探析計算機創(chuàng)新人才培養(yǎng)論文
1研究背景
計算機實驗中心往往被視為理論教學的補充，是學生完成理論驗證的環(huán)境或開展驗證性實驗的平臺。因此，它往往是扁平化的組織結構：實驗中心包括若干實驗指導小組，每個小組由一位或多位實驗指導教師構成，每位實驗指導教師分別負責一門或多門實驗課程[1]。在這種扁平化結構之下，實驗中心的任務當然主要是滿足實驗教學的需要。但是，隨著社會對計算機專業(yè)人才需求的變化，實驗中心在培養(yǎng)工程創(chuàng)新人才方面的作用愈加明顯。國家級計算機實驗教學示范中心的建設目標，是以計算機科學與技術學科建設為基礎，以學生能力培養(yǎng)為核心，依托教學和科研的人才資源優(yōu)勢，全面提升實驗教學體系，建設實驗教學環(huán)境，使中心成為設備先進、資源共享、開放管理，滿足本科、研究生、專業(yè)和非專業(yè)不同對象、層次實驗需求的大型實踐教學基地和工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)基地[2]。因此，作為國家級的計算機實驗教學示范中心，除了完成基本的計算機公共基礎實驗和計算機專業(yè)實驗之外，也承擔著培養(yǎng)計算機工程創(chuàng)新人才的任務。探索國家級計算機實驗教學示范中心的新型組織架構，對于發(fā)揮示范中心在計算機工程創(chuàng)新人才方面的作用極為重要[3]。
2國家級計算機實驗教學示范中心平臺構成
從國家級計算機實驗教學示范中心的基本任務來看，主要包括兩個部分：計算機基礎實驗和專業(yè)實驗教學任務及學生工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)[4]。因此，從組織結構來看，國家級計算機實驗教學示范中心應該包括計算機實驗中心和具有工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)功能的工程實踐平臺。
1)計算機實驗中心。計算機實驗中心除完成基本的實踐教學任務之外，也必須注重學生工程實踐能力的培養(yǎng)。因此，實驗中心不能簡單地按照“實驗指導教師—實驗課程”的模式來建設，而應該以專業(yè)實驗室的方式來管理。專業(yè)實驗室可以按照課程或課程群來組建，基本任務是以教學大綱為基礎，完成多層次實驗的教學任務，如基本型實驗、綜合型實驗和設計型實驗的指導。以電子科技大學國家級計算機實驗教學示范中心為例，其下設的計算機實驗中心主要由下屬的13個專業(yè)實驗室(嵌入式系統(tǒng)專業(yè)實驗室、軟件工程專業(yè)實驗室、計算機網絡專業(yè)實驗室、數字媒體專業(yè)實驗室、信息及網絡安全專業(yè)實驗室、微機原理與接口及應用實驗室、計算機組成原理實驗室、語言與算法設計實驗室、數據庫及應用實驗室、計算機系統(tǒng)結構實驗室、編譯與形式語言實驗室、數字邏輯實驗室、計算機操作系統(tǒng)實驗室等)組成。專業(yè)實驗室涉及的實驗課程包含程序設計語言、離散數學建模實驗、數據庫、數據結構、操作系統(tǒng)、匯編語言、計算機組成原理、數字邏輯、編譯技術、微機原理與接口、嵌入式系統(tǒng)、計算機網絡、軟件工程、數據挖掘等幾十門計算機學科的主要專業(yè)知識課程教學實驗以及相應的綜合課程設計(獨立設課)。各專業(yè)實驗室承擔基礎型、綜合型和創(chuàng)新型實驗的建設、開發(fā)和指導工作。
(1)基礎實驗。指應知應會等原理性實驗，提高學生對原理、算法的理解和設計能力�；A實驗的目的是加強學生對理論知識的理解，多以驗證性實驗為主。
(2)綜合型實驗。要求學生結合一門課程的多個知識點，甚至綜合多門相關課程，完成一個較為復雜的實驗任務，難度較大。在這種實驗中，學生要具有多方面的知識，即鞏固前面實驗階段的學習成果，能夠融合實驗原理、設計思想、實驗方法及相關的理論知識，對實驗結果進行判斷、歸納與分析，能綜合應用所學理論知識分析問題和解決問題。
(3)創(chuàng)新型實驗。完全為開放式教學方式，由學生獨立或與指導教師共同擬定設計題目和設計目標，并獨立完成，難度大，具有探索性、創(chuàng)新性。該類實驗注重科研成果向實驗教學內容的轉化，讓學生在實驗教學中感受知識產生和發(fā)展的過程，享受知識轉化為能力的成就感。同時培養(yǎng)學生的自主學習和實踐研究的能力，使學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力得到全面的鍛煉與提高。通過專業(yè)實驗室的方式組織和管理實驗教學，有助于拓展實驗教學的范圍，提高實驗質量，為培養(yǎng)學生工程實踐能力提供支持。
2)工程實踐平臺。工程實踐平臺以提高本科生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質為目標。因此必須建立在專業(yè)實驗室的基礎之上，整合科研重點實驗室、科研項目、科研成果等，形成有利于學生工程能力提高的環(huán)境。一般來說，工程實踐平臺采用工程實踐項目方式指導學生開展課外科技創(chuàng)新活動，利用社會資源，將理論、實驗、實習、工程、科研、設計、創(chuàng)新有機結合起來。同時，內容應豐富多彩，為學生提供豐富的實驗項目菜單，供不同層次、不同愛好的學生選擇。以下以我校國家級計算機實驗教學示范中心的工程實踐平臺為例，討論建設工程實踐平臺的重要性。
(1)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心。學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心是我校國家級計算機實驗教學示范中心為學生進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，促進學生綜合素質全面發(fā)展而設立的機構。自成立以來，中心受到學校、學院的一貫支持和關注，奉行“理論與實踐結合，創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)并重”的理念，以“加強創(chuàng)新能力實踐，實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)”為宗旨及目標，努力提高每一個成員的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學生的務實開拓精神和創(chuàng)業(yè)精神，鍛造適應未來各種挑戰(zhàn)的應變能力。它的組織架構如圖2所示。學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心下屬4個企業(yè)技術俱樂部(微軟技術俱樂部、IBM技術俱樂部、騰訊技術俱樂部、維塔士俱樂部)和12個學生工作室，先后資助學生創(chuàng)新項目數百項，已有夢飛無線工作室、象牙塔工作室等多個學生團隊實現(xiàn)創(chuàng)業(yè)或入駐成都天府軟件園大學生創(chuàng)業(yè)園區(qū)。
(2)競賽中心。競賽中心的任務主要包括三個方面：競賽培訓、競賽指導、競賽承辦。以我校示范中心為例，其競賽中心的組織架構包括競賽中心培訓部、競賽中心指導委員會和競賽中心學生會。競賽中心培訓部下設ACM、信息安全、機器人、電子設計競賽等幾個分支，每個分支有領頭老師帶隊。培訓部有日常開支活動經費，主要作用是著力加強各競賽方向的重視力度。競賽中心指導委員會設主席1名，副主席7名，主席由主管副院長兼任，副主席由各系主任兼任。競賽中心指導委員會的作用主要是發(fā)動教師參與競賽指導工作。競賽中心學生會設主席1名，副主席若干名，主要作用是兩個，一方面與競賽中心指導委員會的老師進行對接，另一方面在平時組織一些活動，培養(yǎng)學生對競賽的興趣。競賽中心的任務包括ACM程序設計競賽、電子設計(嵌入式)競賽、信息安全競賽、機器人足球競賽4個賽事的競賽組織工作。在學校及學院的支持下，示范中心負責實施了全校性質的競賽相關素質公選課，將學生競賽培養(yǎng)納入到本科培養(yǎng)大綱中。由競賽團隊責任老師擔任主講教師，以初級、中級和高級3個層次設計競賽培訓課程內容，為學生參與各類賽事奠定了良好的基礎。近年來，競賽中心負責組織了全國大學生電子設計競賽及信息安全和嵌入式專題競賽、全國大學生信息安全競賽等各類全國性大賽，并獲得佳績。
(3)IBM中心。我校國家級計算機實驗教學示范中心下屬IBM中心的目標是培養(yǎng)大型機計算機專業(yè)人才。IBM主機系統(tǒng)教育中心成立于2005年5月，順利進行了IBMeServerZ900主機系統(tǒng)環(huán)境建設和主機系統(tǒng)安裝調試，使我校擁有了世界一流的主機系統(tǒng)教學實驗平臺。該平臺可以提供主機系統(tǒng)課程的教學實驗環(huán)境，并可作為高性能計算、計算智能、系統(tǒng)性能評價、智能存儲、并行耦合系統(tǒng)等方面的研究實驗平臺。2006年，中心組隊參加了“IBM大型主機技術2006校園應用大賽”，藍色之星隊一舉奪得該次全國大賽唯一的最高獎項——最佳作品獎，藍色之星Ⅱ隊勇奪優(yōu)勝獎！此外，還獲得了最佳指導獎和最佳表現(xiàn)獎，成績名列全國各參賽高校之首。IBM主機系統(tǒng)教育中心(成都)在各方面取得的成就得到了IBM公司的高度贊賞和獎勵，先后獲得了“IBM主機大學合作項目2006年度教書育人獎”和“IBM大學合作項目2006年度最佳校方支持與合作獎”。
(4)嵌入式工程中心。嵌入式軟件工程中心將所承擔的國家863、電子發(fā)展基金、發(fā)改委、國防預研等多項國家級嵌入式軟件項目及成果轉化為實驗教學資源。針對嵌入式系統(tǒng)硬件多樣性的特點，提供多種不同硬件平臺的實驗系統(tǒng)版本，讓學生能夠充分領略不同硬件平臺開發(fā)的共性和差異性，加深對理論的理解，更加有針對性地學習掌握重難點知識。在此基礎上，衍生出了高級實驗內容：將嵌入式操作系統(tǒng)移植到不同硬件平臺上。另外，嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)涉及從底層硬件、設備驅動、操作系統(tǒng)、應用組件到最終應用的不同層次內容，這是與傳統(tǒng)桌面軟件開發(fā)的主要差別所在，因此業(yè)界對嵌入式軟件開發(fā)人才的需求是多層次的，有不同側重點的。一個優(yōu)秀的嵌入式軟件工程師不僅要掌握編程語言、程序設計思想及方法、開發(fā)工具的使用等通用要求，還應比桌面軟件開發(fā)工程師具有更扎實的硬件基礎知識和系統(tǒng)結構知識，也間接提高了嵌入式軟件開發(fā)的門檻�；谶@樣的考慮，實驗內容涵蓋了嵌入式微處理器編程、設備驅動開發(fā)、嵌入式操作系統(tǒng)基礎應用、嵌入式操作系統(tǒng)綜合應用、嵌入式操作系統(tǒng)移植、綜合應用開發(fā)等不同層次和難度的實驗項目，適應不同層次嵌入式知識學習和軟件開發(fā)能力培養(yǎng)的需要。這些實驗不是一次性地要求學生做，而是配合不同課程內容的變化，由簡到難、逐步推進，配合本科嵌入式課程、綜合課程設計、畢業(yè)設計、科研項目使用。
3示范中心平臺建設的建議
1)加強示范中心平臺的信息化建設。雖然各個學校的計算機教學實驗示范中心會有不同的功能定位，但基本任務都是為全校計算機基礎和專業(yè)教學服務。與傳統(tǒng)的計算機實驗中心相比，其規(guī)模大、人員多，且可供使用的實驗資源豐富。因此，必須加強示范中心平臺的信息化建設，提高示范中心平臺的管理效率，實現(xiàn)示范中心資源貢獻，并實現(xiàn)對學生實驗教學科學、合理的管理[5]。例如，如果能夠開發(fā)并應用“實驗報告防抄襲系統(tǒng)”，不僅可以實現(xiàn)對學生實驗報告的無紙化管理，節(jié)約成本，也可以加強實驗中心平臺的利用和有效管理。而示范中心統(tǒng)一信息化管理平臺不僅可以整合實驗中心資源，也可以提高示范中心資源在高校之間的共享效率。
2)結合計算機學科發(fā)展，建設新的工程實踐平臺。計算機學科的發(fā)展會對實驗教學和學生工程實踐能力提出新的要求。為此，示范中心平臺建設也必須滿足計算機科學發(fā)展的需要，不斷更新或建設新的工程實踐平臺[6]。以我校國家級計算機實驗教學示范中心為例，考慮到近幾年計算機學科中云計算的發(fā)展，示范中心投入30余萬元，購置了云計算平臺，成立了云計算機實驗室，培養(yǎng)學生在云計算領域的創(chuàng)新能力，并負責組織學生參加各類云計算競賽。目前，該實驗室已形成了定期學術講座，邀請企業(yè)人員參與討論，參與VMware云計算大賽等常規(guī)機制，加強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同樣，考慮到計算機學科中機器人應用的廣泛性，示范中心投入20余萬元，購置了安保機器人以及各類機器人開發(fā)平臺，并成立了機器人實驗室，培養(yǎng)學生在機器人領域的創(chuàng)新能力，并負責組織學生參加各類機器人競賽。此外，考慮到信息安全、物聯(lián)網的發(fā)展，也可以在示范中心中建設相應的工程實踐平臺，為學生參與相關工程實踐提供環(huán)境。
3)積極開展產學研合作，成立校企聯(lián)合工程實踐平臺。計算機專業(yè)具有非常強的工程應用特色。因此，計算機專業(yè)所培養(yǎng)的學生必須滿足企業(yè)的需要。在搭建工程實踐平臺時，示范中心如果能夠充分結合企業(yè)的需要，建設校企聯(lián)合工程實踐平臺(如校企聯(lián)合實驗室、校企工程訓練中心或實踐中心等)，將有助于培養(yǎng)學生的計算機應用能力，從而更好地滿足企業(yè)需要。
4結語
作為國家級計算機實驗教學示范中心，在滿足基本實踐教學任務的基礎上，還必須承擔培養(yǎng)學生工程實踐能力的任務。其中，搭建符合需要的實踐平臺是開展工程實踐教學的基礎。作為示范中心平臺的重要組成部分之一，計算機實驗中心在實踐教學和培養(yǎng)學生基本技能中發(fā)揮了極大作用。同樣，建設符合高校計算機學科特色和人才培養(yǎng)目標的工程實踐平臺，將有助于培養(yǎng)學生的工程創(chuàng)新能力。因此，國家必須加大對示范中心建設的投入，建設滿足學科需要和發(fā)展的高水平示范中心平臺，使示范中心在培養(yǎng)高素質計算機工程創(chuàng)新人才中發(fā)揮更大的作用。
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