1、“信息论与编码”课程实验设计摘要：“信息论与编码”之所以让教与学都很难，一个重要的原因是缺少一套适用的配套实验。本文给出了实验内容的安排原则，涉及实验内容、类型、难度、实验环境、实验分级等方面，并给出了一个有关限失真信源编码的实例，希望能起到抛砖引玉的作用。 关键词：信息论与编码；实验；课程建设；信息安全1 “信息论与编码”课程中引入实验的必要性 “信息论与编码”课程是信息安全专业的学科基础必修课，然而与信息论课程的重要性相比，它的课程建设和教学效果却相对落后。笔者在参考文献1中深入分析了该课程目前存在的问题，包括教学内容过于抽象、脱离学生的实践经验，教学方法以课堂理论教学为主，缺少实践和启发
2、互动环节等等。从这些问题能够看出，产生这些问题的根本原因是理论知识与学生的生活工作实践脱节。这给本科教学带来了很大的困难，学生普遍反映“信息论与编码”课程内容理论性太强、难以理解，失去了学习兴趣，这样既不利于对课程内容的深入理解，也不利于形成理论联系实际的学风，更不利于发现问题、解决问题能力的培养。因此非常有必要从学生的认知能力出发，结合信息安全专业特点，设计一套适用的配套实验，把理论知识和学生实践之间那个脱了的节连接起来。这套实验要达到以下三个目的： (1) 将课堂讲授内容运用于实验，学以致用，帮助学生理解课程内容；(2) 实验内容贴近学生生活实践，提高学生学习兴趣； (3) 实验内容与学生
3、专业挂钩，让学生明确“信息论与编码”课程在信息安全专业中的重要地位，提高学生学习的自觉性。 2 实验内容的安排原则 在实验内容的安排上，要注意以下几个原则： (1) 实验内容既要扣住课堂知识，又不要简单重复课堂知识，要用学生熟悉的内容或者与专业挂钩的内容将知识点串起来。设计时要从大学本科学生的认知能力和信息安全专业特点入手，在整个课程体系中系统考虑，即一个实验不要只扣住所在章节的一个知识点，可以将已经讲过的知识点尽量多地贯通。 (2) 尽量不设计验证性实验，多设计一些综合性实验。这是因为“信息论与编码”课程一般是在三年级开设，此时学生已经具备了一定的动手能力和分析问题、解决问题的能力，多安排一
4、些综合性实验更能为毕业设计以及将来的工作和深造做好准备。 (3) 难度要适中，既要有拔高，又要使学生付出一定的努力能够实现。太简单，起不到实验的目的；太难，学生总是不能独立完成，慢慢就会失去学习兴趣。 (4) 为了便于实验在各种条件下都能开展，实验环境限制于未联网的计算机。实验方法要考虑学生的理解能力和动手能力，以计算机仿真为主。 (5) 实验可以分级，培养学生独立思考能力，鼓励学生之间或者学生与外界之间的有效合作。根据实验的难易程度和复杂程度，可以将实验分为表 1 所示的 4 个级别。 选作题既满足了不同能力学生的不同需求，也为教师根据课时布置实验带来了灵活性。 需要学生独立完成的实验，可以
5、培养学生独立思考的能力。对于允许学生合作完成的实验，并不是让大家互相抄袭，而是学生之间或者学生与外界之间可以讨论问题及其解答方法，但是每个学生必须自主完成实验，而且必须在实验报告中标出“*时间，*地点，就*与*进行了探讨，得到了*结论。 ”，这一方面培养了学生的团队合作精神和能力以及沟通能力，另一方面有利于建立良好的学习氛围，能够让学生初步了解如何做科研，并培养学术道德。 3 一个实例 笔者已经在实际教学过程中设计了多个实验，下面就给出一个实例，并对其进行分析。该实验的部分内容参考自文献2。 3.1 题目 限失真信源编码是多媒体数据压缩的主要方法，为这一部分设计的实验名称是“实现一个简化的 J
6、PEG 编码器” 。题目如下： JPEG 是目前主流的图像压缩标准，试用计算机仿真(推荐使用 MATLAB)一个简化的 JPEG 编码器(即 JPEG 压缩器)。该编码器的压缩过程如图 1 所示。 其中的“量化”与 JPEG 压缩标准中的量化不完全一样，本仿真程序中的量化过程为将绝对值小于某一给定数值的所有系数置零。 仿真程序需要具备以下功能： (1) 完成图 1 中出现的所有步骤； (2) 量化过程放在一个循环中，循环变量为 cutoff，依次取值 0, 10, 20, ,100，每循环一次，把绝对值小于 cutoff 的所有 DCT 系数置零，被置零就意味着该数据被压缩掉了； (3) 对每
7、块量化后的 8*8 的 DCT 系数执行一次逆 DCT 运算，重构图像并显示； (4) 确定初始图像和重构图像之间的均方误差，并比较 cutoff 取不同值时均方误差与图像尺寸的关系。该实验级别为合作选作。 3.2 参考答案 MATLAB 程序代码和每行代码的作用如下： load imdemos flower;%载入一幅灰度图像“flower” flower=double(flower);%为进行后面的运算，将整数数据变为双精度浮点数据 set(gcf,NumberTitle,off,Name,Flower);%打开一个图像显示窗口，该窗口无需顺序编号，窗口标题为“Flower” imshow
8、(flower,0 255);%显示打开的图像，如图 2 的(a)所示 x=;%变量 x 用来记录图像尺寸 y=;%变量 y 用来记录均方误差 encoded=blkproc(flower,8 8,dct2);%对图像的每一个 8*8 分块执行二维 DCT 运算，系数记录在变量 encoded 中 for cutoff=0:10:100,% cutoff 的取值为 0, 10, 20,100，每取一次值，执行下面的操作 encoded(abs(encoded) decoded=round(blkproc(encoded,8 8,idct2);%对系数的每个 8*8 分块执行二维逆 DCT 运算
9、并取整，这实质就是一个图像重构过程，重构后的图像记录在变量 decoded 中 x=x,nnz(encoded);%计算图像尺寸，即非零系数的个数，每次计算出的图像尺寸组成一个向量 y=y,mean2(flower-decoded).2);%计算初始图像 flower 和重构图像 decoded 之间的均方误差，每次计算出的均方误差组成一个向量 figure;%打开一个新的图像显示窗口 set(gcf,NumberTitle,off,Name, sprintf(cutoff=%d,cutoff);%该窗口无需顺序编号，窗口标题为“cutoff=*” imshow(decoded,0 255);
10、%显示重构后的图像，如图 2 的(b)-(l)所示 end figure;%打开一个新的图像显示窗口 set(gcf,NumberTitle,off,Name,Comparison);%该窗口无需编号，窗口标题为“Comparison” plot(x,y,s-);%以图像尺寸 x 为横坐标，以均方误差 y 为纵坐标，作图，如图 3 所示 title(Comparison of File Size and Image Error);%该图的标题 xlabel(Non-zero matrix values(number of bytes to store);%该图的横坐标标题 ylabel(Mea
11、n squared error);%该图的纵坐标标题 可以看到，在 MATLAB 中仅用 22 行代码就实现了 JPEG 压缩标准的仿真和分析，这得益于 MATLAB强大的数值计算功能，例如可以进行块操作，而无须每个分块分别处理；DCT 和逆 DCT都有现成的函数等等。如果需要用某种语言(C、Java、汇编等 )实现 JPEG 的编解码，DCT和逆 DCT 的代码很多网站都有，可以从网上很方便地查找到。 从图 2能够看出，随着越来越多的数据被压缩掉，图像质量越来越差。当 cutoff 比较大的时候，甚至能看出 8*8 分块。图 3 清楚地表明图像尺寸与均方误差之间呈反比关系。均方误差越大，表明
12、图像质量越差。因此曲线中最左上角的点代表了图 2 中的(l)，最右下角的点代表了图 2 中的(b)。 3.3 分析 这是一个综合性实验，实验内容涉及限失真信源编码中的 DCT、量化、误差等多个知识点。无论学生选用什么语言，均可以在单机上仿真完成。难度中等偏上，如果多个学生互相合作，经过商量讨论是可以完成的。笔者的实践证明了这一点，虽然是选作题，但还是有不少同学自由组合完成了题目的要求。4 结束语 对于本次“信息论与编码”课程的实验教学探索，我院在信息安全专业 05 级 1、2 班中进行了实践，收到了很好的效果，激发了学生的学习兴趣和钻研精神，学生的完成情况比教师的预计要好得多，而且学生普遍感觉
13、收获很大。 这次“信息论与编码”课程的实验教学探索才刚刚开始，在今后的教学过程中还需要不断实践，设计出更多更好的实验。希望同行们能够互相交流，集思广益。 参考文献： 1 姜楠. “信息论”课程本科教学探索与实践J. 计算机教育,2007,(24): 52-54. 2 麻省理工学院信息论开放课程OL. http:/. 摘要：对于快速发展的 IT 行业来说， “授之以渔”才能增强学生的职业生命力，因此在 IT 专业教育的过程中，必须培养学生自主学习、探究学习、合作学习的能力和习惯。自主学习能力的有效培养有赖于良好自主学习环境的构建。本文介绍作者所在学校根据高职计算机类专业的特点，通过构建综合自主学
14、习环境有效解决传统 IT 教学中存在的瓶颈问题的具体做法和体会。 关键词：建构主义；高职 IT 教育；自主学习平台；构建与实践 1 引言 计算机行业具有知识更新快、方向众多、实践性强等特点，要使学生跟上技术的发展，提升职业技术能力， “自主学习能力”的培养便成为计算机类专业职业教育十分重要的内容。传统的教学方式忽视对学生自主学习能力的培养，学生未能积极参与课堂活动，处于被动者的角色，学习主动性差、效率低。为解决高职 IT 类专业教学中存在的瓶颈问题，我们以建构主义的教学理论为指导，依托 “常用算法的可视化演示” 、 “电工电子学网页课件”等院级课题，从 2003 年开始探索基于“网络课程” 、
15、 “网络资源平台”建设的自主学习环境的构建，并取得了显著的成效。 2 自主学习环境建设内容 2.1 自主学习平台统一框架模型的设计 通过对自主学习过程的研究，我们针对高职计算机教育的特点，将任务情境、实训环境、学习资源、学习策略、自主学习工具、多向互动和自主我学习评价等作为自主学习环境的七个基本要素，结合学院依托交通行业的特点，提出了如图 1 所示自主学习平台统一框架模型，用于指导自主学习环境的建设。 (1) 任务情境的设计。建构主义教学观认为，学生在知识和技术被应用的真实情境中学习时，其学习效果最好。通过采用项目导向、案例教学等教学方法，为学生设计真实的任务情境，让学生“学中做，做中学” 。
16、支持学习者对整个问题或任务的自主权，设计支持和激发学习者思维，引导学生通过自主学习平台提供的项目案例进行拓展学习，培养学生自主学习的习惯。 图 1 自主学习平台统一框架模型 (2) 实训环境的设计。实践是检验知识的最佳手段，学生通过有利于创新能力培养的开放式实验，对相关问题进行自主思考，并在反复寻求解决问题方案和方法的过程中实现创新能力的提升。除单项目实训之外，加强探索型、综合型开放式的实训项目，并通过开放实验室为学生创造更多的实践机会，可以提高学生解决问题的能力。 (3) 学习资源的设计。学习资源是学习环境设计中的重要要素之一，是支持自主学习的必备条件。根据学习内容、目标和学生的特点，我们围
17、绕任务情境为学习者提供网络课程和相关信息库，包括多媒体素材、试题、案例、课件和相关文献资料等信息。 (4) 学习策略的设计。学习策略是指学习主体在学习过程中，依据学习材料的性质与特点等，为达到一定的学习目标而选用的调控学习以及过程的恰当学习方式。掌握自主学习的有关策略，不仅可以帮助学生减少对教师的依赖，而且能够明显地提高学习效果。 (5) 学习工具的设计。教师在自主学习环境设计过程中提供必要的学习工具，指导学生探寻和使用各种学习工具，让学生学会用信息技术去学习。促进学生更好地完成知识建构，帮助学习者提高自主学习能力和学科知识的学习效果。 (6) 多向互动的设计。互动是自主学习环境的重要组成部分
18、，缺乏互动，自主学习环境各要素的力量就难以发挥。学生通过与信息资源、教师、同伴等多向互动，从不同角度去理解所学习的知识，丰富自己的认知结构，并获得团队精神、合作意识等方面的提高。 (7) 自我学习评价的设计。在考核的设计上，从结果评价过渡到过程评价，采用多样化的评价方式评价学习过程中的学习能力、技能掌握、知识掌握等各方面的情况。在课程网站上，提供“在线测试”等自我评价手段，使学生实事求是地分析评价自己，逐步养成自我诊断、自我反馈和自我激励的习惯。 2.2 自主学习网络平台的构建 通过整合网络课程、精品课程、网上虚拟实训平台、自我测试系统、考试系统等教学资源，我们系统地构建了包括网络技术、软件技
19、术、多媒体技术三大类专业核心课程的网络教学和自主学习平台。网络技术类专业建设了包括“计算机网络基础” 、 “基于 Windows 的网络构建” 、 “网络设备” 、 “综合布线工程” 、 “网络安全”等核心课程的教学资源与自主学习平台。软件技术类教学资源与自主学习平台包括“数据库应用基础” 、 “数据结构”等核心课程；多媒体类教学资源与自主学习平台包括“Photoshop及平面设计” 、 “计算机动画技术 Flash”等核心课程。 各专业建设了专业核心课程的教学资源包，包括学习指导手册、教学手册、案例与教学资源库等。其中“网络设备” 、“组网技术” 、 “数据库应用基础” 、 “综合布线工程”
20、 、 “Photoshop 平面设计”等课程已开发了全程视频教学录像、项目实训辅导教学视频。 网络平台的建设，为学生构建了自主学习、协作学习平台，提供丰富的自主学习资源，突破了课堂限制，提高学生自主学习的积极性和学习能力。 2.3 优化实训环境，建设虚拟实训平台 实践是学生自主学习的重要环节，实训教学是培养学生综合职业能力的主要教学方式。因此，我们高度重视实训教学条件的建设，投入了大量的人力和物力用于校内外实训基地的建设，积极改革实践教学模式，建设开放性的实训教学体系，为学生自主学习提供开放的实训环境。为充分利用网络实训室、网络安全实训室的先进设备，专业教师将实训室中可配置的网络设备都连接到网
21、上，学生可以通过校园网远程登陆到这些设备上做相关项目的实训。对一些网络软件实训环境，学生也可以通过校园网远程登陆后做相关项目实训。 通过与交通厅信息中心联合研制“交通信息化教育综合实训平台” ，建立网上虚拟实训基地。学生通过账号和密码登陆到网上虚拟实训基地，通过实训掌握各工作任务的工作内容、操作步骤和规则，同时在该平台进行自测与考试。目前， “交通信息化教育综合实训平台”已可以作为学生岗前培训平台，负责相关岗位的岗前培训与考核工作。 2.4 构建多方位的开放型实训体系 积极改革实践教学模式，构建多方位的开放型实训体系，主要措施如下： (1) 设置 “职业资格考证周” 。在专业教学进程中，规定学
22、生必须参加相应的职业认证考试，考试合格者可获得 1 个学分的奖励。在“职业资格考证周”期间，学生通过自主学习资源平台提供的相关备考资料和交互式辅导进行考证前强化训练。 (2) 加强探索型、综合型开放式实训。教师结合课程模块发布综合型、设计型自选实训课题，鼓励学生进行创新设计实训。在综合项目实训中，由学生组成团队完成任务，各人承担不同的工作任务，引导学生积极思考来相互协作完成工作任务，培养学生的工作责任心。另外，教师在学期中间便布置项目实训任务，引导学生查找资料，将学习自主权交给学生，提高学生的积极性。 (3) 实行实训室开放制度。实训室在工作日下课后、周末及“职业资格考证周”期间免费开放，并安
23、排专业老师辅导学生实训。网络实训室的专用网络设备，如主交换机、光纤测试仪等也安排对学生开放，学生可申请进行操作训练，按照预约时间，由教师进行指导。 2.5 利用生产性项目开展自主学习实践 各专业通过教科研项目、学院建设项目、校外企业项目等实际项目实践工学结合。例如，网络技术专业充分利用校园网管理与维护、学院各部门网站的建设与管理、校内基建项目的综合布线等，带领学生参与实际的工程建设；软件技术专业学生参与教学管理系统、教学评价系统、OA 系统的开发和维护；图形图像制作专业则积极组织学生为大型文艺演出、体育比赛、专业竞技等活动提供美工、平面海报制作、流媒体宣传制作、摄像等服务。通过参与真实的项目建
24、设，学生受益匪浅，自主学习、探究学习、合作学习的能力得到了很好的提高。 2.6 建设在线测试系统，提供自我评价手段 结合课程教学和技能考证，开发了“RCNA 认证模拟考试系统” 、 “网络管理员水平测试系统” “数据结构在线测试系统” 、 “网络设备在线测试系统”等自我评价系统。学生可通过这些系统随时检查自己对知识和技能的掌握程度，教师则可利用系统进行在线考试。 2.7课外环境建设 课外环境的建设遵循“活动营氛围，讲座导方向，竞赛促水平”的原则，多方位鼓励与引导学生在课外进行拓展学习，培养与提高学生的自主学习能力。 (1) 举办 IT 文化节。我院每年均举行为期一个月的“IT 文化节” ，以拓
25、宽 IT 视野，营造自主学习氛围，提高专业技能为目。 “IT 文化节”内容丰富，有作品设计比赛、专家讲座、成功校友经验介绍、IT 产品推介等。文化节将全院的学生都发动起来，成为活动的主体。丰富多彩的专业活动为广大的学生提供了更宽广的学习平台，极大激发学生的求知欲，增强同学们的创造力。IT 文化节已成为我院校园文化建设的品牌项目。 (2) 不定期举办专业讲座。我们邀请来自著名 IT 企业，如微软公司、HP 公司、思科等公司的专家到我院举办讲座。讲座的内容涉及 IT 技术的最新发展和应用、新产品介绍、企业信息化经验总结等，丰富多彩。通过举行多种专业讲座，帮助学生了解行业与技术的发展动态以及对职业技
26、能的要求，使他们明确学习方向，增强学习的主动性。 (3) 组织专业竞赛。组织学生参加省级、国家级的大型专业技能竞赛，使学生在备赛过程主动学习，主动实践，并在指导教师的指引下及时调整学习方法与策略，在提高技术水平的同时也促进自主学习能力，为终身学习打下基础。 3 自主学习环境的实施效果 自主学习环境的构建和实践极大地提高了学生的学习兴趣和学习效率，提升了他们的职业能力。同时锻炼了教摘要：本文针对我国各高校目前网络工程专业的现状进行了综合分析，结合计算机科学与技术本科专业的规范，探讨了网络工程专业的规范化，包括发展方向、培养目标与规格，教育内容和知识体系，办学条件及主要参考指标。希望借此，对未来规
27、范化网络工程本科专业进行一定的探讨性研究。 关键词：网络工程；计算机科学与技术；科学规范 2003 年初，教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会启动了三项工作：研究计算机科学与技术本科专业发展战略，制订计算机科学与技术本科专业规范，制订计算机科学与技术本科专业教育办学评估方案。将人才培养的规格归纳为下述的三种类型、四个不同的专业方向：科学型(计算机科学专业方向)、工程型(包括计算机工程专业方向和软件工程专业方向 )、应用型(信息技术专业方向)，形成了计算机科学与技术本科专业四个方向的规范。这四个方向并不包含网络工程方向，因此对于众多高等学校的网络工程本科专业应该如何发展，如何规范是
28、本文探讨的问题。 1 我国高等学校网络工程本科专业的现状分析 1.1 全国分布情况 我国开设网络工程本科专业的学校很多，以工科类院校为主，还有理科类院校和师范类院校。具体统计如图 1 所示。我国目前有 143 所高等学校开设了网络工程本科专业，其中大学类高校 89 所，211 大学 21 所，学院类高校 54 所。从地理分布来看，网络工程专业覆盖全国 26 个省和直辖市的高校，其中广东省最多有 16 所高校开设了网络工程本科专业，这也从一个侧面反映了广东省对网络人才的需求极大。 1.2 培养目标 随着网络的普及和应用，社会对网络专业学生的需求日益增加，开设网络工程专业的学校也不断增多，但是由于
29、教育部对网络工程专业没有规定统一的科学规范，因此各高校开设的网络工程专业从培养目标，培养要求，教育内容和知识体系等方面参差不齐，差异较大。我们以 21 所开设网络工程本科专业的 211 高校为研究对象，对其培养目标进行了分析，归纳为两类。 (1) 电子通信邮电类高校 以北京邮电大学、西安电子科大、电子科技大学为代表的电子通信类 211 高校，他们开设的网络工程专业培养目标大多是将通信、网络、计算机相结合，在原有计算机学科基础上，形成软件与硬件结合、网络与通信兼顾的宽口径专业，培养学生具有现代通信基础理论、网络工程和网络系统管理等方面的知识、素质和能力，具有较宽的通信系统和网络工程的专业知识，毕
30、业生在计算机和通信领域均可获得就业机会。 (2) 综合类高校 以国防科技大学、中山大学、大连理工大学、四川大学、华北电力大学及南京理工大学为代表的各综合 211 高校，开设的网络工程专业培养目标大多是掌握计算机软、硬件的基本理论、基本知识和工程应用能力，在原有计算机学科基础上，形成软件与硬件结合、网络与信息兼顾的宽口径专业，培养学生具有网络基础理论、网络管理和网络工程等方面的知识、素质和能力，具有较强的扩展知识的能力，具有较强的实践动手能力，毕业生能从事计算机软硬件系统开发与维护、计算机网络规划设计实施及开发维护、工程管理、系统分析及信息处理等领域的工作。 从这两类培养目标上，我们可以看出，网
31、络工程专业的本科生培养一般是和计算机，通信两个专业分不开的，学生在重点学习网络理论的基础上，通信类院校加强了通信理论及应用的培养，而综合院校加强了网络系统设计开发维护及信息处理的培养。不同的培养目标决定了不同的教学内容和知识体系，也在很大程度上决定了毕业生的就业领域。 1.3 教学内容和知识体系 通过分析 211 各高校的网络工程专业开设的主干课程，我们将教学内容和知识体系按照其主干课程的归属方向分为四类。 (1) 计算机课程：高级语言程序设计，离散数学、数据结构、计算机组成原理、操作系统原理、算法设计与分析、软件工程、数据库原理、计算机体系结构、面向对象技术、计算机网络。 (2) 网络课程：
32、 1) 基础课程：TCP/IP 协议原理、网络体系协议、信息与网络安全、Web 程序设计、网络互联技术、网络设备原理、分布式系统、计算机网络体系结构、网络操作系统。 2) 方向课程： 网络软件开发方向：UNIX 与网络程序设计、电子商务平台及核心技术、嵌入式系统设计与开发、网络多媒体技术、并行与分布计算、网络数据库技术。 网络规划构建方向(或网络工程方向)：网络系统集成、网络管理、网络工程与组网技术、网络规划与设计、综智能合布线、光纤通信技术。 网络安全方向：计算机密码学、PKI 技术及应用、网络攻防技术、网络安全应急响应、信息对抗技术、安全策略部署与实施。 无线通信方向：移动通信、无线网络、
33、移动计算、企业计算环境、网格计算、移动程序设计。 (3) 通信课程：通信概论、现代通信原理、通信软件设计、实时通信系统设计、程控交换原理、信息论与编码、多媒体通信技术。 (4) 电子课程：数字信号处理、脉冲与数字电路、信号与系统、可编程 ASIC 设计技术、电路与电子技术、数字逻辑电路、DSP 技术及应用、嵌入式系统原理及应用。 2 网络工程专业科学规范的探讨 2.1 培养目标 培养德、智、体、美全面发展，掌握自然科学基础知识，系统地掌握通信理论、计算机软硬件和网络通信系统及应用知识，基本具备本领域分析问题解决问题的能力，具备实践技能，并具备良好外语运用能力的网络专业高级专门人才。 2.2 教
34、育内容和知识体系 各专业的教育内容和知识体系都是和其培养目标想对应的，根据前面的综合分析可以得出，不同高校对网络工程的教育培养侧重面不同，但是所有对网络工程专业的培养都可以归属在四个方向上，即网络软件开发，网络规划构建，网络安全和无线通信。这四个方向涵盖了网络工程的各个方面，因此教育内容和知识体系的规范应该涵盖这四个方向，课程体系由核心课程和选修课程组成，核心课程应该覆盖知识体系中的全部核心单元及部分选修知识单元。同时，各高校可选择一些选修知识单元、反映学科前沿和反映学校特色的知识单元放入选修课程中。 (1) 知识结构的总体框架 借鉴计算机科学与技术的总体框架，网络工程本科专业的知识结构的总体
35、框架由普通教育(通识教育) 、专业教育和综合教育三大部分构成： 普通教育：人文社会科学，自然科学，经济管理，外语，体育，实践训练等。 专业教育：本学科基础，本学科专业，专业实践训练等。 综合教育：思想教育，学术与科技活动，文艺活动，体育活动，自选活动等知识体系。 对于以上三部分内容，我们侧重讨论专业教育的内容：它由专业知识体系与对应的课程设置两部分组成，下面分别介绍。 (2) 知识体系网络工程本科专业方向知识体系划分为知识领域、知识单元和知识点三个层次，我们仅探讨知识领域部分。知识领域代表一个特定的学科子领域。每个领域由英文的缩写词表示，为了与计算机专业方向的知识领域相区别，加上前缀 NE-。
36、 NE-RS 计算机网络体系结构 NE-NT 网络原理 NE-SD 网络系统集成 NE-NS 网络操作系统 NE-PF 程序设计基础 NE-SP 社会与职业问题 NE-PA协议分析 NE-NS 网络安全 NE-MC 移动通信 NE-NI 网络互联 NE-PD 并行与分布计算 NE-DS 分布式系统 NE-NM 网络管理 NE-MC 移动计算 (3) 课程设置 课程分为基础课程、主干课程、高级课程三个层次。 基础课程：程序设计基础、计算机导论、计算机网络原理，数据结构、计算机组成等。 主干课程：TCP/IP 协议原理、网络体系协议、信息与网络安全、网络互联技术、网络设备原理、分布式系统、计算机网
37、络体系结构、网络操作系统、操作系统、数据库、社会与职业问题等。高级课程：按照不同方向，可以对应选择相应课程，也可以是旨在培养学生动手能力和团队合作能力的实践性课程。 3 结束语 本文对我国开设网络工程专业本科教育的各高校进行了归类分析，以 211 高等学校开设网络工程专业的情况为对象，对网络工程专业的科学规范化进行了探讨，为高校新开专业提供一定的帮助，并为未来网络工程专业的规范化制订提供一些基础。 参考文献： 1 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 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M. 北京:高等教育出版社,2006. 2 张彦通,王孙禺,雷庆. 继续推进高等
38、工程教育改革与发展对策研究J. 高等工程教育研究,2005,(6):9-14. 摘要:单片机实验教学平台在单片机实验教学中占有十分重要的位置,它直接影响单片机实验教学的效果。本文总结传统单片机实验教学平台的优劣,提出新的实验教学平台模式,即以虚拟实验平台 Proteus 为主并对部分典型的实验有选择地进行硬件搭建实验平台的方式,旨在最大程度地激发学生学习兴趣和主观能动性,满足单片机实验教学中的不同要求,取得最佳的实验效果。 关键词:单片机; 实验教学平台;实验改革 “单片机原理与应用”是计算机、通信、自动化等专业的主干课程,具有很强的技术性和实践性。实践教学平台在单片机实验教学中占有十分重要的
39、位置1,是“单片机”实验教学的基础,它直接影响单片机实验教学的效果。因此,许多高校及教师都在探索提高该课程实验教学效果的方法2-5。 本文对传统的实验教学平台进行总结分类,阐述其优缺点,提出新型的实验教学平台,即前期采用英国 Labcenter electronics 公司研发的 EDA 工具软件 Proteus 作为单片机实验教学的入门学习环境,后期则以对一些典型的实验有选择地进行硬件搭建实验平台的方式,对过去的实验教学平台进行改革,以适应我国目前对现代化、创新性人才的需求。 1 现状分析 “单片机原理与应用”课程传统的实验教学平台大致分为两大类,一是直接采用现成的单片机实验箱;二是完全进行
40、硬件搭建实验平台。 1.1 直接采用现成的单片机实验箱 在这种方式中,实验教学的硬件平台是采用已成品的单片机实验箱,在实验箱上集成单片机课程中要验证的绝大部分基础实验与接口功能,实验的硬件设计过程简单,可靠性高,学生在实验中能够将注意力集中在系统的架构和软件开发上,而不会造成硬件线路搭建不当的问题,从而加深学生对实验目的的掌握。 目前,我国大多数院校采用这种方式,它在我国的单片机系统的研发与教学中发挥了重要的作用。这种教学实验平台是以验证性实验为主,其优点是采用可靠的成品硬件,减少实验中硬件的错误及硬件损耗,有助于学生对系统整体的把握。但是其缺点也是明显的。实验装置有限的功能,实验装置上各器件
41、固定的搭配限制了学生的思维,使其无法发挥主观能动性及创造思维,也不能满足千变万化的系统设计需要,因此,与这类开发系统配套的实验装置在综合性、创新性设计实验中几乎无用武之地。 1.2 完全进行硬件搭建实验平台 图 1 显示的是进行硬件搭建实验平台时所需的仪器设备及相应的实验步骤。很显然,完全进行硬件搭建是一个相当麻烦的事情,它要求学生有相当丰富的软硬件知识,这对大多数初学学生来说是不现实的;同时,实验还要有相对多的配套设备仪器及元器件,这对大多数学校的实验室来说也是不现实的。然而,它提供了相当大的自由度,方便学生根据设计的需要进行相关的硬件设计和软件开发,直至最后的软硬件测试,能够有效地提高学生
42、的动手能力,开拓学生的创新性思维。 基金项目:“单片机原理与应用 ”实验教学模式改革(20090427)。 作者简介 :冯刚,男,副教授,博士,研究方向为单片机与嵌入式。 图 1 硬件搭建实验平台的步骤与设备需求 完全硬件搭建进行实验需要很多仪器设备,这种方式在早期的单片机实验中采用得很多,它的优点是能够让学生对整个单片机系统的设计过程有一个认识,帮助学生从硬件设计到软件设计,以及软硬件集成测试的开发过程有一个清晰的认识,提高学生的软硬件开发能力。但在实际的实验教学中,由于大多数学生在前期并未接触过软硬件集成开发的方式,结果事与愿违,还不仅不能培养学生自己动手的能力,还因购置的设备比较多,增加
43、学生学习和研究的投入,造成实验过程中仪器设备的巨大损耗。另外,在这个方式下,单片机实验室的教学资源比较紧张,即使是全方位开放,也很难满足所有学生的需求。很多学生为了做某一实验,在初期花费了大量的时间与精力,但是,因受元器件、实验仪器与设备的限制却半途而废,这挫伤了学生对实验和科研的积极性。 由此可见,传统的实验教学平台虽然能够满足一定的实验教学要求,但存在着很大的缺陷,它不能满足单片机技术日新月异的发展要求,无法达到培养学生自主创新实验的要求,我们必须结合传统教学实验中两种不同实验平台的优点,如采用虚拟实验平台 Proteus 为主并有选择地进行硬件搭建实验平台相结合的方式,从而满足学生对实验
44、教学平台不断提高的要求。 2 实验教学平台的改革 由于传统的实验教学平台存在着各自无法克服的问题,因此,选择一个合适的开发平台,结合前面所提到的两种实验平台的优点,克服各自的缺点就具有十分重要的意义。在此我们提出前期采用 Proteus 虚拟实验平台作为入口学习环境,后期则对一些典型实验有选择地进行完全硬件搭建的方法来对传统实验教学平台进行改革。 2.1 采用虚拟实验平台 Proteus 的意义 Proteus 软件具有以下优点6-7: Proteus 软件提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达 30 多个元件库。Proteus 软件提供多种现实存在的虚拟仪器仪表。如示波器、逻辑
45、笔、逻辑分析仪、SPI 调试器等。 支持单片机汇编源码级、 C 源码级仿真与调试。 无需硬件电路就可对单片机电路进行软硬件的开发、测试与调试。 一套系统就可实现数字电路设计、模拟电路设计和单片机仿真设计的全部实验。 支持的单片机类型非常多:8051、ACR、PIC10/12 、PIC16、PIC18、HC11、ARM7。 鉴于 Proteus 软件的优点,以 Proteus 软件为核心构建虚拟实验平台就具有以下意义: 构建实验室的硬件投入少,只需提供计算机即可。 Proteus 虚拟实验平台无需提供大量的实验用仪器仪表,只需使用 Proteus 软件中提供的多种虚拟仪器仪表就能完成对硬件电路的
46、探测。 实验室运行成本降低,整个使用过程中损耗很小,基本没有元器件的损耗问题。 实验平台更新速度提高,只需更新仿真软件即可。 支持学生自行实验。Proteus 软件支持单片机及其外围设备仿真,克服了传统实验教学时,学生自行实验时需购置较多外设备的缺点。同时采用仿真软件后,也可以先在软件环境中模拟通过,再进行硬件的投入,这样出来,不仅省时省力,也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。 支持学生的创新性培养。Proteus 虚拟实验平台可充分发挥学生的创新性,克服了单片机实验箱由于是成品,学生很难参与到其中的细节设计中去的缺点,提供了训练与提高学生动手能力的平台。 通过对实验平台的改革,用较
47、少的实验费用就能达到过去采用完全硬件搭建平台才能做到的提供给学生自主的、创新的实验环境,学生在实验过程中不用担心仪器件及仪表仪器设备的损坏,这极大地调动了学生实践动手的兴趣,提高了学生学习的主动性和积极性。 2.2 部分采用完全硬件搭建平台的必要性 采用 Proteus 仿真软件进行虚拟单片机实验,具有十分明显的优点,但是也存在一定的缺点,如 Proteus 提供的实验环境与实际环境相比存在一定的误差及实时性不太好等问题。虽然学生前期学习单片机课程的实验教学足够,但在后期进行创新性和综合性实验以及实际工程开发时显得不足。 因此,针对一些典型的单片机实验,特别是 Preoteus 处理得不太好的
48、实验,如 A/D、D/A 实验等,以及后期进行创新性和综合性实验时,可以根据具体实际情况,先进行软件仿真,然后用完全硬件搭建实验平台的方法来对其进行补充与修正。这样既节省了成本,又达到了实验设计的目的,既克服了虚拟实验环境与真实世界的差别,又提高了学生进行软硬件协同开发设计的经验。因此,对部分实验采用完全硬件 摘要 :单片机实验教学平台在单片机实验教学中占有十分重要的位置,它直接影响单片机实验教学的效果。本文总结传统单片机实验教学平台的优劣,提出新的实验教学平台模式,即以虚拟实验平台 Proteus 为主并对部分典型的实验有选择地进行硬件搭建实验平台的方式,旨在最大程度地激发学生学习兴趣和主观能动性,满足单片机实验教学中的不同要求,取得最佳的实验效果。 关键词:单片机; 实验教学平台;实验改革 “单片机原理与应用”是计算机、通信、自动化等专业的主干课程,具有很强的技术性和实践性。实践教学平台在单片机实验教学中占有十分重要的位置1,是“单片机”实验教学的基础,它直接影响单片机实验教学的效果。因此,许多高校及教师都在探索提高该课程实验教学效果的方法2-5 。 本文对传统的实验教学平台进行总结分类 ,阐述其优缺点,提出新型的实验教学平台,即前期采用英国 Labcenter electronics 公司研发的 EDA 工具软件 Proteus 作为单片机实
