高年級本科教學中三基性問題初探

　　摘要：針對計算機專業本科高年級課程教學中的問題，結合課程教學實踐，研究如何將基礎性、前沿性和應用性三個基本特性融合在教學中，以滿足學生的階段需求。從必要性、教學理念、內容選擇和教學方法上進行探討，提出解決方法，并結合所承擔的課程教學給出具體的分析結果，列舉可能面臨的問題。通過適應性教學方法，提高本科畢業生的核心競爭力。
　　關鍵詞：教學方法；基礎性；前沿性；應用性
　　
　　所謂三基性，是指本科教育中最為突出的三個基本特性，即基礎性、前沿性和應用性，這三性既相輔相成，又矛盾制約而受爭議。我國本科教育強調基礎性教育，無疑是最重要的教育理念和教育核心，但對工科計算機本科教育而言，由于學科知識具有更新快、變化快、應用面廣和工程性強等特點，前沿性和應用性教育凸現重要性，需求表現在一是許多前沿的理論和知識普及很快，一些過去的研究生教學內容可下降給本科生的課程；二是社會對本科生實用能力和知識寬度的要求越來越高，本科教育必須致力于提高本科生的核心競爭力，因此，如何在高年級，特別是大四學生教學中把基礎性、前沿性和應用性這三性較好地相融合，并在教學中把握好分寸是一個值得探索的問題。
　　1三基性教學問題
　　本科教育的改革，特別是計算機基礎教學改革是近年熱議的話題之一，國內外沒有成熟的樣本，但改革的重要方向之一就是計算機基礎教學的多元化、專業化[1]。目前，本科基礎教育多采用全國統一的思想，有基本一致的大綱、內容、實驗環境和教學手段，有等級考試的驅動和標準，同時，我們也看到，近年來
　　各研究型大學的計算機教學呈現改革趨勢，其主要表現在以下幾方面。
　　1) 更多強調實踐和案例教學，大幅度減少基礎課時，基本動手能力培養重要性增加。
　　2) 基礎教學更多強調應用，呈專業化、多元化趨勢，知識關聯體系網絡日趨復雜化。
　　3) 一些過去研究生的課程內容在本科教育中出現，如分布式并行計算、網絡計算等方面，高端知識普及化、應用化。
　　4) 為適應計算機技術和市場應用的需求，專業課程也越分越細，知識寬度和深度要求越來越高，專業選修課設置越來越多，知識結構發生變化。
　　5) 計算機基礎教育低齡化，從中小學開始就進行計算機的基礎教育。如日本中學生的計算機競賽內容就已經涉及到多CPU并行計算等前沿內容，教育對象的基礎發生很大變化。
　　因此，如何定位和分界計算機初級教育、專職業教育、本科教育和研究生教育是個值得研究的教育理念問題，同時，在各階段教育過程中，如何根據學生的特點和培養目標，把握知識結構、教學方法的平衡分寸至關重要。
　　大學本科高年級學生，特別是大四學生一般會面
　　臨越來越大的壓力，也面臨許多特殊的需求。
　　1) 知識的融會貫通需求。高年級學生一般前期修課密集，到大四時已經修完大多數基礎課程和專業課程，學生面臨考研、就業等迫切需求，課程教學時，根據本課程領域需求回顧前面所學知識，并使其結合應用，做到融會貫通，以便有效提高學生綜合能力。
　　2) 實踐動手能力急速提高的需求。對計算機專業學生而言，無論考研還是就業，都要有比較寬廣的實踐知識和動手能力，而學生動手機會少，缺乏環境與機會是一個普遍問題，大四學生已經進入實習階段，有的即將開始畢業設計工作，因此，迫切需要提高實踐動手能力，課程教育需要配合和引導這方面的需求。
　　3) 新知識學習掌握能力的需求。計算機技術日新月異，學生必須有學習掌握和應用新知識的能力。當前，在許多場合，對新知識的考核都是很重要的內容，能較快掌握并應用新知識，進行創新性工作往往是學生成為高層次人才的重要階梯。
　　高年級學生的不穩定性和上述特殊需求，導致這一階段教學非常艱難，教師需要具有較高的專業素養和教學技巧，否則，學生就會對課程失去興趣。因此，針對高年級學生需求，基礎性教育要融會貫通學生前面所學知識；前沿性教育要擴展學生視野、培養創新性意識并掌握一些熱點技術；而應用性教育要加強學生的動手技能，培養學生分析解決實際問題的能力，但如何把基礎性、前沿性和應用性這三性融合并恰當地體現在教學方法中是一個值得探索的方法問題，其中有許多問題值得探索。
　　基礎性教育無疑是本科教育最重要的教育基礎，大學課程首要任務是為學生打好理論與技術基礎，掌握能力，發展有后勁，但基礎課不是“陳舊課”[2]，它應該反映該課程領域最新的進展和研究成果，根據國家的戰略轉變，近來各大學都把創新性教育放在了重要位置。對工科計算機本科教育而言，學科知識具有更新快、變化快的特點，許多前沿理論和知識普及很快，一些過去的研究生教學內容下降給本科生。如分布式并行計算技術，由于普及與硬件價格的迅速下降，已經從高端技術轉為普及技術，課程體系要跟上技術的發展，在課程內容上就要有前沿性內容，融入理論與技術的最新發展。
　　計算機學科另一重要特色是極強的工程特性，目前，各行業都在廣泛應用計算機技術，社會對本科生的實用能力和知識寬度要求越來越高，不僅要求本科生有較好的基礎知識，還要求學生有較強的、多方面的動手能力。學生求職時，幾乎會涉及所有軟件工具和熱門技術，職業對應用性教育的巨大壓力，常常導致學生重實用輕基礎，而本科教育必須致力于提高本科生的核心競爭力[3]，才能引起學生共鳴。
　　2三基性教學方法初探
　　筆者認為要設計好一門課程并上好一門課程，要具備4個要素。
　　1) 課程理念：即本課程目標、思路等，包括對學生知識和意識的培養。
　　2) 學生需求：任何課程，在一定時間空間內具體面對特定的學生需求。
　　3) 教師素養：教師在課程領域的科研和教學水平。
　　4) 教學方法：圍繞課程理念和課程內容有針對性的教學方法。
　　針對上述高年級本科教學需求，三基性教學理念要將三者加以融合并掌握好彼此之間的教學分寸。具體而言，三基性教育有3個目標。
　　1) 基礎性教育要努力使學生前面知識得到融會貫通；
　　2) 前沿性教育要擴展學生視野、培養創新性意識并掌握一些熱點技術；
　　3) 應用性教育要加強學生的動手技能，培養學生分析解決實際問題的能力。
　　因此，圍繞著教學理念和目標，三基性教學方法的核心表現在3個方面。
　　1) 針對基礎性教學，探索綜合與貫通教學方法；
　　2) 針對前沿性教學，擴展視野與創新意識的培養；
　　3) 針對應用性教學，精心設計實驗，加強案例教學與動手能力培養。
　　解決好上述關鍵問題要做好5個方面工作。
　　1) 選好能融合三性的教學課程，并非每個課程都具有三性的元素；
　　2) 有針對性地設計教學內容；
　　3) 掌握好三性在教學中的分寸，這是需要認真研究把握的；
　　4) 教學方法的基礎性、前沿性和應用性的具體方法體現和手段；
　　5) 對教師素質的要求和教學效果的評估。
　　下面，以筆者近幾年開設的大四本科選修課程“集群與網格計算”為例進行探討。近年來，集群計算模式是網絡計算系統中用途最廣的計算模式之一[4]，已成為應用和商業化的一個熱點技術，成為一個獨立的分支。網格計算模式已經發展為連接和統一各類不同遠程資源的一種基礎結構，集群和網格技術作為一種實用技術已經逐漸標準化、實用化和產品化，國內外各種應用實例和介紹書目也比較豐富，因此，我們有必要及時把相關基礎知識和簡單應用技術介紹給學生。從課程內容上說，該課程設計具有三基性要素。
　　1) 基礎性：課程基本概念和基礎知識涵蓋面寬，基礎性強，包括了操作系統、網絡、分布式并行等方面的知識，可綜合對前面所學知識加以擴展和貫通；
　　
　　2) 應用性：該領域有廣闊的應用背景，包括選機型、安裝、配置、編程、應用等，有一系列的動手鍛煉實踐，非常貼近高端應用；
　　3) 前沿性：由于該領域屬熱點技術，因此，近年來發展較快，有較多的科研項目和技術專題實例，且新思想、新技術層出不窮。
　　因此，課程教學制定了如下的目標。
　　1) 掌握網格與集群計算的基礎；
　　2) 學習構建簡單的網格與集群的技術；
　　3) 提高綜合應用計算機技術的能力；
　　4) 了解當前一些熱點技術及其應用；
　　5) 培養多點思維和前沿意識。
　　在基礎性教學方面，我們要重點介紹該領域的一些基礎知識、基本概念、基本技術和系統構建思想，使學生能理解和應用該領域的一些基本概念，在擴大知識面的同時，我們還要注重啟迪開拓學生的思維和視野，使學生能對網絡計算技術的進展和應用有更深刻的理解，掌握集群與網格計算的基礎知識。例如基礎性教學方面，較詳細地講授了集群與網格的基本概念、歷史演化、體系結構、各種分類及各層的基本原理等方面，給學生一個完整的知識體系。
　　在前沿性方面，我們要以最新的大量科研項目為例，介紹一些典型應用，培養學生綜合運用知識及跟蹤前沿技術的意識。許多教學內容來自于最新的外文資料和論文，深入淺出地向學生介紹該領域的技術歷史、驅動力、發展思想，把各種相關的技術模式加以分析介紹，啟迪學生的思路，培養創新意識。例如，以國內外著名研究項目Con