摘要：依托操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)兩門計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生課程的教學(xué)實(shí)施，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式等多方面闡述EPI教學(xué)模式的探索與嘗試過程，并根據(jù)教學(xué)實(shí)施情況分析該教學(xué)模式的科學(xué)性和適用性，為該教學(xué)模式的進(jìn)一步完善及廣泛應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：工程實(shí)踐；問題導(dǎo)向；個(gè)性化培養(yǎng)

0.引言

研究生教育作為高等教育的最高層次和高等教育大眾化階段中的精英教育，其教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)及教學(xué)效果直接影響高等院校人才培養(yǎng)的質(zhì)量和我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程。教育部于2002年提出研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃，2005年1月出臺(tái)《教育部關(guān)于實(shí)施研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃，加強(qiáng)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，進(jìn)一步提高培養(yǎng)質(zhì)量的若干意見》，強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)問題的重要性。在信息化領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)中，人才競(jìng)爭(zhēng)起著至關(guān)重要的作用，高素質(zhì)人才是未來信息化發(fā)展的重要因素。工科是最具有綜合性和實(shí)踐性特征的學(xué)科，學(xué)科間的相互滲透和交叉使其邊界被突破，對(duì)工科研究生培養(yǎng)必然從單一的專業(yè)化教育走向綜合的科學(xué)研究領(lǐng)域，因此，工科研究生教學(xué)有雙重任務(wù)，即培養(yǎng)科學(xué)研究能力和工程實(shí)踐能力。綜合的科學(xué)研究能力包括獨(dú)立獲取知識(shí)的能力、提出問題的能力、分析問題的能力和深度挖掘知識(shí)的能力，而工程實(shí)踐能力是指運(yùn)用上述能力解決實(shí)際問題的能力，這很大程度上依賴于工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。單純的知識(shí)型、學(xué)術(shù)型人才已經(jīng)落伍，而具有工程創(chuàng)新能力的高級(jí)人才才能真正符合現(xiàn)代作戰(zhàn)的需要。這些新情況對(duì)原本按部就班的工科研究生培養(yǎng)過程及工科研究生課程的教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生了不小的觸動(dòng)，對(duì)工科研究生的教學(xué)提出了新的要求。

1.計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生培養(yǎng)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生是未來信息化競(jìng)爭(zhēng)的重要參與者，其創(chuàng)新能力培養(yǎng)已引起各方高度重視。作為高素質(zhì)新型人才，計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生所從事的研究工作往往與相關(guān)行業(yè)中的關(guān)鍵工程技術(shù)相關(guān)，這類研究方向綜合性高、實(shí)踐性強(qiáng)，對(duì)其相關(guān)問題開展研究，不但需要廣博和精深的基礎(chǔ)知識(shí)作為支持，還需要具備解決復(fù)雜和綜合的實(shí)際工程問題的能力，更需要具備對(duì)未來科技發(fā)展的敏銳力和熱點(diǎn)問題的洞察力。

近年來，很多從事研究生教學(xué)工作的教員和研究生導(dǎo)師也紛紛意識(shí)到工程能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性，不少高等院校正在做這方面的嘗試和努力，但是目前國(guó)內(nèi)尚沒有成熟有效的針對(duì)工科研究生工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)模式。計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生的教學(xué)存在以下亟待解決的問題：

（1）片面化引入工程問題。以往的教學(xué)也部分引人工程問題，但是普遍存在片面、不夠系統(tǒng)的現(xiàn)象，沒有把完整、具體的工程問題帶入教學(xué)的全過程，使學(xué)生缺乏整體認(rèn)知，面對(duì)一個(gè)實(shí)際工程往往無從下手。未來，需要系統(tǒng)、完整地將工程問題引入教學(xué)的全過程。

（2）學(xué)生缺乏提出問題的能力。教學(xué)偏向于讓學(xué)生分析和解答問題，學(xué)生常缺乏提出問題的能力和質(zhì)疑的能力，而真正的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新都是從提出問題開始的。

（3）統(tǒng)一的考核方式。研究生階段的教學(xué)評(píng)價(jià)仍然采用和本科生類似的考核方式，所有學(xué)生采用同一套評(píng)價(jià)體系，偏重教育的統(tǒng)一性而忽視個(gè)性化培養(yǎng)，學(xué)生的自主性得不到充分發(fā)揮，創(chuàng)新能力受到抑制。

2.以工程實(shí)踐案例為牽引的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)（engineering practice）

工科類學(xué)科的特點(diǎn)是技術(shù)發(fā)展較快，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重滲透研究生科研過程中需要的工程設(shè)計(jì)及實(shí)踐方法，將滿足教學(xué)目標(biāo)的完整工程實(shí)踐案例融人教學(xué)全過程，緊跟學(xué)科發(fā)展前沿及信息化發(fā)展的實(shí)際需求，并不斷更新完善教學(xué)中的工程實(shí)踐案例。以操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析課程為例，其教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)把完整具體的案例融人教學(xué)的全過程，組織具有豐富工程實(shí)踐案例的教學(xué)內(nèi)容，確保研究生在擁有扎實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)理論的同時(shí)，擁有較強(qiáng)的解決工程實(shí)際問題的能力。

操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析課程是一門涉及較多硬件知識(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件課程，其概念多、抽象性強(qiáng)、涉及面廣。當(dāng)前，Linux操作系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)較為成熟和先進(jìn)，文檔資料充分。該課程充分利用現(xiàn)有資源，引導(dǎo)碩士研究生進(jìn)行實(shí)際操作系統(tǒng)的案例分析，進(jìn)一步結(jié)合分布式、高性能、實(shí)時(shí)、嵌入式等操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與技術(shù)，提升學(xué)生的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。課程組根據(jù)長(zhǎng)期的教學(xué)和科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析多個(gè)版本的Linux內(nèi)核源代碼，并精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，讓理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，使課程更具吸引力和實(shí)用價(jià)值。

該課程理論部分共分為12個(gè)章節(jié)，詳細(xì)分析Linux的內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等子系統(tǒng)的管理結(jié)構(gòu)和管理方法，并輔以源代碼分析、算法改進(jìn)和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，將抽象的操作系統(tǒng)概念、原理、方法等落到實(shí)處。

該課程實(shí)踐部分將工程案例UCORE中的功能模塊按照操作系統(tǒng)原理的知識(shí)模塊進(jìn)行劃分，逐步展開實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將操作系統(tǒng)內(nèi)核中的原理及各部分實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于UCORE系統(tǒng)中進(jìn)行對(duì)比分析。學(xué)生在一邊學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，可以同時(shí)開始動(dòng)手進(jìn)行UCORE的分析和設(shè)計(jì)，隨著課程的進(jìn)行，逐步閱讀并實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、文件管理等操作系統(tǒng)內(nèi)核的核心代碼，最終實(shí)現(xiàn)并完成一個(gè)小型的操作系統(tǒng)。為了使學(xué)生更好地掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件協(xié)作關(guān)系與整體工作原理，該課程改變傳統(tǒng)的課上講授、課下實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，以UCORE教學(xué)操作系統(tǒng)為主線，將操作系統(tǒng)原理與Linux系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析融人工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，課程理論和工程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容設(shè)計(jì)見表1和表2。

3.以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法改革

采用以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方式，通過對(duì)工程中具體問題的解決，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、探索和解決問題的能力以及自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)造的能力，由“教師提出問題一學(xué)生討論解答”發(fā)展到“學(xué)生再提出問題一學(xué)生給出綜合方案”。在整個(gè)過程中，由一個(gè)問題引發(fā)多個(gè)相關(guān)問題，由既有的知識(shí)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，教學(xué)的過程不再是以往的“教與學(xué)”，而是不斷探索創(chuàng)新新知的過程。

以計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程為例，課堂教學(xué)注重學(xué)生的參與度，以問題為導(dǎo)向牽引教學(xué)全過程，教學(xué)的形式以提出問題與解決問題的方式交叉進(jìn)行，課堂討論與課下自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，課堂講授形式多樣，授課內(nèi)容充實(shí)有吸引力，根據(jù)學(xué)生情況適時(shí)調(diào)整內(nèi)容和進(jìn)度，注重教學(xué)過程中的激勵(lì)和控制，及時(shí)引入學(xué)科前沿的相關(guān)研究?jī)?nèi)容，以激發(fā)學(xué)生的求知欲，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，加深其對(duì)計(jì)算機(jī)工作過程的理解。教學(xué)過程包含引入環(huán)節(jié)、課前調(diào)研、課堂講授、課后評(píng)估、總結(jié)歸納、課后延展等，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計(jì)針對(duì)不同授課內(nèi)容的多樣化課堂組織方式。

與以往教學(xué)內(nèi)容相比，重點(diǎn)將教學(xué)內(nèi)容圍繞工程實(shí)踐的全過程做科學(xué)組織與梳理，依據(jù)優(yōu)化后的課程結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案，形成多層次可自選可擴(kuò)充的教學(xué)內(nèi)容。將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑總€(gè)單元以問題為導(dǎo)向，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是解決問題的過程，教學(xué)目標(biāo)明確且兼具可度量性，學(xué)生可自行評(píng)價(jià)通過學(xué)習(xí)是否能夠解決問題，教員可評(píng)價(jià)其解決問題采用的方法和效率。該課程對(duì)于學(xué)生全面理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、建立計(jì)算機(jī)整機(jī)的概念、了解軟硬件之間的關(guān)系起到非常重要的作用。引入以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，其具體實(shí)施情況與傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容之間的對(duì)比如表3所示，由于篇幅有限，此表只舉例給出了一種設(shè)計(jì)問題的方案。根據(jù)教員不同的教學(xué)設(shè)計(jì)，可形成不同的設(shè)計(jì)方案。

4.個(gè)性化的考核方式

研究生階段更應(yīng)強(qiáng)調(diào)素質(zhì)和能力的考核，包括動(dòng)手能力、工程實(shí)踐能力、實(shí)踐中運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力、研究合作能力、總結(jié)表達(dá)能力等?？山⒁惶兹嵝钥芍貥?gòu)可自選的考核系統(tǒng)和科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系，注重階段性過程評(píng)價(jià)，將過程考核與教學(xué)目標(biāo)緊密結(jié)合。由學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣和專長(zhǎng)選擇考核方式和內(nèi)容，不斷完善和建立真正能反映研究生知識(shí)水平和具有創(chuàng)新能力的考核體系。這既有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，又能充分體現(xiàn)個(gè)性化的培養(yǎng)，符合研究生精英教育的理念。

5.存在的問題與思考

從實(shí)踐效果上看，EPI教學(xué)模式目前在部分研究生課程的教學(xué)實(shí)施中已取得了良好的效果，得到了學(xué)生認(rèn)可，并逐步向多層次發(fā)展。例如，在前期各門課程進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)探索的基礎(chǔ)上，下一步可以廣泛開展基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)方法的實(shí)踐教學(xué)，使項(xiàng)目學(xué)習(xí)的主線貫穿教學(xué)全過程，將課程內(nèi)容與一個(gè)完整的工程項(xiàng)目結(jié)合起來，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合能力。

課題研究實(shí)踐過程也存在一些問題。例如，少部分學(xué)生缺乏提出問題的能力，存在主動(dòng)性欠佳的情況，主要原因在于長(zhǎng)期以來學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)已使其形成固定模式，很難通過短期的教學(xué)改革產(chǎn)生較大影響。此外，個(gè)性化的考核方式下，在大部分學(xué)生被調(diào)動(dòng)積極性與新鮮感的同時(shí)，基礎(chǔ)較差、動(dòng)手能力相對(duì)較弱的學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒，因此個(gè)性化的考核方式也很難面面俱到。

工科研究生將來是我國(guó)重要的知識(shí)力量和技術(shù)力量，高等院校培養(yǎng)信息化高水平人才，更要將學(xué)生的工程創(chuàng)新能力作為工科研究生的一項(xiàng)基本素質(zhì)能力，使其成為學(xué)生能力素質(zhì)構(gòu)成中不可或缺的元素。研究者將對(duì)這種教學(xué)模式進(jìn)行不斷優(yōu)化及深層拓展，結(jié)合現(xiàn)狀總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在探索與實(shí)踐的道路上繼續(xù)前行。