基于工程開發(fā)的教學活動的系統(tǒng)化探索

劉燕麗 余艷

摘要：近幾年，信息與計算科學專業(yè)的人才培養(yǎng)反映出與社會快速發(fā)展需求不相適應的問題，如學生實踐技能不能滿足崗位需求、學生缺乏工程開發(fā)經(jīng)歷、未熟練掌握工程開發(fā)模式等等。以就業(yè)調查數(shù)據(jù)和教學反饋信息為基礎，從優(yōu)化專業(yè)課程設置、系統(tǒng)化教學活動和強化專業(yè)實驗三個方面對信息與計算科學計算機課程進行全面調整，以達到提高學生專業(yè)知識系統(tǒng)化能力、實踐技能和熟悉工程開發(fā)模式的目的。

關鍵詞：學科建設；信息與計算科學；課程設置；教學實踐

作者簡介：劉燕麗（1980-），女，河南西平人，武漢科技大學信息與計算科學系，講師；余艷（1980-），女，湖北襄樊人，武漢科技大學信息與計算科學系，講師。（湖北 武漢 430081）

基金項目：本文系武漢科技大學校級教研項目“信息與計算科學專業(yè)實驗教學案例開發(fā)”（項目編號：2013X065）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0075-02

在信息技術越來越廣泛地影響工業(yè)生產(chǎn)與人們社會生活的發(fā)展趨勢下，培養(yǎng)數(shù)學學科與信息學科交叉的人才是一項迫切的任務。信息與計算科學專業(yè)自1998年在國內十幾所高校設立至今，歷經(jīng)近十五年的發(fā)展，全國已有超過500所院校開設信息與計算科學專業(yè)。[1，2]該專業(yè)設立最初旨在培養(yǎng)具有計算機科學通用知識，嚴謹?shù)臄?shù)學思維和熟練的計算技能的工科人才，為教育、企業(yè)、科研等崗位輸出優(yōu)秀的具有信息處理能力的學生。

武漢科技大學信息與計算科學專業(yè)前三年的畢業(yè)生統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，研究生考取比例約為17.3%，從事中小型軟件開發(fā)企業(yè)、計算機硬件生產(chǎn)企業(yè)、企業(yè)的信息化管理的比例約為54.7%，從事金融行業(yè)和中小學教育的比例約為7%，選擇自主創(chuàng)業(yè)、考取公務員的占3%。以上數(shù)據(jù)說明了該專業(yè)學生就業(yè)仍以計算機應用、數(shù)值計算、信息處理以及考研作為就業(yè)方向。面對專業(yè)就業(yè)率和職業(yè)技術崗位占有率偏低的嚴峻形勢，武漢科技大學信息與計算科學計算機教學團隊從優(yōu)化專業(yè)課程設置、系統(tǒng)化教學活動和強化專業(yè)實驗三個方面對培養(yǎng)方案進行討論、論證，并連續(xù)對2012、2013級培養(yǎng)方案進行修改，以達到集中學科優(yōu)勢，提高學生專業(yè)水平的目標。

一、優(yōu)化專業(yè)課程設置

作為大學教育，學科不能有單一的價值取向，即單純以即時的社會需求為目標，忽略了大學學科建設的長期性和連續(xù)性。[2，3]在專業(yè)建設上要遵循整體優(yōu)化原則，立足教育教學的全過程，科學處理通識和專業(yè)教育的關系。遵循厚基礎，寬口徑的原則，設置的專業(yè)課應能適應社會對工程人員的要求，尤其是中小企業(yè)對受雇人員的技能要求，這就需要做整體化和專向化統(tǒng)一的協(xié)調。信息與計算科學專業(yè)包括數(shù)學專業(yè)、計算機專業(yè)以及信息專業(yè)的部分專業(yè)課程，這些被選擇的課程應既具有通用性，又具有專向性，更為重要的是要體現(xiàn)當下社會發(fā)展的技術主流。基礎課程和專業(yè)課程之間亦應緊密聯(lián)系，體現(xiàn)兩者相互輔助、互為發(fā)展的特點。參考武漢科技大學信息與計算科學專業(yè)前三年就業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2012年確定了以信息處理為核心，延伸三個培養(yǎng)方向來優(yōu)化專業(yè)課程設置，以此加強專業(yè)課程的凝聚力，體現(xiàn)學科優(yōu)勢。三個培養(yǎng)方向分別是：具有深厚數(shù)學、計算機科學理論基礎的研究型畢業(yè)生，熟練掌握工程開發(fā)技術的技術型畢業(yè)生，具有數(shù)學建模能力的經(jīng)濟類應用型畢業(yè)生。下面將從整體化與專向化的統(tǒng)一具體闡述優(yōu)化專業(yè)課程的措施。

要做到整體化和專向化統(tǒng)一是需要多方面努力的。首先，專業(yè)基礎課程與專業(yè)課程應協(xié)調統(tǒng)一。課程設置既不能將不同學科的課程面面俱到，也不能將課程簡單的雜糅。應該有選擇，有目的地開設一些主干課程，為基礎課的開展打下堅實的基礎。表1、表2是修改后的培養(yǎng)方案開設的基礎課程與專業(yè)課程，修改后的培養(yǎng)方案更重視數(shù)學建模與計算機科學之間的聯(lián)系。其次，專業(yè)課程之間亦要協(xié)調統(tǒng)一，為專業(yè)定位的核心內容服務。立足此出發(fā)點，計算機模塊教學團隊對培養(yǎng)方案提出整合意見，包括：第一，去掉與三個方向關聯(lián)性弱的課程。編譯原理、數(shù)字信號等課程是計算機科學與技術專業(yè)的專業(yè)基礎課程，是理解計算機工作原理、進行編譯器以及通訊接口開發(fā)的預備知識，但是對于信息類專業(yè)來說這些課程有些獨立，關聯(lián)度不大。第二，整合相關課程內容。信息與計算科學專業(yè)以信息處理為中心，對計算機硬件的掌握要求不高，但完全去除計算機硬件方面的課程是不合理的。2013、2014級的培養(yǎng)方案做出調整，合并數(shù)字邏輯與計算機組成原理課程。表1與表2是修改后的培養(yǎng)方案包含的數(shù)學與計算機課程的主干課程。開設時間是本科學習的學期數(shù)。

其中，表1中1～7的課程與計算機軟件開發(fā)直接相關。計算機模塊課程加大了程序語言設計、數(shù)據(jù)結構、算法分析方面的理論課時和實驗課時。C語言程序設計、數(shù)據(jù)庫程序設計的開設能加強學生對章節(jié)知識點的理解和掌握。

二、系統(tǒng)化教學活動

優(yōu)質的教學活動應體現(xiàn)課程設置的初衷，體現(xiàn)專業(yè)的連貫性和一致性，體現(xiàn)專業(yè)就業(yè)的核心與方向性。學生和教師在教學活動中能更加系統(tǒng)化自己的專業(yè)知識是非常重要的。以往教學活動存在以下幾個問題：

1.數(shù)學課程與計算機模塊課程之間的聯(lián)系不足

計算機科學與技術是對信息數(shù)據(jù)進行存儲、處理和輸入/輸出研究的學科。在設計數(shù)據(jù)存儲方式、處理算法等方面需要強大的數(shù)學理論做支撐。對自然界和人類社會問題的建模是利用計算機技術解決問題的第一步，而建立的模型是否合理、高效是能否成功解決問題的先決條件，所以應在教學活動中體現(xiàn)數(shù)學與信息處理的緊密聯(lián)系，如概率論數(shù)理統(tǒng)計與語言處理模型；布爾代數(shù)運算與搜索引擎；圖論和互聯(lián)網(wǎng)下載工具開發(fā)等等。目前由于教學活動中缺乏體現(xiàn)數(shù)學課程與計算機課程之間的講解，大多數(shù)學生只能獨立學習課程以及完成課程考試。

2.計算機模塊課程缺乏完整的綜合性案例

講授內容缺乏課程之間的聯(lián)系會阻礙學生對自己專業(yè)知識的系統(tǒng)化。由于課時有限，教師只能在課堂上三言兩語提示某一個原理在其他課程上也有應用。比如計算機組成原理和匯編語言課程聯(lián)系緊密，匯編語言在介紹各個寄存器功能與使用時，忽略了介紹應用的80X86機器的組成。缺乏這個背景知識，學生只能從程序設計方式去思考，不能有效掌握硬件與軟件之間的聯(lián)系。

3.缺乏對學生學習方法的指導

隨著科學技術的高速發(fā)展，學生需要學習的知識越來越多了。各種技術的層出不窮，也讓學生有些眼花繚亂，無從下手。他們受到社會各種資訊的影響，總是想抓最新的技術，卻挖掘不出它們之間的聯(lián)系。在時間、方法等因素的影響下，很多學生的深入學習不了了之。

解決以上問題的途徑是細化教學活動。2012～2013學年度，計算機模塊課程教學團隊與數(shù)學教學團隊多次展開教學內容的討論，確定課堂案例以幫助學生建立課程之間的聯(lián)系。具體采取的措施有以下幾點：

（1）數(shù)學課程的教師在講授知識點時采用引例或課堂練習的方式給出知識點的應用。比如在線性代數(shù)課程講解矩陣時介紹路徑求解的問題。從出發(fā)點經(jīng)過哪些站點，換乘可以到達目標點，這讓學生對矩陣的應用有所了解。通過教研會，確定了與計算機模塊關系密切的7門課程的課堂案例。這些案例能幫助學生建立知識系統(tǒng)、掌握知識應用的環(huán)境與解決問題的思路。雖然課時有限，不能完整地完成一個案例的建模、實施等一系列過程，但是通過層層遞進式的教學活動，能加深學生的學習體驗，能幫助學生提煉出最基本的原理，真正地提高學生的學習能力，解決問題的能力。

（2）設置綜合性較強的課程設計題目。以往的課程設計教師擬定的題目大部分是針對課程的章節(jié)內容的練習?，F(xiàn)在通過設置綜合性較強的課程設計題目幫助學生建立課程之間的聯(lián)系。如完成任務調度問題，會使用到數(shù)據(jù)結構中的隊列、棧，涉及到算法中的調度策略。同時，改變課程設計的背景，不采用簡單的知識點練習，而采用實際問題作為實驗背景，以ACM或一些小的工業(yè)算例作為課程設計實驗效果測試的算例。

（3）在平時教學活動中穿插講授學習語言的方法。在不同的語言課程中，設置針對性強的實驗。以前在開設的編程語言類課程中存在一種現(xiàn)象：在C、C++、Java等課程中程序練習部分的內容有些重疊。通過討論，細致確定了每個課程應側重的知識點，比如，在C語言中學習基本的算法和結構，在C++課程中學習面向對象的思想，在Java課程中學習工程開發(fā)的方法。在學生最開始學習編程語言的時候，由C語言老師給出編程語言學習的方法和各類語言的側重點。學生明確各個編程語言課程的要求，在學習過程中就可以有的放矢，事半功倍。

三、專業(yè)實踐

教學實踐活動既能激發(fā)學生的學習興趣，檢驗學生的學習效果，又是培養(yǎng)學生實踐能力的重要手段。在明確，細致地確定了數(shù)學類和信息類課程的教學活動后，最關鍵問題是在教學實踐環(huán)節(jié)如何繼續(xù)體現(xiàn)專業(yè)的指導方向，達到培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。武漢科技大學近兩年采用多方位的實踐課程以保證教學實踐環(huán)節(jié)的效果。

1.經(jīng)典案例分析

在課程學習中，教師留有少量課時做一次該課程的經(jīng)典案例分析，從工程的角度介紹技術開發(fā)的步驟和具體實現(xiàn)的技術。經(jīng)典案例分析是解決實踐問題的第一步，其目標是指導學生的開發(fā)思維，使學生初步了解工程開發(fā)的過程，激發(fā)學生濃厚的學習興趣。

2.課程設計導師制

以往的課程設計因為課時短，只由任課老師指導，在一個任課老師指導一個年級的情況下，很多時候課程設計的實踐都流于形式?，F(xiàn)在，采用課程設計導師制，將整個年級學生分成若干組，每個老師帶7～10個學生確保對學生課程設計的指導。分組完成課程設計是非常有益的一個方法，讓學生提前感受團隊開發(fā)的氛圍，協(xié)調自己與他人的工作。在課程設計實踐中鼓勵大家針對問題提出更多的方法，并討論這些方法的有效性，給出理論依據(jù)。分組加導師制的方式能提高課程設計的質量，鍛煉學生的思維。

3.專業(yè)實驗

根據(jù)新培養(yǎng)方案的要求，每個學生必須完成3個創(chuàng)新學分。獲取創(chuàng)新學分的途徑有兩個：參與專業(yè)實踐或參加大學生創(chuàng)新基金項目。專業(yè)實驗是綜合性強的實驗，其內容相當于一個小型的開發(fā)項目。專業(yè)實驗的36個課時中，教師講授占有12個學時，學生實踐過程中開展的討論占24學時。已開展的專業(yè)實驗涉及網(wǎng)站開發(fā)、硬件FPGA的開發(fā)、企業(yè)ERP的開發(fā)、網(wǎng)絡終端服務軟件的開發(fā)、網(wǎng)絡小游戲的開發(fā)、網(wǎng)絡安全的開發(fā)等14主題。學生根據(jù)自己的興趣選做一個專業(yè)實驗，獲取創(chuàng)新學分。實驗的成果包含實現(xiàn)的簡單系統(tǒng)、實驗報告。

4.大學生創(chuàng)新項目的開展

學習能力和實踐能力強的學生可以申請大學生創(chuàng)新項目。當然這部分的實踐只能覆蓋小部分的學生。在老師的指導下學生可以細化已有的項目Demo，也可以嘗試新的項目。

四、結論

面對企業(yè)反映大學生動手能力差、缺乏工程實踐經(jīng)驗問題，信息與計算科學教學團隊從優(yōu)化專業(yè)課程設置、系統(tǒng)化教學活動和強化專業(yè)實驗三個方面對專業(yè)課程進行全面調整。調整后的培養(yǎng)方案更加整體化、系統(tǒng)化、細致化，達到提高學生專業(yè)知識系統(tǒng)化能力、實踐技能和熟悉工程開發(fā)模式的目的。

參考文獻：

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（責任編輯：王意琴）