关于能力培养的计算机工程论文范文

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1计算机实践教育理念的形成与传承

国防科技大学的计算机事业起步于上个世纪50年代，人才培养随着科研型号项目的推进而逐渐形成规模和体系。当时计算机还是个稀罕物，计算机人才极为紧缺。老一辈银河擎旗人慈云桂先生高瞻远瞩，在科研工作十分忙碌的情况下，组成了一支精干力量的教学团队，自编教材，边干科研边搞教学。教学的舞台甚至就在科研实验室，科研仪器设备经过加工改造成为最合适的实验器材。我国第一代电子管计算机(鱼雷指挥仪)研制成功不久就安装到教学实验室，开创全国用整机开设计算机实验课的先河，在人才培养方面发挥了重要作用，这一优良传统一直得到了继承和发扬。斗转星移，一代又一代的栋梁之才培养出来了，人才培养体系逐渐建立和完善并凝聚成了“坚持教学、科研、生产三结合，促进计算机学科建设”教学成果。1989年，该项成果获得了国家教学成果特等奖。纵观半个世纪的银河事业，毫不夸张地说，正是国家的需要具体化为学院一项项重大科研工程，正是科研工程的需要牵引教学与人才培养体系的建设和发展，正是科研和教学的紧密结合形成了具有丰富内涵的实践教学体系和教学相长的人才培养模式。一方面，寓人才的培养于科研一线，通过解决实际问题不断磨砺和提升教师的能力;另一方面，不断选拔在工程研制中涌现出的经验丰富的优秀骨干充实到教学第一线，以解决理论脱离实际的问题。在数十年的奋斗历程中，崇尚实践，崇尚创新成为一代又一代银河人的共同信念。面向计算机、微电子、软件工程、网络与信息安全技术的飞速发展与交叉融合的局面，实践教学的理念与手段亦需有创新。可喜的是，计算机实践教学团队也在不断进步，围绕教书育人、实践育人又有了新的贡献和创造。近些年来，在国家和军队重点建设计划的支持下，我校计算机实践教学条件有了长足的进步。计算机教学实验室在用房、设备、人员等方面获得了很大的补充，持续推进的实践教学改革成果丰硕:建成了国家级计算机实践教学示范中心，先后有7门课程进入国家级精品课程行列;研发和推广了一批实验教学系统和实验平台工具;与全国同行一道，编撰《高等学校计算机科学与技术专业实践教学体系与规范》等指导性文件，以教育部计算机教学指导委员会的名义出版，在全国高校推广，产生了广泛的影响。

2计算机实践教学的特色与发展

2．1创建新的计算机实践教学体系

着眼未来国家和国防建设的需要，我校在制定人才培养方案中始终强调“坚持把重实践作为推进人才培养科学发展的重要理念，作为提高人才培养质量的重要着力点，作为统筹人才培养工作的重要抓手”，着力塑造厚基础、重实践、强能力、实践贯穿全程的教学特色。与之相呼应，计算机学院提出并实践了“4433”计算机专业实践教学体系:将计算机实践教学与能力培养贯穿于课程实验、实习/实训、课外实践和毕业设计等四个环节;进一步将课程实验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科研创新活动四个层次;全方位培养学生计算机硬件、软件、网络与安全三个方面的工程实践能力;并通过不断建设和完善教学团队、实践教学环境和实践教学管理三个支撑条件使整个实践教学体系得以有效运转。特别是通过学生自己组织的“银河之光”文化节开展系列科技创新实践活动，在培养学生创新思维的同时，锻炼学生的组织协调能力;通过与地方单位和部队建立实习和实训基地，使学生在实践中发现和解决应用问题;通过开展学科和军事特色浓厚的专题式毕业设计组训方式改革，90%的毕业设计选题与科研课题、工程项目或者部队实际系统有关，强化了学生工程实践能力培养与服务部队意识的养成。

2．2拓展计算机实践教学内涵改革

进入新世纪，特别是近年来，信息技术仍处在高速发展的态势，学科间的交叉与融合更加丰富，如何因应发展态势，优化学科特色，拓展为军服务能力成为我校计算机实践教学内涵改革的重要内容。

2．2．1突出系统级训练，形成以硬件能力见长的特色与优势

长期以来，国内计算机人才培养普遍都存在重软件轻硬件的现象。一方面，由于软件人才需求量相对较大，在资金投入、技术积累、实践条件要求等多方面相对较低;另一方面，随着EDA设计技术的发展，计算机硬件系统设计的软件化现象越来越普遍，导致很多高校轻视学生硬件实践能力培养。长此以往，将会造成宏观上人才结构不合理，微观上人才的发展空间受限。随着社会对复合型、创新型人才的需求不断提升，系统级(软、硬结合)实践能力的缺失将带来严重的负面影响。以“银河”、“天河”系列超级计算机、“银河玉衡”核心路由器、“银河飞腾”系列芯片为代表的一系列大型科研课题不断扩展，使得计算机教学实验室在硬件以及系统级能力训练上提供了国内一流的实践条件，教师团队有意识强化学生的硬件实践能力培养并形成了独特的优势。在制定人才培养方案时，充分考虑硬件系列课程在课程体系框架中的独特地位，开出了一组高水平的硬件系列课程及相应的配套实验课。以“计算机原理课程设计”实验课程为例，20多年的教学历程总结起来大致可划分为三个阶段。第一个阶段，(上世纪90年代初)，学生在面包板实验箱上以VLSI芯片(74LS181、74LS138、74LS00等)，配以成组的导线设计并实现各种类型的CPU。多轮实践下来，学生普遍反映对CPU基本工作原理与特点有了深刻的理解。第二个阶段(上世纪90年代后期)，学生使用可编程逻辑器件在实验箱上实现CPU。第三个阶段(2000年以后)，我们依靠多年技术积累和技术革新，先后研发了“六合一”计算机系统实验平台、“天河阳光”硬件综合实验平台。该平台采用“ARM+FPGA”架构，可开展从元件、部件到系统各层面的实践教学，针对不同的课程可以采用原理图输入、提供构件设计以及基于HDL语言的设计方法，实现了硬件课程实验平台的统一，使得硬件课程实验内容可以一体化设计。同时，学生可以通过先进的实验平台设计验证CPU多级流水、Cache、多核等功能，并在此基础上开展创新实践。更进一步，通过升级可以将操作系统、编译环境移植到该平台上，实现一个软硬皆可实验的综合实验平台，有效地锻炼学生全系统设计实践能力。此外，当今的硬件设备呈现微型化、智能化、网络化发展趋势，以Google眼镜、iWatch、3D打印机、智能机器人、无人机等新设备与新装置层出不穷。针对发展趋势，实验室积极引进新设备，更新实践教学计划，整合软、硬件开发能力训练。例如，批量采购Lego、NAO等多款智能机器人，引入Android智能终端、无人机等平台，更新和优化“程序设计”、“人工智能”、“嵌入式系统”等课程实验内容，同时大量设置创新实践题目，鼓励由学生自拟题目，自组团队申请各级创新实践计划。可以说，实践条件的改善，自由竞争氛围的建立唤起了学生强烈的探索兴趣，对于实现从实验验证到综合创新的跨越，突出学生硬、软件一体化的实践能力的培养起到了重要的作用。

2．2．2因应网络空间发展形势，积极规划网络应用与网络安全能力培养

计算机网络迄今已在全社会广泛普及，没有网络，现代社会将无法运转。与此同时，互联网上病毒感染、木马植入、私密信息泄漏等安全事件层出不穷，也让人们意识到网络空间安全的严峻形势。加强学生网络信息安全的实践能力已成为计算机人才培养关注的新焦点，这不仅仅是信息技术学科乃至工科大学生专业素质与能力训练与时俱进的需要，更是建设信息化军队的需要。2012年，信息安全专业纳入军队招生计划，标志着我校网络信息安全人才培养进入新的发展阶段。在专业建设上，实验室对照网络空间安全人才专业能力的定位，构建了综合化的网络安全实验平台涵盖网络预警、安全态势感知、入侵检测到灾难恢复与评估等方面，并推出相应的实验大纲与讲义。面对网络技术突飞猛进和网络应用的蓬勃发展，学院继续贯彻网络硬件、软件并重的人才培养理念。在网络工程科研平台上进行拓展、充实和改造，多层次开展本科生网络与信息安全方向实验教学。例如，在开展下一代互联网关键技术的基础上，自主研制了可编程实验平台—NetMagic。该平台通过自定义网络功能单元、接口和通信协议，可使学生全面了解和熟悉网络核心设备硬件、软件的设计，首先满足网络协议设计和验证等实验，进一步可支持对网络拥塞控制、服务质量等关键网络机制的创新实践活动。该平台在ACMSIGCOMM’11国际会议上获得了大会主席A．Chesnais教授的高度评价并已推广到香港理工大学、清华大学等高校。针对云计算、物联网技术的快速发展，实验室正在以微型化的天河机为服务器搭建一个云计算平台，以“天河阳光”硬件综合实验平台为终端、配置各种传感器使学生通过网络在天河机上开展物联网实验。随着互联网进入大数据时代，同时在线人数达到百万甚至千万级，管理上百TB数据的网络集群系统开始浮出水面，应该看到高校暂时还不具备相应的实验条件，但可以通过教育部卓越工程师计划，与企事业单位合作共建的实习实训基地，培养学生深入内容分发网络、负载均衡、海量数据挖掘等一线开展实验与创新实践，在工程实战中锻炼学生的能力，进而满足社会对人才能力的需要。

3先进的条件环境是实践能力培养的物质基础

3．1引入先进IT技术，加快实验室的现代化建设

“工欲善其事，必先利其器”。培养实践能力强的人才首先需要建设一流的实践教学环境。

(1)必须使实验室设备能够得到及时更新。近些年来，国家和军队对教育投资的力度不断加大，而IT设备器材的价格一直呈现快速下降通道，为实验环境的更新换代提供了良好的条件。

(2)随着云计算技术的成熟，积极推行瘦客户机/服务器的实验模式。实验室过去多采用的网络同传、硬盘还原方式进行日常维护与管理。当一台计算机上安装的软件越来越多，软件运行时所占用的系统资源越来越大时，整个实验环境性能急剧下降的问题便突显出来。相比之下，瘦客户机/服务器模式更廉价、更安全、更易于管理。每一台终端机使用的软件和数据均保存在服务器上，学生通过瘦客户机远程运行软件、数据访问，较好地解决软硬件升级、软件许可等困扰实验室发展与设施更新多年的问题，可最大限度地节省各种费用。

(3)在实验室管理方面，若管理工作停留在简单的数据表格填写处理，不能充分利用网络化的强大能力、提供具有翔实而有说服力的统计数据，那么实验室服务能力是令人置疑的。随着互联网的快速发展，教师们应该充分意识到云计算、大数据技术给实验室管理带来的新气象。这些年来，学院实验室管理系统从简单的信息化过渡到网络化、智能化的管理平台，开始实现尝试无人值守实验及实验室管理的云服务技术。智能化的云服务不仅仅是体现在实践教学本身，同时也是实验室管理能力螺旋上升的必然趋势，基于实验室运行数据挖掘下的决策与管理代表着未来实验室建设的重要方向。

3．2整合优势资源，打造优良的科技创新实践环境

IT新技术的推广与应用，为计算机人才培养提出了新的挑战与机遇。优良的科技创新实践条件，可有效支撑从理论设计到实际验证的跨越，成为培养创新型人才的必要条件。计算机学院将优势科研资源与实验教学资源进行有效整合，使学生一方面可以共享使用科研环境中各类性能先进、种类齐全的精密仪器设备;另一方面，通过将科研成果部署在教学实验室中，化为实践教学内容，使学生可以快速接触和学习前沿技术。同时，为了找准人才需求定位，通过与部队及地方单位共建实习/实训基地，实现办学资源的整合、优势互补。更重要的是通过现场与工程师的交谈，通过应用需求的亲身了解，注重专业知识的综合应用，强化实践能力的导向性，熟悉项目规划与决策。创造条件让学生投入到社会化的实践活动，还有一个重要的作用，就是使学生明白作为“社会人”所应具备的道德与职责，学会与别人相处，学会被领导和领导。

4专业化的教师团队是高水平实践教学的保障

“师者，所以传道受业解惑也”。培养学生是高校中心工作，也是教师最根本的任务。在实践环节，建立一支专业化的教师团队对于提升实践教学质量的作用同样十分重要。在教学团队中，我们很早就建立一个专门负责教学实验保障的小组，以后随着招生规模的扩大，逐渐引入研究生充当助教。回顾我们的历程，科研工程经验丰富的教师转入教学一线，很快便能赢得学生的喜欢，因为他们的授课充满了活生生的科研案例，在实验课题设计与评估中往往能给予学生非常中肯的意见与独到的见解。除了课程实验的充实和优化，实践能力培养的一个重要领域便是课外创新实践活动，这也是学院发挥学科整体优势，培养创新人才的着力之处。计算机学院也明确研究所同时应肩负有人才培养的任务，并制定明确的目标，从业绩评价与职称晋升中予以明确。本科生一般从大二开始便在教师带领下，组成各种兴趣小组，包括信息安全、程序设计、超级计算、数模竞赛等兴趣小组，参加的学员占总数的一半以上。指导教师一部分来自教学系，还有相当一部分来自研究所以及国防科技重点实验室。教师通过指导学生小组选择课题，申请各级创新实践基金或创新实践项目，参加学校级、省级、国家级乃至国际上的学科竞赛。以竞赛活动融会贯通所学知识，熟悉和掌握科研实践的方法、手段，体会到科研实践的艰辛和成功的快乐。近些年，学生们获得了数十项国家级大学生创新项目，数十队次获得国际级、国家级竞赛一等奖，充分证明了学生的才华和创新潜力。实际上，教师率领学生组队赴国内外参加竞赛本身也锻炼了学生的自我管理与团队协作、语言和文字表达、沟通与社交乃至外语运用等素质和能力，这些素质和能力恰恰也是实践能力中不可或缺的组成部分。在国家教育部质量工程的推动下，实践教学的地位有明显改变。对于国家和军队人才的旺盛需求而言，学校还需要做更多的工作。作为管理机构，应鼓励高水平教师参与到实验教学中去。

(1)从政策上要改变原有实验教师低人一等的局面，使高水平教师安心实验教学。近年来，学校为吸引和鼓励更多高水平人才全身心参与实验教学，制定了多项倾斜政策。对实验队伍实行两个单列的政策，即技术职务评聘数量和条件单列，教学岗位聘任数量和条件单列;鼓励开展实验教改研究，在申报教改课题时对实验教学人员倾斜，对取得的教学研究成果在参加教学成果奖评选时予以支持。

(2)在人才交流政策方面予以倾斜，安排实验室教学骨干出国深造、参加国内外教学研讨会，开阔视野。以教育部“卓越工程师计划”为先锋，建立大学生实习实训基地，持续推动校企合作，鼓励教师与企业合作开展工程项目等方式，增强教师们对于前沿信息技术的掌握。

5结语

高素质专业人才的培养宏观上需要有更科学的管理体制、更先进的运行机制，保障实践教学改革措施能够落实到实处，同时应配套改革实践教学人员的绩效评估机制，使成功的措施能够固化下来成为制度，从而为人才培养质量提供长久保证。众所周知，一个高水平的学者不一定能成为一个高水平的教师。实践环节教学工作需要教师既有工程实践经验，又能够长期保持热情和时间精力上的投入。如何从机制上用好指挥棒，充分调动教师实践教学上的积极性，营造一支稳定的、受学生爱戴的实践教学团队，值得我们认真思考。每一个学生的天赋不同，能力潜质上也有区别，创新实践能力培养不可能整齐划一去培养。一方面，通过大学教育，使学生获得必要、共同的实践能力训练，使之具备该专业的基本能力。更重要的是，营造尊重创造、宽松和谐的氛围，让学生在实践活动中了解自己的特长和个性，发挥自己的潜质和创造性。大学不是职业技能培训机构，不必过分关注于就业岗位的第一技能。相反，应通过有意识的培养和训练，使学生具有自适应性，也就是自我学习的能力。只有具备了自我学习能力才能使学生适应未来客观条件、需求与环境的改变。最后，关于人才的团队协调沟通能力，逐渐引起社会和教育界的重视。在课堂上书本知识的学习难以培养团队精神。只有在实践中，以问题求解作驱动，以团队成员的分工合作来体验感受团队攻关的价值与乐趣，自觉扮演好团队的角色，通力合作直至问题的最终解决。“十年树木，百年树人”。实践乃育人之本，然而育人又是一个长期的、艰巨的工作。需要我们站在更高的境界，具备更广阔的视野，营造更先进的育人环境，创造更有竞争性的氛围，未来的路还很长。

作者：周兴铭单位：国防科学技术大学计算机学院