李華昱， 鄭秋梅， 張 千， 崔學(xué)榮

(中國石油大學(xué)(華東) 計算機與通信工程學(xué)院, 山東 青島 266580)

0 引 言

以貫通融合為核心的培養(yǎng)機制是近年來國內(nèi)外高校實施人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)的一種重要形式。針對人才培養(yǎng)，北京大學(xué)將專業(yè)教育與素質(zhì)教育有機融合，提出了“綜合素質(zhì)、專業(yè)能力、創(chuàng)新精神”三位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。武漢大學(xué)將“學(xué)科建設(shè)與本科教學(xué)融通，通識教育與個性化培養(yǎng)融通，拓寬基礎(chǔ)與強化實踐融通，學(xué)會學(xué)習與學(xué)會做人融通”，構(gòu)建了“大類培養(yǎng)”“專業(yè)培養(yǎng)”“多元培養(yǎng)”三個階段和“專業(yè)學(xué)術(shù)”“交叉復(fù)合”“就業(yè)創(chuàng)業(yè)”三條發(fā)展路徑的“三三制”人才培養(yǎng)體系。電子科技大學(xué)則以“融合”為主線建立了“教與學(xué)高度融合”“課程內(nèi)容貫通融合”“教學(xué)與科研深度融合”“理論與實踐無縫融合”的專業(yè)能力培養(yǎng)體系。針對專業(yè)課程建設(shè)，復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)和南京郵電大學(xué)等將培養(yǎng)計算機專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力為目標，將相互關(guān)聯(lián)的計算機專業(yè)課程有機融合為計算機原理、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機操作系統(tǒng)等課程，從總體上對知識結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，形成具有復(fù)合型、系統(tǒng)性和綜合性的課程體系，并借助大量的實踐課程，進一步提升實踐及創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

針對計算機專業(yè)人才實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)與提升，多所美國大學(xué)如Carnegie Mellon 、UC Berkeley等高校建立了“以系統(tǒng)能力培養(yǎng)”為核心的專業(yè)課程體系，并依托三個“結(jié)合”的教育，即課內(nèi)與課外相結(jié)合，科學(xué)與人文相結(jié)合、教學(xué)與研究相結(jié)合，實施貫通融合的人才培養(yǎng)模式，提升學(xué)生的計算機系統(tǒng)分析、設(shè)計、調(diào)優(yōu)、檢錯能力。印度很多高校采用IS0900l質(zhì)量標準體系控制教學(xué)質(zhì)量，將IT人才的教育和培訓(xùn)作為一個產(chǎn)業(yè)來看待，依據(jù)行業(yè)人才需求，在課程體系構(gòu)建過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)能力，將程序語言、算法設(shè)計、體系結(jié)構(gòu)、編譯原理等基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程進行有機融合，建立扎實的計算機系統(tǒng)概念觀，并且在性能提升、程序移植和健壯性等方面成為高手，從而使其成為一個“高效”程序員產(chǎn)品。

近年來，我國現(xiàn)代高等工程教育改革在教育規(guī)范化、知識系統(tǒng)化等方面取得了很好的效果，學(xué)生知識結(jié)構(gòu)合理性和整體能力都有了較大提升；但目前學(xué)生實踐創(chuàng)新能力不足，與培養(yǎng)目標存在較大差距的現(xiàn)象普遍存在，特別是計算機專業(yè)學(xué)生在程序設(shè)計能力、科技創(chuàng)新能力以及系統(tǒng)能力等方面有待進一步提高。針對這種情況，我校計算機與通信工程學(xué)院在“十三五發(fā)展規(guī)劃”中，明確將“培養(yǎng)具有一定科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識，具有較強實踐能力的復(fù)合型高級工程技術(shù)人才”作為專業(yè)人才培養(yǎng)定位和目標。

縱觀國內(nèi)外計算機專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)現(xiàn)狀[1-2]，“多元化貫通”“多層次融合”成為研究熱點[3-4]。為此，針對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，以培養(yǎng)計算機系統(tǒng)能力觀為目標[5-6]，圍繞大學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力提升為核心，提出了“貫通融合”式專業(yè)課程體系，根據(jù)不同課程之間的相互關(guān)系，對目前已有的相關(guān)專業(yè)課程體系進行重構(gòu)，利用研究性教學(xué)模式，通過交叉滲透教學(xué)方式，將相互關(guān)聯(lián)的課程進行有機融合，從總體上對知識結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，形成貫通融合的課程體系[7-8]。

1 主要研究內(nèi)容

“計算機組成原理”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”“計算機網(wǎng)絡(luò)原理”“數(shù)據(jù)庫原理”“計算機操作系統(tǒng)”等課程是計算機專業(yè)重要的核心課程，這些課程在專業(yè)理論傳授、實踐技能培養(yǎng)和學(xué)科方向上各有側(cè)重，對提升學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識能夠提供重要的理論和實踐基礎(chǔ)。圍繞 “重構(gòu)優(yōu)化課程體系”“貫通融合知識結(jié)構(gòu)”和 “‘多層次+一體化’綜合實踐平臺構(gòu)建”3方面，對課程體系構(gòu)建進行研究與實踐[9]，主要內(nèi)容見圖1。

圖1 主要研究內(nèi)容

1.1 基于課程群的專業(yè)課程體系重構(gòu)與優(yōu)化

依據(jù)OBE產(chǎn)出導(dǎo)向理念，圍繞實踐和創(chuàng)新能力提升培養(yǎng)目標，對能力指標和知識點進行分解，并采用課程群的方式，對相關(guān)聯(lián)的核心理論與實踐訓(xùn)練進行重構(gòu)與優(yōu)化，實現(xiàn)對培養(yǎng)目標的有效支撐。

課程群包括必修課、選修課、課程設(shè)計與實踐3個模塊。必修課是完成學(xué)生知識結(jié)構(gòu)儲備的理論基礎(chǔ)：通過必修課的學(xué)習，學(xué)生能夠充分了解基礎(chǔ)理論的完整性，并培養(yǎng)學(xué)科基本能力，為之后的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)；選修課著眼于IT行業(yè)最新發(fā)展技術(shù)，對部分內(nèi)容進行了擴展，使得學(xué)生既能夠總體把握整個課程的知識體系，又能夠根據(jù)個人興趣對新方法和新技術(shù)進行探究；課程設(shè)計與實踐體現(xiàn)“知行合一”，理論聯(lián)系實際，能夠?qū)⒗碚摶A(chǔ)知識和實踐充分結(jié)合，進一步提高其專業(yè)能力的應(yīng)用性和創(chuàng)造性，從而進一步提升實踐和創(chuàng)新能力。

1.2 以貫通和融合為目標的知識結(jié)構(gòu)重構(gòu)與優(yōu)化

“計算機組成原理”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”“計算機網(wǎng)絡(luò)原理”“數(shù)據(jù)庫原理”和“計算機操作系統(tǒng)”等專業(yè)課程中存在大量的關(guān)聯(lián)和銜接知識點，例如“郵件發(fā)送”知識點，與計算機網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議棧、計算機操作系統(tǒng)中的系統(tǒng)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法中的郵件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都具有很多相關(guān)之處。

針對相關(guān)知識點，不能進行簡單的關(guān)聯(lián)，否則會造成重復(fù)授課，無法達到系統(tǒng)觀的知識掌握。為此，從“完整性、系統(tǒng)性、科學(xué)性、交叉性、發(fā)展性”5個方面，對相關(guān)知識點進行重構(gòu)與優(yōu)化研究，以確定最有效的內(nèi)容組織形式。

“完整性”保證重構(gòu)之后的教學(xué)體系完備完整，不會有學(xué)科內(nèi)容和知識點的遺漏；“系統(tǒng)性”強調(diào)每門課程不僅可以自成一個系統(tǒng)，而且可以互相滲透、互為基礎(chǔ)，形成一個更加完善的教學(xué)內(nèi)容架構(gòu)；“科學(xué)性”要求確保學(xué)生的知識儲備結(jié)構(gòu)條理清晰、不紊亂，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力；“交叉性”強調(diào)不同的課程之間有融合、有交互，保證學(xué)生在學(xué)習的過程中能夠舉一反三，提高其實踐能力；“發(fā)展性”則要求能夠隨時吸納并有關(guān)學(xué)科方向的最新研究成果、新觀點，并隨時密切關(guān)注學(xué)科發(fā)展的新動向，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1.3 “多層次+一體化”的綜合實踐平臺構(gòu)建

實踐課程體系是構(gòu)成專業(yè)課程體系的重要組成部分，是提升學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力的重要支撐和保障。因此，對理論課程按照知識結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)關(guān)系進行重構(gòu)與優(yōu)化后，還需要對實踐環(huán)節(jié)中的上機、實驗、設(shè)計和實習中存在的交叉和關(guān)聯(lián)關(guān)系進行細致梳理，在滿足某門課程實踐要求基礎(chǔ)之上，結(jié)合不同課程之間的相關(guān)知識點，從應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計、科技創(chuàng)新等方面進行整體考慮，需要對提升實踐與創(chuàng)新能力所需要的綜合實踐一體化平臺的構(gòu)建方法進行研究與實現(xiàn)，進而提供滿足學(xué)生實踐能力培養(yǎng)、創(chuàng)新思維引導(dǎo)、實踐能力強化、創(chuàng)新能力提升4階段培養(yǎng)要求的實踐環(huán)境與支撐平臺。

2 關(guān)鍵問題及解決方案

2.1 重構(gòu)過程中不同課程之間層次關(guān)系的確定方法

在整合課程體系過程中，首選要解決的問題是理清課程之間的關(guān)系。需要對各課程之間的關(guān)系進行梳理，課題組擬通過“上下關(guān)系”“串行關(guān)系”和“并行關(guān)系”3種關(guān)聯(lián)對課程體系進行重構(gòu)，進而能夠有效實現(xiàn)課程之間的融合貫通。

2.2 課程內(nèi)容交叉和滲透教學(xué)的解決方案

傳統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)中，教師只專注教授本課程的知識內(nèi)容，很少提及和其他關(guān)聯(lián)課程的關(guān)系，造成學(xué)生在學(xué)習的過程中不能產(chǎn)生宏觀概念，不明白課程之間的相互關(guān)系，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)；而同一知識點在不同課程中的重復(fù)講解，又使學(xué)生興趣缺失、教學(xué)效率低下。因此，需要根據(jù)不同課程的相互關(guān)系，以“貫通融合”方式解決課程內(nèi)容交叉和滲透教學(xué)，將相互關(guān)聯(lián)的課程有機地組合起來，從總體上對知識結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

2.3 “理論教學(xué)+實踐教學(xué)+第二課堂”相融合的教學(xué)體系構(gòu)建方法

理論教學(xué)、實踐教學(xué)、第二課堂三者互為補充，構(gòu)成了專業(yè)能力培養(yǎng)的重要組成部分。為此，借鑒CDIO(構(gòu)思(Conceive),設(shè)計(Design),實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate))理念，遵循“IT工程理論來源于實踐，在實踐中還原”的指導(dǎo)原則，把課本知識融入項目開發(fā)過程中，在過程中介紹理論體系、指導(dǎo)實踐，避免了以往脫離項目環(huán)境的空洞說教，使學(xué)生更容易掌握理論，進而為提升學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。

3 重構(gòu)與優(yōu)化實施方案

3.1 以立體化的專業(yè)課程群形式重構(gòu)優(yōu)化課程體系

在實現(xiàn)“貫通融合”式課程體系中，采用立體化模式進行構(gòu)建。必修課模塊包括：計算機組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計算機操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)原理、數(shù)據(jù)庫原理；選修課包括計算方法、操作系統(tǒng)內(nèi)核分析、路由與交換技術(shù)、信息安全、Oracle數(shù)據(jù)庫管理與維護等；課程設(shè)計與實踐包括計算機組成原理課程設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實習、操作系統(tǒng)課程設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)綜合實習等，如圖2所示。

圖2 課程體系重構(gòu)與優(yōu)化基本方案

課程體系中貫穿了“上下關(guān)系”“串行關(guān)系”和“并行關(guān)系”。其中，上下關(guān)系指課程與實踐環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，如“計算機操作系統(tǒng)”與“操作系統(tǒng)課程設(shè)計”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實習”“數(shù)據(jù)庫原理”和“Oracle數(shù)據(jù)庫管理與維護+數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計”等，上下關(guān)系是學(xué)生在相關(guān)課程學(xué)習之后，旨在通過團隊合作提高學(xué)生實踐與開發(fā)能力。串行關(guān)系指先修課程和后續(xù)課程之間的關(guān)系，學(xué)生對先修課程的學(xué)習情況會直接影響到后續(xù)課程的教學(xué)效果。如“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”“計算方法”“數(shù)據(jù)庫原理”和“計算機操作系統(tǒng)”之間具有串行關(guān)系。并行關(guān)系指從內(nèi)容上看課程之間沒有緊密的直接聯(lián)系，但都是培養(yǎng)學(xué)生實踐應(yīng)用能力的重要組成部分。如“數(shù)據(jù)庫原理”和“計算機網(wǎng)絡(luò)原理”，都是計算機應(yīng)用中非常重要的工具和手段而形成并行關(guān)系。

通過重構(gòu)后的課程群，在提升實踐能力的同時，并結(jié)合第二課堂進一步培養(yǎng)創(chuàng)新意識和團隊合作精神。例如，積極引導(dǎo)大學(xué)生參加科技競賽、參加專業(yè)培訓(xùn)認證，進一步深化學(xué)生對于“思維能力、實踐能力、創(chuàng)新能力”培養(yǎng)目標的深入了解，增加學(xué)生的專業(yè)實踐價值和就業(yè)競爭力。

3.2 梳理課程之間的關(guān)聯(lián)知識點，建立多層次的“貫通融合”式知識結(jié)構(gòu)

選取貫通知識點相關(guān)理論知識、實際案例以及創(chuàng)新型課題，對授課內(nèi)容結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)化和完整化，并注重課程內(nèi)容有機貫通，在提高理論知識系統(tǒng)化同時，注重與實踐創(chuàng)新提升的有效銜接[10]，建立了如圖3所示的知識點貫通融合體系。

同時，充分考慮不同學(xué)生對各個課程內(nèi)容的需求和個性發(fā)展需要，把握理論和知識深度和廣度，并采用學(xué)生實際參與的授課模式，從以下幾方面提高學(xué)生掌握理論知識的系統(tǒng)性和完整性：

(1) 知識點之間的依賴關(guān)系。如先修課程中的某些知識點是后續(xù)課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)，由于這些知識點已經(jīng)在先修課程中學(xué)習過，因此無需出現(xiàn)在后續(xù)課程的教學(xué)大綱中，教學(xué)過程中也無需重復(fù)講解，但是仍應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對這些知識點進行回顧。

(2) 知識點之間的相似關(guān)系。多門課程中的相似知識點，它們有聯(lián)系，也有區(qū)別，在各門課程的教學(xué)大綱中應(yīng)分別包含這些知識點，并在教學(xué)過程中對比講解，為學(xué)生加深印象。

(3) 多門課程中的相同知識點。如果在各門課程中都詳細講解，既浪費課堂時間，也降低學(xué)生學(xué)習興趣，因此應(yīng)根據(jù)知識點在各課程中的重要程度和學(xué)時安排在最適合的課程中講解。

(4) 實驗內(nèi)容的貫通融合。在實驗內(nèi)容安排上，各門課程實驗均按照基本認識實驗、設(shè)計實驗、綜合設(shè)計實驗、創(chuàng)新型實驗層層遞進，以促進對本門課程知識的鞏固提高。在實驗融合過程中，各門課程實驗之間既有聯(lián)系又有區(qū)分，既滿足對某門課程知識的實際應(yīng)用，又可實現(xiàn)與課程體系中其他課程相互呼應(yīng)和補充。

(5) 拓展教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)的先進性。在選修環(huán)節(jié)中，將有關(guān)學(xué)科發(fā)展前沿的新知識、新成果納入到教學(xué)內(nèi)容中，讓理論教學(xué)與時俱進，并適當引導(dǎo)高年級學(xué)生進行學(xué)術(shù)探討，建立起與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系，為提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和將來從事研究工作奠定深厚基礎(chǔ)。

3.3 依托“三自三融合”的科技創(chuàng)新模式，為高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供有力支撐

借助學(xué)院大學(xué)生科技協(xié)會和開放式專業(yè)實驗室資源建設(shè)[11-13]，以“思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大賽”“博創(chuàng)杯嵌入式設(shè)計大賽”“ACM程序設(shè)計競賽”“飛思卡爾智能車競賽”“山東省信息安全競賽”“SDN應(yīng)用創(chuàng)新競賽”等創(chuàng)新競賽為載體，創(chuàng)立了“三自三融合”的實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，如圖4所示。該模式以“學(xué)生個性化培養(yǎng)”與“教師跟蹤與指導(dǎo)”為核心，在教師自覺指導(dǎo)前提下，大學(xué)生科協(xié)自行組織科技實踐活動，大學(xué)生自發(fā)參與科技創(chuàng)新競賽[14]；該模式的核心是與理論教學(xué)相關(guān)的“三融合”：“創(chuàng)新與競賽”相融合、“課外與課內(nèi)”相融合、“自由與引導(dǎo)”相融合。同時，在科技活動中注重對拔尖同學(xué)的個性化教育，對其理論學(xué)習及實踐能力等方面進行全程跟蹤指導(dǎo)，努力為他們提供更加良好的創(chuàng)新環(huán)境和條件，為高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工作提供有力支撐。

圖4 三自三融合的科技創(chuàng)新模式

3.4 采用研究性教學(xué)，實施學(xué)生為主體的學(xué)習模式

實施研究性教學(xué)改革，采用“案例法”“參與式”和“普適教學(xué)”等方式是落實“貫通融合”式培養(yǎng)體系的重要方式。

(1) “案例法”教學(xué)。在實際教學(xué)過程中，課題組設(shè)計的案例模型包括驗證性實驗、創(chuàng)新性案例、綜合性案例以及團隊級項目開發(fā)，使學(xué)生在獲得大量成就感的基礎(chǔ)上，能夠理論聯(lián)系實際，快速將理論知識融入到實踐開發(fā)中[15]。

(2) “參與式”教學(xué)。將學(xué)生分組，各組利用課余時間查找指定問題的相關(guān)資料，并選派代表在課上講解，而授課教師只是及時進行補充性、糾正性講解，從而有效鍛煉學(xué)生的團隊合作能力、自學(xué)能力、歸納總結(jié)能力和問題表述能力。

(3) 普適教學(xué)。通過課程體系網(wǎng)絡(luò)資源，將課堂教學(xué)內(nèi)容和現(xiàn)代化教學(xué)手段有效結(jié)合。除了“課前預(yù)習、課上聽講、課后復(fù)習”傳統(tǒng)模式之外，開發(fā)了和建立了多媒體教學(xué)網(wǎng)站，保證學(xué)生可以隨時隨地進入“課堂”，豐富自己的學(xué)習內(nèi)容和學(xué)習效率，同時也加強了師生之間的溝通，提供隨時可以聯(lián)系的渠道，提高教和學(xué)兩者之間的融合和互動。

4 “貫通融合”式專業(yè)課程體系實施效果

為保證課程體系中實踐和創(chuàng)新環(huán)節(jié)的有效落實，針對專業(yè)實驗室環(huán)境資源，學(xué)校和學(xué)院大力支持，在已有18個專業(yè)實驗室的基礎(chǔ)上，建立和完善了7個學(xué)生自主管理的全天候開放的創(chuàng)新實驗室和3個專業(yè)資格認證機構(gòu)，并新成立了SDN聯(lián)合實驗室，為學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力的提升提供了充分的物質(zhì)保障。

在具體實施過程中，面向計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2014、2015級本科生，分別在計算機組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計算機操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)原理、數(shù)據(jù)庫原理相關(guān)理論和實踐環(huán)節(jié)中選取一定學(xué)時，按照貫通融合的理念，并輔助系統(tǒng)綜合實習環(huán)節(jié)，在課程優(yōu)化與

富有成效的實踐。

實踐證明，在“貫通融合”式專業(yè)課程培養(yǎng)體系下，學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力取得很大提升。目前，40%以上的學(xué)生有在省級或省級以上科技競賽獲獎的經(jīng)歷。自2014年以來，計算機專業(yè)學(xué)生共獲得ACM程序設(shè)計競賽、全國大學(xué)生智能車比賽、博創(chuàng)杯嵌入式設(shè)計大賽、思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大賽等國家級獎勵30多項，省級獎勵40多項，獲獎300多人次，被認定科技創(chuàng)新學(xué)分學(xué)生數(shù)/學(xué)生總?cè)藬?shù)多次名列全校第一。

5 結(jié) 語

“貫通融合”式計算機專業(yè)課程體系的構(gòu)建方案眼于IT行業(yè)創(chuàng)新型人才需求，圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標，建立了一系列面向多課程的“交叉和滲透”的教學(xué)內(nèi)容組織方式，能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識點進行有效銜接，在提高學(xué)生學(xué)習主動性和積極性的同時，進一步提升了學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新型人才需要特殊的培養(yǎng)與成長通道，“貫通融合”式專業(yè)課程體系的建立為探索建立創(chuàng)新型IT人才培養(yǎng)機制提供了有效思路，也為高等學(xué)校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了參考。

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