时间：2022-07-23 15:29:59
导语：在组成原理课程设计总结的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：实践教学；自主探索；创新能力
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1672-5913（2007）05-0016-03
1引言
目前，在全国高校计算机科学与技术专业学生的培养中，普遍存在一种现象：重软轻硬，甚至只软不硬，即只重视计算机软件方面知识的学习和培养，忽视对计算机硬件方面知识的学习和实践，特别是在硬件工程实践方面，学生得到的实践锻炼更少。在当前国内高校计算机专业本科生方面，尽管硬件课程的设置已与欧美等计算机发达国家的课程设置基本接轨，但教学知识体系和内容却不容乐观，不能适应时代的需求，与现实严重脱离，学生的学习积极性不高，学习效果不好[1]。与国外相比，我国几乎所有高校的实践教学都有一定的差距。目前很多课程都开设实验课，但一般的实验都属于验证性实验，只能教会学生一些固定的内容，照葫芦画瓢并不能启发学生的思维能力和锻炼学生的动手能力。正因为这样，很多高校都作了一些改革，希望能够改变这样的局面。近几年，我院进行了课程设计教学的探索，并首先在“计算机组成原理”这门重要的专业基础课中开设。课程设计的题目具有一定的灵活性，可以把知识比较全面地蕴藏在实际题目中，对于学生掌握书本知识是有益的。总的来说，课程设计的开设取得了不错的效果。
但是，仅靠课程设计的实践是不够的，通过课程设计，学生根据题目要求，自行设计各种部件，可以培养学生部件综合设计能力。但课程设计在整个实践教学中所占的比重不大，要想进一步提高实践教学，培养学生的系统设计能力，满足社会的需求，还需要向前继续探索和尝试，教学中的实践不应该是验证性的实践，也不仅仅是设计性的实践，而应该是综合性、创新性的实践。
2 创新性实践教学
创新性实践就是指实践的成果在功能上是已知的，而在性能、实现方法和结果形式上是未知的，不同的学生按照自己的思路进行设计，得到不同的结果，既避免了抄袭，又可以开发各自的潜能。例如，在国外的“计算机系统设计”课程上，实践的内容是CPU的设计，不同的指令集对应着不同的设计结果，也可以采用不同的设计思想。复旦大学的实践教学已经作了很大的改革，复旦大学的计算机原理实验成为独立的一门课，包含计算机部件实验和CPU设计实验。实验课程由60学时组成，包括授课12-15学时，其他的学时用于实践，授课与实践穿行。复旦大学为国内的计算机教育开了一个好头，他们的教学改革体现了理论与实践并重的思想，有利于教育的发展，有利于人才的培养。清华大学“计算机组成原理”课程共安排48学时的实验，每三名同学为一组，合作完成一个硬、软件组成相对完整的全新计算机系统的设计、实现和调试任务。这样的实践活动可以加深学生对软硬件系统在功能划分和具体实现方面之间关联的认识，还初步调整了部分学生“喜软怕硬”的心态。
复旦大学和清华大学计算机教育改革给了我们一个启示，那就是在实践教学方面加强力度是可行的。所以我院在实践教学方面亦作了一些改革，于2005年秋季学期新开设了一门实践教学课程“计算机设计与实践”，作为我校国家级精品课程“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节，取代了原有的课程设计，旨在增加专业课中的实践教学力度，提高创新性实践的比重。
“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节，是探索综合性、创新性实践教学模式的具体实现形式。该课程是一门以应用实践为视角，进一步提高学生硬件方面的实际动手能力和设计能力的课程。课程采用理论和实践相结合的方法进行教学，以实践为主（18学时教学/60学时实践），旨在培养学生的综合和系统硬件设计及实现能力，培养学生掌握有关硬件设计工具的功能和用法，掌握计算机部件和CPU的设计方法和调试方法，极利于提高学生的动手能力和创新能力。
3 探索实践教学课程的教学模式
“计算机设计与实践”课程以实践教学为主，总学时78学时，其中课堂教学18学时，实践教学60学时，改变传统以课堂教学为主的教学模式，改变以教师为主体的“灌输式”的教学方法[2]，采取“引、点、拨”的方式让学生独立进行实践，学生始终处于主动探索、思考的主体地位，教师由传统以教师为中心的讲解者转变为学生学习的指导者和组织者，教师在实践教学中贯穿应掌握的理论知识并引导学生将其应用到实践中。
在实践教学阶段，通过质疑引思、举例与联想、归纳与总结、启发式教学、互动式教学等方法来实现开拓创新。在实践阶段，不再拘泥于课本上解决问题的方式方法，更多地体现综合性、设计性和研究探索性，以及表现形式的多样性。培养学生理论与实践相结合的能力，提高学生自主探索能力和创新能力。
考核是监督学生学习的手段，不是目的，根据硬件课程的特点，以实验占一定比例，再以书面考试对基本知识、基本理论进行考核是最为理想的方式。“计算机设计与实践”是属于实践性为主的教学，是以平时的实践为主来进行考核的。重点解决教学过程中教师与学生的角色和地位问题和教学方法问题，以学生为主体，培养学生自主探索的能力。
4 设计实践教学内容
“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”课程的后续课程和实践环节，将计算机组成原理课程的教学内容深化到应用实践，教学过程中不仅仅传授有关硬件设计的课本知识，还将重视理论知识与实践过程的结合，实践教学内容不仅要将组成原理知识应用到实践中，还需将知识综合灵活运用，重视学生综合能力和创新能力的训练和培养。
在实践教学内容的设计上，要以创新为主线，开设一些与传统的验证性实验有本质区别的综合性、设计性和研究探索性实验，重点进行综合性、设计性和创新性教学内容的设计，根据计算机组成原理课程的理论知识，设计相应的实践内容，如利用所学习的计算机组成原理知识和硬件描述语言进行芯片级微处理器的设计、调试、模拟仿真和实际的可编程逻辑硬件实现，让学生自行设计、实现和调试，只要总体目标达到，可不作特别具体的要求，让学生多角度、多方位地思考。可为不同程度的学生提供不同难度的设计题目，学生也可根据自己的能力和兴趣自主地设计题目，培养学生科学研究的能力，使他们探索性地解决所提出的问题，培养学生的实际动手能力和创新能力，以全面提高教学质量，培养创新人才。
5完善实践教学平台，提供创新性实践教学环境
配合“计算机设计与实践”课程教学内容，设计实践教学内容，完善实践教学环境，创造自主创新性实验开发环境和实验开发平台。提供一个灵活的芯片级可编程逻辑硬件开发平台，结合实践教学内容进行实际的硬件实现，做到理论与实践的真正结合，为综合性和创新性设计的实现提供灵活的开发环境，培养学生的系统设计能力和创新能力。为更好突出对学生能力的培养，实践教学中教师与学生按1:15的比例进行实践指导，体现个性化教学思想。
建立新的开放式实践教学模式，提供创新性实践教学环境，提高学生的实践能力和创新能力。在具体实施中，可以把固定的实验时间安排改变成灵活的实验时间安排，把封闭的实验项目改变成支持自主设计的实验项目，把成批实验方式改变为满足学生个性化要求的实验方式[3]。根据学生动手能力的高低进行因材施教，进入开放实践教学的学生可以结成科研小组，采用自主选题、指导教师指定课题或项目提供课题等方式，经课程组指导教师评定后才能开始。科研小组必须在一定时期内完成一定的科研任务，并提交课题总结报告或论文。由于开放实践教学必须以课题小组形式申报课题，在培养学生创新能力的同时，还培养了学生的团队开发能力。为学生提供了自由发展的空间，可以大大激发学生的学习热情、创造激情，为其成才创造有利条件。实现“创新教育，实践教学，个性指导，能力培养”的宗旨，加强学生综合能力的培养。
6 结论
“计算机设计与实践”是一门刚刚开设的探索性实践课程。我们2005年秋开设的“计算机设计与实践”课程，得到了学生的认可，在学生中的第一次开设取得了不错的效果。这对巩固和深化课堂教学、提高学生的实践动手和科研创新能力、培养创新型人才是十分有效的。
开展实践环节的教学研究，开发真正以学生为中心的教学模式，让学生学会自主学习和主动研究，通过多种途径培养学生的自主性、探索精神、研究能力，以及与他人合作交流的能力。引导学生通过解决问题学习知识、发现知识，构建有利于创新教育的新型教学模式，由以教师为中心的逻辑讲解传授式的教学模式，转变为以学生为主体的探究发现式的教学模式。开展设计性与创新性实践教学内容的研究，完善实践教学环境，构建创新性实践教学环境和平台，培养学生理论与实践结合的能力，锻炼学生的设计能力和动手能力，培养学生的综合能力和创新能力，提高学生的综合素质。
参考文献：
[1] 赵若阳，李宁，库少平. 计算机硬件课程体系及内容改革的思考[J]. 计算机教育，2006，（3）：27-29.
[2] 陈语林. 创新型“三性”实验教学模式的探索与实践[J]. 黑龙江高教研究，2005，（1）：31-34.
[3] 龚声蓉，杨季文，朱巧明. 强化实践能力，培养计算机科学与技术专业工程型人才[J]. 计算机教育，2006，（2）：21-24.
Abstract： Combined with case analysis， the article respectively expounds the teaching method of housing architecture in design principle part and structure theory part， and the teaching methods in practice.
关键词：房屋建筑学；教学方法；教学内容
Key words： housing architecture；teaching methods；teaching content
0 引言
《房屋建筑学》是土木工程专业的一门重要的专业基础课程，它是研究建筑设计原理与建筑构造的一门学科。房屋建筑学的研究对象是：建筑构造和建筑设计原理。建筑构造部分，研究房屋的构造组成，各组成部分的构造原理和构造方法。构造原理研究各组成部分的构造组成及其要求，以及满足这些要求的理论；构造方法则研究在构造原理指导下，用建筑材料和制品构成构件和配件，以及构配件之间连接的方法。建筑设计原理部分，研究房屋的设计原则、设计程序和设计方法，包括平面设计、剖面设计、立面设计、室内外装修及总平面布置等方面的问题。本课程涉及建筑材料、建筑美学、建筑技术和建筑经济等领域，可见《房屋建筑学》综合性、实践性极强，要用48学时完成好教学任务，首先对教学内容进行精心筛选梳理，其次根据不同的内容深入思考和研究不同的教学方法。
1 教学内容
教材的编写为了使内容的系统性，写的面面俱到，但给学生讲授时一定要结合实际情况进行取舍。例如楼梯、楼板，教材介绍了预制楼梯、楼板，现在很少使用，那么在讲课时就应去掉或提及一点即可。另外教材不可能与新规范同步，即滞后于规范规程，例如屋顶一章编写教材时《屋面工程技术规范》是GB50345-2004，而讲课时执行的规范是GB50345-2012，那么授课内容必须依据新规范内容的变化进行修改和调整，《屋面工程技术规范》新版将屋面防水划分为两级（原规范为四级），淘汰了细石混凝土防水层，那么讲课时防水等级、合理年限就要修正，刚性防水屋面一节就去掉。总之教学内容一定要随时更新。
2 理论知识教学方法
2.1 建筑设计原理部分 建筑设计原理部分的特点是叙述性强，内容涉及到许多建筑设计规范，学生常常会感到枯燥乏味。如何激发学生的学习兴趣是课堂教学的关键，要激发其学习热情必须按照不同内容采取不同的教学方法。
2.1.1 采用案例式教学法 案例式教学有利于培养学生独立分析思考问题、逻辑思维能力、发散思维能力。例如在平面设计的原理部分，带几套不同建筑的平面图纸，如住宅楼、办公楼、教学楼（幼儿园、中学），先让学生阅读图纸，提出一些问题：为什么房间的面积大小、形状不一样？门的宽度不是固定的？门的数量不同、门的位置不同等等问题，调动学生自主学习的积极性，让其自己总结为什么？最后教师引出确定房间面积、形状以及门窗大小位置的影响因素，以及相关的设计规范。
实施案例教学，要做好两点：①做好图纸的选取，工程一定要具有代表性，简单易懂；②教师事先结合教学内容，设计出对应的问题。
教师分析总结后，再让学生去学习一住宅楼（结合生活紧密）的平面图，结合所学知识分析图纸中是否存在不合理的地方？如何修改就更加合理？为什么？并根据自己的想法来修改；这样就把所学的识图、画图及设计知识连贯起来，为下一步课程设计奠定一定的基础。通过这样的教学，巩固了学生对建筑设计原理的知识，提高了学生识图的能力，也提高了学生观察、分析问题的能力。
对于剖面设计、立面设计都可以用此方法，同时立面、剖面的方案要针对做过的平面图来设计，具有系统性，学生可以形成整体的思路。
2.2 建筑构造部分 建筑构造内容分为两种类型，一是外部构造的内容，如楼梯、屋面、散水、勒脚、台阶、窗台、楼地面、变形缝等等；二是内部构造内容，如基础、楼板等。根据不同的内容采取不同的教学方法，打破教材的章节顺序，进行整体规划教学内容。
2.2.1 现场教学法 现场教学法是根据一定教学任务，组织学生到工厂、农村和其他场所通过观察、调查或实际操作进行教学的组织形式。其优点是提供学生丰富的直接经验，有助于理解和掌握理论性的知识，缺点是在室外干扰因素多，学生注意力容易分散，教学秩序不易控制。针对其特点要做相应对策。
房屋建筑学中外部构造的内容采用现场教学法，增强学生的感性认识，更深刻地理解理论知识。例如讲授墙体细部构造散水（明沟）、勒脚、窗台知识时，将课堂移至校园内某一较安静的建筑物前，一边看一边讲，散水的坡度、伸缩缝等知识点一目了然。再如楼梯的构造，特别是一层平台下做出入口时净高要满足2m要求的处理方法，学生不易理解，更不提自己设计，到现场看着实物讲，很快就明白了局部降低地面标高，首层设长短跑梯段等等。 如何避免现场教学法的缺点？首先上课前做好充分的准备工作：①设定好要讲的知识点；②根据知识点选择好建筑物，同时建筑筑物的周围环境最好要安静；③同时与任务驱动法教学结合，将教学内容转化为相应的任务、问题，让学生带着任务走进参观现场。其次现场教学回到教室后要做总结，将教学内容再系统梳理，这个过程要采用向学生提问的形式，同时针对回答情况打分，将其记入平时成绩，促使下次现场教学时，学生能认真去思考问题。
2.2.2 提问式与多媒体相结合教学法 提问式教学法有利于调动学生学习积极性，培养学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力；多媒体教学法是一种现代的教学手段，它是利用文字、实物、图像、声音等多种媒体向学生传递信息，能将一些施工中的真实情形展示给学生。
房屋建筑学中内部构造的内容采用提问式与多媒体相结合教学法，例如，在讲授建筑构造时，从具有代表性、针对性的施工图中截取构造图样，特别是从正在施工或已竣工的实际工程项目中选取构造图样，加强构造内容的直观性，讲构造柱与墙体连接的构造时，演示砌墙时预留马牙槎、拉接筋、构造柱浇筑完的一系列图片，其中的一些数据很容易就记下来了，学生不必要死记硬背。在介绍屋顶时，首先提问：谁愿意住顶层？为什么？学生回答是都不愿意，怕热、怕漏，这时肯定学生的回答，并将屋顶漏雨的图片用PPT展示出来；进而提问如何防止顶层热及漏雨的现象呢？即设计好屋面。在介绍门窗这章时，先提问：同学们的家、宿舍用的门（窗）是什么开启方式？什么材料做的？通过设问，可以在较短的时间内把学生的注意力集中起来，同时让他们觉得这门课程与生活实际密切相关，学好这门课能解决生活中的实际问题，激发学生认真听讲的欲望。
3 课后学习方法
讲授完《房屋建筑学》课程，与学生交流时，学生总说，听懂了但记不住，房屋建筑学课程的内容缺乏连续性，比较零散，对所学的知识容易产生混淆、记不住。针对此问题，就给学生讲各章节的相关性，实际上各章之间内在是有联系的，如在民用建筑中主要讲述建筑构造和建筑设计原理两部分内容。建筑构造部分又分基础、墙、楼地面、楼梯、屋顶、窗与门等章节来讲房屋的构造组成、构造原理及构造方法。每章之间看似独立但却是相互关联的，如：基础是墙体的延伸，楼板支承在墙上并形成上下空间，这些空间的交通疏散靠楼梯，采光靠门、窗，顶部是屋顶，阳台是楼板的延伸，散水、勒脚是为保护墙体设计的等等。这样，在教学中注意前后相关内容的联系、概念的重复，并使同一个问题从不同角度去认识，使学生巩固记忆、灵活应用知识来理解问题，克服盲目学习、死记硬背现象。
4 实践教学
大学的教育特征是以培养学生实践和创业能力为重点，特别是应用性大学。房屋建筑学课程实训（设计）是让学生在掌握建筑设计、建筑构造原理和方法的前提下，运用制图知识和技能表达出自己的设计意图，这是一个让学生的知识得到升华的过程。通过教学，达到使学生既巩固了建筑制图、建筑材料知识，又掌握了房屋建筑学内容的目的。
房屋建筑学课程设计是土木工程专业学生进行的第一次课程设计，因而课程设计任务要简单一些――住宅、教学楼等，旨在其掌握设计的方法。设计任务书应该在讲设计原理前就下达（因课程设计时间紧），在每讲到一部分内容时，提醒学生设计应注意什么问题、应去查阅什么资料，要让学生通过查阅大量资料来开扩思路、学到更多的知识，从而培养其自学能力（学会查阅图集并会应用），为今后的工作奠定基础。在课程指导过程中，注意在肯定其方案优点的基础上指出不足，切忌否定其方案，令其失去信心，让学生具有积极活跃的态度而不是消极被动地进行，引导其树立踏实作风。课程设计评阅完成后，决不能将成绩上报就了事。要与学生进行交流，错在哪儿，如何改。同时要将优秀的设计展出来，让学生从中学习优点，指出自己的不足，明白自己的设计存在哪些不足，真正起到其应有的作用。
经过这样的实践教学方法，学生的错误率逐渐降低了5%左右。
《房屋建筑学》课程是一门重要的专业基础课程，它是建筑结构、建筑施工、工程估价等专业课的基础。授课过程中应丰富、更新教学内容，恰当地运用多种教学方法，获得良好的教学效果，从而提高教学质量。注重房屋建筑学基本理论讲授的同时，结合房屋建筑学课程设计强化实践教学环节，才能打好土木工程专业的“建筑基础”。
参考文献：
[2]墙新.《房屋建筑学》教学方法浅谈[J].职业技术，2006（6）.
关键词：CDIO工程教育模式；数据库课程设计；教学改革
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）05-0141-03
Reform and Practice of Course Design of Database based on CDIO
LU Lu， LING Jie
（School of Computer Science and Technology， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China）
Abstract： Aiming at the problems of the shortcomings of the traditional pattern of traditional course design of database，Based on the concept of the CDIO engineering education， combining with the present teaching situation of course design of database of computer-related specialty in an university of Guangdong， the specific measures on the teaching system and evaluation for course design of database is expounded. The practice results show the teaching reform expands the students' open minds，stimulates students' initiative and raises the students' practical abilities .
Key words： CDIO engineering education； Course Design of Database； teaching reform
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念。CDIO代表构思（conceive）、设计（design）、实施（im-plement）、运行（operate），它是“做中学”和“基于项目教育和学习”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表达。它体现了现代工程师所应具备的服务于现代工业产品从构思、设计、实现到运行的全过程所必须拥有的基本能力。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、 个人能力、 人际团队能力和工程系统能力四个层面[1-2]。然而我国工科的教育实践中还存在不少问题，如重理论轻实践、忽视团队协作精神等问题。国内外的经验表明CDIO的理念和方法是先进可行的，适合于工科教育的教学改革。
1 数据库课程设计传统教学模式培养现状
数据库课程是计算机及其相关专业课程体系中的核心和基础；而数据库课程设计是数据库课程的实践科目，其特点是综合性强，对动手操作能力要求比较高。但是，传统数据库课程设计的教学模式，往往偏重理论，这会让学生处于课堂教育与实践操作严重脱节的尴尬境地。因此，针对计算机专业人才培养的现实需求，数据库课程设计教学改革势在必行。
2 数据库课程设计教学改革研究
为了达到让学生主动学习的目的，基于CDIO的模式理念，本文构建了数据库课程设计教学内容体系。该体系自始至终与数据库理论内容以及CDIO模式相结合，通过项目驱动，让学生参与其中，按照数据库设计的每个阶段由学生自发独立的发现问题以及解决问题，最终完成课程设计的各个内容。
2.1 数据库原理教学内容以及传统数据库课程设计教学安排
数据库原理针对计算机相关专业本科教学内容主要涉及关系数据库、关系数据库标准语言SQL，数据库安全性完整性、关系数据理论、数据库设计、查询优化、数据库恢复和并发技术[3]。
以广东某高校计算机学院为例，数据库原理理论教学56课时，授课时间为学期第1周至第16周。数据库课程设计16课时，课程设计准备工作主要集中在第13周到16周，设计完成以及检查时间为第17周。（教学内容与进度如图1所示）
这种传统教学的弊端主要体现在：
1）理论教学与实践操作相互脱节。学生不能发挥主动学习的积极性；
2）课程设计实践操作部分学时少，准备不够充分；
3）课时分布不均匀，前松后紧，学生动手实践部分大多放在学期末，容易造成学生在期末考试的压力中忽略动手能力的提高和培养，眉毛胡子一把抓；
4）单凭一个课程设计报告和程序很难衡量学生对知识的理解和掌握程度；
鉴于以上的内容，本文提出了基于CDIO模式的新的数据库课程设计教学体系。
2.2 数据库课程设计教学模式改革
数据库课程设计教学模式改革主要体现在：课程设计在理论教学中贯穿始终。基于CDIO的数据库课程设计教学改革内容如图2所示。
2.2.1 课前准备
CDIO模式不仅重视个人能力的培养，同时也关注团队协作的能力培养。因此，团队协作也作为数据库课程设计教学改革的一个重要内容。为了学生沟通方便，每个行政班中以寝室为单位（4个学生）组成若干个开发团队，选取组长，并且向老师上报各个组员的分工情况，之后各个开发小组可以根据老师给出的备选题目进行选题。
2.2.2构思（Conceive）
CDIO的精髓在于让学生“做中学”。但是对于没有任何数据库基础知识的学生来说，课程开始就投入到实践中是不现实的，所以范例教学十分重要。在理论教学开始时教师利用大概2周的时间，讲解数据模型、数据库系统结构、数据库系统的组成、数据库技术的研究领域以及前沿的知识体系、开发工具，让学生对该领域的知识产生浓厚的兴趣。然后，教师可以从典型案例着手――以学生管理系统为例，讲解如何进行业务流程分析、功能分析和数据需求分析，如何绘制用例图，在数据库设计过程中如何完成数据流图和数据字典分析，让学生在范例讲解中一步步的学会如何绘制ER图，如何设计数据字典中的各项内容。该阶段是构建系统蓝图的阶段，所以，教师要引导学生立足于不同项目的实际需求，通过调查问卷、查阅资料、客户走访等形式，深入探析软件的功能和性能，确定软件设计的限制和软件同其他系统元素的接口细节，定义软件各项有效的需求，与此同时，在确定需求过程中，团队成员之间的磨合与沟通也是必不可少的。通过各个成员的协调，才能最终确定该团队共同的软件需求以及数据库整体规划策略。该阶段的汇报成果即是各团队小组的需求分析报告。
2.2.3设计（Design）
数据库设计包括概念结构设计、逻辑机构设计和物理结构设计，所涵盖的理论知识点比较多。传统数据库原理教学和数据库课程设计在设计阶段几乎是相互脱节的，见图1。为了能让学生提高完成项目的主动性以及自我认知性，数据库课程设计调整幅度也相对比较大。
1）课堂学习关系数据库时，引导学生以课程设计中的选题项目为基础，编制相关的关系代数的演算
2）课堂学习关系型数据库标准语言SQL时，引导学生以课程设计为基础，利用SQL语句解决数据的增删改查的一系列问题，并且针对需求分析中不同的设计模块，设计不同的SQL操作，其中包括单表查询、多表查询、模糊查询、相关子查询、不相关子查询、多表更新操作、视图操作等。
3）课堂学习数据库的安全性和完整性时，通过一系列反例，例如违反实体完整性的数据操作会带来怎样的后果；违反了参照完整性的操作会有哪些危害等等，让学生强烈感知如何能设计出效率高、安全性较好的数据库基本表。此时，可以让学生根据项目选题设计出系统的各个分ER图并且形成初步ER图，在合并过程中找出冲突和问题所在，为后续内容做准备。
4）课堂学习规范化理论时，利用循序渐进的方法，举例说明，让学生利用范式的思想，对项目中的表格进行规范化分析，判断属于第几范式，有什么样的优缺点，能否进行优化。此时，课程设计的概念结构设计，逻辑结构设计已经初具雏形。
5）课堂学习第七章数据库设计时，结合实例，让学生独立完成概念机构设计中的消除冲突与优化，完成由基于项目的初步ER图到基本ER图的转变；同时结合需求分析中的数据字典，根据联系转换为关系表的知识点以及规范化理论，对初步的逻辑结构表进行修改和完善。
该阶段的汇报成果是各团队小组的概要设计报告。
2.2.4实现（Implement）
设计阶段其实是将任务离散化，那么实施阶段就是将项目综合化。该阶段中，书本上的重点内容已经基本结束，学生可以根据学过的基础知识自由发挥，将之前的需求文档以及概要设计文档进行拓展和完善，并且将自己设计的关系代数以及SQL语句转换成高级程序语言中的数据库操作的语句。这时候，有能力的同学也可以根据老师上课讲授的查询优化等内容针对具体项目实际进行查询算术优化和物理优化，并且对比执行效率，感受在不同的实际应用中对不同问题的处理方式。
该阶段的汇报成果是各团队小组成员的详细设计报告的综合文档。
2.2.5运作（Operate）
系统模型建立好之后，要进行软件的各项测试。学生可以通过学习恢复和并发控制等内容，对系统的完整性、安全性等性能进行进一步的改善，完善详细设计报告，补充系统测试内容以及使用系统安装使用说明。最后，通过小组的公开答辩，向老师和全班同学展示系统的设计思路、完成过程以及跟同学们交流心得和体会，并由其他非小组成员的同学作为评委进行点评。
2.3 课程设计考核评价改革
课程设计是一门衡量学生动手操作能力、综合运用能力的科目，所以这门课程更要体现对学生是实践能力的检验。数据库课程设计考核评价改革主要体现在：改变单一的评分标准为多角度综合性评价标准（如图3所示）。
2.3.1 项目文档（分数比例50%）
项目文档包括需求分析报告、概要设计报告、详细设计报告。
1）需求分析报告（分数比例10%），内容包括：
①可行性分析；
②拟采用的开发工具；
③用例图；
④数据字典，包括数据项，数据结构
⑤软件模块初步设想以及每个模块可能进行的操作。
2）概要设计报告（分数比例20%）：
①数据库设计方面：分ER图和总体基本ER图（标明各实体之间联系的类型）、逻辑结构设计（有完整性约束说明，标明主码、外码，分析范式类型）、物理结构设计（索引、存储路径等）、数据库完整性设计（违反实体、参照完整性时的解决办法，比如触发器、存储过程等）
②软件设计方面：功能结构图以及各功能模块主要功能（明确小组成员的分工）
3）详细设计报告（分数比例20%），内容包括：
①系统与后台数据库连接的执行过程；
②系统各模块的主要界面和UI接口；
③系统各个模块的流程图以及详细实现过程；
④关键问题的解决方案；
⑤总结系统后续有待优化和改善的方面。
2.3.2 项目成果演示（分数比例40%）
该类别主要考核的方面如下：
1）系统运行正确；
2）功能完善：有增、删、改、查功能，输入、输出功能；
3）有基本的统计、报表功能；
4）有多表连接查询、自身连接查询、字符串匹配查询、模糊查询、分组查询等；
5）工作量饱满，系统实现技术的难度；
6）是否符合软件开发规范；
2.3.3 团队综合素质（分数比例10%）
该类别主要通过系统演示、课题答辩以及团队的出勤和会议纪要等信息考核团队成员的协同合作的能力，而且，尤其要注意有些同学过分依赖他人的思想。所以答辩过程中要求每个小组成员都要对自己所做的内容进行阐述和说明。
3 结束语
通过一系列的基于CDIO模式课程设计教学改革，使得每一个同学都有公平的主动参与的机会，同学们从这门课程开始就主动思考项目中各种实际问题，由“学中做”转变为“做中学”，极大发挥了学生的积极性和创造力，从而使得数据库课程设计的实践教学取得了非常好的教学效果。很多同学都对数据库产生了浓厚的兴趣，而且也有一部分同学毕业之后选择了数据库相关的行业。
参考文献：
[1] E.F.Crawley. Creating the CDIO Syllabus， a universal template for engineering education， fie， vol.3，Pp.F3F8 -13， 32nd Annual Frontiers in Education （FIE’02）， 2002.
【关键词】卓越工程师 基础工程教育 整体思维 复式教学模式
【基金项目】本文章受：2013年江苏省高等教育教改研究立项课题（项目编号：2013JSJG139）和工业中心2012年国家级实验教学示范中心实践（工程训练）教学改革研究项目（项目编号：ZXJG201202）项目的支持，在此表示感谢。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）03-0251-02
本文所要解决的主要问题在于，如何紧扣“强化培养卓越学生的工程能力和创新能力”的大目标[1][2][3]，针对目前我国高等学校基础工程教育教学模式的弊端创新教学模式，变传统的“个体思维”的线性教学模式为“整体思维”的复式教学模式[4][5]。让学生在整个基础工程教学训练过程中看到每门课程、每个知识点的工程背景、学习目标，变“盲目”为“明目”，变被动为主动，变“等着喂”为主动“觅食”，从根本上解决学生的学习方法、学习动力及学习效率问题，从而主动参与到自身工程能力和创新能力培养的活动中来。
1.基础工程教育课程性质的共性研究
教学模式，是指以课堂教学、实验实践、课程设计等为教学环节，以教学方法与教学手段来保证教学内容和教学目标的贯彻执行的总和。
目前我国的基础工程教育设置有工程图学、工程力学、工程材料、机械原理、机械设计、机械制造基础等课程。为了找到一个能覆盖整个基础工程教育的普适性教学模式，本文首先对这些课程的性质共性和相关度进行了深入细致的研究分析，总结归纳如下：
（1）它们都具有系统的理论性，具有如数学、几何学、物理学、化学等基础理论的支撑。
（2）它们都具有相同的从设计到制造的系统的工程背景，且每门课程及其中每一个知识点都可以找到具体的工程对象；反过来，对于相同的一个工程对象，又可引出每一门课程的相关内容和知识点，如该产品的工程设计方法、构件的强度、刚度及压杆稳定性计算方法，设计表达及工程制图方法，生产加工与材料选择等。由此也就体现了这些课程的另一个共性，即实践性。
（3）这些课程各有本课程知识点的目的，却又互相关联、互为基础。例如：工程图学提供工程产品的建模、成型原理，解决设计思想及制造方法的分析表达及理解问题，要学习并掌握其知识点，就必须同时了解工程设计方法、生产加工与材料选择、结构的力学分析与计算等方面的知识，了解从生产到制造的全过程；机械原理与机械设计课程内容解决有关机器、机构、构件和零部件的设计方法和一般步骤，就必须同时具备工程力学与工程材料的基础知识，并会用现代的工程图方法对设计进行记录、联想、分析、表达及交流，等等。
2.基础工程教育类课程教学模式的建立
本文研究建立的教学模式是一种适用于基础工程教育的普适性教学模式，不受课程设置的限制。它基于工程对象，是一种“整体思维”的复式教学模式。它由两大过程组成一个螺旋式递进的回路。首先是一个从整体到个体的过程，一个“面-线-点”的过程，即由一个具体的工程对象（与实验、课程项目、课程设计相对应），引出整体工程概念及工程基础工程教育的整体目标，再以由此伸展从设计到制造全过程（概念设计、结构设计、力学分析、材料选择、建模成型等）多条支干，所有支干并行、但每条支干都由相应课程的知识点作为分支；第二是一个回归整体，提升掌握的过程。在这一“回归提升”的路径上，所遇到的知识点及期间的联系、工程背景和概念不再陌生，而是通过各种实验实践、项目和课程设计等手段加深、验证和升华。真正达到了“实践-理论-实践”的螺旋式上升的目的。
要执行这样的教学模式，对教师而言，启发式、互动式、项目式等教学方法是必然的手段，不必生硬刻意去求。由此而带来的教学目标及测评方法也必然不同于传统形式，而是重于过程而不苛求唯一答案；对学生而言，由顶而底的方式，使他们面对的是有着具体目标和工程背景的知识点，如果不去顺藤摸瓜，主动寻觅，动手亲验，是无法求解求知的。因此，这样的教学模式是对学生工程能力和创新能力的培养是必要而可行的。
3.案例实验
在基础工程教育系列课程中，工程图学是第一门技术基础课，往往安排在学生进入大学学习阶段的第一学期，与基础理论课程的学习同时起步。这一阶段的学生的学习方法、学习效率正处于一个从高中到大学、基础理论学习到专业学习的关键的转型期。同时，工程图学又是工程师通用的技术语言，在一个工程产品从设计创造到制造使用的全过程中，起着记录设计灵感及不断修改完善、表达沟通设计思想和创造结果的举足轻重的重大作用，因此我们选择了这门课程作为成果的切入点，并以江苏大学卓越计划教改项目为背景。
改革后的工程图学的教学内容由“制图的基本知识与基本规定”、“投影原理与画法几何基础”、“工程制图基础”、“机械图样的绘制与解读”、“计算机绘图”5大模块组成。教学环节由课堂教学-零件测绘-计算机绘图-课程设计4个环节串联。
机械设计有别于其他学科，它的实践性很强，课程的研究对象是常用机构和通用零部件，需要同学们对其有一定的感性认识，但是随着近几年来高校录取分数的下降，生源素质呈下降趋势，绝大多数的学生具有文化基础薄弱、学习兴趣不高、学习能力不强的特点，在现有的招生制度下各专业文理科都收，造成学生学习基础参差不齐，加上在校生且几乎都是从学校到学校，对各种机械零部件普遍缺乏感性认知的问题，所以在机械设计理论教学前我们先安排同学们进行感性认知实践，以增强学生的感性认识，如通过组织学生参观机械原理和零件陈列室、各类机械设备陈列柜、观看机器工作录像、常用机构的动画FLASH，到工训中心现场实地参观（工训中心有完整的机械类专业金工实习所要求的各类机械加工设备）等认知教学，认识具体的零部件、常用机构和机器，使学生们清楚知道机器的基本组成要素——机械零件，初步了解机器的组成、结构特点、工作过程及工作原理，使理论与实际对应起来，通过认知实践增加学生的感性认识，培养他们对机械设计基础课程学习的兴趣，使学生对于学习本科程的具体内容及学习方法做到心中有数。
2实验教学
在机械设计教学过程中，实验教学与理论教学具有同等重要的地位。通过实验，使学生熟悉掌握一些与本课程有关的实验设备的原理、使用和调试，掌握实验数据采集和处理的过程与方法，培养认真细致、一丝不苟的工作作风，提高观察问题、分析问题、解决问题的能力和创新能力。不断提高实验教学效果，确保实验教学质量是机械设计实验教学改革的重要课题。课题组以“打牢基础、培养能力、增强素质、提高实践和创新能力培养”为基本要求，以机械设计学科知识平台为依据，结合学校实验教学条件，并充分考虑学生在基础、专业要求、兴趣、特长和能力发挥等方面的差异，对机械设计课程的所有实验进行了分类和整理，构建了一套加强基础、提倡创新、重在应用，多层次、多模块、开放性的实验教学新体系。
（1）尽可能利用好现有实验条件，巩固和加强传统实验传统实验在帮助学生理解机械原理或工作特性方面具有重要的的作用，因此在机械设计实验教学改革与发展中依然需保留、巩固并加强这些实验项目和内容，例如我们保留了《带传动性能实验》、《滚动轴承性能实验》、《减速器结构装拆实验》，这些验证性实验会使学生对课堂所学的理论知识有更深刻的认识和理解，为今后研究和创新设计机构奠定良好的基础；保留了《螺栓及螺栓组连接综合实验》，综合实验使学生掌握机械系统的工作原理、承载特性、影响因素分析方法，有利于培养学生的动手能力、数据采集能力、分析与解决问题的综合能力。
（2）加强创新设计性、综合性特色实验建设2011年我校添置了机构运动创新设计方案及仿真实验台和传动机构综合实验台，有了这种机构综合实验台，学生可根据实验指导书要求，自行设计和搭建实验平台，选择适当的构件，进行测试分析，有效地开拓了学生的创新思维，提高了学生综合实践能力。
（3）课程实验实行开放性实验为了增加学生动手能力，课程实验实行开放性实验，即学生在实验课上没有弄懂的内容、没有完成的实验，可以随时补做，直到弄懂为止。本课程的考核方式是做完实验后才能参加理论考试。
（4）课堂教学与实验一体化为了更好地与课程的理论教学相配合,我们拟建设一个“机电一体化教室”。该教室为一个多功能教室。可供学生上课、实验、专周训练用。学生在该教室上课可直接观看到各种实物、模型及仿真运动，同时学生还可以自己做实验来验证自己所学的知识。将单班课安排在多功能教室进行，根据内容需要采取多媒体讲解、模型演示和实验操作相结合的方法，充分利用教学资源，提高教学效果。实验课教学的设计思想是：在内容上必须是传统实验与创新实验的协同，是认知实验、验证实验、综合实验和创新设计实验的集成。实行开放式的，贯穿学生学习全过程的，从课内一般实验到课外的自主式开放实验。在实验的开出形式上将实验项目分两个系列：必修与选修，其选修内容可让学生自由选择，从而鼓励学生个性自由发展，并可不拘一格地鼓励优秀学生脱颖而出。通过一些提高型、选修型实验的开出，极大地激发了学生的学习热情。很多学生经常在业余时间来到实验室学习和钻研，取得了良好的效果。
3课程设计
课程设计是机械设计课程的最后一个具有综合性和实践性的重要教学环节，也是高等工科院校机械类专业学生第一次较全面的设计能力训练。它不仅是学生获得知识的重要途径，而且对培养学生的自学能力、工作态度、实际工作能力、科学研究能力和创新能力具有十分重要的作用，对实现培养学生的知识、能力、素质起着关键的作用。课题组对机械原理课程设计和机械设计课程设计内容和选题进行了全面改革，使之由机构设计为主转变为由机械整体运动方案设计和整机设计为主。课程设计的选题更接近实际更加丰富多样，我们将以往集中时间进行课程设计教学改为部分分散然后集中的教学方法，将课题在机械设计课程教学中期就布置下去。这样，可以使学生随着机械设计课程的进行以课外作业的形式逐步完成除装配图以外的传动计算部分、标准件选择部分，并进行变速箱结构设计的草图绘制，平时老师利用课间、课后、QQ、视频等方式进行辅导，最后集中绘制装配图、进行答辩，这样一种渐进式教学过程，学生的基本设计能力的培养会更扎实，在课程设计中鼓励、引导学生创新设计，旨在帮助学生掌握机械设计的实用技能，为从事相关技术工作打下扎实的基础。
4课外科技活动
将课程建设延伸至第二课堂，培养学生的创新能力以及科研联合攻关的意识。课程组教师不仅注重课堂教学质量，而且注重大学生第二课堂的建设和成效，将课程建设以及课堂教学与大学生课外科研课题相结合（如大学生创新训练计划、大学生学科竞赛），积极承担所教课堂大学生课外科研课题的指导教师工作，旨在激发学生的学习积极性，培养学生的创新能力以及科研联合攻关的意识。从而实现多层次、多渠道培养学生能力和提高教学质量的目的。
结束语
关键词:计算机组成原理;实践教学;创新人才
吉林农业大学发展学院是民办独立院校,2000～2008年,计算机科学与技术专业总共招收本科生510人,最近5年每届招收本科生约65人。按照现代教育思想来审视基础理论与实际应用、素质与能力之间的辩证关系,我们发现传统教育思想是以传授知识为着眼点,而现代教育思想则以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力为主要目的,培养综合素质高的创新型人才[1]。要实现这一目标,必须首先实现教育思想的转变,还要把最新的计算机知识融入到课程体系中。我校课程组近年采取了一系列的实践教学措施,在学生的知识获取、能力提高和素质培养等多方面进行改革,以实现计算机教育的培养目标。
1创建课程实践环境
“计算机组成与体系结构”是计算机科学与技术专业的一门核心和重要的专业基础课,是一门实践性很强的课程。它涉及的知识面广、内容多、难度大、更新快,在基础课和专业课之间起着承上启下作用,该课程可以使学生建立计算机的整机系统概念,培养学生在硬件系统分析、设计、开发、使用和维护等方面的能力。教师通过传授教材中的知识,使学生掌握计算机各功能模块的工作原理,再互相联系,开发他们的智力。所谓“知识”,就是人们在改造客观世界和实践中所获得的认识与经验的总和,而智力是指感知到思维的心理过程,特别是人认识客观事物并运用知识解决实际问题的能力,是在掌握人类知识经验和从事实践活动中发展的,由观察、注意、记忆、想象、思考等要素构成[2]。我们所营造的环境对学生的智力发展起着决定作用,改革课程设计实验的方法可以促进学生智力的发展,锻炼超常的智力品质,使学生学到更多的知识。为此,我们除了建设学校的实习基地外,还在校外建立了四个创新实践基地,加强学生的实践动手能力,提高他们分析和解决问题的能力。 2改革实践教学内容
我校专门制定了一套符合独立院校发展,培养应用型人才的、具有综合能力教学指导思想、实验项目完整的实验教学大纲,并对实验报告进行规范。这种规范培养学生基本程序设计素质和良好的程序设计习惯,对训练科学严谨的工作作风起到促进作用。通过设计指导思想的确立,让师生明确在课程设计中要做些什么、了解什么、掌握什么、达到什么目的,建立完整的设计方案[3]。
3精心设计实践过程
我们采取“理论―抽象―设计”的方式开展上机实践。根据不同的教学对象,精心设计了几组不同类型的综合性的问题,不仅抓实验过程中的辅导,还抓实验前的准备工作和实验后的总结工作。
在设计方案中,让学生了解、熟悉、掌握各种元器件的功能、原理和作用,灵活掌握不同元器件在不同电路中的作用,使设计出的电路原理简单、功能性强、使用方便,具有更好的互换性和实用性。通过逻辑框图设计电路,按不同的要求使用各种元器件组装、调试电路,通过实验确定设计的合理性。
让学生检验和验证自己设计的电路,使用一个小程序运行电路,检验设计思想是否合理、元件的使用是否恰当、电路是否简单以及能否实现逻辑功能等,从问题中找出解决的办法。
4提升学生综合分析能力
课程设计是对学生的全面综合训练,目的在于使学生通过课程设计掌握全课程的主要内容,提高综合应用知识和软件开发的能力,加强写作能力,为今后的毕业设计和毕业论文的撰写奠定基础[4]。在教师承担的科研课题中,应尽量多吸收学生参加,让他们把所学理论知识应用到设计实践中,提高知识获取、分析问题和解决问题的能力,为将来的就业打下基础。对于课程设计,最后每个学生都要进行面试和答辩,提交课程设计报告,因此学生必须能够清楚地介绍设计思路和主要技术手段,并回答问题。
能力总是同成功地完成某项活动或任务相联系,是指一个人完成活动或任务的本领。在教学实践中,除了经常性和有针对性地培养学生的观察能力、专注能力、记忆能力、创造能力、想象能力和思考能力以外,还应强调自学能力、独立工作能力和科学研究能力,尽量让学生自己思考、设计,启发学生的思维,激发学生的求知欲。在设计中,虽然有的学生学习成绩不太理想,但也能自行设计,并能独立完成调试工作,这使学生尝试设计开发的艰辛和体验到成功的喜悦,建立集体创新攻关的概念,培养学生的实事求是的作风,真正做到理论与实践相结合,提高自学能力和独立获取知识的能力。
5结语
培养学生的综合能力是现代技术发展的要求。这是因为科学技术发展十分迅速,知识更新周期大大缩短;学生在校期间不可能把一生所用的知识学到手;因此应提高独立工作能力,也就是运用知识解决实际问题的能力,包括分析问题和解决问题的能力、科学实验能力、设计能力、编写技术资料与报告的能力、组织管理能力及硬件动手能力和创新能力[5]。通过教学和实践,教师与学生、教学与科研、成果与教材、教育与发展形成一个有机链条,构成互动互利的整体,更新了知识结构,把教学与课程建设、学科发展、科学研究、社会需要、人才培养、就业去向紧密结合。
总之,国家强盛靠人才,人才素质靠教育,教育水平看能力,能力培养靠实践。学生自己动手做实验,自己动手做设计,知识才能学活用活,真正提高分析问题和解决问题的能力,成为高质量的人才。
参考文献:
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Innovation and Discussion of Practice Teaching in "Computer Organization and Architecture"
YAO Yu-xia1,2 ; LIU Xiao-yan1 ; SUI Qing-ru1 ; ZHANG Yun1
(1.Faculty of Computing, Development School of Jilin Agricultural University, Changchun 130600,China;
2. Information and technology college of Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China)
【关键词】测控专业综合实践 应用型人才培养 综合实践模式 工程能力
【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2009)07-0029-02
一、测控技术与仪器专业的背景与现状
随着国内经济的高速发展,我国高等教育模式正在从精英教育向大众教育发展、过渡,教育活动的目的也由过去的专才教育转变为通才教育或者通才教育与专才教育相结合。高等教育模式的转变要求教育形式、内容及教学活动的各环节都要进行相应的变革。在这样的背景下,国家教委对我国高校本科专业设置进行了调整,并于1998年颁布了新的本科专业目录。专业调整后,本着以一级学科办专业的精神,仪器仪表类的十几个相关专业,如检测技术、自动化仪表、精密仪器、光电信息等,被归并为一个大专业――测控技术及仪器专业(简称测控专业)。该专业的诞生标志着仪器仪表人才宽口径通识教育的开始。
我国现有180多所高等学校设有“测控技术与仪器”专业。由于各学校原来的相关专业情况和发展历史不同,所以现有办学条件、专业规模、教学水平也各不相同。从专业方向来看,由于各学校原来的服务对象不同,现在的测控技术与仪器专业在专业方向、课程设置、实践内容等方面存在着较大差异。从招生情况来看,近几年测控专业的学生构成并不理想,究其原因,除了高校扩招带来的影响外,很重要的原因是行业市场低靡和该专业的社会认知度不高造成的。
我校测控技术与仪器专业的前身为精密仪器专业,设立于1986年。多年以来,专业教学团队在专业建设、人才培养模式、课程体系改革以及教学内容和教学方法等方面做了大量的探索与研究、实践工作,积累了丰富的经验,完成了多版教学计划的修订。经过不懈努力,目前本专业已逐步形成了以光、机、电、计算机为学科基础,偏重于光机电一体化结合,强调理论教学与实践教学相结合,注重学生综合能力以及工程实践能力的专业培养特色。近几年来,在专业内涵改变、大学理念更新、建设创新型国家和实施首都城市创新战略一系列背景下,我校测控专业教学团队又针对“测控技术与仪器”专业宽口径应用型人才培养模式进行了深入研究与探索实践,完成了多项教育教学改革项目,在测控专业宽口径应用型人才培养方面取得了明显成效。
二、测控专业综合实践模式与应用型人才培养
为适应宽口径应用型人才培养的需求,在最新版的测控专业培养计划中强调理论教学与实践教学相结合。实践教学环节包括课程实验以及独立设置的专业教育、课程设计以及毕业设计等环节,其中测控专业综合实践是测控技术与仪器专业开设的特色课程设计之一,它是在学生完成所有专业基础课和专业课的学习之后、在毕业设计之前进行的一个综合性实践环节,其目的是使学生整合自己所学的专业知识,了解专业的最新技术进展,培养并锻炼工程能力和应用创新能力。在当前学生就业压力比较大的形势下,通常安排在第八学期进行的毕业设计环节受到了一定影响,工科专业的学生往往有到就业单位进行实习的实际需求。在这种情况下,如果通过毕业设计之前的测控综合实践环节对学生进行符合专业培养目标的综合训练,对提高毕业设计质量、提升学生就业优势具有重要作用。
测控技术与仪器专业由多学科交叉形成,其主干学科是仪器科学与技术。仪器科学与技术是以机械工程、光学工程、电子科学与技术以及计算机科学等学科为基础而形成的综合学科。随着科学技术尤其是信息技术的飞速发展,传统意义上的仪器仪表已发展成为以计算机技术为核心,具有信息获取、存储、处理、传输等综合功能的测控系统。
根据测控技术与仪器专业多学科交叉的特点,结合市属市管高校的人才培养层次定位服务面,为使本专业培养的人才知识结构不断调整更新、覆盖的知识面越来越广、复合程度越来越大、社会适应性越来越强,探讨建立一种
适当的专业综合实践模式显得尤为重要。这就需要对专业综合实践模式进行深入的探索和研究。
三、历届测控综合实践实施总结
从1998年开始,我校测控技术与仪器专业就开始了对测控综合实践实施方案的探索,取得了一定成绩,但也出现了很多问题。
以下对历届综合实践实施方式和效果进行总结:
开出时间:整个测控综合实践持续时间为三周,安排在第七学期末最后三周或第八学期初最早三周集中进行。
实践内容:以教师的科研成果为基础,选取典型的测控系统或测控仪器,安排学生在了解整体构成和设计思路的前提下进行系统或仪器中某个具体模块的设计、调试。曾多次采用的题目包括:51单片机恒温控制系统;PLC物料分选系统;步进电机速度测控系统;伺服电机闭环速度调节;语音信号光电调制;激光测距;激光三角法测量三维面形等等。这些系统或仪器都是光、机、电、计算机技术相结合的典型应用实例,学生在教师指导下首先了解系统整体性能和模块组成,然后根据安排自己动手设计其中的光路、机械部件、电路、程序模块等,模块调试完成后嵌入原有系统并进行整体调试。
组织形式:测控综合实践采用分组方式进行,参加指导的教师每人负责一个小组。每个小组人数3～9名不等,根据教师所指导题目可用设备情况确定。每个小组中的同学分工合作,各人负责不同模块的设计调试。学生确定分组以后,指导教师向学生讲解系统原理、组成及模块划分等情况;之后由学生查阅资料进行2～3天的设计;教师对学生的设计方案进行审阅后学生进实验室进行实际调试;最后一周,学生在调试的同时撰写正规设计报告;最后1～2天安排验收和答辩。
成绩评定方式:成绩由四部分组成,即设计调试过程;调试结果;设计总结报告;答辩。
取得的经验:测控综合实践所采用的题目都来自于工程实践,学生通过该环节较好地锻炼了工程设计和调试能力,并培养了团队合作精神。部分学生在毕业设计环节对测控综合实践所涉及的内容进行了深入研究与创新探索,取得了较好的成绩。另外,每个题目都是多门课程的知识综合,学生通过动手实践,不仅起到了理论联系实际的效果,还将相关的专业课程“串”在一起,巩固和掌握了相关的专业基础知识和各种设计工具。
实施过程中遇到的问题:①学生要在短短三周之内深入理解系统的工作原理并进行具体模块的设计、调试往往比较困难,尤其是扩招之后。如果降低难度则等同于一个大型实验,起不到专业综合锻炼的作用。工程能力的培养贯穿于分析、设计、调试、总结、报告书写等各个环节,缺一不可,这些环节分摊到三周之内过于紧凑。②教师工作效率较低,每人只能指导几名学生,且需独立向学生讲解光、机、电、计算机等各方面的知识。
多届学生完成测控综合实践环节后,虽然教师和学生都认识到该环节对学生专业能力的培养起到了重要作用,是不可缺少的实践环节,但因为上述问题的客观存在,测控综合实践的继续实施遇到了较大困难。
四、新的测控综合实践模式
在测控技术与仪器2008级专业培养方案和教学计划的制订过程中,根据应用型人才的培养需求,强调了对学生专业工程能力的训练,也更加明确了测控专业综合实践的地位和作用。经过广泛调研,借鉴国内其他院校专业综合实践的成功经验和国外面向工程师的应用型人才培养方式,对我校测控技术与仪器专业综合实践模式进行了修改和完善。经过修改的测控综合实践实施方式概括如下:
1.时间安排:测控综合实践第七学期进行。第七学期初向学生布置设计任务,安排指导教师;整个学期学生在教师指导下进行分散设计和调试;学期末安排两周专用时间进行联调、验收、总结、答辩。
2.课程设计内容及基本要求(见附表)。
3.组织方式:集中开展和分散开展相结合。测控综合实践按80个学时计算(折合每天8学时,一周40学时)。按照设计内容及基本要求中的规定,其中的第(1)、(2)、(3)、(4)项在第七学期的第3～15周分散进行,第(5)、(6)、(7)项在学期末安排两周集中进行,即学生在学期初确定自己所做题目(每人一题,或多人组成一个设计小组,不同题目由不同教师负责指导),之后根据课程安排和实验室可利用情况在专业实验室进行分散设计、调试,最后两周进行集中调试和总结。
4.教学方式:学期初由教师集中讲解课程设计任务、设计要求等,学生根据题目要求查阅资料制订设计、调试方案;学期中学生在实验室进行系统分模块设计和调试,教师负责答疑等指导工作;最后两周学生在实验室进行系统联合调试,根据调试结果和中间的实验数据撰写课程设计总结报告,并参加课程设计答辩。
5.考核方式:根据学生查阅资料情况、方案设计、调试过程、最终调试结果、设计报告、答辩情况等进行综合考核。其中方案设计、调试过程、最终调试结果、设计报告、答辩各占20%。
参考文献
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关键词:创新精神;实践能力;计算机专业;硬件课程
随着我国高等教育改革的不断深入,高等教育由原来的毕业教育转向就业教育,要求毕业生要有创新精神、创业能力,具有一技之长。合格大学生的标准不再是完成学校规定的课程及取得相应的成绩,就业成为评价毕业生优劣的标准,也是评价高校办学水平和教学质量的标准[1]。毕业生就业工作,直接关系到高校的生存与发展。在我国人才培养方面有一种现象值得注意:一方面是大量计算机专业的学生难以找到合适的职位,另一方面却是相关用人单位难以找到满意的人才,其中一个重要的原因是学生缺乏必要的创新精神和实践能力[2]。如何提高学生的创新精神和实践能力,一直是计算机学科教学的难点问题。几年来,我们转变教育观念,不断创新人才培养模式,探索出一条培养大学生创新精神和实践能力的有效途径。
1现状分析
从专业的角度,计算机类专业学生具备的创新能力应该从计算机软、硬件两个方面体现。我们以培养学生在硬件方面的创新能力出发,推进在计算机硬件环节方面的教育,从课程群设置、教学大纲、实验设置、课程设计设置、毕业设计训练等方面,构建硬件类课程教学与实践体系等,着力培养学生独立思考问题的能力和创新意识,提高学生的实践能力。
经过2004年教学评估过程以及近几年的质量工
程实施,我校在相关专业都增加了综合设计型实验项目,从教学大纲、实验内容上都有所体现,但是实际的执行情况并不乐观,部分综合设计型实验从实验项目确定、实验内容以及实验的开放模式等,还不能成为真正的创新型实验。以计算机组成原理实验室提供的综合设计型实验项目为例,实验室开出了时序逻辑电路分析与设计、存储器设计、运算器设计、总线设计等综合设计型实验项目,但是从实验效果来看,并不十分令人满意。其中的原因是多方面的,一是实验内容本身的问题。从学生的角度,实验内容本身的可实施性较差,学生学到的知识与综合设计型实验的内容存在较大的差距,有些实验虽然是综合设计型的,但到学生真正操作阶段,难于下手,实验起不到预想的效果;其二,实验室的管理模式,实验人员的配备不能满足综合设计型实验的正常高水平开出。实验室虽然列出了综合设计型实验项目,但是这些实验项目大多是从公司引进的装置,对实验项目内容的开发有待进一步深化。
针对上述存在的问题,我们从计算机硬件类课程的角度,建立一套培养学生创新能力的教学及实验系统,包括培养方案中的课程设置,课程实施机制,从实验项目的确定、开发,到实验项目实施过程中的管理,提出一系列具体的管理办法和措施,以期做好计算机专业硬件类实践性课程综合设计型实验的管理模式,为创新型实验提供一种可以借鉴的模式。
作者简介:马礼(1968-),男,教授,博士,研究方向为分布式系统、嵌入式系统;张永梅(1967-),女,教授,博士,研究方向为人工智能、图像处理;宋丽华(1979-),女,讲师,博士,研究方向为嵌入式系统。
2具体做法
结合目前的状况和实验条件,通过调研、分析和比较等研究,从以下几个方面作了一些工作。
2.1研究课程设置与修课序列
以计算机硬件类课程群相关课程为依托,通过与国内兄弟院校沟通、交流,建立了更趋合理的硬件课程群设置方案。从课程群的内涵出发,以培养学生独立思考问题和创新意识为出发点,设置相应的课程并调整为合理的先后修课程顺序。针对计算机专业的特点,结合当前课时数相对紧张的实际情况,将“数字逻辑电路”、“计算机组成原理”、“汇编语言程序设计”、“计算机系统结构”、“接口技术”、“嵌入式系统”等几门课程的实践环节合理有机结合,深入探究课程之间的逻辑关系,设置循序渐进的教学内容和实验,通过“验证型―设计型―综合型”实验环节,为学生学好硬件类课程奠定一个良好的基础。
对于“数字逻辑电路”课程,受总学时和课程实际需求关系制约,我们认为以满足后续课程学习够用为止,安排并讲述数字电路的核心基础部分,并在集成电路特性方面重点加强,目的是让学生能够应用集成电路芯片完成硬件电路的初步设计。
“计算机组成原理”是计算机科学与技术及相关专业的核心硬件类专业基础课程,需要“数字逻辑电路”、“计算机导论”、“程序设计”等先修课程支持。该课程是学生接触计算机硬件核心的第一门主干课程,以讲述通用计算机原理为重点,包括计算机硬件各主要组成部分的组成原理,实现方法等。多年来的教学实践和交流沟通,学生们普遍认为“计算机组成原理”是较为抽象和难于掌握的课程之一。我们从课程的内容入手,结合计算机发展的现状,进行分析认为:“计算机组成原理”之所以学起来困难,主要原因就是课程内容比较抽象,讲述的都是实实在在的计算机原理,但学生学习的过程中却根本无法进行具体的操作实践。例如,计算机组成原理中最为核心和重要的知识点是“控制器内部组成原理”,同学们接触到PC机时,往往看不到,摸不着其心脏。学起来就很枯燥,不易掌握。针对这种情况,我们尝试在“计算机组成原理”课程中将功能部件的实现部分加强,
具体的做法就是通过采用VHDL(超高速硬件描述语言)描述功能部件,将功能具体化到FPGA(现场可编程逻辑阵列)电路中,学生在掌握各功能部件基本原理的基础上,通过具体的实验设计完成控制单元的设计,并调试通过。这样就把抽象的概念和内容具体化,学生就容易接受,从而也就容易掌握。
在完成课内实验的基础上,专门设置了依托“计算机组成原理”的硬件课程设计。利用VHDL技术和FPGA技术,将组成原理的各功能部件进一步综合和具体化,从而为后续课程的深入学习奠定基础。
在“计算机组成原理”学习完成之后,设置并逐步学习“汇编语言”、“接口技术”、“嵌入式系统”等课程,并逐渐接触并学习具体的应用系统设计,完成从理论到实践的系统训练。为学生参加电子设计竞赛和科技活动提供良好的基础训练,为学习计算机应用技术和系统结构奠定良好基础。
2.2界定课程内容
计算机硬件系列课程教学内容多,技术发展快,而各课程学时数紧张。硬件类相关课程在课程内容上存在着一定的相互交叉和依赖关系[2],单纯考虑某一门课程,从课程的系统性角度,往往力求知识点完备,但结合多门课程综合考虑,课程之间又具有内容重复设置的实际。在这一课程群中,我们认真研究课程的内涵,合理确立各门课程的授课内容,构建知识内容前后衔接、实验环节密切配合的一体化教学与实验体系,写出合格的教学大纲,为教学实施提供具体合理的依据。硬件课程群各门课程的内容界定以基础知识在某门课程中体现即可,避免在多门课程中重复出现相同的内容,从而对课程内容进行精炼。通过整合,我们将“数字逻辑”、“计算机组成原理”、“汇编语言”、“接口技术”、“嵌入式技术”等课程的内容进行了界定,具体如下。
(1) “数字逻辑”主要讲述数字逻辑的基础门电路、逻辑表达式与化简、编码器/译码器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、集成电路基础等内容。
(2) “计算机组成原理”主要讲述通用计算机主要组成部分的组成原理。讲述数据表示与编码,运算方法与运算器实现,一般意义上的指令系统及其设计方法,控制单元构成原理与实现,存储器基本原理与存储器构成、存储系统的构成,输入输出部件与输入输出系统,总线系统等。特别指出,数据表示中的各种进制数表示与相互转化,由于已经在计算机导论等课程中已经讲过,在本课程中不讲,但是要求学生熟练掌握。只提示,不深入讲述。
(3) “汇编语言”主要讲述Intel x86系列CPU的内部结构与寄存器组织、寻址方式、指令系统、汇编语言的语句格式、汇编语言程序设计方法与技巧等。本课程中不讲二进制数及其各种编码。
(4) “接口技术”以Intel x86系列CPU为原型机核心,讲述处理器与存储器、与IO设备之间的接口方法,具体存储器的扩展、地址分配等,IO端口及编程方法,串行接口与并行接口,A/D与D/A接口等内容。学生通过学习掌握基本的接口实现方法。
(5) “嵌入式系统”从应用角度出发,直接结合目前广泛使用的嵌入式系统,讲述一般的组成原理,以一种具体的嵌入式系统为例,从其内部结构、操作系统定制、驱动程序编写、具体的IO接口等部分,实现具体应用系统的设计和实现。
2.3研究创新实验项目
硬件类课程的后续知识点,可以有很多具体实用的项目。为提高学生创新实践能力提供保障,我院聘请相关教师作为创新能力培养的指导教师。有针对性地建立适当的管理和激励机制,以支持实践教学指导教师持续有效地实施实践教学环节。在实验项目的制定上,充分考虑学生的需求。通过学生参与提出实验项目,教师深入研究设置有意义的、实用的、学生感兴趣的实验项目,通过这些项目逐渐培养学生的创新意识。
开始时,实验项目主要由教师根据实验条件和技术发展状况提供,在学生熟悉实验环境后,根据自己的兴趣提出实验项目,与实验室协商配套,完成实验。这种方式,可以启发学生积极思维、主动解决问题,最终形成完整的思路和方法。同时,增强学生的责任感和成就感,为创新人才的培养提供了新思路。
2.4研究实践环节的模式
建立一套适合管理综合设计型、创新型实验项目的管理办法,为实施创新型实验提供制度上的保证。实践环节从“课内实验―单独实验课―毕业设计”三个环节贯穿实践教育的各个环节,从第4～5学期开始,逐渐将实践环节渗透到教学过程中,从“验证型
实验―设计型实验―综合创新型实验”三个层次,循序渐进地设置实验项目,锻炼学生的实际动手能力。
(1) 基础验证型实验:依托课程,完成课内的基本实验,以演示、验证实验为主。通过这些实验使学生建立起基本的科学研究和创新理念。
(2) 设计提高性实验:通过课内综合设计型实验、课程设计、大型实验周等环节,以设计型、综合型实验为主,培养学生对依托课程进一步深入理解,熟练掌握课程核心理论,训练综合应用课程知识的技能,具备独立思考和解决问题的基本能力,培养学生的创新意识。通过该层次的培养,使学生具备独立思考问题的能力,具备初步的创新意识。
(3) 综合创新型实验:第三层次的实验结合课程群,综合运用相互关联的几门课程内容,独立完成具有具体应用背景和一定难度的实验内容,为学生提供一些与科研项目紧密结合的题目,项目可以渗透到课外和毕业设计过程中,使学生在具体项目的设计中,参加实际的科研过程,培养学生的创新意识和实践能力。
在实践环节的具体安排上,结合课程,以课内实验、课程设计、毕业设计的形式具体体现到教学过程的各个环节。在经过这一系列环节的综合训练之后,通过参加各级电子设计竞赛等形式,将学习到的能力具体运用,增强学生的成就感,从而达到培养初步的创新意识和能力。
2.5综合、客观地评价学生的创新能力
一个学生的创新能力体现在许多方面,在对学生评价时,仅考察少数几个方面是难以做到公平公正的[3]。针对大学生创新能力的评价无法进行量化,而且存在大量的人为因素这种情况,我们给出了各种创新因素,以及各个因素的重要程度,开发了大学生创新能力评价系统。建立学生创新能力的评价体系,确立评价模型,利用模糊数学将定性指标定量化,设计了多级综合加权评价算法,从评价因素中提取大量数据进行统计、存储、计算,并给出了考核分数进行量化,采用定性与定量相结合的方式准确地评价学生的创新能力,有效地减少人为因素的干扰。并对比分析改革前后学生的创新能力,以调整改革中出现的弊端。
3结语
在全面推进大学生素质教育的过程中,高等学校的本科教育必须强调学生的实际动手能力和创新精神[4]。实践性课程的加强和创新能力培养在质量工程
中必将起到十分重要的作用。本文对培养计算机类专业学生硬件方向创新能力进行了探讨,希望能够更好地对本科生进行培养,从而更好地满足国家和社会的需要。本研究得到北方工业大学2009年教育教学改革项目资助,在此表示感谢!
参考文献:
[1] 马殿富. 明确定位,培养高质量人才[J]. 计算机教育,2004(8):44-50.
[2] 邹逢兴. 关于创新计算机硬件技术基础课程教学的实践和思考[J]. 计算机教育,2004(2/3):81-84.
[3] 古一,戴晓元,王志法. 如何培养高校学生的创新精神和实践能力[J]. 中南医科大学学报:社会科学版,2007,9(4): 195-197.
[4] 袁木涛,王孙禺. 日本高等工程教育认证概况及其对我国的启示[J]. 高等工程教育研究,2006(3):58-65.
Research and Practice on Innovation Ability Training in Hardware of Computer Major Students
MA Li, ZHANG Yong-mei, SONG Li-hua
(College of Information Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China)
关键词：硬件教学；应用型人才；改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）18-4259-02
随着计算机应用领域的扩展，尤其是各种智能化电子电器产品的诞生与使用，近年来IT企业对计算机硬件系统设计与开发人员的需求急剧增加。而目前大多数地方院校，计算机硬件课程教学相对薄弱，培养的计算机硬件人才无论从数量上还是质量上均无法满足市场需求[1]。计算机硬件课程不仅难教难学，且对于硬件设备和实验条件有较高要求，教学成本远远高于计算机软件课程教学，因此形成了计算机专业建设“重软轻硬”和师生教学“喜软怕硬”的畸形发展现象。然而计算机是由硬件和软件组成的，缺了任何一样都无法运行。不重视计算机硬件教学与科研的结果之一，就是近年来计算机软件人才相对过剩，硬件人才相对不足。另一方面，目前我国使用的计算机核心芯片几乎都是从国外进口。核心器件严重依赖国外芯片制造商，这给国家信息安全造成了严重隐患[2]。加强计算机硬件教学势在必行。
1 传统教学中存在的问题
我校积极开展以应用型人才培养为导向的学科建设，多次制定和修改人才培养方案，有了一定的经验积累，其中计算机硬件类课程的教学改革仍处于起步阶段，具体教学中仍存在一些问题。一、很多教学内容陈旧，与实际应用脱节，对学生缺少吸引力。如仍以8086和DOS操作系统为平台来讲解微机原理。二、有些内容在多门课中重复出现，降低了学生的注意力，并使学生对课程设置产生疑问。如中断、接口等知识在组成原理、汇编、单片机、微机原理中均有涉及。三、作为应用型人才，大多数学生就业后没有机会构造计算机系统，许多教学内容会让他们感到没有学习的必要，从而丧失学习的兴趣。如加法器的具体电路实现等。四、与软件技术知识联系不够，如与C语言、操作系统等软件课程的关联性强调的不够，使学生没有形成完整的知识体系，即软硬件知识的融会贯通。例如如何通过操作系统提供的接口设置硬件的工作方式等。五、实验教学急需改革。受实验硬件条件所限，实验教学模式较为传统，综合应用型项目较少。传统实验教学多为验证性实验，很难引起学生的学习兴趣，限制了学生创造力的发挥。少数几个综合应用型项目无论是数量还是质量均无法取得更好的教学效果。
2 培养模式的改革与探索
如何培养出应用型人才，这对很多高校来说，仍是一个正在探索中的重大命题。社会需求在不断变化，计算机知识也在不断更新，相关专业的学生具体应该具备什么样的能力，掌握什么样的知识，也在不断变化。我校计算机专业采取了“3+1”的人才培养模式，即将四年的在校学习压缩到三年，第四年改在校外实训基地参加集训的培养方式。这种培养模式优点显著，即加强了学生实践能力的培养，有助于学生更好地融入社会。但“3+1”的人才培养模式在实施之初也暴露一些问题，比如伴随课程整合，学生的周学时数达到或超过30学时，这影响了学生课外文娱活动的开展。有些学生为了参加课外活动而请假，反过来又影响了学习。同时课时的缩减，特别是理论学时的减少，使得在教学过程中知识的系统性较难体现，个别课程出现用什么就只教什么，造成学生会操作，但对操作原理模糊不清。这对希望考研深造的学生不利。
经过七年的实践，我校计算机专业逐步完善“3+1”的人才培养模式，课程设置更加合理。对于硬件类课程进行了整合，形成了电路基础，微机原理，组成原理，单片机四大基础课程，不再单独开设汇编语言，缩减了组成原理，微机原理的课时，增加了单片机的课时，对硬件类课程相应增加实验课时的比例，增加课程设计环节，组织学生参加学科竞赛。对于部分知识点的重合，各门课选择不同角度学习或进行相应删减，比如译码器，在电路中侧重介绍其电路构成，在微机原理中介绍其在计算机中的应用；对于一些过于专业的知识点，适当降低学习难度，或改为选修知识点，供感兴趣的学生进行研究；对于硬件设计中使用的软件编程，逐步采用C，C++等高级语言来实现，通过课程设计来加强学生对知识的理解。在学生学习的最后一年里，计算机科学与技术专业正在尝试对学生的分流教育，即允许学生选择在校外实习基地集训，由合作单位及指导教师负责学生学习的评价，不选择集训的学生在校组织参加考研，参加相关理论课程的学习，由授课教师进行评价。
3 实验教学的改革与创新
计算机硬件教学中，实验是一个重要环节。由于实验课时的相应增加，如何充分利用课时，加强学生对知识的理解与运用成了教学改革中的重要问题。在这方面，单片机的教学改革值得借鉴。以往的单片机教学中，以课本知识为主线，通过试验箱完成实验，学生的学习兴趣不是很浓厚。改革后的单片机教学，首先学习单片机方面的一些基础知识，然后介绍一款具体的单片机——5-1单片机的基本组成、使用方法、编程案例，再将学生三五人分为一组，选择不同的单片机课程设计题目，实验课上学生自行讨论设计方案并逐步实现，理论课上教师讲解学生实验过程中的问题及知识点并组织学生交流设计思路与经验。改革后的课程更受学生喜爱，充分调动了学生的学习兴趣，而实验环节也形成了一个连续的有机环节，学生目标更明确。
4 学生学习评价机制的探索
以往教学中，学生的成绩主要是由考试成绩与平时成绩构成，对于计算机硬件类课程的实践性没有很好体现。上个学期，微机原理与接口技术这门课尝试采取了课程设计加设计答辩的成绩评定方式。学生分组完成课程设计，提交设计报告，组织学生参加课程设计答辩，由教师根据课程设计的完成度及学生在答辩环节的表现来打分。新的评价机制更加灵活，能够直观地考察学生对知识的掌握情况，也可以当做一次毕业设计答辩的预演，但这种方式也存在一些问题，比如学生现场答辩时可能较紧张，没有完全体现自身水平，同时对教师的主观判断能力也有较高要求。未来可能将这种评价方式与传统评价方式进行适当结合，提高评价的公正性与全面性，从而调动学生的学习兴趣。
5 结论
加强计算机硬件教学，培养应用型人才，仍是我校计算机专业建设的重要方向。通过前一阶段的努力与实践，我校计算机专业学生的硬件知识水平有了一定提高，实践能力得到加强，在专业学科竞赛中屡创佳绩，获得过安徽省电子设计大赛高职高专类一等奖，安徽省单片机应用竞赛二等奖，安徽省机器人大赛二、三等奖等。同时改革也拓宽了学生的就业面，增加了就业机会。但在改革过程中，仍有环节需要加强，如新的培养方式中对教师要求更高，师资队伍建设刻不容缓，教学管理激励机制也应相应改革等。
参考文献：
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