基于工程开发的教学活动的系统化探索

刘燕丽 余艳

摘要：近幾年，信息与计算科学专业的人才培养反映出与社会快速发展需求不相适应的问题，如学生实践技能不能满足岗位需求、学生缺乏工程开发经历、未熟练掌握工程开发模式等等。以就业调查数据和教学反馈信息为基础，从优化专业课程设置、系统化教学活动和强化专业实验三个方面对信息与计算科学计算机课程进行全面调整，以达到提高学生专业知识系统化能力、实践技能和熟悉工程开发模式的目的。

关键词：学科建设；信息与计算科学；课程设置；教学实践

作者简介：刘燕丽（1980-），女，河南西平人，武汉科技大学信息与计算科学系，讲师；余艳（1980-），女，湖北襄樊人，武汉科技大学信息与计算科学系，讲师。（湖北 武汉 430081）

基金项目：本文系武汉科技大学校级教研项目“信息与计算科学专业实验教学案例开发”（项目编号：2013X065）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0075-02

在信息技术越来越广泛地影响工业生产与人们社会生活的发展趋势下，培养数学学科与信息学科交叉的人才是一项迫切的任务。信息与计算科学专业自1998年在国内十几所高校设立至今，历经近十五年的发展，全国已有超过500所院校开设信息与计算科学专业。[1，2]该专业设立最初旨在培养具有计算机科学通用知识，严谨的数学思维和熟练的计算技能的工科人才，为教育、企业、科研等岗位输出优秀的具有信息处理能力的学生。

武汉科技大学信息与计算科学专业前三年的毕业生统计数据显示，研究生考取比例约为17.3%，从事中小型软件开发企业、计算机硬件生产企业、企业的信息化管理的比例约为54.7%，从事金融行业和中小学教育的比例约为7%，选择自主创业、考取公务员的占3%。以上数据说明了该专业学生就业仍以计算机应用、数值计算、信息处理以及考研作为就业方向。面对专业就业率和职业技术岗位占有率偏低的严峻形势，武汉科技大学信息与计算科学计算机教学团队从优化专业课程设置、系统化教学活动和强化专业实验三个方面对培养方案进行讨论、论证，并连续对2012、2013级培养方案进行修改，以达到集中学科优势，提高学生专业水平的目标。

一、优化专业课程设置

作为大学教育，学科不能有单一的价值取向，即单纯以即时的社会需求为目标，忽略了大学学科建设的长期性和连续性。[2，3]在专业建设上要遵循整体优化原则，立足教育教学的全过程，科学处理通识和专业教育的关系。遵循厚基础，宽口径的原则，设置的专业课应能适应社会对工程人员的要求，尤其是中小企业对受雇人员的技能要求，这就需要做整体化和专向化统一的协调。信息与计算科学专业包括数学专业、计算机专业以及信息专业的部分专业课程，这些被选择的课程应既具有通用性，又具有专向性，更为重要的是要体现当下社会发展的技术主流。基础课程和专业课程之间亦应紧密联系，体现两者相互辅助、互为发展的特点。参考武汉科技大学信息与计算科学专业前三年就业的统计数据，2012年确定了以信息处理为核心，延伸三个培养方向来优化专业课程设置，以此加强专业课程的凝聚力，体现学科优势。三个培养方向分别是：具有深厚数学、计算机科学理论基础的研究型毕业生，熟练掌握工程开发技术的技术型毕业生，具有数学建模能力的经济类应用型毕业生。下面将从整体化与专向化的统一具体阐述优化专业课程的措施。

要做到整体化和专向化统一是需要多方面努力的。首先，专业基础课程与专业课程应协调统一。课程设置既不能将不同学科的课程面面俱到，也不能将课程简单的杂糅。应该有选择，有目的地开设一些主干课程，为基础课的开展打下坚实的基础。表1、表2是修改后的培养方案开设的基础课程与专业课程，修改后的培养方案更重视数学建模与计算机科学之间的联系。其次，专业课程之间亦要协调统一，为专业定位的核心内容服务。立足此出发点，计算机模块教学团队对培养方案提出整合意见，包括：第一，去掉与三个方向关联性弱的课程。编译原理、数字信号等课程是计算机科学与技术专业的专业基础课程，是理解计算机工作原理、进行编译器以及通讯接口开发的预备知识，但是对于信息类专业来说这些课程有些独立，关联度不大。第二，整合相关课程内容。信息与计算科学专业以信息处理为中心，对计算机硬件的掌握要求不高，但完全去除计算机硬件方面的课程是不合理的。2013、2014级的培养方案做出调整，合并数字逻辑与计算机组成原理课程。表1与表2是修改后的培养方案包含的数学与计算机课程的主干课程。开设时间是本科学习的学期数。

其中，表1中1～7的课程与计算机软件开发直接相关。计算机模块课程加大了程序语言设计、数据结构、算法分析方面的理论课时和实验课时。C语言程序设计、数据库程序设计的开设能加强学生对章节知识点的理解和掌握。

二、系统化教学活动

优质的教学活动应体现课程设置的初衷，体现专业的连贯性和一致性，体现专业就业的核心与方向性。学生和教师在教学活动中能更加系统化自己的专业知识是非常重要的。以往教学活动存在以下几个问题：

1.数学课程与计算机模块课程之间的联系不足

计算机科学与技术是对信息数据进行存储、处理和输入/输出研究的学科。在设计数据存储方式、处理算法等方面需要强大的数学理论做支撑。对自然界和人类社会问题的建模是利用计算机技术解决问题的第一步，而建立的模型是否合理、高效是能否成功解决问题的先决条件，所以应在教学活动中体现数学与信息处理的紧密联系，如概率论数理统计与语言处理模型；布尔代数运算与搜索引擎；图论和互联网下载工具开发等等。目前由于教学活动中缺乏体现数学课程与计算机课程之间的讲解，大多数学生只能独立学习课程以及完成课程考试。

2.计算机模块课程缺乏完整的综合性案例

讲授内容缺乏课程之间的联系会阻碍学生对自己专业知识的系统化。由于课时有限，教师只能在课堂上三言两语提示某一个原理在其他课程上也有应用。比如计算机组成原理和汇编语言课程联系紧密，汇编语言在介绍各个寄存器功能与使用时，忽略了介绍应用的80X86机器的组成。缺乏这个背景知识，学生只能从程序设计方式去思考，不能有效掌握硬件与软件之间的联系。

3.缺乏對学生学习方法的指导

随着科学技术的高速发展，学生需要学习的知识越来越多了。各种技术的层出不穷，也让学生有些眼花缭乱，无从下手。他们受到社会各种资讯的影响，总是想抓最新的技术，却挖掘不出它们之间的联系。在时间、方法等因素的影响下，很多学生的深入学习不了了之。

解决以上问题的途径是细化教学活动。2012～2013学年度，计算机模块课程教学团队与数学教学团队多次展开教学内容的讨论，确定课堂案例以帮助学生建立课程之间的联系。具体采取的措施有以下几点：

（1）数学课程的教师在讲授知识点时采用引例或课堂练习的方式给出知识点的应用。比如在线性代数课程讲解矩阵时介绍路径求解的问题。从出发点经过哪些站点，换乘可以到达目标点，这让学生对矩阵的应用有所了解。通过教研会，确定了与计算机模块关系密切的7门课程的课堂案例。这些案例能帮助学生建立知识系统、掌握知识应用的环境与解决问题的思路。虽然课时有限，不能完整地完成一个案例的建模、实施等一系列过程，但是通过层层递进式的教学活动，能加深学生的学习体验，能帮助学生提炼出最基本的原理，真正地提高学生的学习能力，解决问题的能力。

（2）设置综合性较强的课程设计题目。以往的课程设计教师拟定的题目大部分是针对课程的章节内容的练习。现在通过设置综合性较强的课程设计题目帮助学生建立课程之间的联系。如完成任务调度问题，会使用到数据结构中的队列、栈，涉及到算法中的调度策略。同时，改变课程设计的背景，不采用简单的知识点练习，而采用实际问题作为实验背景，以ACM或一些小的工业算例作为课程设计实验效果测试的算例。

（3）在平时教学活动中穿插讲授学习语言的方法。在不同的语言课程中，设置针对性强的实验。以前在开设的编程语言类课程中存在一种现象：在C、C++、Java等课程中程序练习部分的内容有些重叠。通过讨论，细致确定了每个课程应侧重的知识点，比如，在C语言中学习基本的算法和结构，在C++课程中学习面向对象的思想，在Java课程中学习工程开发的方法。在学生最开始学习编程语言的时候，由C语言老师给出编程语言学习的方法和各类语言的侧重点。学生明确各个编程语言课程的要求，在学习过程中就可以有的放矢，事半功倍。

三、专业实践

教学实践活动既能激发学生的学习兴趣，检验学生的学习效果，又是培养学生实践能力的重要手段。在明确，细致地确定了数学类和信息类课程的教学活动后，最关键问题是在教学实践环节如何继续体现专业的指导方向，达到培养学生解决实际问题的能力。武汉科技大学近两年采用多方位的实践课程以保证教学实践环节的效果。

1.经典案例分析

在课程学习中，教师留有少量课时做一次该课程的经典案例分析，从工程的角度介绍技术开发的步骤和具体实现的技术。经典案例分析是解决实践问题的第一步，其目标是指导学生的开发思维，使学生初步了解工程开发的过程，激发学生浓厚的学习兴趣。

2.课程设计导师制

以往的课程设计因为课时短，只由任课老师指导，在一个任课老师指导一个年级的情况下，很多时候课程设计的实践都流于形式。现在，采用课程设计导师制，将整个年级学生分成若干组，每个老师带7～10个学生确保对学生课程设计的指导。分组完成课程设计是非常有益的一个方法，让学生提前感受团队开发的氛围，协调自己与他人的工作。在课程设计实践中鼓励大家针对问题提出更多的方法，并讨论这些方法的有效性，给出理论依据。分组加导师制的方式能提高课程设计的质量，锻炼学生的思维。

3.专业实验

根据新培养方案的要求，每个学生必须完成3个创新学分。获取创新学分的途径有两个：参与专业实践或参加大学生创新基金项目。专业实验是综合性强的实验，其内容相当于一个小型的开发项目。专业实验的36个课时中，教师讲授占有12个学时，学生实践过程中开展的讨论占24学时。已开展的专业实验涉及网站开发、硬件FPGA的开发、企业ERP的开发、网络终端服务软件的开发、网络小游戏的开发、网络安全的开发等14主题。学生根据自己的兴趣选做一个专业实验，获取创新学分。实验的成果包含实现的简单系统、实验报告。

4.大学生创新项目的开展

学习能力和实践能力强的学生可以申请大学生创新项目。当然这部分的实践只能覆盖小部分的学生。在老师的指导下学生可以细化已有的项目Demo，也可以尝试新的项目。

四、结论

面对企业反映大学生动手能力差、缺乏工程实践经验问题，信息与计算科学教学团队从优化专业课程设置、系统化教学活动和强化专业实验三个方面对专业课程进行全面调整。调整后的培养方案更加整体化、系统化、细致化，达到提高学生专业知识系统化能力、实践技能和熟悉工程开发模式的目的。

参考文献：

[1]林健.高校工程人才培养的定位研究[J].高等工程教育研究，

2009，（5）.

[2]翟亚军，王战军.我国大学学科建设的模式缺陷及其对策[J].高等工程教育研究，2009，（5）.

[3]陶影，张斌.数据结构实验教学应重视算法设计与分析能力的培养[J].实验室研究与探索，2008，（12）.

（责任编辑：王意琴）