計算機工程教育

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計算機工程教育

　　摘要:文章從當前計算機工程教育的重要意義出發,結合具體院校實際,對當前計算機工程教育中存在的若干問題進行了分析,并提出了改進意見。
　　關鍵詞:計算機;工程教育;實踐基地
　　工程是人們綜合應用科學(包括自然科學、技術科學和社會科學) 理論和技術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:科學家研究已有的世界,工程師創造未有的世界。
　　社會經濟的發展、綜合國力的增強,在一定意義上主要是通過工程來實現的。工程科學、工程技術、工業管理的發展是在激烈國際競爭中取得主動地位的基礎,也是一個地區經濟發展的基礎。無農不穩、無工不富正是這個道理。工程師的素質決定了他們給我們創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境?
　　近年來工程和工程教育受到人們越來越多的關注,中國工程院朱高峰院士、時銘顯院士、新任清華大學校長中國科學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行了對比分析,并指出:在世界科學技術迅速發展,我國經濟高速增長的今天,我們十分缺乏一大批能綜合應用現代科學理論和技術手段,懂經濟、會管理,兼備人文精神和科學精神(而不僅是科學知識) 的高素質的工程技術人才。與之形成鮮明對照的是,我國當前高校的工程教育的質量水平遠遠不能適應這一形勢的需要。因此對于工程學科如何加強工程素質的培養,造就高素質的工程人才,是經濟和社會為我們提出的迫切任務。
　　一、當前計算機教學中存在的問題在2000 年全國計算機教育研討會上,教育部全國工科教育教學指導委員會委員上海交大侯文永教授指出:我們的教學觀念、教學內容和教學手段比較滯后,我們的教學內容和課程設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,一本教材連續使用多年的現象在許多高校普遍存在,我們是用昨天的知識教今天的學生做明天的事;另外,比較偏重大容量知識灌輸,給學生實際操作的機會較少。再就是不太注重學生獨立思考和自主創新能力培養,留給學生自由發揮的空間較小,譬如一門計算機編譯原理課程,我們需要72 課時,而美國斯坦福大學只有40 課時。
　　侯教授的這段話基本上代表了當時全國高校計算機專業教育的現狀。鑒于此,國內高校從2000 年開始,對計算機專業教學開始了研究和全面建設,中國計算機學會、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《中國計算機科學與技術學科教程2002》。[3 ] 這個教程的推出標志著中國計算機專業教育全面與國際接軌,必將對全國高校計算機學科產生巨大影響。
　　寧波大學從2000 年開始的重點專業建設適應了我國高等教育發展的潮流。計算機科學與技術專業作為2000 年學校首批建設的專業,從一開始就注意按照寧波大學十五教育教學改革工程綱要設定的以培養適應地方經濟建設和社會發展需要的高質量人才為根本,努力形成我校具有綜合化、區域化和特色化的專業結構體系為目標,從改革落后的教學觀念、教學內容和教學手段入手,初步構筑了能全面反映先進學科核心知識的專業課程體系;同時,對傳統落后的教學內容進行了較大幅度的更新,全面使用了面向21 世紀新的計算機專業教材;在教學手段上也基本上從粉筆+ 黑板的方式走向了多媒體教學。但是通過近三年的專業建設,我們也深深感到要達到我校十五教育教學改革工程綱要設定的目標,還面臨著許多的問題。
　　1. 教學意識亟待加強教學改革是一項系統工程,教學過程是一個多學科、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、教學評價等原因,許多教師對教學實踐缺乏熱情、投入不足;同時大量沒有經過教學工作培訓的新教師補充到教學第一線,對教學流程、教學過程的基本概念、教師職業的基本要求都不甚了解。更為突出的是現在我們大多數教師(包括工科的教師) 熱衷于學歷的提高,而缺乏工程實踐鍛煉和經驗,重學輕術。反映在教學上,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練,尤其是工程教育環節(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校、院兩級教學管理體制為專業組合提供了保障,與此相適應的平臺+ 模塊的課程體系也有利于學科的綜合。但從執行的兩年來看,這樣的課程體系基礎平臺有些大、占用課時太多,專業課時大大縮減,尤其是大大縮減了有針對性實驗和工程實踐的時間,導致專業特色有所減弱,有綜合代替專業的趨勢。這對于一些專業是有利的,但對于一些技術更新較快的工程型專業似乎不利(例如對計算機專業就是不利的) 。同時由于出現了專業真空地帶,往往使教師在指導上出現專業知識、管理的真空地帶,影響了教學質量的提高。當然教學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驗來看,我們這樣的大平臺不適合職業性、實踐性,目標定位過于遠大。
　　我認為這種專業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遠遠不夠教學計劃和教學大綱在人才培養模式中占有十分重要地位,它構成了人才培養的知識結構。
　　盡管我們經過幾年的努力,初步形成了一個新的、具有一定特色的課程體系,但相關的核心知識點還需要用一定的方法,將相關的知識內容、論證素材進行系統的組織,編寫適合于這種體系和特色的講義和教材都具有相當的難度。尤其是對于例如計算機專業這樣技術發展比較快的學科,例如計算機專業,社會應用先進于學校,沒有現成教材可供使用。所以教師不但要設計例題、習題,還要規劃實驗項目、設備,設計實驗、實踐題目,只有這樣才能形成一個有特色的專業。但目前我們在這方面做的還遠遠不夠,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,對教材認識不足、管理水平低。有人認為教材都是抄來抄去,這只能說有這種現象,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驗,是需要長期的積累的。事實上,教材問題已經成為阻礙計算機專業教學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會在引進國外先進教材、組織專家編寫面向21 世紀的本土教材有所成效,但真正按系統、特色專業的模式形成的系統教材還很少。這方面美國的卡內基梅隆大學就給我們做出了很好的榜樣,卡內基梅隆大學在全美大學排名并不在很前,但它的計算機專業非常有特色(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引用,如著名的CMMi 幾乎成為全球軟件質量認證的規范和標準。
　　4. 實驗教學體系亟待完善,工程化的實踐基地還未形成實驗教學在工科中的重要意義是不言而喻的。傳統的實驗教學體系是以驗證為中心的,設計實驗比較少。專業綜合素質的提高和工程訓練主要是通過畢業設計、畢業實習和金工實習環節予以實現。但是隨著技術的發展,對許多專業來講金工實習已沒有什么實際意義,畢業實習也由于工業界的現狀,企業積極性不高,使得校外工程實踐教學活動遇到許多的困難。同時還由于實驗經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體系更新速度慢,可以說是用80 - 90年代的實驗驗證新世紀的技術。
　　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不同。作為一名現代工程師,除了能綜合運用科學的方法及觀點和技術手段來分析與解決各種工程問題,承擔工程科學與技術的開發與應用任務外,還必須具有組織管理能力、綜合協同能力、表達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道德,如強烈的事業心、高度的責任感、不斷進取的毅力、團結協作的精神、良好的個人修養等。而我們現在實行的傳統的試驗、實習、設計環節很難完成這些要求,必須下大的力氣重塑實驗教學體系,建立工程化訓練教學實習基地,設計出一套行之有效的教學管理方案,實現與工業界的接軌。
　　5. 院、系、所以教學為中心的人才培養教學管理體制還需理順現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。理論上系負責教學,研究所負責學科和科研,系和研究所是平行的關系,互不矛盾。但事實上系和研究所在教師、設備、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。這里有多種因素,其一是教學建設的成就,對教師職稱的提高沒有貢獻或很少貢獻,教師往往不愿意積極承擔教學任務,使系的教學工作難以保質保量地完成。其二,由于教學過程的復雜性和教學效果滯后性、隱蔽性,在以三年為一聘任周期的制度下,歷任領導很難長遠、系統地考慮問題,某項教學改革也就往往隨著領導的變遷,付之東流。而研究所以項目為基礎,一定程度上不受領導變遷的影響,往往可以游離于教學系統的管理,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化,要通過它將高校的科研成果轉化到工業應用;其二就是要承擔工程教育,建立學校與工業界的接口。但從現在的情況看,第二項功能遠沒有實現。
　　因此,研究部門職能、理順關系,制定系統的相互作用的管理、評價政策,發揮各種教學科研部門的工程教育職能,是提高學校管理水平重要一環,也是提高辦學效益、加強工程教育的重要步驟。
　　二、改進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,既有專業定位、課程體系、教學內容、實驗實踐教學,也有社會、學校管理、政策、教師素質等多方面的因素,因此需要全面研究、統籌規劃。具體到計算機專業,我認為目前需要從以下幾點研究和考慮:
　　1、建構新的實驗教學體系,全面改革實驗教學根據計算機學科理論、技術、研發并重的原則,改革傳統的以驗證實驗為主的實驗教學體系,構建以驗證、設計、工程訓練綜合一條龍的實驗教學體系,建立開放式的實驗、實習、研發基地。總體思想是與課堂教學相配合,適當減少專業基礎課程教學中的驗證實驗教學時數,增加綜合實驗和創新實驗,并將第二課堂、數模競賽、軟件設計大賽等納入實驗教學,提前和延長畢業設計。
　　考慮將實驗室重新進行組合,分為三個層次:院中心實驗室、開放創新實驗室、研發基地。中心實驗室主要承擔學院基礎課程和專業基礎的部分實驗,以驗證性實驗為主;開放創新實驗負責綜合、創新實驗和競賽,綜合實驗一般規定上課時間,創新實驗由學生教師申請,一旦批準開放全部資源;研發基地與本校研究所、工程中心及本地的高新技術企業相結合,將畢業設計納入橫向和縱向項目的研究開發,教師將工作納入選修課程,以商業化方式運作。
　　2、培養造就一支專業功底扎實、熟悉教育規律、有實際工程背景和經驗的教師隊伍加強工程教育、執行新的教學計劃及培養方案,必須有一支高素質的教師隊伍。除了進一步提高教師的學歷層次,提高教師的職稱層次外,要十分注重教師的工程素質的提高。要建立鼓勵教師參與實驗、工程項目、培訓進修的制度;鼓勵教師在職學習,更新知識、優化知識結構,積極開展教學研究、工程教育研究;從政策上鼓勵教師鉆研教學、吸取最新的學科成果,注重教學方法、教學手段的改進;建立課程群責任教師制度,全面負責課程群模塊的建設和對青年教師的傳幫帶;以2003年學校崗位聘任為導向,有目的的培養一定比列的、具有不同特色和專長的教學、工程、研究的高校名師。
　　3、積極進行教學內容的改革,加大教材建設的力度有特色的教材建設是有特色專業的前提。要改變觀念,積極鼓勵教師從事教材建設,將科學、技術、工程中的最新成果和經驗充實到教材中。
　　4、積極開展針對企業的繼續教育,加強校企合作促進高層次人才培養我們現在的高等教育體制過分重視傳統教育,忽視繼續教育,尤其是針對企業的繼續教育。工科專業只有通過和企業的合作,才能使自己準確把握發展的方向,提高教師的實踐能力,促進教育質量的提高,增強人才能力的培養,更加適應經濟、社會發展對高等教育的要求。
　　事實上,國外一流企業和大學都十分注重產學研結合,企業與學校密切合作,加速了企業的建設和發展。不少企業與大學之間制定了靈活互動的職業發展目標和繼續教育發展戰略,學習采用基于信息社會所需的專業課程及目標群體的學習方法,建立了企業與大學間的聯絡組織,以便加強聯系,提高辦學效益。企業依托高校開展繼續教育培養人才也可以起到事半功倍的效果。如芬蘭20 年來在軟件技術和無線電等產業方面與大學共同合作,發展新型的人事培訓模式,大學集中培養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密切合作,設置新的課程體系,培養21 世紀經濟所需人才。美國喬治梅森大學與學校周邊的IT 企業和公司合作,在世界各國招收優秀的學生,學生與學校和公司簽署協議,每年得到2. 5 萬美元的資助,邊學習,邊用部分時間在公司實踐和工作,優秀學生將有可能直接留公司工作。通過這種產學研的合作方式,既為公司培養了人才、解決了優秀學生的經濟困難、促進的地方工業的發展,也使學校的相關學科建設得以良性發展,使之在短短的30 年時間里成為世界一流的大學,該校的科技信息技術與工程學院在美國名列前茅,美國第一個信息專業博士就是在該校誕生。美國的著名的私立大學喬治華盛頓大學位于首都華盛頓市內,為了加速自己的發展,10 年前在維吉尼亞州東部的硅谷建立了科技園實驗中心,建設了國家汽車碰撞實驗室、地震研究中心,將學校的發展與國家、地方經濟發展緊密結合,促進了地方經濟的發展。[5 ]
　　參考文獻:
　　[1 ]朱高峰. 面向21 世紀的高等工程教育的改革與發展[J ] . 中國學位與教育研究, 2002 , (4) .
　　[2 ]顧秉林. 工程教育中亟待解決的三個問題[J ] . 新華文摘, 2003 , (3) .
　　[3 ]中國計算機科學與技術學科教程2002 研究組. 中國計算機科學與技術學科教程2002[M] . 北京:清華大學出版社,2002.
　　[4 ]ACMPIEEEE - CS ,Computing Curricula 2001[ EBPOL] . http :PPwww. acm. org Psigcse Pcc2001.
　　[5 ]Tony Greening. 麥中凡等譯. 21 世紀計算機科學教育[C] . 北京:高等教育出版社,2001.

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