計算機課程群和實驗教學體系創建思考

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計算機技術的發展已使得計算機技術成為各學科專業不可缺的工具和重要組成部分。其中電子信息類專業與計算機技術聯系最為緊密。通過多年的教學實踐和專業調研，我們發現計算機技術對電子信息技術的影響不僅是非常廣泛的，而且也是非常深刻的。同時，計算機技術也不斷地滲透和融入到電子信息類專業的計算機課程教學中。①但是在計算機課程教學內容的選取上，我們只能參考計算機專業的培養方式，導致了電子信息類知識和計算機知識內容的相互滲透與融合不夠、計算機課程的教學與專業應用脫節、開設的計算機類課程之間的銜接不清或部分課程內容重復、課程綜合化程度不高等問題。②同時，計算機實驗和實踐教學是計算機教學的重要組成部分，與理論教學相比其作用更為重要。但現實情況是計算機實驗和實踐教學長期沒有受到足夠的重視。實驗教學中常常成為理論教學的附屬物，未能將實驗教學和理論教學兩者有機結合，使得理論教學嚴重脫離實驗，最終實驗教學也未能起到其應有的作用。③因此，為了充分發揮實驗實踐教學的作用、培養學生的動手能力和創新能力、全面提升學生的綜合素質，在改革計算機類理論課程體系的同時應該對計算機類課程實驗實踐教學進行全方位的改革。

1計算機類課程的教學現狀

電子信息類是綜合性極強的交叉性的學科，電子和計算機技術是該專業的兩大基礎。根據專業的培養方向，我們在培養計劃中設置了三個層次的計算機類課程：（1）計算機文化基礎層次，包括“大學計算機基礎”、“計算機程序設計基礎（C語言）”；（2）計算機技術基礎層次，包括“計算機網絡”、“微處理器與微控制器原理”、“數據結構與算法”、“面向對象程序設計”、“關系數據庫與SQL”、“軟件工程”；（3）計算機應用基礎層次，包括“微處理器與微控制器應用”、“MATLAB仿真與應用”、“電子線路輔助設計”、“可編程邏輯器件”、“圖像處理”等課程。這三個層次的課程都包含了大量的計算機實驗和實踐操作，但大部分實驗項目是針對章節知識點進行設計的實驗，實驗學時較少，實驗進度隨著理論課程的進度而進行。因為實驗學時少，所以只能完成驗證性實驗，無法進行考查學生綜合能力的設計綜合性實驗，導致很難讓學生深入研究和探索。同時，計算機知識更新快，計算機實驗教學內容也需要隨著課程理論知識的更新不斷變化。但是目前的實驗大綱往往不能與時俱進，實驗項目多年不變和出現了明顯的滯后，沒有使用最新技術解決實際問題，最終不能吸引學生的興趣。其次，當前學校正在實施學分制，這使得教學過程中對同一年級的教學進度有差別，為實驗項目的開設和開放性實驗的進行增加了難度。同時，從學生考研、面試和就業的反饋信息來看，學生參與結合科學研究的實驗實踐項目的次數和質量直接決定了學生動手操作能力和創新實踐能力的高低，而實際情況是學生很少有機會參與此類實驗實踐項目。因此，本項目以我校物理系兩個電子信息類本科專業的學生培養為對象，結合三個層次的計算機類課程的需求，開展計算機類課程理論、實驗實踐的教學模式和教學方法的改革研究，形成以理論教學、實驗和實踐有機結合、充分發揮實驗實踐教學的作用、激發學生的好奇心和求知欲、培養學生動手創新能力為目的的實驗實踐教學模式。

2計算機類課程體系的構建

我們在保證堅實基礎的核心課程建設、保證不斷創新的實驗實踐體系建設的基礎上，不斷整合課程內容，優化課程結構，構建了理論教學與實驗實踐教學并重，在知識培養上強調基礎性、寬廣性、實用性，在能力培養上突出創新性、綜合性的課程體系。在原有的三個層次的計算機類課程體系的基礎上，為了將計算機課程知識和相應的應用結合起來，后繼開設了第四層次課程，如“嵌入式系統及其應用”、“DSP原理與應用”、“平板顯示原理與應用”、“數字電視傳輸技術”、“FPGA及數字系統設計”等，真正做到學以致用。同時，按若干門內容緊密聯系的課程組建系列課群，對各個課群中的每門課程進行合理定位，根據課程間的內涵與外延，按照前沿性、先進性和交叉性的原則組織課程教學。在課群建設中，依據電子信息類的專業特點對課群及其課群中的課程進行合理定位，按照“基礎”、“學科”和“應用”三個層次組織教學，充分體現“厚基礎、寬口徑、顯特色、富創新”的人才培養目標。具體為：（1）基礎層：計算機基礎課群（包括大學計算機基礎、計算機程序設計基礎、C語言綜合實驗等）。（2）學科層：計算機控制課群（包括微處理器與微控制器原理和應用、計算機網絡、面向對象程序設計等）和數據處理課群（包括圖像處理、數據結構與算法、關系數據庫與SQL、軟件工程等）。（3）應用層：計算機工具課群（包括MATLAB仿真與應用、電子線路輔助設計、可編程邏輯器件等）和計算機應用課群（包括嵌入式系統及其應用、DSP原理與應用、平板顯示原理與應用、數字電視傳輸技術、FPGA及數字系統設計等）。

3建立分層次、多模塊的實驗教學體系

目前，計算機類課程的傳統實驗和實踐教學過程存在諸多問題，如：在進行計算機類課程的實驗教學時，實驗內容安排較隨意，缺少對學生規范化的指導；教學效果的優劣很大程度上依賴教師的個人教學經驗；教學手段比較單一和落后；驗證性實驗多、設計性綜合性實驗少；教學內容與實際的應用脫節；學生普遍重理論而輕實驗等。眾所周知，計算機實驗教學是理論與實踐相結合的教學過程，又是課程理論知識的驗證、完善、補充和深化，還是培養學生綜合素質及創新能力的重要手段。因此，要解決存在的各種問題，我們需要重新構建合理的實驗教學體系。我們依托“武漢•光谷”地域經濟特點和我系學科的發展，構建了“一個核心、三個平臺、六大模塊、三個層次”的實驗教學體系。（1）一個核心：以創新能力培養為核心。（2）三個平臺：包括計算機基礎課程實驗平臺，計算機專業課程實驗平臺和個性化研究性實驗平臺。依據電子信息類的學科結構、學生個性化的需求，構建可個性化選擇的六大課程模塊。（3）六大模塊：包括計算機基礎實驗模塊（包括計算機程序設計基礎、C語言綜合實驗、數據結構與算法等課程實驗）、計算機技術實驗模塊（包括微處理器與微控制器原理和應用、面向對象程序設計、關系數據庫、軟件工程等課程實驗）、計算機應用實驗模塊（包括MATLAB仿真與應用、電子線路輔助設計、嵌入式系統等課程實驗）、拓展實驗模塊、開放性實驗模塊和研究創新性實驗模塊。通過六大模塊的個性化選擇，使得學生的知識結構不斷更新和完善、動手實踐能力不斷提高。（4）三個層次：根據知識結構、人才能力培養的梯形結構，按照知識需求、能力需求從低到高的原則，建立“基礎性實驗”、“綜合設計性實驗”、及“個性化研究創新性實驗”的三層次實驗教學模式，突出創新能力培養。基礎性實驗：以深入理解計算機操作和計算機程序設計語言（C語言）基本概念，增強程序設計語言的直觀認識，了解C語言解決實際問題為目的。這類實驗項目將課程的基本理論知識作為實驗內容，主要起到驗證理論知識的作用。注重實驗的啟發性和興趣性，充分調動學生參與實驗的積極性。綜合設計性實驗：由教師提出問題或學生在教師的指導下自主選題，學生綜合運用本課程的綜合知識或與本課程相關課程知識，自行設計實驗方案，自主完成實驗項目。在整個過程中，學生完成從選題、實驗設計、親自動手操作到結果分析和論文撰寫全過程。強調實驗的自主性，注重實驗的設計性和綜合性，培養學生的學習主動性、積極性和創造性，鍛煉學生運用一系列計算機類的知識解決實際問題的能力。個性化研究創新性實驗：一方面，由教師提出可能轉化為實驗教學的科研成果，選拔善于獨立思考、實踐動手能力強的優秀學生。由優秀學生和這些教師組成小組，實施并完成這種轉化。這類實驗讓學生掌握思考問題，解決問題的方法，提高創新能力和實踐能力，實現個性化培養。另一方面，讓對科學研究、科技活動或社會實踐有濃厚的興趣、具有一定的創新意識和研究探索精神的學生進行獨立探索，自主選題設計，在現有條件下提出解決辦法和實施方案，并在教師的指導下進行實施或獨立組織實施。以項目為載體，激發學生的創新思維和創新意識，提高學生提出問題、分析和解決問題的能力，培養學生的獨立工作能力。實際操作中，通過課程設計、開放性實驗、本科生自主創新項目、大學生創新訓練項目加以實現。在實驗教學過程中，強化科研引領實驗教學的理念，將科研成果積極轉化為實驗教學內容，組織開放實驗、電子設計大賽、軟件設計大賽以及大學生科技創新計劃項目等活動，形成多形式、立體化的實驗教學形式。

4結束語

為了全面提高電子信息類專業學生的計算機應用能力和創新意識，我們根據計算機技術的發展特點、學生對計算機應用能力的要求、本專業計算機應用的實際情況，優化、更新現有“三層次”教學模式的教學內容體系，注重第四層次的教學，圍繞不同層次人才培養開展計算機類課程多層次實驗教學模式的設置。在教學研究中，從明確電子信息類專業有關計算機發展方向的課程的教學要求和課程特點出發，實施教學改革，對計算機類課程的教學內容和實驗教學體系進行組織與融合，建立了電子信息類專業計算機課程的課程群，研究了“一個核心、三個平臺、六大模塊、三個層次”的實驗教學的體系結構。將研究初步應用于教學實踐中，學生的動手實踐能力和創新能力有了明顯的提高，取得了較好的教學效果。

作者：謝頌華 楊應平 胡昌奎 吳薇 單位：武漢理工大學