基于能力導向的高等農業院校計算機專業實訓教學

　　摘要：針對計算機實踐教學培養方式中存在的以知識為導向且能力分散式的教學問題，在分析三大實訓八小綜合的實踐教學方式的基礎上，本文提出以能力為導向且知識集成式的實踐教學觀點。結合我校計算機科學與技術專業實踐教學實際，在計算機專業實訓系列課程建設方面取得了能力、知識、素養三元素相結合的實踐教學效果。
　　關鍵詞：能力導向；三大實訓；實踐教學；農業特色
　　
　　1　研究背景
　　
　　實訓教學是高等農業院校實現人才培養目標的重要實踐教學環節，對大學生的創新精神、實踐能力和綜合素養培養有十分重要的意義。高等農業院校計算機專業人才培養與市場需求還有較大的差距，造成該現狀的根本原因是高等農業院校計算機專業的實踐教學體系存在深層次的問題，主要表現在以下幾個方面：
　　1)實踐教學仍過分依附于理論教學，實踐教學在人才培養中的重要性還未得到充分體現。
　　2)實踐教學仍局限于理論知識的驗證，綜合性、設計性的科學體系結構還未構建。
　　3)實踐教學仍采用傳統的教學理念，以能力為導向的實踐教學模式還未全面落實。
　　4)實踐教學內容陳舊，與我校農業特色結合力度不足，學生對農業應用的積極性不高。
　　隨著計算機技術與其他農業優勢學科的進一步交叉融合，作為高等農業院校的計算機專業的辦學人員，針對以上現狀，如何著力于學生就業和考研兩大出口方向，側重以能力為導向且知識集成式的實踐教學培養方式，注重學生綜合創新應用與項目開發的實踐動手能力的培養，結合市場需求導向，以農業信息化為契機，培養具有鮮明行業特色、基礎扎實、實踐創新能力強、綜合素質高的滿足社會多樣性需要的專業人才，是一項非常重要且必要的教學研究工作。
　　
　　2　構建高等農業院校計算機專業實踐教學體系
　　
　　我們緊跟國家信息化建設步伐，依據學校人才培養的總體目標，將計算機人才培養目標定位于“以學生為中心，培養學生計算機項目開發應用能力、求新求異的創新思維、嚴謹務實的科學態度、團隊合作的人文精神”。以培養學生的計算機應用能力、創新能力為核心，以社會需求為導向，以農業信息化發展為契機，我們提出構建“以分層次能力培養為目標、以相互依托的五大實踐教學平臺為載體、具備農業特色”的實踐教學體系，階梯式體系圖如圖1所示，框架立體式體系圖如圖2所示，其中最核心的內容是第三層次專業應用實訓教學平臺的設計。
　　
　　
　　2.1　學科基礎實踐教學平臺
　　此平臺注重學生程序設計能力的培養，主要涉及C／C++／VC等C語言系列課程和Java程序設計課程。這兩種語言技能是目前社會需求最大的，并且是其他課程最重要的能力基石。但目前學生的實踐動手能力普遍偏弱，語言基礎掌握不牢，課程設計不合理，專業課程設置密集，致使學生無法集中時間提高自己的程序設計能力，從而又影響了對其他專業課程的學習，形成教學的惡性循環。故本層次研究的核心內容是理順課程之間的關系，調整課程設置，并在實踐教學內容的設置上注重學生程序編程能力的培養，加強學生設計能力的培養。
　　
　　2.2　專業基礎實踐教學平臺
　　此平臺主要注重學生專業基本技能的培養。在以前的人才培養方案中，專業課程實驗學時普遍偏少，一般為8～16學時(2～4次課)。很多課程沒有實驗，因此較少的實驗學時與綜合性、創新性能力人才的培養要求形成了較大矛盾，以致教師為了開設綜合性、設計性的實驗項目，而減少了對本課程基本知識點的訓練，造成學生的專業基本技能欠缺。為了很好地解決這一矛盾，同時結合新一輪人才培養修訂方案中學時壓縮的大背景，本文將課程實驗項目定位為理論驗證性實驗，目的是加強學生對本課程理論知識的理解，提高學生的專業基本技能，而將綜合、設計、創新性能力的培養置于專業應用實踐教學平臺及專業創新實踐教學平臺。
　　雖然課程設計可以提高學生的綜合性、設計性能力，但現實情況是學生的時間和上機時間受限。因為課程設計一般安排在本學期所有課程結束之后，學生面臨期末考試壓力，故無法認真做好課程設計，使課程設計既占用了大量學時，又沒有取得應有的效果。本文提出取消課程設計，將綜合性、設計性、創新性能力的培養置于專業應用實踐教學平臺及專業創新實踐教學平臺。
　　本層次平臺研究的核心內容是重新審視目前的課程實驗，設置重點突出的驗證性實驗項目；研究如何將目前的綜合性、設計性實驗項目融入專業應用實踐教學平臺及專業創新實踐教學平臺中。
　　
　　2.3　專業應用實踐教學平臺
　　此平臺主要注重學生綜合性、設計性能力的培養，是實踐教學體系構建中的最核心之處。長期以來，專業實驗教學存在各自孤立的情況，因此實驗項目在橫向上跨度不大，造成學生綜合運用知識解決問題的能力較弱，不能將所學知識融會貫通，不利于提高綜合性、設計性能力。如何結合學校的優勢學科，開設具有農業特色的實驗項目，在學生能力培養上更具特色，在學生就業上更具優勢，是該層次平臺需要解決的實際問題。
　　經過長期摸索，為加強相關知識的橫向聯系，強化課程間的銜接和知識連貫性，增強學生對所學知識的綜合應用能力，我們依據二級學科，將專業課程分為三個專業課程群，即軟件與理論課程群、系統結構課程群、計算機應用課程群，并設立相應的課程組。
　　設置課程組的一個重要目標是構建跨課程的大實驗平臺。依據上述分類，我們建設了軟件與理論、系統結構及計算機應用三大實訓平臺，每一平臺下設計若干個跨課程的綜合性、設計性實踐項目，這些項目的訓練可以很好地實現對學生綜合性、設計性及創新性能力的培養。同時，為了使培養的人才更具特色，我們將農業相關學科的知識融入實踐項目中，開設具備農業特色的綜合性實踐項目。
　　以計算機分子生物學為例。如設計一個多序列比對的實驗項目，讓學生從學習蛋白質或核酸的表達等生物學知識開始，將序列信息存儲在數據庫中，從數據庫中讀取數據，應用數據結構中的串或圖進行表示，通過數據挖掘中的聚類算法進行比對。如果運算工作量很大，可設計并行計算程序，將多臺計算機組成集群，進行并行計算。這樣，通過該項目的學習，學生可以將生物學、數據庫、數據結構、數據挖掘、計算機網絡、并行計算、程序設計等多門課程融合到一起，很好地提高了綜合性、設計性能力，還同時學習了生物學相關知識，拓寬了就業渠道。三大實訓平臺農業特色實踐項目表1所示。
　　
　　除了實踐項目內容制定外，該平臺在建設中解決了如下問題。
　　1)解決了課程之間知識點不銜接、開課順序不連貫的問題。
　　2)解決了必修與選修實驗項目設定及考核機制不完善問題。
　　3)解決了課程從單一授課向多元化授課的過渡問題。
　　4)解決了與農業應用交叉結合的課程設置問題。
　　本層次平臺研究的核心內容包括如何設計具有農業特色的大實驗平臺、如何做好理論教學體系的調整、如何組織與管理。該環節直接決定了整個實踐教學體系實施的成敗。
　　
　　2.4　專業創新實踐教學平臺
　　此平臺主要注重學生創新能力的培養，依托多級創新項目(如SRF、挑戰杯、華中農業大學大學生創新性實驗教學項目)、競賽項目(ACM、嵌入式系統、學校組織的競賽項目)；依托上述三大實訓平臺，引導學生進行創新性研究，加大對創新實驗室的建設，讓更多的學生自主選題，進入創新實驗室，作相關的實訓研究。
　　本層次平臺研究的核心內容包括如何更有效地組織與管理創新性實驗活動、創新實驗室的建設與管理以及教師的實訓指導等。
　　
　　2.5　工程應用實踐教學平臺
　　此平臺主要注重學生工程應用能力的培養，依托畢業實習和畢業論文設計。畢業實習和畢業設計的定位是為學生架設學校與社會的橋梁，使學生能夠接受商業化軟、硬件系統開發模式的訓練。除了依托校外實習基地及第三層次的大實驗平臺，各校還應大力建設校內實習基地，加大教師培養力度，讓教師進入公司，接受商業化系統開發模式的鍛煉。
　　本層次平臺研究的核心內容包括密切跟蹤社會的需求變化，及時調整其他層次的教學內容；對教師進行商業化系統開發模式的培訓，并在校內實習基地開發出相應的實訓項目：嚴格進行畢業論文的過程監控與管理。
　　
　　3　建設三大實訓平臺課程群
　　
　　三大實訓平臺課程群建設主要研究如何開展綜合性、設計性、創新性、應用性項目開發式教學。三大實訓分別是軟件與理論實訓、系統結構實訓和計算機應用實訓。
　　
　　3.1　軟件與理論實訓
　　軟件與理論實訓即實訓一，是軟件與理論綜合設計與實踐，注重軟件理論綜合設計性研究，該實訓平臺課程群含有六門專業核心課程，設計兩個大綜合實踐模塊，內容如下：
　　1)綜合實踐一：C／C++語言程序設計+數據結構+算法分析與設計實踐課程綜合。主要以ACM設計與開發為能力導向，設計一個結構與算法復雜的大型農業應用計算機程序。
　　2)綜合實踐二：軟件工程+操作系統+編譯原理實踐課程綜合。主要以系統內層研究與開發為能力導向，設計一個農業應用軟件系統或操作系統或編譯器。
　　實訓一平臺課程群是計算機工程和信息技術兩個方向的必修課程，由軟件與理論教學團隊負責其教學實施和運行管理。
　　
　　3.2　系統結構實訓
　　系統結構實訓即實訓二，是計算機工程綜合設計與實踐，注重系統工程綜合設計性研究，該實訓平臺課程群含六門計算機工程方向專業核心課程，設計三個大綜合實踐模塊，內容如下：
　　1)綜合實踐三：計算機組成原理+EDA技術實踐課程綜合。主要以EDA技術與設計為能力導向，設計一個基于EDA驗證的簡單的SOC式農業應用CPU。
　　2)綜合實踐四：嵌入式系統+Linux編程與應用實踐課程綜合。主要以嵌入式設計與應用為能力導向，設計一個基于Linux環境下的嵌入式農業應用系統。
　　3)綜合實踐五：微機原理與接口技術+數字邏輯實踐課程綜合。主要以微機控制與采集為能力導向，設計一個微機環境下的農業數據采集系統。
　　實訓二平臺課程群是計算機工程方向的必修課程，由系統結構教學團隊負責其教學實施和運行管理。
　　
　　3.3　計算機應用實訓
　　計算機應用實訓即實訓三，是計算機應用技術綜合設計與實踐，注重信息技術創新應用性研究。該實訓平臺課程群含六門信息技術方向專業核心課程，設計三個大綜合實踐模塊，內容如下：
　　1)綜合實踐六：Java程序設計+數據庫原理實踐課程綜合。主要以數據庫編程與應用為能力導向，設計一個大型的信息平臺應用系統。
　　2)綜合實踐七：計算機網絡+信息安全與保障實踐課程綜合。主要以網絡編程與應用為能力導向，設計一個信息網絡安全系統平臺。
　　3)綜合實踐八：數字圖像處理+DSP原理與應用實踐課程綜合。主要以圖像處理技術為能力導向，設計一個基于DSP平臺下的農業圖像識別系統。
　　實訓三平臺課程群是信息技術方向的必修課程，由計算機應用教學團隊負責其教學實施和運行管理。
　　
　　3.4　課程群總結
　　上述三個實訓平臺課程群建設可歸納為三大實訓八小綜合實訓教學模式，如表2所示。
　　
　　
　　4　結論
　　
　　4.1　教學目標
　　本研究達到了九大教學目標，具體內容是：
　　1)實現項目驅動教學目標，實現能力導向教學方式，實現層次教學方法。
　　2)實現與優勢學科交叉融合，實現與農業特色專業應用結合，使計算機專業實踐教學具有研究創新性，突出計算機教學的農業特色性。
　　3)加強教學過程考核方式，采用論文撰寫教學手段，實現學生答辯與紙制考試相結合的成績評定方式。
　　4)使學生學習后具有較強的綜合解決問題的能力及實際動手創新應用能力。
　　5)實現從以知識點為導向向以能力點為導向的理論教學方式的轉變。
　　6)實現從單純驗證性實驗向綜合設計性項目的實踐教學方式的轉變。
　　7)實現從單獨零散式教學方法向集成綜合式教學方法的轉變。
　　8)實現教學實驗資源的最大利用化。
　　9)實現教師知識與能力的最大融合化。
　　
　　4.2　良好作用
　　我校研究構建的“以分層次能力培養為目標、以相互依托的五大實踐教學平臺為載體、具備農業特色”的實踐教學體系，對促進教學工作、提高教學質量起到了很好的作用。具體作用體現在：
　　1)通過對計算機專業學生的“分層次能力培養”，使學生的程序設計能力，專業基本技能，綜合性、設計性、創新性能力和農業工程應用能力得到培養和提高。
　　2)實踐教學體系的建立，有利于形成理論教學和實踐教學兩個體系互相補充、同步快速發展的良性循環。
　　3)實踐教學課程體系的建立和完善，有利于以整體知識觀為基礎，打破課程壁壘，改變各門課程單兵作戰的狀況，促進理論與實踐、知識與能力的貫通，促進課程群的建設。
　　4)分層次能力的五大實踐教學平臺建設，有利于農業院校計算機專業與其他優勢學科進一步融合，更好地培養具有鮮明行業特色的專業人才。
　　
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