始進(jìn)行選拔,利用課余時間進(jìn)行系統(tǒng)化的培養(yǎng)。對于大部分學(xué)生(約占學(xué)生數(shù)量的70%),通過學(xué)業(yè)導(dǎo)師幫助他們樹立正確清晰的專業(yè)認(rèn)知,克服在學(xué)業(yè)中可能遇到的困惑,掌握好計算機(jī)專業(yè)要求的理論知識和基本技能。同時,引導(dǎo)他們在二、三年級時參加科研活動或者進(jìn)入企業(yè)參加產(chǎn)學(xué)研實習(xí),強化對專業(yè)的全面了解。學(xué)院組織優(yōu)秀教師,并引入企業(yè)優(yōu)質(zhì)教育資源,在課余時間開設(shè)了“信息技術(shù)學(xué)術(shù)研討班”和“信息技術(shù)實踐創(chuàng)新班”。學(xué)業(yè)導(dǎo)師根據(jù)同學(xué)們的實際狀況,在尊重學(xué)生意愿的前提下,推薦他們加入“信息技術(shù)學(xué)術(shù)研討班”和“信息技術(shù)實踐創(chuàng)新班”,充分利用好課余時間,補充和提高課堂教學(xué)所不能覆蓋的知識和能力。對于少數(shù)學(xué)業(yè)有困難的學(xué)生(約占學(xué)生數(shù)量的10%),建立“學(xué)院-教師-學(xué)生-家長”聯(lián)系互動機(jī)制,通過制定“學(xué)業(yè)幫扶計劃”組織專業(yè)教師和高年級學(xué)長有針對性地幫助這部分同學(xué)克服學(xué)業(yè)上的困難,順利完成學(xué)業(yè)。
五、開拓校內(nèi)和校外教育資源
我校在地球科學(xué)與資源利用方面具有國內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)勢,同時國土資源行業(yè)也亟須進(jìn)行信息化升級改造。在與我校地球科學(xué)與資源學(xué)院、水資源與環(huán)境學(xué)院和能源學(xué)院充分探討學(xué)科交叉創(chuàng)新的基礎(chǔ)上,挖掘地質(zhì)信息領(lǐng)域的緊迫任務(wù),既是我校計算機(jī)專業(yè)新工科建設(shè)的重點,也是實現(xiàn)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的重要途徑。在2018年主辦了第二屆空間數(shù)據(jù)科學(xué)國際研討會暨首屆自然資源大數(shù)據(jù)高端論壇,邀請海內(nèi)外著名專家學(xué)者共同探討建設(shè)和利用自然資源大數(shù)據(jù)的途徑和方法。作為參與單位,與自然資源部(原國土資源部)信息中心共同申報自然資源大數(shù)據(jù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心,聚焦國土資源領(lǐng)域的“復(fù)雜工程問題”。與北京航空航天大學(xué)、北京郵電大學(xué)和北京科技大學(xué)等高校,就人才培養(yǎng)、工程教育認(rèn)證和“新工科”專業(yè)建設(shè)進(jìn)行研討和交流。與達(dá)內(nèi)集團(tuán)、北京百科榮創(chuàng)公司、北京博創(chuàng)公司和北京中公教育公司等企業(yè)建立培訓(xùn)和產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系,引入企業(yè)實踐教學(xué)方面的師資和課程資源,聘請企業(yè)導(dǎo)師、共建實踐課程、共同指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計和合作進(jìn)行項目研發(fā),實現(xiàn)校企全面對接。安排學(xué)生參觀知名IT企業(yè),熟悉將來的工作環(huán)境和特點。選派優(yōu)秀學(xué)生到企業(yè)實習(xí),提前讓他們適應(yīng)企業(yè)的工作要求。
六、建設(shè)效果
我校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在開展適應(yīng)工程教育認(rèn)證要求的“新工科”建設(shè)工作以來,在就業(yè)率、學(xué)風(fēng)以及學(xué)科競賽和創(chuàng)新項目等多方面已經(jīng)開始取得初步的建設(shè)效果。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的就業(yè)率從2016屆的89.36%[7],上升到2017屆的98.25%[8]和2018屆的98.31%[9],成為中國地質(zhì)大學(xué)(北京)本科就業(yè)率最高的專業(yè)之一,也是學(xué)生入校后最希望轉(zhuǎn)入的專業(yè)。2017年和2018年,計算機(jī)專業(yè)的本科生獲得ACM-ICPC亞洲區(qū)域賽銀牌三枚,銅牌七枚,其中2018年獲得的香港賽區(qū)銅牌是中國地質(zhì)大學(xué)(北京)首次獲得境外的獎牌。此外,在這兩年里,計算機(jī)專業(yè)的本科生還獲得其他省部級以上學(xué)科競賽獎項三十七項,主持大學(xué)生創(chuàng)新項目二十七項,已形成了良好的學(xué)習(xí)和研究氛圍。
關(guān)鍵詞:計算機(jī)硬件技術(shù);教學(xué)改革;實驗教學(xué)
計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程是普通高等學(xué)校理工科專業(yè)的一門重要計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程,也適合非理工科的其他專業(yè)學(xué)生選修。早在2006年,教育部高教司就明確提出了該課程是針對大學(xué)非計算機(jī)專業(yè)理工類本科生設(shè)置的6門典型核心課程之一。它是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識、了解計算機(jī)硬件發(fā)展、熟悉硬件原理及接口技術(shù)的主要課程。
1課程現(xiàn)狀和問題分析
根據(jù)教育部關(guān)于計算機(jī)基礎(chǔ)教育“三個層次”的教學(xué)思想,計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)由微型計算機(jī)原理和微機(jī)接口技術(shù)等課程整合而來,因此自2006年以來,該課程的教學(xué)內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)一直延續(xù)著原有課程的體系。與此同時,計算機(jī)硬件在過去的50年里以摩爾定律(晶體管的集成度每18個月翻1番)高速發(fā)展,以CPU為代表的計算機(jī)硬件更新?lián)Q代十分迅速,新的接口層出不窮,使該課程的教學(xué)內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)與學(xué)生成長和熟悉的環(huán)境嚴(yán)重脫節(jié)[1-2],具體表現(xiàn)在以下3個方面:
第一,課程內(nèi)容過于專業(yè),教學(xué)要求和學(xué)生基礎(chǔ)有一定差距。微型計算機(jī)原理和微機(jī)接口技術(shù)等課程主要針對大三或大四學(xué)生開設(shè),而以這兩門課程內(nèi)容為基礎(chǔ)的計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程主要面向大一和大二學(xué)生,目的是進(jìn)行計算機(jī)基礎(chǔ)教育。由于面向群體不同,原有課程內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)過于專業(yè),不適合計算機(jī)硬件入門級教學(xué)。
我們隨機(jī)選取了高等教育出版社、機(jī)械工業(yè)出版社和中國鐵道出版社2005年之后出版(含再版)的5本教材。經(jīng)過統(tǒng)計,3本教材以較多篇幅介紹Intel 8086系列處理器指令和接口結(jié)構(gòu),其中4本含有較多的匯編語言知識。然而,Intel 8086和匯編語言等知識對于低年級非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生過于深奧和枯燥,非計算機(jī)專業(yè)低年級學(xué)生很難理解。
第二,課程內(nèi)容過于陳舊,實驗環(huán)節(jié)無法吸引學(xué)生們的興趣。我們調(diào)研了國內(nèi)多所高校相關(guān)課程的教學(xué)狀況,課程實驗方案主要包括兩種,即結(jié)合計算機(jī)硬件實驗箱和利用PC機(jī)進(jìn)行拆裝實驗。
基于實驗箱的課程實驗往往以DOS、匯編語言、8255a、數(shù)碼管顯示和數(shù)模轉(zhuǎn)換等實驗為主,這些內(nèi)容繼承了微型計算機(jī)原理的實驗內(nèi)容,對于大一和大二學(xué)生來說,離他們熟悉的硬件環(huán)境較遠(yuǎn),缺少趣味。以PC機(jī)為平臺的計算機(jī)拆裝類實驗一般會受到學(xué)生的歡迎,具有一定吸引力,但計算機(jī)拆裝較為淺顯,與課程內(nèi)容結(jié)合效果不足,不能使學(xué)生對計算機(jī)硬件的原理有深入理解。盡管如此,考慮到學(xué)生的興趣,將PC機(jī)作為入門級實驗平臺應(yīng)是課程實驗改革的方向。
第三,計算機(jī)基礎(chǔ)課程的性質(zhì)使課程無法照顧到各專業(yè)的需求。傳統(tǒng)教學(xué)和實驗內(nèi)容不區(qū)分學(xué)生的專業(yè)屬性,對于理工科專業(yè)來說,課程實驗難度較低,缺乏學(xué)習(xí)興趣;對于非理工科專業(yè)來說,課程實驗難度較高,無暇關(guān)注更深入內(nèi)容。為此,課程實驗改革應(yīng)該考慮學(xué)生的專業(yè)特點,實驗為基本實驗和可選實驗,因材(專業(yè))施教[3-4]。
實踐教學(xué)是高等教育課程的重要組成部分,實踐教學(xué)應(yīng)努力貫徹以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),堅持知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學(xué)理念。結(jié)合計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程的實際情況,課程實驗教學(xué)改革勢在必行。
2教學(xué)改革內(nèi)容
北京理工大學(xué)計算機(jī)公共基礎(chǔ)課教學(xué)團(tuán)隊(國家級教學(xué)團(tuán)隊)在充分調(diào)研該課程講授現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,于2010年度開展了教學(xué)改革。核心思想是以克服學(xué)生對硬件的恐懼心理為目的,以計算機(jī)硬件經(jīng)典技術(shù)和新發(fā)展為主要內(nèi)容,輔助開放和自由的實驗教學(xué)平臺,重點在于改革課程實驗內(nèi)容。
基于上述思想,課程實驗的改革從3個方面開展:教學(xué)組織、實驗方案和實驗場地。
首先,在教學(xué)組織上,我們增大了實驗比例,占到整個學(xué)時的25%。同時,教學(xué)內(nèi)容以“基本概念+基本部件”方式組織,如表1的第2-6章。例如,第3章內(nèi)容為“存儲系統(tǒng)與存儲器”,其中存儲系統(tǒng)是基本概念,學(xué)生理解起來有一些抽象,需要課堂講授;而存儲器則是基本部件,可以采取實踐教學(xué),學(xué)生在實驗中認(rèn)識硬盤、Flash存儲器、光存儲器等設(shè)備,更容易將存儲系統(tǒng)和實際硬件有機(jī)關(guān)聯(lián)起來,取得更好的教學(xué)效果。
其次,在課程實驗方案上,考慮到大一、大二學(xué)生對硬件的陌生程度,我們采取了“基本實驗+提高實驗”的模式?;緦嶒灥哪康氖亲寣W(xué)生對計算機(jī)硬件有基本的熟悉,克服對硬件的畏懼心理。提高實驗的目的則是結(jié)合某一章節(jié)內(nèi)容,通過題目引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的興趣,調(diào)動他們的積極性,使其深入了解計算機(jī)硬件,部分候選方案如表2所示。
最后,為了達(dá)到實踐教學(xué)目的,依托學(xué)校的支持,我們建立了能夠同時為120人提供實驗的場地,并在課程授課期間同步向?qū)W生自由開放。
3課程實驗改革實踐
以北京理工大學(xué)2010年度的教學(xué)為實驗樣本,學(xué)生來源于大一和大二兩個年級,共計122名,其中包含34名大一學(xué)生和88名大二學(xué)生。學(xué)生分布在36個專業(yè),共12個學(xué)院,以理工科專業(yè)為主,如圖1所示。該課程以全校公選課形式提供,限制人數(shù)為120人(額外2人為留學(xué)生),共32學(xué)時,包含8個課程實驗學(xué)時。
結(jié)合課程實驗改革內(nèi)容,我們向全體學(xué)生發(fā)放了無記名調(diào)查問卷,全部學(xué)生提交了有效問卷,我們獲得了一批有價值的反饋信息。
對于課程學(xué)時和實驗課程學(xué)時問題,大一與大二學(xué)生的反饋建議如圖2所示。由圖可以看出,如果計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)安排在大一下學(xué)期,學(xué)生只學(xué)過計算機(jī)基礎(chǔ)課程,對硬件知識學(xué)習(xí)的渴望比較強烈,32個學(xué)時相對較少。如果安排在大二下學(xué)期,學(xué)生會比較有針對性地聽課,32個學(xué)時較為合理。
圖3給出了學(xué)生針對實驗學(xué)時的反饋意見,橫坐標(biāo)是實驗學(xué)時數(shù),縱坐標(biāo)是人數(shù)??梢?75%的學(xué)生們希望實驗學(xué)時在8~11之間,即實驗課時占到總課時的25%~34%。
針對一些高校開展的“計算機(jī)拆裝”實驗,我們對學(xué)生的支持度進(jìn)行了調(diào)查。有100%的大一學(xué)生和98%的大二學(xué)生認(rèn)為“計算機(jī)拆裝”實驗很有必要,得到了學(xué)生的廣泛支持,實驗效果如圖4所示。
從圖4可以看出,計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程實驗應(yīng)該以學(xué)生常見的PC機(jī)及擴(kuò)展實驗組成,這就指明了該課程實驗改革的方向。
由于實驗場地建設(shè)等問題,本次教改實踐讓學(xué)生選擇完成1項基本實驗和1項提高實驗。對于全部課程實驗方案安排,請學(xué)生就歡迎程度排序,結(jié)果如表3所示。
從表3可以看出,在基本實驗方案中,“計算機(jī)拆裝”和“計算機(jī)硬件故障診斷”實驗最受學(xué)生歡迎。此外,“操作系統(tǒng)安裝”和“網(wǎng)絡(luò)連通性測試”等與學(xué)生密切相關(guān)的實驗也很受歡迎。從基本實驗方案的設(shè)計初衷上來看,上述內(nèi)容達(dá)到了預(yù)期效果,有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)生興趣,并幫助其克服了對硬件的恐懼心理。
在提高實驗方案中,“U盤高級操作”和“硬盤數(shù)據(jù)的恢復(fù)”與生活比較貼近,最受學(xué)生歡迎。此外,由于大部分學(xué)生是理工科類學(xué)生,從未來專業(yè)發(fā)展角度講,“驅(qū)動程序設(shè)計”和“單片機(jī)開發(fā)”也得到了學(xué)生支持。這樣的實驗內(nèi)容涵蓋較多,在該課程中能夠幫助學(xué)生建立基本的概念即可。
而一些傳統(tǒng)實驗,例如“串行通信建立和測試”、“8086指令集實驗”等,沒有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。應(yīng)該說,這兩個實驗的專業(yè)性更強,但對于大一、大二學(xué)生來說,專業(yè)性強的實驗不容易讓學(xué)生掌握基本原理和規(guī)律,不利于學(xué)生克服畏難心理。
4結(jié)語
針對計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程,結(jié)合北京理工大學(xué)2010年度教學(xué)改革實踐,我們認(rèn)為實驗課時占總課時30%左右時的教學(xué)效果最好。在課程實驗中,以PC機(jī)為主的硬件實驗受到了學(xué)生歡迎。除了一些高校開展的“計算機(jī)拆裝”實驗外,更多實驗得到了實踐。從反饋效果來看,本文提出的實驗方案能夠有效調(diào)動學(xué)生的積極性,具有良好的效果。
注:本課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課件通過互聯(lián)網(wǎng)開放。
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Innovation in the Experiments for Computer Hardware Fundamentals
SONG Tian, LI Feng-xia
(School of Computer Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)