王海瑞 王建鷹 李亞 袁梅宇

摘要：通過(guò)分析當(dāng)前理工科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀，深入剖析其中存在的問(wèn)題，提出將CDIO教育模式應(yīng)用到理工科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容中來(lái)的幾點(diǎn)切實(shí)可行的改進(jìn)方法，以提高理工科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)理論與實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，推進(jìn)我校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容的改革。

關(guān)鍵詞：CDIO；計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0？搖 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）09-0054-02

一、引言

近年來(lái)國(guó)家提出，教育是振興民族的基礎(chǔ)基石，我國(guó)目前把教育提高到以改善民生為重點(diǎn)的社會(huì)建設(shè)的高度。目前我國(guó)高等教育面臨的現(xiàn)狀是一方面大學(xué)生就業(yè)難；另一方面大用人單位普遍要求學(xué)生要具有系統(tǒng)的理論知識(shí)和較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，要具備學(xué)科交叉的知識(shí)體系，要具有良好的個(gè)人價(jià)值取向。CDIO工程培養(yǎng)大綱將大學(xué)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。高校的教育職能是要服務(wù)于社會(huì)，其重要的發(fā)展方向是要適合當(dāng)前市場(chǎng)的需求，CDIO工程教育理念是培養(yǎng)具有時(shí)代特征人才的先進(jìn)工程教育理念。理工科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)作為工科院校的一個(gè)重要學(xué)科；在培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新精神上承載著非常重要的責(zé)任，但基于CDIO工程教育理念的理工科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革目前在國(guó)內(nèi)仍是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，于是，昆明理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系嘗試著在CDIO工程教育理念下對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，以期在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革中提供一種新思路。

二、教學(xué)內(nèi)容的整合

1.對(duì)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合。教學(xué)內(nèi)容的整合就是將原有計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)體系的各門(mén)課程中的相關(guān)內(nèi)容通過(guò)新的組合方式進(jìn)行刪減、整理與合并，使相關(guān)課程能夠形成內(nèi)容冗余度少、結(jié)構(gòu)性好、整體協(xié)調(diào)的新型計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容。目前需要的具有扎實(shí)基礎(chǔ)、寬闊知識(shí)面和適應(yīng)性強(qiáng)的復(fù)合型人才。以CDIO工程教育理念為基石，通過(guò)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)各門(mén)課程內(nèi)容的整合，使原有的教學(xué)內(nèi)容容量擴(kuò)大、內(nèi)容更新、知識(shí)滲透力增強(qiáng)；同時(shí)也要將計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展的最新理論和新技術(shù)有機(jī)的組合在一起，形成符合當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)科內(nèi)容的新體系。昆明理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系對(duì)教學(xué)內(nèi)容整合的具體要求主要表現(xiàn)為：經(jīng)典計(jì)算機(jī)的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)理思想，科學(xué)素質(zhì)和分析、解決問(wèn)題的能力。立足于傳統(tǒng)教學(xué)手段，配以現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段。通過(guò)經(jīng)典計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課必備的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)也為學(xué)生將來(lái)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)的重點(diǎn)是硬件知識(shí)與軟件知識(shí)的結(jié)合，注重創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在教學(xué)中，教師應(yīng)適當(dāng)介紹計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)與其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)的聯(lián)系，或?qū)⑵渌麑?zhuān)業(yè)中的計(jì)算機(jī)問(wèn)題作為實(shí)例進(jìn)行分析，這樣有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的興趣，增強(qiáng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)知識(shí)解決問(wèn)題的意識(shí)和能力；以理論教學(xué)為主要形式，以實(shí)際應(yīng)用為主要內(nèi)容，以研究和分析為主要教學(xué)手段，將理論知識(shí)、實(shí)際應(yīng)用、研究分析集于一體，創(chuàng)建“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作”的良性思維模式?，F(xiàn)代工程技術(shù)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)專(zhuān)題的重點(diǎn)是開(kāi)拓學(xué)生的視野，側(cè)重于人文教育，建立工程文化的概念。以講座、討論等方式作為學(xué)習(xí)方式，配以相關(guān)影音，影像，科技知識(shí)短片以獲得學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，且豐富了教學(xué)手段；加強(qiáng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展演變過(guò)程的講解，促進(jìn)學(xué)生形成良好的科學(xué)品質(zhì)和世界觀。

2.科研與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合。教師通過(guò)參加各種國(guó)家自然科學(xué)基金和企業(yè)委托的橫向課題，不斷更新知識(shí)，掌握目前最新的科研成果，不僅有利于提高自己的學(xué)術(shù)水平，而且有利于提高教師自己的整體教學(xué)水平。學(xué)生可以參加教師的科研工作，不僅可以了解教師從事計(jì)算機(jī)科學(xué)的最新動(dòng)態(tài)，也可以掌握學(xué)科的最新成果，為學(xué)生今后的深造打下良好的基礎(chǔ)。更加有利于增加教學(xué)深度的延深，教學(xué)效果的逐步提高，能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力都有不可替代的作用。學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目也同樣具有培養(yǎng)學(xué)生思考能力和具體應(yīng)用能力的良好效果，同樣也能達(dá)到“做中學(xué)”的目的。例如，教師涉及的軟件項(xiàng)目的具體代碼的開(kāi)發(fā)編寫(xiě)、嵌入式系統(tǒng)地硬件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和電路板制作、現(xiàn)實(shí)世界中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用需求等。

3.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)室。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是CDIO工程教育模式下對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)的有力補(bǔ)充。它是指學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件，通過(guò)查閱資料構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，選擇實(shí)驗(yàn)器材設(shè)備，自行擬定實(shí)驗(yàn)程序，自行實(shí)施并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和處理。例如，算法分析試驗(yàn)：學(xué)生可以選擇內(nèi)部排序算法和外部排序算法進(jìn)行比較、學(xué)生可以選擇數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)記錄的沖突等試驗(yàn)的完成、也可以選擇網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包攔截試驗(yàn)從網(wǎng)絡(luò)中獲得各種數(shù)據(jù)包的試驗(yàn)。另外，虛擬實(shí)驗(yàn)事也將是CDIO工程教育模式下計(jì)算機(jī)教學(xué)的有力補(bǔ)充。它是指用仿真技術(shù)、數(shù)字建模技術(shù)和多媒體應(yīng)用技術(shù)等在微機(jī)上調(diào)制的可輔助或代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境。通過(guò)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以在不浪費(fèi)任何硬件教學(xué)資源的前提下，進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)嘗試，大大提高了學(xué)生的邏輯思維能力，整體設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)運(yùn)作能力，以及創(chuàng)新能力，這也恰恰符合CD10工程教育理念。

三、教學(xué)內(nèi)容的模塊化與教學(xué)大綱的制定

隨著我們的教育逐步從“應(yīng)試教育”向“素質(zhì)教育”的轉(zhuǎn)變，對(duì)教學(xué)模式的靈活性、針對(duì)性、現(xiàn)實(shí)性和經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)的要求也越來(lái)越高，而CDIO作為一種新的教學(xué)模式的應(yīng)用和推廣，必然要涉及到計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃和建設(shè)，基于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的特點(diǎn)和CDIO工程教育理念，我們將計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了模塊化分類(lèi)。從知識(shí)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行模塊化分類(lèi)為：計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)：電子基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理，計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)知識(shí)：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、匯編語(yǔ)言等幾個(gè)模塊，這種模塊化的分類(lèi)有利于CDIO工程教育模式的展開(kāi)。

經(jīng)過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容的整合與模塊化處理后，基于CDIO教育理念要對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理和編寫(xiě)，使得計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)目標(biāo)既涵蓋教育部計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)內(nèi)容的要求，又符合CDIO強(qiáng)調(diào)能力提升的要求。對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行三個(gè)層次的要求：掌握、理解和了解，以保證計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系的連貫性和系統(tǒng)性；同時(shí)注意到每個(gè)能力培養(yǎng)項(xiàng)目自身的特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整知識(shí)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，以確保項(xiàng)目順利實(shí)施所需要的知識(shí)儲(chǔ)備；在能力培養(yǎng)方面，基于學(xué)生主體性的考慮，我們也要充分貫徹“以生為本”和“因材施教”的教學(xué)理念，根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的差異，學(xué)習(xí)方法、習(xí)慣、能力上的差異，學(xué)習(xí)目的和態(tài)度上的差異，可以分層次進(jìn)行能力培養(yǎng)項(xiàng)目的實(shí)踐，可以選擇性地參與科研、教研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。

四、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

以“簡(jiǎn)單微程序控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制作”這個(gè)具體的能力培養(yǎng)項(xiàng)目為例來(lái)說(shuō)明如何進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。要求學(xué)生掌握微程序基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，完成整個(gè)處理器項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與運(yùn)作。具體過(guò)程為：（1）通過(guò)文獻(xiàn)查閱和方法分析等掌握微程序控制計(jì)算機(jī)的基本工作原理并對(duì)其進(jìn)行基本模型建立，然后將整個(gè)微程序控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行分解為幾個(gè)部分，對(duì)各部分的功能進(jìn)行分解和定義提出每個(gè)功能模塊的具體設(shè)計(jì)要求和注意事項(xiàng)。（2）將上一步的構(gòu)思過(guò)程提出的進(jìn)行指標(biāo)細(xì)化，規(guī)定相應(yīng)的參數(shù)，如指令系統(tǒng)的指令集的大小，指令的長(zhǎng)度，指令所采用的尋址方式、后續(xù)指令地址的確定方式等內(nèi)容，通過(guò)選擇和計(jì)算得到控制存儲(chǔ)器的容量大小。（3）利用現(xiàn)有的電子原件，按照實(shí)施方案進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，以期達(dá)到設(shè)計(jì)要求；處理器完成后。對(duì)各部分進(jìn)行單項(xiàng)功能測(cè)試。（4）通過(guò)實(shí)際指標(biāo)完成情況的分析，找出影響性能的因素以及改善性能的方式，最后以報(bào)告或論文形式進(jìn)行總結(jié)；同時(shí)準(zhǔn)備對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行答辯。教師與其他非參與項(xiàng)目的小組組長(zhǎng)作為項(xiàng)目答辯評(píng)委，答辯之后，按照CDIO教學(xué)大綱所提出的四個(gè)層面進(jìn)行科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)。

在項(xiàng)目實(shí)施的整個(gè)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些難題，解決這些難題可以給學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和克服困難的激情和勇氣。整個(gè)項(xiàng)目的完成不僅可以達(dá)到基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)要求，更能夠讓學(xué)生在實(shí)踐學(xué)習(xí)中鍛煉提高檢索文獻(xiàn)的能力、邏輯思維能力、實(shí)際操作能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力等。

五、結(jié)語(yǔ)

由于昆明理工大學(xué)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)的要求有自己的側(cè)重點(diǎn)，加上近年來(lái)我校擴(kuò)招導(dǎo)致學(xué)生水平參差不齊，基于CDIO工程教育模式的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)和難度。因此我們將在目前的情況下和我校的實(shí)際情況相結(jié)合，遵循因材施教，以人為本的理念，循序漸進(jìn)地進(jìn)行改革。同時(shí)將認(rèn)真總結(jié)改革過(guò)程中可能出現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)和不足，期望能夠在我校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)上形成獨(dú)具特色、切實(shí)可行的基于CDIO教育模式的工計(jì)算機(jī)教學(xué)新思路，提高我校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)率等，切實(shí)體現(xiàn)高校服務(wù)于社會(huì)的職能。

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基金項(xiàng)目：本文由云南省計(jì)算機(jī)特色專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目（2010）；昆明理工大學(xué)研究生百門(mén)核心課程項(xiàng)目（2011）共同支持