計算機專業核心課程教學改革和教材建設的重要指導

由教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會(以下簡稱“計算機教指委”)組織編制的《高等學校計算機科學與技術專業核心課程教學實施方案》(以下簡稱“教學實施方案”) 2009年7月由高等教育出版社出版發行。

1 “教學實施方案”建立的背景

從1999年開始,經過幾年的大規模擴張,人們對大面積擴招后形成的新的高等教育態勢進行了重新認識,并把普通高等學校一般地分為研究型大學、教學科研型大學、教學型本科院校 (前面分類在一定程度上可對應于我國高校本科的“一本”、“二本”和“三本”)、高等專科院校和高等職業院校等幾種辦學類型。隨著高等教育大眾化、普及化時期的到來,初步形成了各類大學相對穩定地分層次辦學的格局。

在社會需求和學科發展的推動下,我國大陸現有598所高等院校設置了847個計算機科學與技術本科專業點,在校生40余萬,構成了一個巨大、復雜的專業群體。這不僅在規模上實現了從精英教育向大眾化教育的轉變,而且面對一個寬闊、繽紛的人才市場,正在從內涵上實現從精英教育向大眾化教育的轉變。

精英教育注重厚基礎和廣適應,而大眾化教育更強調特色和應用性,強調學校和專業更精確的培養定位。不同類型學校根據學生在知識和能力上的差異,所制定的培養目標應該有所區別,這是實現精英教育轉入大眾化教育所急需解決的問題。針對不同的培養目標,按照科學辦學的基本思路,采用不同的教育策略,規劃和提供不同的教學內容,以實現更有效的教育,提高專業的教育教學水平。

2006年,計算機教指委發布了《高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范(試行)》,提出了以“規格分類”為核心思想的計算機專業發展建議,鼓勵不同高校在“計算機科學與技術”專業名稱下,根據社會需求和自身實際情況,為學生提供不同類型人才培養的教學計劃和培養方案。在“規格分類”思想的指導下,根據計算機學科覆蓋面廣,計算機專業規模大的特點,將計算機專業人才分成科學型(也稱“研究型”)、工程型和應用型。

2007年和2008年,計算機教指委又先后發布了《高等學校計算機科學與技術專業公共核心知識體系與課程》和《高等學校計算機科學與技術專業實踐教學體系與規范》,旨在為“規范”的實行提供支持。

據此,我們至少可以認為:所在院校的辦學類型不同、培養目標不同、所在地及其周邊地區社會需求的不同,這些計算機專業的教學內容應該有所不同。計算機專業的核心課程,針對不同院校的不同教學目的,應該有不同和分層次的教學設計。例如,對于大多數計算機專業以及IT相關專業的學生,尤其是非研究型院校的學生,應該把學習定位在理解、熟悉和能夠靈活運用的基礎上,而把那些“考研”所需要的更深層次理論性內容放在選修或者考研復習階段來解決。從長遠看,應該對各層次院校的計算機專業所開設的核心課程的教學內容進行研究,對其教學方法進行積極的探索。

為推動分類培養思想的落實,建設優質教學資源,解決現在相關課程建設中普遍存在的問題,推進計算機科學與技術專業的科學辦學進程,計算機教指委、中國計算機學會教育專業委員會聯合高等教育出版社立項開展了“教學實施方案”的研究。

28門計算機專業核心課程

根據《高等學校計算機科學與技術專業公共核心知識體系與課程》并考慮“軟件工程”的重要性,該項研究包括程序設計基礎、離散數學、數據結構與算法、計算機組成原理、計算機網絡、操作系統、數據庫系統、軟件工程等8門課程的教學實施方案的研制,探求在計算機教指委給出的基本課程教學大綱下,如何面向科學型、工程型和應用型三類人才的培養需要,根據不同類型人才關注不同的學科形態、不同的問題空間、不同的根本問題,以知識為載體,瞄準專業能力的提高和專業素質的形成開展有效的教學活動,形成較系統的課程教學實施方案。同時,對相應的教材建設提供指導性意見(方案),解決目前課程教學和教材建設中可能存在的趨同性、盲目性、孤立性,以及不完整、不合理交叉等問題,改變過分追求知識的全面性,忽略人才培養的適應性的傾向,為計算機專業的教育教學能夠瞄準基本目標,更科學有效地實施進行探索。

為了完成研制,項目除了總體組之外,還針對8門課程,由來自全國各地知名高校的一批資深課程教學專家組成了對應的8個研究小組,歷時一年,取得了豐碩的研究成果,并完整地體現在《高等學校計算機科學與技術專業核心課程教學實施方案》中。

3 “課程實施方案”的設計原則

在任何一個專業的教學計劃中,都需要有“培養目標”和“培養規格”的描述,這些描述表達了通過各種教學環節的實施去實現的目標。因此,要強調課程教學為專業人才培養的總目標服務。所以,教學計劃中包含的課程,并不是一個簡單的課程集合,這些課程應該構成支撐總目標實現的一個體系。課程按照類別和能力培養的作用構成系列,按照前導、后續的關聯關系和各學期課程的容量分布到不同的學期。在專業人才培養體系中,每個課程都有自己的地位和作用,它們的教學組織與實施應該能夠保證其作用的發揮。

程序設計基礎、離散數學、數據結構與算法、計算機組成原理、計算機網絡、操作系統、數據庫系統、軟件工程這8門核心課程的內容涵蓋了計算機科學與技術專業最基礎的知識,是進行專業能力培養的最基本課程。所以,這些課程的教學在專業教育中占有非常重要的地位,對于它們的教學應該得到足夠的重視。

當然,針對不同的培養對象和培養目標,課程的地位和作用會有所不同,重點、難點等需要關注的方面也不盡相同,再往深層探究,甚至作為知識載體所承載的內容也是不同的。例如,就方法而言,有的強調重點掌握思想,有的強調重點掌握方法的實現,有的強調重點掌握方法的證明,有的強調重點掌握方法的應用。

為了使課程達到設計目的,還必須了解相應課程的特點。不同課程關注的方面不同,在教學方法、教學手段上也會不同。例如,多數核心課程需要關注其原理、系統、設計和實現,需要比較豐富的實驗教學支撐,而離散數學則利用課堂教學就能取得較好的教學效果。

按照知識是載體,課程通過知識的講授向學生傳授計算機問題求解的思想、方法和技術,實現學生專業能力的培養和專業素質的提高的基本思路,同時考慮教學計劃的系統性,研究各門課程的教學實施方案。每門課程的教學實施方案主要包括兩大部分。

第一部分是總體描述。很多課程可以沿不同的維度進行延展,這些延展的課程可以是本科階段相應的擴展課程,也可以是研究生階段將延續的課程,從而構成課程群。這一部分給出有關該課程的總體設計,包括該課程群在專業人才培養中的地位與作用,課程群的設計思想、依據、目標、課程群的基本構成等。

第二部分是相應課程的教學設計。“課程實施方案”對8門課程分別按照科學型、工程型、應用型學生培養的要求,給出課程的教學設計。這是課程教學實施方案的主體部分,主要包括基本描述、內容大綱、課程實驗、課程設計、考試基本要求等。

有的課程的教學實施方案中還包括第三部分內容,給出了相應課程群中其他課程的教學大綱。

4以“操作系統”課程建設為例

以專業核心課程“操作系統”為例。

“教學實施方案”指出,盡管操作系統課程有不同名稱,例如操作系統、操作系統原理、操作系統原理與應用、操作系統結構、操作系統設計等,但基本教學內容是類似的。本課程是計算機科學與技術專業學生必須學習和掌握的一門理論性和實踐性并重的核心主干課程和專業基礎課程。本課程的先修課程為離散數學、程序設計、數據結構與算法、匯編語言、計算機組成原理等。

“教學實施方案”針對在操作系統領域中科學型、工程型和應用型在認知層次上的不同,規劃了不同的課程目標、課程定位、課程內容和課程特點,設計了三個不同的課程內容矩陣,介紹了課堂授課、課程實驗、課程設計、作業和習題要求、考試和成績評價等實施方案設計,并為課程實驗和課程設計設計了4個實踐層次及其響應的實驗內容:

(1) 實踐層次1:使用與管理。建議設置安裝Linux、安裝Windows、Linux系統用戶接口和編程界面、Windows操作系統界面認識、在Linux中使用U盤、屏蔽Windows桌面上的“回收站”、停止Windows的“自動升級”服務、在Linux上配置FTP服務器和在Windows上配置IIS服務器等9個實驗。

(2) 實踐層次2:觀察與分析。建議設置Windows Server 2003注冊表管理機制、Windows Server 2003進程與線程、Windows Server 2003內存管理、Windows Server 2003安全管理、Solaris進程和線程、Solaris線程調度、Solaris內存管理、Solaris文件系統等8個實驗。

(3) 實踐層次3:編程與修改。建議設置進程與線程、內存管理、文件與文件系統、Shell、Linux內核剪裁與編譯、操作系統內核狀態的讀寫、系統調用、中斷與下半部處理、內核模塊設計、簡單設備驅動等10個實驗。

(4) 實踐層次4:設計與實現。建議設置進程調度、進程同步、內核同步機制、虛擬內存、文件系統、USB設備驅動程序、可擴展操作系統、操作系統虛擬化、微內核和安全操作系統等10個實驗。

5一些聯想

初次接觸“教學實施方案”這本書,我就深深地為其完整、深刻和周到的設計而折服,進而想到:

(1) 在這個“教學實施方案”的形成過程中,計算機教指委、許多知名院校和高教出版社等組織不少領域的資深教學專家做了大量的工作。在實際教學過程中,確實存在著專業教師“腳踩西瓜皮,滑到哪里算那里”的問題。如何讓更多的專業教師共享這樣重要的教學指導意見,進而推動專業核心課程的教學,最終受益于廣大的專業學生,值得我們思考,值得學校領導費心關注。

(2) “教學實施方案”不僅是專業核心課程開展教學和教學改革的重要指導文件,也是資深教師編寫好的專業課程教材的重要依據,在新的核心課程教材建設中,教材編寫者應該首先積極領會這個文件的主要內涵。

(3) “教學實施方案”是本科計算機教指委組織完成的重要項目,正所謂“鐵路警察,各管一段”。事實上,高等專科學校和高等職業技術院校相關專業的教學也普遍存在著這樣的需求。一方面,也應該積極建設這樣的指導性文件;另一方面,為高專高職相關專業開發新教材的作者以及出版社編輯,也可以積極參考和發展《教學實施方案》,探索專業教學和教材建設的新思路。

參考文獻:

[1] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會. 高等學校計算機科學與技術專業核心課程教學實施方案[R]. 北京:高等教育出版社,2009.

[2] 周蘇. 教材建設的基礎是教學改革[J]. 計算機教育,2007(11):67-70.