计算机科学与技术专业实践教学体系与规范研究.ppt

1,计算机科学与技术专业实践教学体系与规范研究,教学指导委员会(2006-2010)2008.10.,主要内容,概述实践体系的重要性实践体系主要内容4.本科生实验室建设5.研究生实验室建设6.结束语,影响计算机学科人才培养的因素,学科特点：计算机系统发展的专业性计算机科学研究的交叉性计算机技术应用的通用性社会需求：计算机系统研发科学计算信息化,1、概述,目前状况：社会对计算机学科人才需求趋于稳定报考计算机专业的学生数量稳中有降大多数学科都开设了计算机应用课程计算机学科方向和知识构成发展迅速,1、概述,2001-2008年计算机专业本科招生情况,录取情况,报名情况,2001-2008年计算机专业研究生,04-07年计算机本科生就业情况,2004,2005,2006,2007,04-07年计算机研究生就业情况,2004,2005,2006,2007,世界一流大学计算机学科的课程设置,普遍开设写作与交流课程，开设较多选择的人文和社会科学类课程（15%以上）。数学与自然科学类课程占有重要比例（15%）以上。设置大量选修课（25%以上），包括通识和专业课程。专业核心课程数目较少（4-6门），使学生不局限于有限的几门专业课程的学习，而是给他们更多的专业学习空间。设立综合运用本科阶段所学知识，进一步培养学生研究能力与交流技能的顶峰体验课程作为本科教育的总结。,1、概述,1、概述,教育部计算机科学与技术专业教学指导分委员会组成的工作组研究了高等学校计算机科学与技术专业实践教学体系，并在此基础上制定了一个本专业实践教学指导性规范。计算机科学与技术专业教学实践体系的研究得到教育部高教司“教学质量与教学改革工程”的支持立项。,1、概述,“十五”期间，教指委发表了高等学校计算机本科专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）（以下简称规范）。其中提出了“专业方向分类”发展的基本思想和三个辅助建议，并根据专业方向分类的思想分别制定了“计算机科学”、“计算机工程”、“软件工程”和“信息技术”四个专业方向的规范。,1、概述,上述三个辅助建议之一是“加强学生实践和动手能力的培养”。规范认为尽管现在办学的设备条件普遍都有所改善，但计算机专业本科毕业生的实践与动手能力与就业市场的期望差距明显，迫切需要有积极的措施来加以缩小。本项研究也是教指委“十五”期间工作的一个自然延续，它一方面是规范中关于加强学生实践和动手能力培养建议的一种措施性拓展，另一方面也是对其中办学规范内容的补充。,1、概述,本研究内容包括如下几个部分:讨论了在信息社会背景下计算机专业的特征，指出它是以技术为主的，强调学生实践能力的培养是不可或缺的一个重要组成部分。结合规范中关于培养规格分类的思想，阐述了计算学科专业人才的能力结构及其培养基本要求，各种能力都需要通过实践来培养形成。,1、概述,从课程实验、课程设计、专业实习和毕业设计等方面描述了计算机专业办学的实践教学体系。分别对课程实验、课程设计、毕业设计和专业实习的含义和基本要求给出了较详细规范。提出了对实践环境建设的要求。给出了若干核心课程的具体实验大纲，以及若干综合课程设计大纲示例。,1、概述,在形成实践教学规范的过程中，工作组的主要依据是规范和成员们多年在教学和教学管理第一线所获得的经验，对各类办学单位都有很好的参考价值。教指委也鼓励各办学单位根据自己人才培养的定位制定出有特色的实践教学具体要求。,教育部计算机科学与技术专业教学指导委员会在2004年全面地就计算机科学与技术专业的办学问题对社会进行了调研。了解到了用人单位对毕业生的要求和认为毕业生存在的不足之处。企业希望毕业生责任心强，能够具有独立解决问题的能力和较好的动手实践能力，要求学生具有扎实的理论基础和理论结合实际的能力。,2、实践体系的重要性,2、实践体系的重要性,要强化学生理论与实践相结合的能力，就必须形成较完备的实践教学体系。将实践教学体系作为一个系统来构建，追求系统的完备性、一致性、健壮性、稳定性和开放性。按照人才培养的基本要求，教学计划是一个整体。实践教学体系只能是整体计划的一部分，是一个与理论教学体系有机结合的、相对独立的完整体系。只有这样，才能使实践教学与理论教学有机结合，构成整体。,2、实践体系的重要性,计算机专业的基本学科能力可以归纳为计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力、系统能力。其中的系统能力是指计算机系统的认知、分析、开发与应用能力，也就是要站在系统的观点上去分析和解决问题，追求问题的系统求解，而不是被局部的实现所困扰。要努力树立系统观，培养他们的系统眼光，使他们学会考虑全局、把握全局，能够按照分层模块化的基本思想，站在不同的层面上去把握不同层次上的系统；要多考虑系统的逻辑，强调设计。,2、实践体系的重要性,实践环节不是零散的一些教学单元，不同专业方向需要根据自身的特点从培养创新意识、工程意识、工程兴趣、工程能力、或者社会实践能力出发，对实验、实习、课程设计、毕业设计等实践性教学环节进行整体、系统的优化设计，明确各实践教学环节在总体培养目标中的作用，把基础教育阶段和专业教育阶段的实践教学有机衔接，使实践能力的训练构成一个体系,与理论课程有机结合，贯彻于人才培养的全过程。,2、实践体系的重要性,追求实验体系的完备、相对稳定和开放，体现循序渐进的要求，既要有基础性的验证实验，还要有设计性和综合性的实验和实践环节；在规模上要有小、中、大，难度上要有低、中、高；在内容要求上，既要有基本的，还要有更高要求，通过更高要求引导学生进行更深入地探讨，体现实验题目的开放性。,2、实践体系的重要性,既要包含硬件方面的，又要包含软件方面的；既要包含基本算法方面的，又要包含系统构成方面的；既要包含基本系统的认知、设计与实现，又要包含应用系统的设计与实现；既要包含系统构建方面的，又要包含系统维护方面的；既要包含设计新系统方面的，又要包含改造老系统方面的。从实验类型上来说，需要满足人们认知渐进的要求，要含有验证性的、设计性的、综合性的。要注意各种类型的实验中含有探讨性的内容。,2、实践体系的重要性,从规模上来说，要从小规模的开始，逐渐过渡到中规模、较大规模上。关于规模的度量，就程序来说大体上可以按行计。小规模的以十计，中规模的以百计，较大规模的以千计。包括课外的训练在内，从一年级到四年级，每年的程序量依次大约为5000行、1万行、1万行、1.5万行。这样，通过四年的积累，可以达到4万行的程序量。作为最基本的要求，至少应该达到2万行。,2、实践体系的重要性,总体上，实践体系包括课程实验、课程设计、毕业设计和专业实习4大类，还有课外和社会实践活动。在一个教学计划中，不包括适当的课外自习学时，其中课程实验至少14学分，按照16个课内学时折合1学分计算，共计224个课内学时；另外综合课程设计4周、专业实习4周、毕业实习和设计16周，共计达到24周。按照每周1学分，折合24学分。,1）课程实验课程实验分为课内实验和与课程对应的独立实验课程。他们的共同特征是对应于某一门理论课设置。不管是哪一种形式，实验内容和理论教学内容的密切相关性要求这类实验是围绕着课程进行的。课内实验主要用来使学生更好地掌握理论课上所讲的内容。具体的实验也是按简单到复杂的原则安排的，通常和理论课的内容紧密结合就可以满足此要求。在教学计划中实验作为课程的一部分出现。,3、实践体系主要内容,按照高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）和高等学校计算机科学与技术专业公共核心知识体系与课程来设计相应的基本实践教学体系。给出的实验课程选取基本原则是：属于公共核心课程或者4个专业方向的部分示例性核心课程；含有较丰富的实验内容。,3、实践体系主要内容,课程实验:,3、实践体系主要内容,3、实践体系主要内容,附录1:课程实验教学大纲1.实验概述2.实验目的和要求3.主要原理和概念4.实验环境5.实验内容,2）课程设计课程设计是指和课程相关的某项实践环节，更强调综合性、设计性。无论从综合性、设计性要求，还是从规模上讲，课程设计的复杂度都高于课程实验。特别是课程设计在于引导学生迈出将所学的知识用于解决实际问题的第一步。课程设计可以是一门课程为主的，也可以是多门课程综合的，统称为综合课程设计。,3、实践体系主要内容,3、实践体系主要内容,综合课程设计是将多门课程所相关的实验内容结合在一起，形成具有综合性和设计性特点的实验内容。综合课程设计一般为单独设置的课程，其中课堂教授内容仅占很少部分的学时，大部分课时用于实验过程。综合课程设计在密切学科课程知识与实际应用之间的联系，整合学科课程知识体系，注重系统性、设计性、独立性和创新性等方面具有比单独课内实验更有效和直接的作用。同时还可以更有效地充分利用现有的教学资源，提高教学效益和教育质量。,3、实践体系主要内容,综合性课程设计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。各个方向也可以有一些更为综合的课程设计。课程设计可以集中地安排在1-2周完成，也可以根据实际情况将这1、2周的时间分布到一个学期内完成。更大规模的课程设计可以安排更长的时间。,综合课程设计:数字系统综合课程设计计算机原理综合课程设计嵌入式系统综合课程设计数据结构综合课程设计操作系统综合课程设计程序设计综合课程设计软件工程综合课程设计网络程序综合课程设计网络工程综合课程设计,3、实践体系主要内容,3、实践体系主要内容,附录2:课程综合课程设计大纲1概述2目的和要求3主要原理4内容,3、实践体系主要内容,3）毕业设计在毕业设计中，要求学生以适当的课题研究为背景，进行科学研究训练。在这个教学环节中，相当于走过科学研究的一个全过程，为毕业后的工作打下良好的基础，使毕业设计更好地起到使学生实现从学校走向实际工作的良好过渡作用。,3、实践体系主要内容,毕业设计作为教学中的一个重要的、无法替代的环节，在整个实践教学体系中，它的综合性最强。实践教学体系是与理论课程体系紧密结合的。毕业设计作为教学计划中的最后一项任务，它承担着培养学生综合运用所学知识和掌握的技能，分析和解决实际问题、独立工作、团队协作、问题表达等能力的任务。同时可以对学生大学四年学习中所获得的知识掌握情况、学力水平和运用能力进行检验。,3、实践体系主要内容,毕业设计要实现12方面的综合训练。具体包括选题、调研、熟悉问题、查阅资料、需求分析、制定研究计划、概要设计、详细设计、具体实现和调试、撰写文档、问题与方案的文字与口头表述、论文撰写。通过这12个方面的综合训练，培养研究与实现能力、论文撰写能力、口头表达能力。,3、实践体系主要内容,为了保证毕业设计的质量，要加强管理。通常要注意选题、开题、中期检查、期末验收、论文答辩等环节。要注意对毕业设计过程的控制，要求教师和学生要每周进行交互，包括辅导、工作报告、问题讨论等。总体上，毕业设计可以和毕业实习合在一起安排，时间总共应有16周左右。,3、实践体系主要内容,毕业设计的问题选题方面：低水平重复的问题：受教师的科研条件和能力的制约过程管理的不足：对现阶段学生的状况的分析和估计不足论文和文档规范的问题：长期的教学习惯从精英教育到大众化教育的转变不及时指导力量不足：指导学生数量超出教师能力，过程管理跟不上，教学效果不理想。,3、实践体系主要内容,4）专业实习专业实习可以有多种形式：认知实习、生产实习、毕业实习、科研实习等，这些环节都是希望通过实习，让学生认识专业、了解专业，不过各有特点，各校实施中也各具特色。通常实习在于通过让学生直接接触专业的生产实践活动，真正能够了解、感受未来的实际工作。计算机科学与技术专业的学生，选择IT企业、大型研究机构等作为专业实习的单位是比较恰当的。,3、实践体系主要内容,根据计算机专业的人才培养需要建设相对稳定的实习基地。作为实践教学环节的重要组成部分，实习基地的建设起着重要的作用。实习基地的建设要纳入学科和专业的有关建设规划，定期组织学生进入实习基地进行专业实习。学校应定期对实习基地进行评估，评估内容包括接收学生的数量、提供实习题目的质量、管理学生实践过程的情况、学生的实践效果等。实习基地分为校内实习基地和校外实习基地两类，它们应该各有侧重，相互补充，共同承担学生的实习任务。,3、实践体系主要内容,5）课外和社会实践将实践教学活动扩展到课外，可以进一步引导学生开展广泛的课外研究学习活动。对有条件的学校和学有余力的学生，鼓励参与各种形式的课外实践，鼓励学生提出和参与创新性题目的研究。主要形式包括：高年级学生参与科研；参与ACM程序设计大赛、数学建模、电子设计等等竞赛活动；科技俱乐部、兴趣小组、各种社会技术服务等；其它各类与专业相关的创新实践。,教师要注意给学生适当的引导，特别要注意引导学生不断地提升研究问题的层面，面向未来，使他们打好基础，培养可持续发展的能力。反对只注意让学生“实践”而忽视研究，总在同一个水平上重复。课外实践应有统一的组织方式和相应指导教师，其考核可视不同情况依据学生的竞赛成绩、总结报告或与专业有关的设计、开发成果进行。,3、实践体系主要内容,社会实践的主要目的是让学生了解社会发展过程中与计算机相关的各种信息，将自己所学的知识与社会的需求相结合，增加学生的社会责任感，进一步明确学习目标，提高学习的积极性，同时也取得服务社会的效果。社会实践具体方式包括：组织学生走出校门进行社会调查，了解目前计算机专业在社会上的人才需求、技术需求或某类产品的供求情况；到基层进行计算机知识普及、培训、参与信息系统建设；选择某个专题进行调查研究，写出调查报告等。,3、实践体系主要内容,3、实践体系主要内容,实践环境建设实验环境基本要求设备配置基本要求实验环境维护与运行实验教学要求附录3给出知识取向与能力要求,4、本科生实验室建设,根据新型信息化人才培养目标，充分借鉴和吸收计算机学科建设的成果和国内外著名大学本科实验室建设的先进经验，追求学生专业知识、创新能力、科技素质的全面提高，合理规划、精心组织，努力探索支撑新型信息化人才培养本科实验室建设的新模式。,4、本科生实验室建设,学校统筹指导学院组织规划依托专业教研室规划设计按系列课程，分三个层次建设实验内容：以原理性验证实验为核心强化综合课程设计突出创新实践活动支持毕业设计全面支持学校各类人才培养,4、本科生实验室建设,在综合性试验中由学生自己拟订实验方案，提出实验消耗器材和所需仪器设备，自己动手操作使用仪器设备做出实验结果并提交实验分析报告。教师随时掌握每个学员或小组的进度和对实验的把握能力。这种自主实验对培养和提高学员独立分析问题和解决问题能力起到了很好的作用。学生在实验课程中结合课堂学到的专业基础知识动手制作，综合素质得到了很大提高。,4、本科生实验室建设,具体建设的三个分实验室：计算机系统计算机软件与应用网络与信息安全,4、本科生实验室建设,将实验划分为基础验证性实验、课内综合性实验、综合课程设计、自主创新实践基础验证性实验加深学员对知识点的理解和把握；课内综合性实验强化学员对单一课程内相关知识点的融会贯通；综合课程设计增强学员综合运用相关系列课程专业知识解决实际问题的能力；自主创新性实践培养学员的创新实践能力。,4、本科生实验室建设,设计了3个系列共9门综合课程设计,综合课程设计单独设课，内容涵盖多门课程，培养学员综合运用所学知识解决实际问题的能力。,4、本科生实验室建设,5、研究生实验室建设,研究生课程教学环节普遍缺少对研究生的实验能力的训练，而进入课题研究环节后，也没有对实验基础技能的专门训练，因而造成课程教学与课题研究的脱节。因此，建设研究生的课程教学实验体系，进而建成涵盖本科教学、研究生教学和科研环境的完整的教学科研实验体系意义重大。,创造性实践能力,综合性实践能力,基础性实践能力,教学,研科,教学科研相融合的,创新实践能力培养理念,4、研究生实验室建设,专业课程实验室综合实验中心虚拟拓展实验室,可以通过实验训练培养的实践能力,能力分解,实验室体系,5、研究生实验室建设,开设基础实践能力训练模块开设综合实践能力培养项目开展主题创新活动,可以通过实验训练培养的实践能力,5、研究生实验室建设,1)计算机系统结构实验室基础实践能力训练模块：拟开设以下基础实践能力训练模块：高级体系结构、系统模拟与性能评估、容错技术、嵌入式系统。要求学生通过这些模块的训练，具备以下核心的基础实践能力，包括：分析、研究、验证、评估新型高性能计算机体系结构技术的能力；对计算机系统整体及其可靠性、容错能力进行分析、研究及性能评价的能力；对嵌入式系统的关键技术（包括嵌入式硬件、操作系统、网络等）的设计和研究能力。,5、研究生实验室建设,模块1：高级体系结构（AR.1）基础型-乱序流水线单元（AR.1.1）-深度流水技术单元（AR.1.2）-存储技术单元（AR.1.3）-高性能I/O技术单元（AR.1.4）提高型-推测执行技术单元（AR.1.5）-高性能互连网络及多处理机技术单元（AR.1.6）,5、研究生实验室建设,模块2：系统模拟与性能评估（AR.2）模块3：容错技术（AR.3）模块4：嵌入式系统（AR.4）,5、研究生实验室建设,综合实践能力培养项目（project）：计算机体系结构方向着眼培养研究生在高性能计算机体系结构、嵌入式系统、计算机系