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計算機工程教育
摘要:文章從當(dāng)前計算機工程教育的重要意義出發(fā),結(jié)合具體院校實際,對當(dāng)前計算機工程教育中存在的若干問題進(jìn)行了分析,并提出了改進(jìn)意見。
關(guān)鍵詞:計算機;工程教育;實踐基地
工程是人們綜合應(yīng)用科學(xué)(包括自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和社會科學(xué)) 理論和技術(shù)手段去改造客觀世界的實踐活動。航空之父馮卡門有句名言:科學(xué)家研究已有的世界,工程師創(chuàng)造未有的世界。
社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、綜合國力的增強,在一定意義上主要是通過工程來實現(xiàn)的。工程科學(xué)、工程技術(shù)、工業(yè)管理的發(fā)展是在激烈國際競爭中取得主動地位的基礎(chǔ),也是一個地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。無農(nóng)不穩(wěn)、無工不富正是這個道理。工程師的素質(zhì)決定了他們給我們創(chuàng)造一個什么樣的世界,或者說,給人類會提供一個什么樣的生存環(huán)境?
近年來工程和工程教育受到人們越來越多的關(guān)注,中國工程院朱高峰院士、時銘顯院士、新任清華大學(xué)校長中國科學(xué)院院士顧秉林教授等都先后撰文[1 ] [2 ] , 對我國工程教育與國外進(jìn)行了對比分析,并指出:在世界科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展,我國經(jīng)濟(jì)高速增長的今天,我們十分缺乏一大批能綜合應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)手段,懂經(jīng)濟(jì)、會管理,兼?zhèn)淙宋木窈涂茖W(xué)精神(而不僅是科學(xué)知識) 的高素質(zhì)的工程技術(shù)人才。與之形成鮮明對照的是,我國當(dāng)前高校的工程教育的質(zhì)量水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)這一形勢的需要。因此對于工程學(xué)科如何加強工程素質(zhì)的培養(yǎng),造就高素質(zhì)的工程人才,是經(jīng)濟(jì)和社會為我們提出的迫切任務(wù)。
一、當(dāng)前計算機教學(xué)中存在的問題在2000 年全國計算機教育研討會上,教育部全國工科教育教學(xué)指導(dǎo)委員會委員上海交大侯文永教授指出:我們的教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段比較滯后,我們的教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)置不能盡快吐故納新,國際上1978 年的計算機教程我們花了5 年才跟上,1991 年的教程也用了兩年才接軌,一本教材連續(xù)使用多年的現(xiàn)象在許多高校普遍存在,我們是用昨天的知識教今天的學(xué)生做明天的事;另外,比較偏重大容量知識灌輸,給學(xué)生實際操作的機會較少。再就是不太注重學(xué)生獨立思考和自主創(chuàng)新能力培養(yǎng),留給學(xué)生自由發(fā)揮的空間較小,譬如一門計算機編譯原理課程,我們需要72 課時,而美國斯坦福大學(xué)只有40 課時。
侯教授的這段話基本上代表了當(dāng)時全國高校計算機專業(yè)教育的現(xiàn)狀。鑒于此,國內(nèi)高校從2000 年開始,對計算機專業(yè)教學(xué)開始了研究和全面建設(shè),中國計算機學(xué)會、全國高校計算教育研究會多次召開全國性的研討會,并借鑒ACMPIEEE - CS2002 制定了《中國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002》。[3 ] 這個教程的推出標(biāo)志著中國計算機專業(yè)教育全面與國際接軌,必將對全國高校計算機學(xué)科產(chǎn)生巨大影響。
寧波大學(xué)從2000 年開始的重點專業(yè)建設(shè)適應(yīng)了我國高等教育發(fā)展的潮流。計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)作為2000 年學(xué)校首批建設(shè)的專業(yè),從一開始就注意按照寧波大學(xué)十五教育教學(xué)改革工程 綱要設(shè)定的以培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展需要的高質(zhì)量人才為根本,努力形成我校具有綜合化、區(qū)域化和特色化的專業(yè)結(jié)構(gòu)體系為目標(biāo),從改革落后的教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段入手,初步構(gòu)筑了能全面反映先進(jìn)學(xué)科核心知識的專業(yè)課程體系;同時,對傳統(tǒng)落后的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了較大幅度的更新,全面使用了面向21 世紀(jì)新的計算機專業(yè)教材;在教學(xué)手段上也基本上從粉筆+ 黑板的方式走向了多媒體教學(xué)。但是通過近三年的專業(yè)建設(shè),我們也深深感到要達(dá)到我校十五教育教學(xué)改革工程綱要設(shè)定的目標(biāo),還面臨著許多的問題。
1. 教學(xué)意識亟待加強教學(xué)改革是一項系統(tǒng)工程,教學(xué)過程是一個多學(xué)科、多種技能的綜合過程,從理論到實踐都有大量工作需要去完成。但事實上多年來由于職稱政策、教學(xué)評價等原因,許多教師對教學(xué)實踐缺乏熱情、投入不足;同時大量沒有經(jīng)過教學(xué)工作培訓(xùn)的新教師補充到教學(xué)第一線,對教學(xué)流程、教學(xué)過程的基本概念、教師職業(yè)的基本要求都不甚了解。更為突出的是現(xiàn)在我們大多數(shù)教師(包括工科的教師) 熱衷于學(xué)歷的提高,而缺乏工程實踐鍛煉和經(jīng)驗,重學(xué)輕術(shù)。反映在教學(xué)上,不能很好的理解課程體系,許多知識形成的必要過程不能得到有效的訓(xùn)練,尤其是工程教育環(huán)節(jié)(是一項耗時費力又很難在短期見到成效的工作) ,往往不能很好的實施。
2.平臺+ 模塊的課程體系有待改進(jìn)校、院兩級教學(xué)管理體制為專業(yè)組合提供了保障,與此相適應(yīng)的平臺+ 模塊的課程體系也有利于學(xué)科的綜合。但從執(zhí)行的兩年來看,這樣的課程體系基礎(chǔ)平臺有些大、占用課時太多,專業(yè)課時大大縮減,尤其是大大縮減了有針對性實驗和工程實踐的時間,導(dǎo)致專業(yè)特色有所減弱,有綜合代替專業(yè)的趨勢。這對于一些專業(yè)是有利的,但對于一些技術(shù)更新較快的工程型專業(yè)似乎不利(例如對計算機專業(yè)就是不利的) 。同時由于出現(xiàn)了專業(yè)真空地帶,往往使教師在指導(dǎo)上出現(xiàn)專業(yè)知識、管理的真空地帶,影響了教學(xué)質(zhì)量的提高。當(dāng)然教學(xué)改革的效果是不能以一時一事論成敗,但從國外工程教育的經(jīng)驗來看,我們這樣的大平臺不適合職業(yè)性、實踐性,目標(biāo)定位過于遠(yuǎn)大。
我認(rèn)為這種專業(yè)定位更適合于層次高的院校。
3. 圍繞新課程體系的特色教材建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠教學(xué)計劃和教學(xué)大綱在人才培養(yǎng)模式中占有十分重要地位,它構(gòu)成了人才培養(yǎng)的知識結(jié)構(gòu)。
盡管我們經(jīng)過幾年的努力,初步形成了一個新的、具有一定特色的課程體系,但相關(guān)的核心知識點還需要用一定的方法,將相關(guān)的知識內(nèi)容、論證素材進(jìn)行系統(tǒng)的組織,編寫適合于這種體系和特色的講義和教材都具有相當(dāng)?shù)碾y度。尤其是對于例如計算機專業(yè)這樣技術(shù)發(fā)展比較快的學(xué)科,例如計算機專業(yè),社會應(yīng)用先進(jìn)于學(xué)校,沒有現(xiàn)成教材可供使用。所以教師不但要設(shè)計例題、習(xí)題,還要規(guī)劃實驗項目、設(shè)備,設(shè)計實驗、實踐題目,只有這樣才能形成一個有特色的專業(yè)。但目前我們在這方面做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,雖然各校提出要大力鼓勵,但有力的政策并不多。
究其原因首先在觀念方面,對教材認(rèn)識不足、管理水平低。有人認(rèn)為教材都是抄來抄去,這只能說有這種現(xiàn)象,但同時也說明許多人沒有這方面識別能力。寫一部好的教材,需要很高的水平和經(jīng)驗,是需要長期的積累的。事實上,教材問題已經(jīng)成為阻礙計算機專業(yè)教學(xué)水平提高的重要因素。固然這些年教育部以及中國計算機學(xué)會在引進(jìn)國外先進(jìn)教材、組織專家編寫面向21 世紀(jì)的本土教材有所成效,但真正按系統(tǒng)、特色專業(yè)的模式形成的系統(tǒng)教材還很少。這方面美國的卡內(nèi)基梅隆大學(xué)就給我們做出了很好的榜樣,卡內(nèi)基梅隆大學(xué)在全美大學(xué)排名并不在很前,但它的計算機專業(yè)非常有特色(尤其在工程性方面) ,課程體系和教材被全球許多國家和大學(xué)引用,如著名的CMMi 幾乎成為全球軟件質(zhì)量認(rèn)證的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
4. 實驗教學(xué)體系亟待完善,工程化的實踐基地還未形成實驗教學(xué)在工科中的重要意義是不言而喻的。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)體系是以驗證為中心的,設(shè)計實驗比較少。專業(yè)綜合素質(zhì)的提高和工程訓(xùn)練主要是通過畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)和金工實習(xí)環(huán)節(jié)予以實現(xiàn)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展,對許多專業(yè)來講金工實習(xí)已沒有什么實際意義,畢業(yè)實習(xí)也由于工業(yè)界的現(xiàn)狀,企業(yè)積極性不高,使得校外工程實踐教學(xué)活動遇到許多的困難。同時還由于實驗經(jīng)費投入不足等諸多原因,使得與新的課程體系配套的實驗教學(xué)體系更新速度慢,可以說是用80 - 90年代的實驗驗證新世紀(jì)的技術(shù)。
除了這些之外,還存在一個問題就是新時期對工程師的要求與傳統(tǒng)不同。作為一名現(xiàn)代工程師,除了能綜合運用科學(xué)的方法及觀點和技術(shù)手段來分析與解決各種工程問題,承擔(dān)工程科學(xué)與技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用任務(wù)外,還必須具有組織管理能力、綜合協(xié)同能力、表達(dá)溝通能力和社會活動的能力。[4 ] 這就是說,不僅要具備基本的倫理道德、社會公德,還要具有一些特殊的職業(yè)道德,如強烈的事業(yè)心、高度的責(zé)任感、不斷進(jìn)取的毅力、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神、良好的個人修養(yǎng)等。而我們現(xiàn)在實行的傳統(tǒng)的試驗、實習(xí)、設(shè)計環(huán)節(jié)很難完成這些要求,必須下大的力氣重塑實驗教學(xué)體系,建立工程化訓(xùn)練教學(xué)實習(xí)基地,設(shè)計出一套行之有效的教學(xué)管理方案,實現(xiàn)與工業(yè)界的接軌。
5. 院、系、所以教學(xué)為中心的人才培養(yǎng)教學(xué)管理體制還需理順現(xiàn)在許多高校都實行校、院、系、所的管理體制。在這種體制下校、院的關(guān)系比較清楚,但系、所的職能分工卻老是糾纏不清。理論上系負(fù)責(zé)教學(xué),研究所負(fù)責(zé)學(xué)科和科研,系和研究所是平行的關(guān)系,互不矛盾。但事實上系和研究所在教師、設(shè)備、用房、資金等資源分配上屢有沖突,而且往往受到損傷的是系,是教學(xué)。這里有多種因素,其一是教學(xué)建設(shè)的成就,對教師職稱的提高沒有貢獻(xiàn)或很少貢獻(xiàn),教師往往不愿意積極承擔(dān)教學(xué)任務(wù),使系的教學(xué)工作難以保質(zhì)保量地完成。其二,由于教學(xué)過程的復(fù)雜性和教學(xué)效果滯后性、隱蔽性,在以三年為一聘任周期的制度下,歷任領(lǐng)導(dǎo)很難長遠(yuǎn)、系統(tǒng)地考慮問題,某項教學(xué)改革也就往往隨著領(lǐng)導(dǎo)的變遷,付之東流。而研究所以項目為基礎(chǔ),一定程度上不受領(lǐng)導(dǎo)變遷的影響,往往可以游離于教學(xué)系統(tǒng)的管理,因此研究所具有很強的吸引力。
這里值得一提的就是高校工程中心的建立,之所以在高校建立工程中心,其目的有兩個:一是為了科研成果的轉(zhuǎn)化,要通過它將高校的科研成果轉(zhuǎn)化到工業(yè)應(yīng)用;其二就是要承擔(dān)工程教育,建立學(xué)校與工業(yè)界的接口。但從現(xiàn)在的情況看,第二項功能遠(yuǎn)沒有實現(xiàn)。
因此,研究部門職能、理順關(guān)系,制定系統(tǒng)的相互作用的管理、評價政策,發(fā)揮各種教學(xué)科研部門的工程教育職能,是提高學(xué)校管理水平重要一環(huán),也是提高辦學(xué)效益、加強工程教育的重要步驟。
二、改進(jìn)計算機工程教育的措施從以上分析,我們看到工程教育所涉及到的問題是多方面的,既有專業(yè)定位、課程體系、教學(xué)內(nèi)容、實驗實踐教學(xué),也有社會、學(xué)校管理、政策、教師素質(zhì)等多方面的因素,因此需要全面研究、統(tǒng)籌規(guī)劃。具體到計算機專業(yè),我認(rèn)為目前需要從以下幾點研究和考慮:
1、建構(gòu)新的實驗教學(xué)體系,全面改革實驗教學(xué)根據(jù)計算機學(xué)科理論、技術(shù)、研發(fā)并重的原則,改革傳統(tǒng)的以驗證實驗為主的實驗教學(xué)體系,構(gòu)建以驗證、設(shè)計、工程訓(xùn)練綜合一條龍的實驗教學(xué)體系,建立開放式的實驗、實習(xí)、研發(fā)基地�？傮w思想是與課堂教學(xué)相配合,適當(dāng)減少專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的驗證實驗教學(xué)時數(shù),增加綜合實驗和創(chuàng)新實驗,并將第二課堂、數(shù)模競賽、軟件設(shè)計大賽等納入實驗教學(xué),提前和延長畢業(yè)設(shè)計。
考慮將實驗室重新進(jìn)行組合,分為三個層次:院中心實驗室、開放創(chuàng)新實驗室、研發(fā)基地。中心實驗室主要承擔(dān)學(xué)院基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)的部分實驗,以驗證性實驗為主;開放創(chuàng)新實驗負(fù)責(zé)綜合、創(chuàng)新實驗和競賽,綜合實驗一般規(guī)定上課時間,創(chuàng)新實驗由學(xué)生教師申請,一旦批準(zhǔn)開放全部資源;研發(fā)基地與本校研究所、工程中心及本地的高新技術(shù)企業(yè)相結(jié)合,將畢業(yè)設(shè)計納入橫向和縱向項目的研究開發(fā),教師將工作納入選修課程,以商業(yè)化方式運作。
2、培養(yǎng)造就一支專業(yè)功底扎實、熟悉教育規(guī)律、有實際工程背景和經(jīng)驗的教師隊伍加強工程教育、執(zhí)行新的教學(xué)計劃及培養(yǎng)方案,必須有一支高素質(zhì)的教師隊伍。除了進(jìn)一步提 高教師的學(xué)歷層次,提高教師的職稱層次外,要十分注重教師的工程素質(zhì)的提高。要建立鼓勵教師參與實驗、工程項目、培訓(xùn)進(jìn)修的制度;鼓勵教師在職學(xué)習(xí),更新知識、優(yōu)化知識結(jié)構(gòu),積極開展教學(xué)研究、工程教育研究;從政策上鼓勵教師鉆研教學(xué)、吸取最新的學(xué)科成果,注重教學(xué)方法、教學(xué)手段的改進(jìn);建立課程群責(zé)任教師制度,全面負(fù)責(zé)課程群模塊的建設(shè)和對青年教師的傳幫帶;以2003年學(xué)校崗位聘任為導(dǎo)向,有目的的培養(yǎng)一定比列的、具有不同特色和專長的教學(xué)、工程、研究的高校名師。
3、積極進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的改革,加大教材建設(shè)的力度有特色的教材建設(shè)是有特色專業(yè)的前提。要改變觀念,積極鼓勵教師從事教材建設(shè),將科學(xué)、技術(shù)、工程中的最新成果和經(jīng)驗充實到教材中。
4、積極開展針對企業(yè)的繼續(xù)教育,加強校企合作促進(jìn)高層次人才培養(yǎng)我們現(xiàn)在的高等教育體制過分重視傳統(tǒng)教育,忽視繼續(xù)教育,尤其是針對企業(yè)的繼續(xù)教育。工科專業(yè)只有通過和企業(yè)的合作,才能使自己準(zhǔn)確把握發(fā)展的方向,提高教師的實踐能力,促進(jìn)教育質(zhì)量的提高,增強人才能力的培養(yǎng),更加適應(yīng)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展對高等教育的要求。
事實上,國外一流企業(yè)和大學(xué)都十分注重產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,企業(yè)與學(xué)校密切合作,加速了企業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。不少企業(yè)與大學(xué)之間制定了靈活互動的職業(yè)發(fā)展目標(biāo)和繼續(xù)教育發(fā)展戰(zhàn)略,學(xué)習(xí)采用基于信息社會所需的專業(yè)課程及目標(biāo)群體的學(xué)習(xí)方法,建立了企業(yè)與大學(xué)間的聯(lián)絡(luò)組織,以便加強聯(lián)系,提高辦學(xué)效益。企業(yè)依托高校開展繼續(xù)教育培養(yǎng)人才也可以起到事半功倍的效果。如芬蘭20 年來在軟件技術(shù)和無線電等產(chǎn)業(yè)方面與大學(xué)共同合作,發(fā)展新型的人事培訓(xùn)模式,大學(xué)集中培養(yǎng)公司稱職工程師所需知識和能力,給公司帶來較大的收益;美國通用汽車公司與大學(xué)密切合作,設(shè)置新的課程體系,培養(yǎng)21 世紀(jì)經(jīng)濟(jì)所需人才。美國喬治梅森大學(xué)與學(xué)校周邊的IT 企業(yè)和公司合作,在世界各國招收優(yōu)秀的學(xué)生,學(xué)生與學(xué)校和公司簽署協(xié)議,每年得到2. 5 萬美元的資助,邊學(xué)習(xí),邊用部分時間在公司實踐和工作,優(yōu)秀學(xué)生將有可能直接留公司工作。通過這種產(chǎn)學(xué)研的合作方式,既為公司培養(yǎng)了人才、解決了優(yōu)秀學(xué)生的經(jīng)濟(jì)困難、促進(jìn)的地方工業(yè)的發(fā)展,也使學(xué)校的相關(guān)學(xué)科建設(shè)得以良性發(fā)展,使之在短短的30 年時間里成為世界一流的大學(xué),該校的科技信息技術(shù)與工程學(xué)院在美國名列前茅,美國第一個信息專業(yè)博士就是在該校誕生。美國的著名的私立大學(xué)喬治華盛頓大學(xué)位于首都華盛頓市內(nèi),為了加速自己的發(fā)展,10 年前在維吉尼亞州東部的硅谷建立了科技園實驗中心,建設(shè)了國家汽車碰撞實驗室、地震研究中心,將學(xué)校的發(fā)展與國家、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密結(jié)合,促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。[5 ]
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[5 ]Tony Greening. 麥中凡等譯. 21 世紀(jì)計算機科學(xué)教育[C] . 北京:高等教育出版社,2001.
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