题目：计算机工程教育中的若干问题讨论
计算机工程教育中的若干问题讨论
发布时间：2013年10月24日
工程是人们综合应用科学(包括自然科学、技术科学和社会科学) 理论和技术手段去改造客观世界的实践活动。航空之父冯·卡门有句名言:“科学家研究已有的世界, 工程师创造未有的世界”。
社会经济的发展、综合国力的增强, 在一定意义上主要是通过工程来实现的。工程科学、工程技术、工业管理的发展是在激烈国际竞争中取得主动地位的基础, 也是一个地区经济发展的基础。“无农不稳、无工不富”正是这个道理。工程师的素质决定了他们给我们“创造”一个什么样的世界, 或者说, 给人类会提供一个什么样的生存环境?
近年来工程和工程教育受到人们越来越多的关注, 中国工程院朱高峰院士、时铭显院士、新任清华大学校长中国科学院院士顾秉林教授等都先后撰文, 对我国工程教育与国外进行了对比分析, 并指出:在世界科学技术迅速发展, 我国经济高速增长的今天, 我们十分缺乏一大批能综合应用现代科学理论和技术手段, 懂经济、会管理, 兼备人文精神和科学精神(而不仅是科学知识) 的高素质的工程技术人才。与之形成鲜明对照的是, 我国当前高校的工程教育的质量水平远远不能适应这一形势的需要。因此对于工程学科如何加强工程素质的培养, 造就高素质的工程人才, 是经济和社会为我们提出的迫切任务。
一、当前计算机教学中存在的问题
在2000 年全国计算机教育研讨会上, 教育部全国工科教育教学指导委员会委员上海交大侯文永教授指出:“我们的教学观念、教学内容和教学手段比较滞后, 我们的教学内容和课程设置不能尽快吐故纳新, 国际上1978 年的计算机教程我们花了5 年才跟上,1991 年的教程也用了两年才‘接轨’,一本教材连续使用多年的现象在许多高校普遍存在, 我们是用昨天的知识教今天的学生做明天的事; 另外, 比较偏重大容量知识灌输, 给学生实际操作的机会较少。再就是不太注重学生独立思考和自主创新能力培养, 留给学生自由发挥的空间较小, 譬如一
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门计算机编译原理课程, 我们需要72 课时, 而美国斯坦福大学只有40 课时。” 侯教授的这段话基本上代表了当时全国高校计算机专业教育的现状。鉴于此, 国内高校从2000 年开始, 对计算机专业教学开始了研究和全面建设, 中国计算机学会、全国高校计算教育研究会多次召开全国性的研讨会, 并借鉴ACMPIEEE - CS2002 制定了《中国计算机科学与技术学科教程2002》。这个教程的推出标志着中国计算机专业教育全面与国际接轨, 必将对全国高校计算机学科产生巨大影响。
宁波大学从2000 年开始的重点专业建设适应了我国高等教育发展的潮流。计算机科学与技术专业作为2000 年学校首批建设的专业, 从一开始就注意按照宁波大学“十五”教育教学改革工程纲要设定的“以培养适应地方经济建设和社会发展需要的高质量人才为根本, 努力形成我校具有综合化、区域化和特色化的专业结构体系”为目标, 从改革落后的教学观念、教学内容和教学手段入手, 初步构筑了能全面反映先进学科核心知识的专业课程体系; 同时, 对传统落后的教学内容进行了较大幅度的更新, 全面使用了面向21 世纪新的计算机专业教材; 在教学手段上也基本上从“粉笔+ 黑板”的方式走向了多媒体教学。但是通过近三年的专业建设, 我们也深深感到要达到我校“十五”教育教学改革工程纲要设定的目标, 还面临着许多的问题。
1. 教学意识亟待加强教学改革是一项系统工程, 教学过程是一个多学科、多种技能的综合过程, 从理论到实践都有大量工作需要去完成。但事实上多年来由于职称政策、教学评价等原因, 许多教师对教学实践缺乏热情、投入不足; 同时大量没有经过教学工作培训的新教师补充到教学第一线, 对教学流程、教学过程的基本概念、教师职业的基本要求都不甚了解。更为突出的是现在我们大多数教师(包括工科的教师) 热衷于学历的提高, 而缺乏工程实践锻炼和经验, 重“学”轻“术”。反映在教学上, 不能很好的理解课程体系, 许多知识形成的必要过程不能得到有效的训练, 尤其是工程教育环节(是一项耗时费力又很难在短期见到成效的工作) ,往往不能很好的实施。
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2.“平台+ 模块”的课程体系有待改进校、院两级教学管理体制为专业组合提供了保障, 与此相适应的“平台+ 模块”的课程体系也有利于学科的综合。但从执行的两年来看, 这样的课程体系基础平台有些大、占用课时太多, 专业课时大大缩减, 尤其是大大缩减了有针对性实验和工程实践的时间, 导致专业特色有所减弱, 有综合代替专业的趋势。这对于一些专业是有利的, 但对于一些技术更新较快的工程型专业似乎不利(例如对计算机专业就是不利的) 。同时由于出现了专业“真空”地带, 往往使教师在指导上出现专业知识、管理的“真空”地带, 影响了教学质量的提高。当然教学改革的效果是不能以一时一事论成败, 但从国外工程教育的经验来看, 我们这样的大平台不适合职业性、实践性, 目标定位“过于远大”。我认为这种专业定位更适合于层次高的院校。
3. 围绕新课程体系的特色教材建设远远不够教学计划和教学大纲在人才培养模式中占有十分重要地位, 它构成了人才培养的知识结构。
尽管我们经过几年的努力, 初步形成了一个新的、具有一定特色的课程体系, 但相关的核心知识点还需要用一定的方法, 将相关的知识内容、论证素材进行系统的组织, 编写适合于这种体系和特色的讲义和教材都具有相当的难度。尤其是对于例如计算机专业这样技术发展比较快的学科, 例如计算机专业, 社会应用先进于学校, 没有现成教材可供使用。所以教师不但要设计例题、习题, 还要规划实验项目、设备, 设计实验、实践题目, 只有这样才能形成一个有特色的专业。但目前我们在这方面做的还远远不够, 虽然各校提出要大力鼓励, 但有力的政策并不多。
究其原因首先在观念方面, 对教材认识不足、管理水平低。有人认为“教材都是抄来抄去”,这只能说有这种现象, 但同时也说明许多人没有这方面识别能力。写一部好的教材, 需要很高的水平和经验, 是需要长期的积累的。事实上, 教材问题已经成为阻碍计算机专业教学水平提高的重要因素。固然这些年教育部以及中国计算机学会在引进国外先进教材、组织专家编写面向21 世纪的本土教材有所成效, 但真正按系统、特色专业的模式形成的系统教材还很少。这方面美国
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的卡·内基梅隆大学就给我们做出了很好的榜样, 卡·内基梅隆大学在全美大学排名并不在很前, 但它的计算机专业非常有特色(尤其在工程性方面) ,课程体系和教材被全球许多国家和大学引用, 如著名的CMMi 几乎成为全球软件质量认证的规范和标准。
4. 实验教学体系亟待完善, 工程化的实践基地还未形成实验教学在工科中的重要意义是不言而喻的。传统的实验教学体系是以验证为中心的, 设计实验比较少。专业综合素质的提高和工程训练主要是通过毕业设计、毕业实习和金工实习环节予以实现。但是随着技术的发展, 对许多专业来讲金工实习已没有什么实际意义, 毕业实习也由于工业界的现状, 企业积极性不高, 使得校外工程实践教学活动遇到许多的困难。同时还由于实验经费投入不足等诸多原因, 使得与新的课程体系配套的实验教学体系更新速度慢, 可以说是用80 - 90年代的实验验证新世纪的技术。
除了这些之外, 还存在一个问题就是新时期对工程师的要求与传统不同。作为一名现代工程师, 除了能综合运用科学的方法及观点和技术手段来分析与解决各种工程问题, 承担工程科学与技术的开发与应用任务外, 还必须具有组织管理能力、综合协同能力、表达沟通能力和社会活动的能力。这就是说, 不仅要具备基本的伦理道德、社会公德, 还要具有一些特殊的职业道德, 如强烈的事业心、高度的责任感、不断进取的毅力、团结协作的精神、良好的个人修养等。而我们现在实行的传统的试验、实习、设计环节很难完成这些要求, 必须下大的力气重塑实验教学体系, 建立工程化训练教学实习基地, 设计出一套行之有效的教学管理方案, 实现与工业界的接轨。
5. 院、系、所以教学为中心的人才培养教学管理体制还需理顺现在许多高校都实行校、院、系、所的管理体制。在这种体制下校、院的关系比较清楚, 但系、所的职能分工却老是纠缠不清。理论上系负责教学, 研究所负责学科和科研, 系和研究所是平行的关系, 互不矛盾。但事实上系和研究所在教师、设备、用房、资金等资源分配上屡有冲突, 而且往往受到损伤的是系, 是教学。这里有多种因素,
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其一是教学建设的成就, 对教师职称的提高没有贡献或很少贡献, 教师往往不愿意积极承担教学任务, 使系的教学工作难以保质保量地完成。其二, 由于教学过程的复杂性和教学效果滞后性、隐蔽性, 在以三年为一聘任周期的制度下, 历任领导很难长远、系统地考虑问题, 某项教学改革也就往往随着领导的变迁, 付之东流。而研究所以项目为基础, 一定程度上不受领导变迁的影响, 往往可以游离于教学系统的管理, 因此研究所具有很强的吸引力。
这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, 其目的有两个:一是为了科研成果的转化, 要通过它将高校的科研成果转化到工业应用; 其二就是要承担工程教育, 建立学校与工业界的接口。但从现在的情况看, 第二项功能远没有实现。
因此, 研究部门职能、理顺关系, 制定系统的相互作用的管理、评价政策, 发挥各种教学科研部门的工程教育职能, 是提高学校管理水平重要一环, 也是提高办学效益、加强工程教育的重要步骤。
二、改进计算机工程教育的措施
从以上分析, 我们看到工程教育所涉及到的问题是多方面的, 既有专业定位、课程体系、教学内容、实验实践教学, 也有社会、学校管理、政策、教师素质等多方面的因素, 因此需要全面研究、统筹规划。具体到计算机专业, 我认为目前需要从以下几点研究和考虑:
1、建构新的实验教学体系, 全面改革实验教学根据计算机学科理论、技术、研发并重的原则, 改革传统的以验证实验为主的实验教学体系, 构建以验证、设计、工程训练综合一条龙的实验教学体系, 建立开放式的实验、实习、研发基地。总体思想是与课堂教学相配合, 适当减少专业基础课程教学中的验证实验教学时数, 增加综合实验和创新实验, 并将第二课堂、数模竞赛、软件设计大赛等纳入实验教学, 提前和延长毕业设计。
考虑将实验室重新进行组合, 分为三个层次:院中心实验室、开放创新实验室、研发基地。中心实验室主要承担学院基础课程和专业基础的部分实验, 以验
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证性实验为主; 开放创新实验负责综合、创新实验和竞赛, 综合实验一般规定上课时间, 创新实验由学生教师申请, 一旦批准开放全部资源; 研发基地与本校研究所、工程中心及本地的高新技术企业相结合, 将毕业设计纳入横向和纵向项目的研究开发, 教师将工作纳入选修课程, 以商业化方式运作。
2、培养造就一支专业功底扎实、熟悉教育规律、有实际工程背景和经验的教师队伍加强工程教育、执行新的教学计划及培养方案, 必须有一支高素质的教师队伍。除了进一步提高教师的学历层次, 提高教师的职称层次外, 要十分注重教师的工程素质的提高。要建立鼓励教师参与实验、工程项目、培训进修的制度; 鼓励教师在职学习, 更新知识、优化知识结构, 积极开展教学研究、工程教育研究; 从政策上鼓励教师钻研教学、吸取最新的学科成果, 注重教学方法、教学手段的改进; 建立课程群责任教师制度, 全面负责课程群模块的建设和对青年教师的
“传帮带”;以2003年学校岗位聘任为导向, 有目的的培养一定比列的、具有不同特色和专长的教学、工程、研究的高校名师。
3、积极进行教学内容的改革, 加大教材建设的力度有特色的教材建设是有特色专业的前提。要改变观念, 积极鼓励教师从事教材建设, 将科学、技术、工程中的最新成果和经验充实到教材中。
4、积极开展针对企业的继续教育, 加强校企合作促进高层次人才培养我们现在的高等教育体制过分重视传统教育, 忽视继续教育, 尤其是针对企业的继续教育。工科专业只有通过和企业的合作, 才能使自己准确把握发展的方向, 提高教师的实践能力, 促进教育质量的提高, 增强人才能力的培养, 更加适应经济、社会发展对高等教育的要求。
事实上, 国外一流企业和大学都十分注重产学研结合, 企业与学校密切合作, 加速了企业的建设和发展。不少企业与大学之间制定了灵活互动的职业发展目标和继续教育发展战略, 学习采用基于信息社会所需的专业课程及目标群体的学习方法, 建立了企业与大学间的联络组织, 以便加强联系, 提高办学效益。企业依托高校开展继续教育培养人才也可以起到事半功倍的效果。如芬兰20 年来在软件
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技术和无线电等产业方面与大学共同合作, 发展新型的人事培训模式, 大学集中培养公司称职工程师所需知识和能力, 给公司带来较大的收益; 美国通用汽车公司与大学密切合作, 设置新的课程体系, 培养21 世纪经济所需人才。美国乔治梅森大学与学校周边的IT 企业和公司合作, 在世界各国招收优秀的学生, 学生与学校和公司签署协议, 每年得到2. 5 万美元的资助, 边学习, 边用部分时间在公司实践和工作, 优秀学生将有可能直接留公司工作。通过这种产学研的合作方式, 既为公司培养了人才、解决了优秀学生的经济困难、促进的地方工业的发展, 也使学校的相关学科建设得以良性发展, 使之在短短的30 年时间里成为世界一流的大学, 该校的科技信息技术与工程学院在美国名列前茅, 美国第一个信息专业博士就是在该校诞生。美国的著名的私立大学乔治华盛顿大学位于首都华盛顿市内, 为了加速自己的发展,10 年前在维吉尼亚州东部的硅谷建立了科技园实验中心, 建设了国家汽车碰撞实验室、地震研究中心, 将学校的发展与国家、地方经济发展紧密结合, 促进了地方经济的发展。
参考文献:
[1 ]朱高峰. 面向21 世纪的高等工程教育的改革与发展[J ] . 中国学位与教育研究, 2002 , (4) .
[2 ]顾秉林. 工程教育中亟待解决的三个问题[J ] . 新华文摘, 2003 , (3) .
[3 ]中国计算机科学与技术学科教程2002 研究组. 中国计算机科学与技术学科教程2002[M] . 北京:清华大学出版社,2002.
[4 ]ACMPIEEEE - CS ,Computing Curricula 2001[ EBPOL] . http :PPwww. acm. org Psigcse Pcc2001.
[5 ]Tony Greening. 麦中凡等译. 21 世纪计算机科学教育[C] . 北京:高等教育出版社,2001.