王移芝 裘正定 陳連坤 周洪利
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用廣泛、與多學(xué)科交叉和融合,對(duì)21世紀(jì)大學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn),強(qiáng)化計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)已成為各高校的共識(shí),而為了加強(qiáng)和提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力,重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的搭建。國家“教育振興行動(dòng)計(jì)劃和質(zhì)量工程”的實(shí)施為教育教學(xué)改革指明了方向,為全面提高高等教育教學(xué)質(zhì)量提供了根本保障。
1引言
計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)基地作為面向全校的公共基礎(chǔ)教學(xué)單位,承擔(dān)著學(xué)校各專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)與實(shí)踐,這些基礎(chǔ)課程將為各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算機(jī)打下良好的基礎(chǔ),在本科人才培養(yǎng)中具有極其重要的地位。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的驗(yàn)證、補(bǔ)充與延伸,更是實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)的重要途徑。以往的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本是依據(jù)理論課程進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐,最大的弊端是實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)少、受理論課程的限制,學(xué)生的計(jì)算機(jī)動(dòng)手能力不能得到充分的發(fā)揮。再加上理論教學(xué)隊(duì)伍與實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員相互分離,無人進(jìn)行統(tǒng)一的組織管理,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到嚴(yán)重影響。因此,加強(qiáng)高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。
幾年來,依托各級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目,我們?cè)趯?duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)和人才培養(yǎng)模式等方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐,設(shè)定了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)整體解決方案。積極探索教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的雙主教學(xué)模式,堅(jiān)持厚基礎(chǔ)、重個(gè)性、強(qiáng)能力、求創(chuàng)新的教育理念,采用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)層次化、教學(xué)模式多元化、學(xué)習(xí)資源立體化的架構(gòu),建設(shè)與理論課程既相對(duì)獨(dú)立、又相互依從的三層實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系;搭建綜合性、多樣化的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和開放結(jié)構(gòu)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。經(jīng)過多年建設(shè)取得可喜的成果,主持三門國家精品課程和兩門北京市精品課程,2006年評(píng)為北京市計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2008年被評(píng)為校級(jí)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)。
2構(gòu)建基于三層結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系
為保證系列課程的科學(xué)性和先進(jìn)性,將教學(xué)改革的重心落在提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)基本素質(zhì)和實(shí)踐能力,以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力上。我們從知識(shí)、能力、素質(zhì)要求出發(fā),按照重基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐,突出綜合應(yīng)用能力的原則,構(gòu)建了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育三層結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程體系。
新構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)課程體系完全打破了原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論課程的模式,與理論教學(xué)既相對(duì)獨(dú)立、又相互聯(lián)系。特點(diǎn)是改變單一知識(shí)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)?zāi)J?,?qiáng)調(diào)基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ)、綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線,整體優(yōu)化設(shè)計(jì),拓寬知識(shí)面,培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的實(shí)踐模式,以全面提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能、工程素質(zhì)和創(chuàng)新實(shí)踐能力,增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力,如圖1所示。
其中,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層主要是基本技能的掌握和學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng),采用分級(jí)教學(xué),主要解決學(xué)生基礎(chǔ)差異和學(xué)習(xí)興趣等問題,不與實(shí)際教學(xué)課程掛鉤,全部為實(shí)驗(yàn)選修課,其實(shí)驗(yàn)方法和要求有一定的區(qū)別,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、選修實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)。首先,對(duì)于基礎(chǔ)好的同學(xué)主要根據(jù)自己的興趣選擇學(xué)習(xí)的內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)題目,學(xué)習(xí)的方法主要以自學(xué)為主,提供學(xué)習(xí)支持,給予獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)分;第二是針對(duì)基礎(chǔ)較差的學(xué)生,由輔導(dǎo)教師提供學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),主要是提高計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用水平,為課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ),不記學(xué)分;第三是針對(duì)大部分學(xué)生的需求,有針對(duì)性的進(jìn)行教學(xué),學(xué)習(xí)方法以案例教學(xué)和大作業(yè)的方式,提供學(xué)習(xí)支持和實(shí)驗(yàn)平臺(tái),記學(xué)分。
綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)層,主要是針對(duì)課程學(xué)習(xí)的綜合實(shí)驗(yàn),即基本技術(shù)的掌握,為各專業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)打下良好的基礎(chǔ)。通常,在課程學(xué)習(xí)過程中基本上都是結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的一個(gè)個(gè)小的實(shí)驗(yàn),課程結(jié)束后學(xué)生對(duì)本課程并沒有形成一個(gè)整體,尤其是即便學(xué)會(huì)了這門課程,但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻無從下手。針對(duì)這種情況,在綜合應(yīng)用層結(jié)合所學(xué)課程,設(shè)計(jì)一系列應(yīng)用題目讓學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)際動(dòng)手,尤其是結(jié)合具體應(yīng)用問題進(jìn)行,掌握課程設(shè)計(jì)能力。學(xué)習(xí)方法是以自我設(shè)計(jì)與解決的方式,提供學(xué)習(xí)支持,記學(xué)分。
創(chuàng)新與研究實(shí)驗(yàn)層,主要是針對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)好的和感興趣的學(xué)生而設(shè)置的,不與實(shí)際課程掛鉤,給予獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)分。其目的是提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力,培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和研究學(xué)習(xí)能力,充分體現(xiàn)個(gè)性化培養(yǎng)與因材施教。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要來自教師的課題或者由學(xué)生自擬課題,也可以結(jié)合各種競(jìng)賽。學(xué)習(xí)方法是以自我設(shè)計(jì)與解決的方式,提供學(xué)習(xí)支持和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
3建設(shè)一支理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合的隊(duì)伍
為全面提高基礎(chǔ)教學(xué)師資隊(duì)伍,實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合,將專職于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的教師與實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員進(jìn)行整合,成立了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)基地。主要做法:一是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)崗位轉(zhuǎn)型,變公共機(jī)房為實(shí)驗(yàn)室,由一線教師與實(shí)驗(yàn)人員共同搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍整體水平及管理能力,形成學(xué)科建設(shè)與高素質(zhì)人才培養(yǎng)的互動(dòng),滿足構(gòu)建新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)模式和師資隊(duì)伍整體素質(zhì)提高的教學(xué)管理運(yùn)行平臺(tái)。二是由專業(yè)教師與基礎(chǔ)教師共同承擔(dān)大面積的基礎(chǔ)課程,這些專業(yè)教師基本上都是博士畢業(yè)生,其學(xué)歷高、學(xué)識(shí)廣,又具有工作熱情,他們的參與給基礎(chǔ)教學(xué)帶來生機(jī)和活力,基礎(chǔ)與專業(yè)教師的結(jié)合、老教師與新教師結(jié)合,其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),起到了很好的促進(jìn)作用。三是聘請(qǐng)資深教授直接參與到精品課程建設(shè)中來,進(jìn)行課程教學(xué)、教學(xué)研究和學(xué)術(shù)交流,這些老教授參與學(xué)生面對(duì)面交流,深受學(xué)生歡迎,對(duì)基礎(chǔ)教學(xué)起到了很好的引領(lǐng)作用。
幾年來,培養(yǎng)和鍛煉了一支學(xué)術(shù)水平較高、教學(xué)思想活躍、積極從事科研與教學(xué)、勇于創(chuàng)新、樂于奉獻(xiàn)的基礎(chǔ)教學(xué)隊(duì)伍。其中,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)團(tuán)隊(duì)獲2008年校級(jí)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì),1名教師獲北京市教學(xué)名師獎(jiǎng),2名教師獲北京市優(yōu)秀教師,7名教師評(píng)為校級(jí)優(yōu)秀主講教師。
4搭建支持大面積基礎(chǔ)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)
根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)展與人才培養(yǎng)教學(xué)的需要,充分利用和整合現(xiàn)有資源,以培養(yǎng)具有分析、解決問題能力的高素質(zhì)人才為目標(biāo),建設(shè)了面向全校各專業(yè)的、以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為平臺(tái)特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,該實(shí)驗(yàn)中心于2006年評(píng)為北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。
第一,建設(shè)面向全校各個(gè)專業(yè)的公共基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。主要目的一是滿足計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的需求;二是為學(xué)校其他院系相關(guān)課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)提供實(shí)踐平臺(tái),如外語實(shí)踐教學(xué)、建筑設(shè)計(jì);三是滿足學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)需求,為全校各個(gè)專業(yè)的學(xué)生提供充足的基礎(chǔ)技能訓(xùn)練實(shí)踐環(huán)境和創(chuàng)新研究平臺(tái),如ACM競(jìng)賽、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、外語實(shí)踐實(shí)訓(xùn)、計(jì)算機(jī)等級(jí)考試等。形成可持續(xù)發(fā)展的良好運(yùn)行機(jī)制,全面提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。
第二,創(chuàng)建了開放結(jié)構(gòu)的多功能硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)主要包括三部分功能:一是硬件基礎(chǔ)展示實(shí)驗(yàn)區(qū),通過按類別分層次展示歷代計(jì)算機(jī)的硬件典型設(shè)備,揭開計(jì)算機(jī)內(nèi)部世界,打破了學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的神秘感;二是為硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)提供必要的硬件環(huán)境,支持大面積基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn),開設(shè)了從基礎(chǔ)到高級(jí)多種實(shí)驗(yàn),例如微機(jī)組裝實(shí)驗(yàn)(全部免費(fèi)開放)、計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)等;三是自主研發(fā)了一批實(shí)驗(yàn)設(shè)備支持多種高級(jí)實(shí)驗(yàn),為高層次硬件課程提供了良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,如單片機(jī)原理與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)高級(jí)接口技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。
第三,構(gòu)建創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。該平臺(tái)主要是為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)較好、并對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)感興趣的學(xué)生提供創(chuàng)新型實(shí)踐的軟硬件環(huán)境。其特點(diǎn)是由學(xué)生管理實(shí)驗(yàn)室和自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目,為他們提供技術(shù)支持和指導(dǎo)教師,從而為學(xué)生營造一種學(xué)習(xí)研究的氛圍,激發(fā)思維的想象力和創(chuàng)造力。
5研制豐富的立體化教學(xué)資源
為支持集“課堂教學(xué)+網(wǎng)絡(luò)教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為一體的多元化教學(xué)模式和三層結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程體系,研制了豐富的立體化教學(xué)資源。尤其是結(jié)合遠(yuǎn)程精品課程建設(shè),實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、各取所長、共建共享,對(duì)校內(nèi)外教學(xué)起到了很好的互補(bǔ)作用。已開發(fā)的主要資源有:三門國家精品課程課程教學(xué)網(wǎng)站,即“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”、“C語言程序設(shè)計(jì)”;北京市精品課程“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”。各網(wǎng)站中集合了課程建設(shè)的一體化資源,例如課程大綱、授課教案、網(wǎng)絡(luò)課件、實(shí)驗(yàn)案例等多種媒體素材。還研制了通用的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)、在線測(cè)試系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)數(shù)字媒體資源應(yīng)用系統(tǒng)等5個(gè)獨(dú)立的輔助教學(xué)軟件。
6實(shí)踐教學(xué)效果
項(xiàng)目研究成果已經(jīng)應(yīng)用于2006級(jí)~2008級(jí)本科教學(xué)中,通過實(shí)踐主要取得如下突破:
首先,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)能力。結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)突出了對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng),加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程的管理,注重學(xué)習(xí)過程的考核,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
第二,加強(qiáng)了學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)踐動(dòng)手能力。自成立教學(xué)基地以來,充分利用淘汰的計(jì)算機(jī)為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)用機(jī)、基礎(chǔ)性訓(xùn)練和技能培訓(xùn),累計(jì)達(dá)30萬余機(jī)時(shí)。利用整機(jī)開放的硬件基礎(chǔ)平臺(tái),提高了實(shí)驗(yàn)的直觀效果,吸引更多學(xué)生利用課余時(shí)間投身實(shí)驗(yàn)。三年來共接待學(xué)生自由學(xué)習(xí)、參觀和微機(jī)組裝實(shí)驗(yàn)達(dá)15000多人次。
第三,擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)的使用效率。該平臺(tái)除了滿足校內(nèi)本科計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn),還為全校公共基礎(chǔ)課程和高層次競(jìng)賽提供實(shí)踐平臺(tái),例如:英語教學(xué)實(shí)踐、ACM大賽、數(shù)學(xué)建模大賽、計(jì)算機(jī)等級(jí)考試以及學(xué)生社團(tuán)組織的活動(dòng)。
第四,滿足了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)的需要。為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)提供良好的工作平臺(tái),所開出的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,根據(jù)課程性質(zhì)不同分別開設(shè)基礎(chǔ)型、驗(yàn)證型、綜合型和設(shè)計(jì)型,以滿足不同層次實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程的需要。多層次實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課的開出使得近2萬學(xué)生受益。
第五,開展了成果交流與推廣。注重加強(qiáng)對(duì)外交流,廣泛深入地開展教學(xué)研究活動(dòng),多次應(yīng)邀在各種會(huì)議上做有關(guān)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革的報(bào)告,先后向300多所高校、600多名教師介紹了我校的建設(shè)成果和經(jīng)驗(yàn);同時(shí)多次應(yīng)邀到中國人民大學(xué)、北京化工大學(xué)等多所院校進(jìn)行教學(xué)改革交流,也多次組織教師到西安交通大學(xué)、北京師范大學(xué)等院校參觀學(xué)習(xí),不斷進(jìn)取。
7結(jié)束語
綜上所述,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)基地經(jīng)過3年多的建設(shè),全面支撐了全校本科各專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)任務(wù),以及科技創(chuàng)新、競(jìng)賽、基礎(chǔ)技能訓(xùn)練等方面的要求,取得了很好的效果。主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:一是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程體系建設(shè)符合計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)認(rèn)知規(guī)律和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),既重視基礎(chǔ),又注重應(yīng)用提高和創(chuàng)新。二是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)型、實(shí)驗(yàn)室功能結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行模式的調(diào)整,實(shí)驗(yàn)室資源利用率提高了,實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍整體素質(zhì)也得到了提高,實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理更加科學(xué)規(guī)范化。學(xué)生整體實(shí)踐能力明顯提高,已有近2萬名學(xué)生在硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上學(xué)習(xí)、7000多學(xué)生進(jìn)行了微機(jī)組裝實(shí)驗(yàn),開放實(shí)驗(yàn)室從2006年假期至今免費(fèi)為學(xué)生提供30萬余學(xué)習(xí)用機(jī)。三是實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)規(guī)模和模式密切結(jié)合課程和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,使實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)有明確的目的和方向,并不斷更新提高與完善。進(jìn)一步教學(xué)改革成果重點(diǎn)解決了三個(gè)問題:一是計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新相對(duì)滯后的問題;二是授課對(duì)象人數(shù)多、專業(yè)面寬且計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)水平差異大的問題;三是個(gè)性化培養(yǎng)、因材施教,提高計(jì)算機(jī)實(shí)踐動(dòng)手能力問題。
我校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)基地的建設(shè)與管理運(yùn)行模式是一種嘗試,更是一種機(jī)遇。自2006年成立以來先后有清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等近百所院校來校參觀學(xué)習(xí)與交流,還接待了美國新澤西大學(xué)Dr. Dorothy Deremer教授來訪參觀,得到了國內(nèi)同行的認(rèn)可和高度評(píng)價(jià)。專家認(rèn)為基地的硬件平臺(tái)建設(shè)創(chuàng)意獨(dú)特,對(duì)推進(jìn)全國高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育起到了很好的示范輻射作用。
我們將進(jìn)一步深化改革,不斷進(jìn)取,為建設(shè)高水平計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐基地再創(chuàng)新篇。