高年级本科教学中三基性问题初探

摘要：针对计算机专业本科高年级课程教学中的问题，结合课程教学实践，研究如何将基础性、前沿性和应用性三个基本特性融合在教学中，以满足学生的阶段需求。从必要性、教学理念、内容选择和教学方法上进行探讨，提出解决方法，并结合所承担的课程教学给出具体的分析结果，列举可能面临的问题。通过适应性教学方法，提高本科毕业生的核心竞争力。

关键词：教学方法；基础性；前沿性；应用性

所谓三基性，是指本科教育中最为突出的三个基本特性，即基础性、前沿性和应用性，这三性既相辅相成，又矛盾制约而受争议。我国本科教育强调基础性教育，无疑是最重要的教育理念和教育核心，但对工科计算机本科教育而言，由于学科知识具有更新快、变化快、应用面广和工程性强等特点，前沿性和应用性教育凸现重要性，需求表现在一是许多前沿的理论和知识普及很快，一些过去的研究生教学内容可下降给本科生的课程；二是社会对本科生实用能力和知识宽度的要求越来越高，本科教育必须致力于提高本科生的核心竞争力，因此，如何在高年级，特别是大四学生教学中把基础性、前沿性和应用性这三性较好地相融合，并在教学中把握好分寸是一个值得探索的问题。

1三基性教学问题

本科教育的改革，特别是计算机基础教学改革是近年热议的话题之一，国内外没有成熟的样本，但改革的重要方向之一就是计算机基础教学的多元化、专业化[1]。目前，本科基础教育多采用全国统一的思想，有基本一致的大纲、内容、实验环境和教学手段，有等级考试的驱动和标准，同时，我们也看到，近年来

各研究型大学的计算机教学呈现改革趋势，其主要表现在以下几方面。

1) 更多强调实践和案例教学，大幅度减少基础课时，基本动手能力培养重要性增加。

2) 基础教学更多强调应用，呈专业化、多元化趋势，知识关联体系网络日趋复杂化。

3) 一些过去研究生的课程内容在本科教育中出现，如分布式并行计算、网络计算等方面，高端知识普及化、应用化。

4) 为适应计算机技术和市场应用的需求，专业课程也越分越细，知识宽度和深度要求越来越高，专业选修课设置越来越多，知识结构发生变化。

5) 计算机基础教育低龄化，从中小学开始就进行计算机的基础教育。如日本中学生的计算机竞赛内容就已经涉及到多CPU并行计算等前沿内容，教育对象的基础发生很大变化。

因此，如何定位和分界计算机初级教育、专职业教育、本科教育和研究生教育是个值得研究的教育理念问题，同时，在各阶段教育过程中，如何根据学生的特点和培养目标，把握知识结构、教学方法的平衡分寸至关重要。

大学本科高年级学生，特别是大四学生一般会面

临越来越大的压力，也面临许多特殊的需求。

1) 知识的融会贯通需求。高年级学生一般前期修课密集，到大四时已经修完大多数基础课程和专业课程，学生面临考研、就业等迫切需求，课程教学时，根据本课程领域需求回顾前面所学知识，并使其结合应用，做到融会贯通，以便有效提高学生综合能力。

2) 实践动手能力急速提高的需求。对计算机专业学生而言，无论考研还是就业，都要有比较宽广的实践知识和动手能力，而学生动手机会少，缺乏环境与机会是一个普遍问题，大四学生已经进入实习阶段，有的即将开始毕业设计工作，因此，迫切需要提高实践动手能力，课程教育需要配合和引导这方面的需求。

3) 新知识学习掌握能力的需求。计算机技术日新月异，学生必须有学习掌握和应用新知识的能力。当前，在许多场合，对新知识的考核都是很重要的内容，能较快掌握并应用新知识，进行创新性工作往往是学生成为高层次人才的重要阶梯。

高年级学生的不稳定性和上述特殊需求，导致这一阶段教学非常艰难，教师需要具有较高的专业素养和教学技巧，否则，学生就会对课程失去兴趣。因此，针对高年级学生需求，基础性教育要融会贯通学生前面所学知识；前沿性教育要扩展学生视野、培养创新性意识并掌握一些热点技术；而应用性教育要加强学生的动手技能，培养学生分析解决实际问题的能力，但如何把基础性、前沿性和应用性这三性融合并恰当地体现在教学方法中是一个值得探索的方法问题，其中有许多问题值得探索。

基础性教育无疑是本科教育最重要的教育基础，大学课程首要任务是为学生打好理论与技术基础，掌握能力，发展有后劲，但基础课不是“陈旧课”[2]，它应该反映该课程领域最新的进展和研究成果，根据国家的战略转变，近来各大学都把创新性教育放在了重要位置。对工科计算机本科教育而言，学科知识具有更新快、变化快的特点，许多前沿理论和知识普及很快，一些过去的研究生教学内容下降给本科生。如分布式并行计算技术，由于普及与硬件价格的迅速下降，已经从高端技术转为普及技术，课程体系要跟上技术的发展，在课程内容上就要有前沿性内容，融入理论与技术的最新发展。

计算机学科另一重要特色是极强的工程特性，目前，各行业都在广泛应用计算机技术，社会对本科生的实用能力和知识宽度要求越来越高，不仅要求本科生有较好的基础知识，还要求学生有较强的、多方面的动手能力。学生求职时，几乎会涉及所有软件工具和热门技术，职业对应用性教育的巨大压力，常常导致学生重实用轻基础，而本科教育必须致力于提高本科生的核心竞争力[3]，才能引起学生共鸣。

2三基性教学方法初探

笔者认为要设计好一门课程并上好一门课程，要具备4个要素。

1) 课程理念：即本课程目标、思路等，包括对学生知识和意识的培养。

2) 学生需求：任何课程，在一定时间空间内具体面对特定的学生需求。

3) 教师素养：教师在课程领域的科研和教学水平。

4) 教学方法：围绕课程理念和课程内容有针对性的教学方法。

针对上述高年级本科教学需求，三基性教学理念要将三者加以融合并掌握好彼此之间的教学分寸。具体而言，三基性教育有3个目标。

1) 基础性教育要努力使学生前面知识得到融会贯通；

2) 前沿性教育要扩展学生视野、培养创新性意识并掌握一些热点技术；

3) 应用性教育要加强学生的动手技能，培养学生分析解决实际问题的能力。

因此，围绕着教学理念和目标，三基性教学方法的核心表现在3个方面。

1) 针对基础性教学，探索综合与贯通教学方法；

2) 针对前沿性教学，扩展视野与创新意识的培养；

3) 针对应用性教学，精心设计实验，加强案例教学与动手能力培养。

解决好上述关键问题要做好5个方面工作。

1) 选好能融合三性的教学课程，并非每个课程都具有三性的元素；

2) 有针对性地设计教学内容；

3) 掌握好三性在教学中的分寸，这是需要认真研究把握的；

4) 教学方法的基础性、前沿性和应用性的具体方法体现和手段；

5) 对教师素质的要求和教学效果的评估。

下面，以笔者近几年开设的大四本科选修课程“集群与网格计算”为例进行探讨。近年来，集群计算模式是网络计算系统中用途最广的计算模式之一[4]，已成为应用和商业化的一个热点技术，成为一个独立的分支。网格计算模式已经发展为连接和统一各类不同远程资源的一种基础结构，集群和网格技术作为一种实用技术已经逐渐标准化、实用化和产品化，国内外各种应用实例和介绍书目也比较丰富，因此，我们有必要及时把相关基础知识和简单应用技术介绍给学生。从课程内容上说，该课程设计具有三基性要素。

1) 基础性：课程基本概念和基础知识涵盖面宽，基础性强，包括了操作系统、网络、分布式并行等方面的知识，可综合对前面所学知识加以扩展和贯通；

2) 应用性：该领域有广阔的应用背景，包括选机型、安装、配置、编程、应用等，有一系列的动手锻炼实践，非常贴近高端应用；

3) 前沿性：由于该领域属热点技术，因此，近年来发展较快，有较多的科研项目和技术专题实例，且新思想、新技术层出不穷。

因此，课程教学制定了如下的目标。

1) 掌握网格与集群计算的基础；

2) 学习构建简单的网格与集群的技术；

3) 提高综合应用计算机技术的能力；

4) 了解当前一些热点技术及其应用；

5) 培养多点思维和前沿意识。

在基础性教学方面，我们要重点介绍该领域的一些基础知识、基本概念、基本技术和系统构建思想，使学生能理解和应用该领域的一些基本概念，在扩大知识面的同时，我们还要注重启迪开拓学生的思维和视野，使学生能对网络计算技术的进展和应用有更深刻的理解，掌握集群与网格计算的基础知识。例如基础性教学方面，较详细地讲授了集群与网格的基本概念、历史演化、体系结构、各种分类及各层的基本原理等方面，给学生一个完整的知识体系。

在前沿性方面，我们要以最新的大量科研项目为例，介绍一些典型应用，培养学生综合运用知识及跟踪前沿技术的意识。许多教学内容来自于最新的外文资料和论文，深入浅出地向学生介绍该领域的技术历史、驱动力、发展思想，把各种相关的技术模式加以分析介绍，启迪学生的思路，培养创新意识。例如，以国内外著名研究项目Condor, Globus, PBS等为切入点，深入浅出地介绍当前的热点及难点技术，如任务调度、中间件、虚拟机、集群管理和负载平衡等内容，这种讲解是在基础知识之后，且结合项目，言之有物，使学生容易理解前沿技术。

在应用性方面，我们要加强培养学生动手能力，从现有市场产品和技术入手，引导学生构建和应用简单的集群与网格计算环境，然后介绍高级并行编程语言和方法，使学生能解决实际的大型问题，同时，由浅到深，设计9个课程实践，包括操作系统配置，集群和网格的构建、集群和网格的管理、编程环境及程序设计、应用编程等，给学生大量实践动手的机会，每个实验都给出相关的软件、配置说明和实验方法。

在授课方法上，我们应始终围绕上述课程理念和三基性的目标，努力掌握好三者的比例和分配，把握难度分寸，使教科书内容、科研项目内容、研究论文内容和市场技术内容较好结合，以培养能力和意识为主，具体知识为次，使之成为一个综合性较强的大四课程，起到了一定的教学效果。

3存在问题与讨论

如何在教学中把握三基性平衡与分寸问题存在不同看法，它不仅体现在教学理念方面、体现在教学分寸和内容方面，还体现为如下一些具体问题。

1) 计算机技术进步太快：大学课程基础性要求课程内容相对稳定和成熟，而频繁更新教学内容会导致教与学的许多问题和矛盾。

2) 思想理念变化：当今社会，随着时代主题和社会需求的发展变化，许多技术市场理念变化很快，教学方法上既要保持传统的继承，又需要与时俱进，但大学教育忌盲目跟风。

3) 技术颠覆性强：前沿性教育是创新性能力培养的核心，敢想敢干是计算机技术发展的动力，但是它也面临很多不定因素，如技术变化快，一些理论、概念、术语和技术可能很快过时，甚至被抛弃，从而造成混乱，不利于教学的稳定。

4) 理论与技术的不成熟性：一些新概念、理论和知识的引入所采用的教学素材可能并不成熟，甚至有争议，或过一段时间，这些内容被发现是有问题的，从而引发争议。

5) 教学方法把握难：三基性教学对教师有极高的要求，它要求教师在该领域具有较宽的知识面，对新知识和前沿知识有较深入的理解和追踪，同时还需要较强的实践指导能力。此外，还需要较好地把握三基性的分寸，及时更新教学内容和手段。

尽管存在这样一些问题，但有一个事实不容忽略，那就是教育要适应学生需求，要面向时代的主流和需求，因此，深入的研究可以从大学课程设置分析入手，收集学生知识结构以及考研、就业等具体需求，这对三基性融合的教学理念、方法、内容和手段的研究是十分有益。

本文的目的是分析高年级本科教学中的需求，提出三基性结合教学问题，研究如何较好把握三者分寸，适应高年级本科教学的方法。结合笔者在北京航空航天大学所开设的大四课程，我们对本科教学中基础性、前沿性和应用性有机结合的教学方法进行初步探讨，对教学内容和方法进行相关的调整，以达到提高学生核心竞争力的目标。在教学实践中，我们在选课、内容、教学方法、手段、实验体系诸多方面进行实践和研究，并将进一步探讨相关问题，同时，我们也希望业界同行批评指正。

参考文献：

[1] 张森. 论我国高校计算机基础教学的今后发展[J]. 计算机教育,2005(10):9-11.

[2] 郑莉. 精品课程建设中的几个重要关系[J]. 计算机教育,2006(10):15-17.

[3] 胡凯,阚志刚,宋京民,等. 网络计算新技术[M]. 北京:科学出版社,2001:401.

Preliminary Exploring of Three Basic Characteristics in Teaching

Upperclassman for Undergraduate Course

HU Kai

(School of Computer, Beihang University, Beijing 100191, China)

Abstract: Analyze some issues in the teaching upperclassman’s computer undergraduate course. Research how to combine three basic attributes, elements, advanced technique and application, into the teaching method through the practice of course to satisfy upperclassman’s requirements. Discuss the essential, teaching idea, contents and teaching method. Propose the key problems to be solved and give the analysis results based on the teaching course. At last, list some impossible faced issues. The aim is to research a kind of appropriate teaching method to enhance the undergraduate’s core competitive capability.

Key words: teaching method; elements; advanced technique; application