计算机科学与技术专业实验课程体系的创新与实践

文章编号：1672-5913(2008)10-0027-02

摘要：本文介绍了国防科技大学计算机学院在人才培养实践方面的具体做法，即将实验课程体系划分为基础验证性实验、课内综合性实验、综合课程设计和自主创新实践四个层次，在计算机科学与技术专业的计算机硬件、计算机软件和网络工程三个专业方向上大规模设立综合性课程设计。

关键词：实验课程体系；创新与实践；计算机学科

中图分类号：G642

文献标识码：B

1紧跟学科前沿，构建实验教学体系

我院长期跟踪、研究了ACM和IEEE联合推出的教学计划和美国CC2001教程，并深入剖析了国内外十多所一流大学和著名军事院校的专业课程体系，并据此制订了国防科技大学计算机学院计算机科学与技术2002本科教学计划。我们将实验课程体系划分为基础验证性实验、课内综合性实验、综合课程设计和自主创新实践四个层次，如图1所示。这四个层次之间点面结合、融会贯通、配合紧密、循序渐进、环环相扣。

以计算机硬件方向为例，在“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“数字逻辑”三个课程内的基础验证性实验和课内综合性实验基础上，开设“数字逻辑课程设计”；在“计算机原理”和“数字系统设计工程”两个课程内的基础验证性实验和课内综合性实验以及“数字逻辑课程设计”基础上，开设“计算机原理课程设计”；在“计算机控制基础”、“计算机体系结构”和“嵌入式系统”三个课程内的基础验证性实验和课内综合性实验以及“数字逻辑课程设计”和“计算机原理课程设计”基础上，开设“嵌入式系统课程设计”；形成从电子器件到功能单元、再到部件、最后到系统的实验课程体系，依次推进，最终让学生深入而系统地掌握计算机硬件的原理与技术。

这种创新性的实验体系科学、可行，有效保证了实验建设具有先进的水平和显著的效果，为后续实验内容、实验平台、实验组织管理等方面建设奠定了坚实的基础。综合课程设计和自主创新实践采用项目团队的方式组织和实施，帮助学生树立团队精神和协作精神，培养学生的组织能力和创新能力。

为了能够更好地发挥综合课程设计的作用，我们率先在计算机科学与技术专业学科课程体系三个专业方向上大规模设立了综合性课程设计并单独设课，见表1。这些综合性课程设计穿插在系列课程学习的各个阶段开展，实验内容结合了我们的科研方向，体现了综合性和系统性，不仅强调培养学生具有综合运用所学的多门课程知识解决实际问题的能力，更加强调系统分析、设计和集成能力，以及强化培养学生的独立实践能力和良好的科研素质。

图1 实验课程体系的层次

表1 计算机科学与技术专业的专业方向

2教学科研结合，创新实验教学内容

我院在坚持依照教学大纲施训的基础上，根据计算机技术发展迅速的特点，结合我院科研实践和成果，设置了9门综合课程设计并逐步开设一批新的实验项目，使学生能够学到较新的知识，取得了显著的效果。

例如“数字逻辑课程设计”课程，作为“数字电子技术”、“数字逻辑”的后续课程，要求学生在计算机系统综合设计平台上掌握计算机部件级的逻辑功能设计，通过数字闹钟、八位运算器、交通灯、乒乓球游戏、流水算术逻辑部件、串行收发器等课程实验内容，可以使学生在进一步理解课程内容的基础上利用较先进的设计手段掌握数字系统设计和调试的工具和方法，增加集成电路应用知识，培养学生的实际动手能力和分析、解决问题的能力；在后续的“计算机原理课程设计”课程中进一步要求学生学习和掌握HDL语言描述电路，并使用HDL语言设计和实现一个完整的八位机，通过逻辑模拟和综合，在计算机系统综合设计平台上测试和验证。通过这一系列课程的学习，可以使学生进一步理解计算机原理和组成，掌握计算机部件的设计方法，培养学生的实际操作能力和分析解决问题的能力。

再比如“人工智能导论”课程，我们在实验教学过程中尝试对以Agent为中心的教学方法进行扩展，以机器人为主线，将人工智能的各个论题处理成机器人任务，学生通过构建机器人并编程完成任务，更好地将人工智能的各个知识点有机整合起来。更重要的是，机器人论题对学生来说是个极大的激励，学生的学习过程有相当的成就感。目前我们用于实验教学的典型实验内容如表 2所示。在学校“十一五”实验教学经费的支持下，我们将继续丰富和拓展更深层次的实验教学内容。

表2 “人工智能导论”实验教学内容

3 依托学科优势，完善实验支撑体系

经过“十五”的建设，依托计算机科学与技术国家重点学科的优势，我们进一步完善了实验教学软硬件条件的建设，形成了完整的实验教学支撑保障体系。

在实验教学硬条件建设上，一方面我们建设并完善了专门的基础教学实验室“计算机技术与网络实验中心”，下分“计算机系统实验室”、“计算机软件及应用实验室”和“计算机网络实验室”三个分实验室，制定了一系列的实验教学规范和管理制度，方便老师与学生开展课程实验教学；另一方面我们依托“211”工程和“985”建设，利用“高性能计算中心”等专业科研环境支撑创新活动、毕业设计等实践教学活动。

在实验教学软条件建设上，一方面我们充分贯彻教学科研相互促进的宗旨，将一些科研成果，如银河系列巨型机系统等直接服务于课程实验教学，更好地帮助学生学习内容；另一方面我们充分开发调动老师的创造性和积极性，自主编写配套的实验教材、自主研制配套的软硬件实验平台。

在不断吸取国内外著名大学教材建设先进成果的基础上，面向我院的课程体系改革和建设需要，自编实验教材和讲义十余部，例如《收音机安装指南》、《数字逻辑课程设计》、《计算机系统课程综合设计指导书》、《嵌入式系统课程设计实验指导书》、《程序设计课程设计》、《操作系统课程设计》、《软件工程课程设计》、《网络工程课程设计》和《网络攻防课程设计》等，并有多部高水平教材已经正式出版。目前我们已经逐步建立起了和课程体系相配套、结合自身科研实际的富有特色的完整实验教材体系。

在硬件实验平台方面，我们在国内率先自主研制成功了计算机系统综合设计平台，见图2。该平台可以满足数字逻辑课程设计、计算机原理课程设计、数字系统设计工程、计算机系统结构和超大规模集成电路(VLSI)设计等多门课程的实验教学需求。

在软件实验平台方面，我们自主设计研发了NetDemo计算机网络原理辅助教学系统，见图3。该系统可以对计算机网络的主要原理和有关协议进行参数可配置的、直观的、动态的多媒体演示，使原来静态的板书式文字教学成为动态的、图文并茂的、交互式演示性教学，在提高学生对网络原理理性认识的同时增强了学生的感性认识，并提高了学生的学习兴趣。

图2 计算机系统综合设计平台

图3 NetDemo计算机网络原理辅助教学系统

4整合教学资源，加强实验队伍建设

我们十分重视实验教学队伍建设，通过各种途径加强实验教学队伍建设。目前我们的实验教学队伍主要包括专职实验教师、兼职实验教师、TA(教学助理)和研究生教辅组成。从2004年开始我们借鉴国外大学成功经验，在综合性课程设计课程中聘请TA。此外在学院的研究生培养方案中明确规定，所有研究生学生必须参加课程辅导，课程辅导成绩合格方可毕业，研究生教辅力量成为实验教学队伍的有力补充。通过整合各种教学资源，增强了学院实验辅导力量，促进了实验队伍建设，对人才培养起到了很好的支撑作用。

5注重全面发展，开展创新实践活动

通过“十五”期间的全面实施，实验教学效果明显，学生的综合素质、工程实践能力、团队意识、创造性思维得到进一步提高，2006年我院“创新实验课程体系、增强学生实践能力、培养高素质人才”获国防科技大学教学成果一等奖。我院毕业学生业务能力强，能够适应军队和国家建设要求，受到用人单位和领导机关的高度评价。

2004年以来，我们组织本科学生参加各种学科竞赛60余次，参加人员近700人次，有415人次获奖，学科竞赛成绩突出。其中有代表性的奖项有：8人次获国际数模竞赛一等奖；14人次获国际数模竞赛、ACM国际大学生程序设计竞赛二等奖；18人次获全国数模竞赛、电子设计竞赛、机械创新设计大赛一等奖；43人次获全国数模竞赛、嵌入式系统设计竞赛等二等奖。本科生组队参加主要由研究生参加的全国微软“创新杯”软件开发大赛获团体银奖。

6致谢

感谢国防科学技术大学“十一五”教学研究项目“探索开拓博士研究生国际学术交流空间的方法和途径”和国防科学技术大学“十一五”本科重点课程建设项目“计算机网络”和“计算机程序设计”的资助。

参考文献

[1] 国防科技大学计算机学院2002本科教学计划[R]. 国防科技大学,2002.