關于能力培養的計算機工程論文范文

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1計算機實踐教育理念的形成與傳承

國防科技大學的計算機事業起步于上個世紀50年代，人才培養隨著科研型號項目的推進而逐漸形成規模和體系。當時計算機還是個稀罕物，計算機人才極為緊缺。老一輩銀河擎旗人慈云桂先生高瞻遠矚，在科研工作十分忙碌的情況下，組成了一支精干力量的教學團隊，自編教材，邊干科研邊搞教學。教學的舞臺甚至就在科研實驗室，科研儀器設備經過加工改造成為最合適的實驗器材。我國第一代電子管計算機(魚雷指揮儀)研制成功不久就安裝到教學實驗室，開創全國用整機開設計算機實驗課的先河，在人才培養方面發揮了重要作用，這一優良傳統一直得到了繼承和發揚。斗轉星移，一代又一代的棟梁之才培養出來了，人才培養體系逐漸建立和完善并凝聚成了“堅持教學、科研、生產三結合，促進計算機學科建設”教學成果。1989年，該項成果獲得了國家教學成果特等獎。縱觀半個世紀的銀河事業，毫不夸張地說，正是國家的需要具體化為學院一項項重大科研工程，正是科研工程的需要牽引教學與人才培養體系的建設和發展，正是科研和教學的緊密結合形成了具有豐富內涵的實踐教學體系和教學相長的人才培養模式。一方面，寓人才的培養于科研一線，通過解決實際問題不斷磨礪和提升教師的能力;另一方面，不斷選拔在工程研制中涌現出的經驗豐富的優秀骨干充實到教學第一線，以解決理論脫離實際的問題。在數十年的奮斗歷程中，崇尚實踐，崇尚創新成為一代又一代銀河人的共同信念。面向計算機、微電子、軟件工程、網絡與信息安全技術的飛速發展與交叉融合的局面，實踐教學的理念與手段亦需有創新。可喜的是，計算機實踐教學團隊也在不斷進步，圍繞教書育人、實踐育人又有了新的貢獻和創造。近些年來，在國家和軍隊重點建設計劃的支持下，我校計算機實踐教學條件有了長足的進步。計算機教學實驗室在用房、設備、人員等方面獲得了很大的補充，持續推進的實踐教學改革成果豐碩:建成了國家級計算機實踐教學示范中心，先后有7門課程進入國家級精品課程行列;研發和推廣了一批實驗教學系統和實驗平臺工具;與全國同行一道，編撰《高等學校計算機科學與技術專業實踐教學體系與規范》等指導性文件，以教育部計算機教學指導委員會的名義出版，在全國高校推廣，產生了廣泛的影響。

2計算機實踐教學的特色與發展

2．1創建新的計算機實踐教學體系

著眼未來國家和國防建設的需要，我校在制定人才培養方案中始終強調“堅持把重實踐作為推進人才培養科學發展的重要理念，作為提高人才培養質量的重要著力點，作為統籌人才培養工作的重要抓手”，著力塑造厚基礎、重實踐、強能力、實踐貫穿全程的教學特色。與之相呼應，計算機學院提出并實踐了“4433”計算機專業實踐教學體系:將計算機實踐教學與能力培養貫穿于課程實驗、實習/實訓、課外實踐和畢業設計等四個環節;進一步將課程實驗分為基礎驗證性實驗、課內綜合性實驗、綜合課程設計和自主科研創新活動四個層次;全方位培養學生計算機硬件、軟件、網絡與安全三個方面的工程實踐能力;并通過不斷建設和完善教學團隊、實踐教學環境和實踐教學管理三個支撐條件使整個實踐教學體系得以有效運轉。特別是通過學生自己組織的“銀河之光”文化節開展系列科技創新實踐活動，在培養學生創新思維的同時，鍛煉學生的組織協調能力;通過與地方單位和部隊建立實習和實訓基地，使學生在實踐中發現和解決應用問題;通過開展學科和軍事特色濃厚的專題式畢業設計組訓方式改革，90%的畢業設計選題與科研課題、工程項目或者部隊實際系統有關，強化了學生工程實踐能力培養與服務部隊意識的養成。

2．2拓展計算機實踐教學內涵改革

進入新世紀，特別是近年來，信息技術仍處在高速發展的態勢，學科間的交叉與融合更加豐富，如何因應發展態勢，優化學科特色，拓展為軍服務能力成為我校計算機實踐教學內涵改革的重要內容。

2．2．1突出系統級訓練，形成以硬件能力見長的特色與優勢

長期以來，國內計算機人才培養普遍都存在重軟件輕硬件的現象。一方面，由于軟件人才需求量相對較大，在資金投入、技術積累、實踐條件要求等多方面相對較低;另一方面，隨著EDA設計技術的發展，計算機硬件系統設計的軟件化現象越來越普遍，導致很多高校輕視學生硬件實踐能力培養。長此以往，將會造成宏觀上人才結構不合理，微觀上人才的發展空間受限。隨著社會對復合型、創新型人才的需求不斷提升，系統級(軟、硬結合)實踐能力的缺失將帶來嚴重的負面影響。以“銀河”、“天河”系列超級計算機、“銀河玉衡”核心路由器、“銀河飛騰”系列芯片為代表的一系列大型科研課題不斷擴展，使得計算機教學實驗室在硬件以及系統級能力訓練上提供了國內一流的實踐條件，教師團隊有意識強化學生的硬件實踐能力培養并形成了獨特的優勢。在制定人才培養方案時，充分考慮硬件系列課程在課程體系框架中的獨特地位，開出了一組高水平的硬件系列課程及相應的配套實驗課。以“計算機原理課程設計”實驗課程為例，20多年的教學歷程總結起來大致可劃分為三個階段。第一個階段，(上世紀90年代初)，學生在面包板實驗箱上以VLSI芯片(74LS181、74LS138、74LS00等)，配以成組的導線設計并實現各種類型的CPU。多輪實踐下來，學生普遍反映對CPU基本工作原理與特點有了深刻的理解。第二個階段(上世紀90年代后期)，學生使用可編程邏輯器件在實驗箱上實現CPU。第三個階段(2000年以后)，我們依靠多年技術積累和技術革新，先后研發了“六合一”計算機系統實驗平臺、“天河陽光”硬件綜合實驗平臺。該平臺采用“ARM+FPGA”架構，可開展從元件、部件到系統各層面的實踐教學，針對不同的課程可以采用原理圖輸入、提供構件設計以及基于HDL語言的設計方法，實現了硬件課程實驗平臺的統一，使得硬件課程實驗內容可以一體化設計。同時，學生可以通過先進的實驗平臺設計驗證CPU多級流水、Cache、多核等功能，并在此基礎上開展創新實踐。更進一步，通過升級可以將操作系統、編譯環境移植到該平臺上，實現一個軟硬皆可實驗的綜合實驗平臺，有效地鍛煉學生全系統設計實踐能力。此外，當今的硬件設備呈現微型化、智能化、網絡化發展趨勢，以Google眼鏡、iWatch、3D打印機、智能機器人、無人機等新設備與新裝置層出不窮。針對發展趨勢，實驗室積極引進新設備，更新實踐教學計劃，整合軟、硬件開發能力訓練。例如，批量采購Lego、NAO等多款智能機器人，引入Android智能終端、無人機等平臺，更新和優化“程序設計”、“人工智能”、“嵌入式系統”等課程實驗內容，同時大量設置創新實踐題目，鼓勵由學生自擬題目，自組團隊申請各級創新實踐計劃。可以說，實踐條件的改善，自由競爭氛圍的建立喚起了學生強烈的探索興趣，對于實現從實驗驗證到綜合創新的跨越，突出學生硬、軟件一體化的實踐能力的培養起到了重要的作用。

2．2．2因應網絡空間發展形勢，積極規劃網絡應用與網絡安全能力培養

計算機網絡迄今已在全社會廣泛普及，沒有網絡，現代社會將無法運轉。與此同時，互聯網上病毒感染、木馬植入、私密信息泄漏等安全事件層出不窮，也讓人們意識到網絡空間安全的嚴峻形勢。加強學生網絡信息安全的實踐能力已成為計算機人才培養關注的新焦點，這不僅僅是信息技術學科乃至工科大學生專業素質與能力訓練與時俱進的需要，更是建設信息化軍隊的需要。2012年，信息安全專業納入軍隊招生計劃，標志著我校網絡信息安全人才培養進入新的發展階段。在專業建設上，實驗室對照網絡空間安全人才專業能力的定位，構建了綜合化的網絡安全實驗平臺涵蓋網絡預警、安全態勢感知、入侵檢測到災難恢復與評估等方面，并推出相應的實驗大綱與講義。面對網絡技術突飛猛進和網絡應用的蓬勃發展，學院繼續貫徹網絡硬件、軟件并重的人才培養理念。在網絡工程科研平臺上進行拓展、充實和改造，多層次開展本科生網絡與信息安全方向實驗教學。例如，在開展下一代互聯網關鍵技術的基礎上，自主研制了可編程實驗平臺—NetMagic。該平臺通過自定義網絡功能單元、接口和通信協議，可使學生全面了解和熟悉網絡核心設備硬件、軟件的設計，首先滿足網絡協議設計和驗證等實驗，進一步可支持對網絡擁塞控制、服務質量等關鍵網絡機制的創新實踐活動。該平臺在ACMSIGCOMM’11國際會議上獲得了大會主席A．Chesnais教授的高度評價并已推廣到香港理工大學、清華大學等高校。針對云計算、物聯網技術的快速發展，實驗室正在以微型化的天河機為服務器搭建一個云計算平臺，以“天河陽光”硬件綜合實驗平臺為終端、配置各種傳感器使學生通過網絡在天河機上開展物聯網實驗。隨著互聯網進入大數據時代，同時在線人數達到百萬甚至千萬級，管理上百TB數據的網絡集群系統開始浮出水面，應該看到高校暫時還不具備相應的實驗條件，但可以通過教育部卓越工程師計劃，與企事業單位合作共建的實習實訓基地，培養學生深入內容分發網絡、負載均衡、海量數據挖掘等一線開展實驗與創新實踐，在工程實戰中鍛煉學生的能力，進而滿足社會對人才能力的需要。

3先進的條件環境是實踐能力培養的物質基礎

3．1引入先進IT技術，加快實驗室的現代化建設

“工欲善其事，必先利其器”。培養實踐能力強的人才首先需要建設一流的實踐教學環境。

(1)必須使實驗室設備能夠得到及時更新。近些年來，國家和軍隊對教育投資的力度不斷加大，而IT設備器材的價格一直呈現快速下降通道，為實驗環境的更新換代提供了良好的條件。

(2)隨著云計算技術的成熟，積極推行瘦客戶機/服務器的實驗模式。實驗室過去多采用的網絡同傳、硬盤還原方式進行日常維護與管理。當一臺計算機上安裝的軟件越來越多，軟件運行時所占用的系統資源越來越大時，整個實驗環境性能急劇下降的問題便突顯出來。相比之下，瘦客戶機/服務器模式更廉價、更安全、更易于管理。每一臺終端機使用的軟件和數據均保存在服務器上，學生通過瘦客戶機遠程運行軟件、數據訪問，較好地解決軟硬件升級、軟件許可等困擾實驗室發展與設施更新多年的問題，可最大限度地節省各種費用。

(3)在實驗室管理方面，若管理工作停留在簡單的數據表格填寫處理，不能充分利用網絡化的強大能力、提供具有翔實而有說服力的統計數據，那么實驗室服務能力是令人置疑的。隨著互聯網的快速發展，教師們應該充分意識到云計算、大數據技術給實驗室管理帶來的新氣象。這些年來，學院實驗室管理系統從簡單的信息化過渡到網絡化、智能化的管理平臺，開始實現嘗試無人值守實驗及實驗室管理的云服務技術。智能化的云服務不僅僅是體現在實踐教學本身，同時也是實驗室管理能力螺旋上升的必然趨勢，基于實驗室運行數據挖掘下的決策與管理代表著未來實驗室建設的重要方向。

3．2整合優勢資源，打造優良的科技創新實踐環境

IT新技術的推廣與應用，為計算機人才培養提出了新的挑戰與機遇。優良的科技創新實踐條件，可有效支撐從理論設計到實際驗證的跨越，成為培養創新型人才的必要條件。計算機學院將優勢科研資源與實驗教學資源進行有效整合，使學生一方面可以共享使用科研環境中各類性能先進、種類齊全的精密儀器設備;另一方面，通過將科研成果部署在教學實驗室中，化為實踐教學內容，使學生可以快速接觸和學習前沿技術。同時，為了找準人才需求定位，通過與部隊及地方單位共建實習/實訓基地，實現辦學資源的整合、優勢互補。更重要的是通過現場與工程師的交談，通過應用需求的親身了解，注重專業知識的綜合應用，強化實踐能力的導向性，熟悉項目規劃與決策。創造條件讓學生投入到社會化的實踐活動，還有一個重要的作用，就是使學生明白作為“社會人”所應具備的道德與職責，學會與別人相處，學會被領導和領導。

4專業化的教師團隊是高水平實踐教學的保障

“師者，所以傳道受業解惑也”。培養學生是高校中心工作，也是教師最根本的任務。在實踐環節，建立一支專業化的教師團隊對于提升實踐教學質量的作用同樣十分重要。在教學團隊中，我們很早就建立一個專門負責教學實驗保障的小組，以后隨著招生規模的擴大，逐漸引入研究生充當助教。回顧我們的歷程，科研工程經驗豐富的教師轉入教學一線，很快便能贏得學生的喜歡，因為他們的授課充滿了活生生的科研案例，在實驗課題設計與評估中往往能給予學生非常中肯的意見與獨到的見解。除了課程實驗的充實和優化，實踐能力培養的一個重要領域便是課外創新實踐活動，這也是學院發揮學科整體優勢，培養創新人才的著力之處。計算機學院也明確研究所同時應肩負有人才培養的任務，并制定明確的目標，從業績評價與職稱晉升中予以明確。本科生一般從大二開始便在教師帶領下，組成各種興趣小組，包括信息安全、程序設計、超級計算、數模競賽等興趣小組，參加的學員占總數的一半以上。指導教師一部分來自教學系，還有相當一部分來自研究所以及國防科技重點實驗室。教師通過指導學生小組選擇課題，申請各級創新實踐基金或創新實踐項目，參加學校級、省級、國家級乃至國際上的學科競賽。以競賽活動融會貫通所學知識，熟悉和掌握科研實踐的方法、手段，體會到科研實踐的艱辛和成功的快樂。近些年，學生們獲得了數十項國家級大學生創新項目，數十隊次獲得國際級、國家級競賽一等獎，充分證明了學生的才華和創新潛力。實際上，教師率領學生組隊赴國內外參加競賽本身也鍛煉了學生的自我管理與團隊協作、語言和文字表達、溝通與社交乃至外語運用等素質和能力，這些素質和能力恰恰也是實踐能力中不可或缺的組成部分。在國家教育部質量工程的推動下，實踐教學的地位有明顯改變。對于國家和軍隊人才的旺盛需求而言，學校還需要做更多的工作。作為管理機構，應鼓勵高水平教師參與到實驗教學中去。

(1)從政策上要改變原有實驗教師低人一等的局面，使高水平教師安心實驗教學。近年來，學校為吸引和鼓勵更多高水平人才全身心參與實驗教學，制定了多項傾斜政策。對實驗隊伍實行兩個單列的政策，即技術職務評聘數量和條件單列，教學崗位聘任數量和條件單列;鼓勵開展實驗教改研究，在申報教改課題時對實驗教學人員傾斜，對取得的教學研究成果在參加教學成果獎評選時予以支持。

(2)在人才交流政策方面予以傾斜，安排實驗室教學骨干出國深造、參加國內外教學研討會，開闊視野。以教育部“卓越工程師計劃”為先鋒，建立大學生實習實訓基地，持續推動校企合作，鼓勵教師與企業合作開展工程項目等方式，增強教師們對于前沿信息技術的掌握。

5結語

高素質專業人才的培養宏觀上需要有更科學的管理體制、更先進的運行機制，保障實踐教學改革措施能夠落實到實處，同時應配套改革實踐教學人員的績效評估機制，使成功的措施能夠固化下來成為制度，從而為人才培養質量提供長久保證。眾所周知，一個高水平的學者不一定能成為一個高水平的教師。實踐環節教學工作需要教師既有工程實踐經驗，又能夠長期保持熱情和時間精力上的投入。如何從機制上用好指揮棒，充分調動教師實踐教學上的積極性，營造一支穩定的、受學生愛戴的實踐教學團隊，值得我們認真思考。每一個學生的天賦不同，能力潛質上也有區別，創新實踐能力培養不可能整齊劃一去培養。一方面，通過大學教育，使學生獲得必要、共同的實踐能力訓練，使之具備該專業的基本能力。更重要的是，營造尊重創造、寬松和諧的氛圍，讓學生在實踐活動中了解自己的特長和個性，發揮自己的潛質和創造性。大學不是職業技能培訓機構，不必過分關注于就業崗位的第一技能。相反，應通過有意識的培養和訓練，使學生具有自適應性，也就是自我學習的能力。只有具備了自我學習能力才能使學生適應未來客觀條件、需求與環境的改變。最后，關于人才的團隊協調溝通能力，逐漸引起社會和教育界的重視。在課堂上書本知識的學習難以培養團隊精神。只有在實踐中，以問題求解作驅動，以團隊成員的分工合作來體驗感受團隊攻關的價值與樂趣，自覺扮演好團隊的角色，通力合作直至問題的最終解決。“十年樹木，百年樹人”。實踐乃育人之本，然而育人又是一個長期的、艱巨的工作。需要我們站在更高的境界，具備更廣闊的視野，營造更先進的育人環境，創造更有競爭性的氛圍，未來的路還很長。

作者：周興銘單位：國防科學技術大學計算機學院