下面是小编为大家整理的《信息管理制层次设计论文(精选3篇)》仅供参考，希望能够帮助到大家。摘要：学科竞赛是培养和提升计算机专业学生实践编程能力和创新能力的重要途径之一。结合相关学科竞赛，构建计算机相关专业程序设计类课程群，分析知识的关联性和层次性，优化课程群的整体结构，搭建在线训练平台，并合理引入一些竞赛题作为教学实例和课后习题，提高学生的学习兴趣，取得了良好的教学效果。
信息管理制层次设计论文 篇1：
高职计算机信息管理专业课程体系之构建
摘要：在提出计算机信息管理课程体系构建原则的基础上，对高职计算机信息管理专业ERP实训课程体系的构建进行了比较详细的探讨，旨在总结该课程体系构建的特色。
关键词：高职；计算机信息管理专业；课程体系；构建；专业特色
党的十七大提出了“发展现代产业体系，大力推进信息化与工业化融合”的新的科学发展观念，两化融合的概念就此形成。两化融合的核心是信息化支撑，2011年4月6日，工业和信息化部、科学技术部、财政部、商务部、国有资产监督管理委员会联合印发的《关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见》明确提出：“到2015年，信息化与工业化深度融合取得重大突破……完善高校学科和专业设置，加强信息技术职业教育，培养各级各类信息化专业人才。”随着两化融合的深入，社会对各层次信息人才的需求越来越迫切，需求量也越来越大。面对社会需求，一些高职院校开设了信息管理类专业，总体来看，高职计算机信息管理专业的建设比较缓慢，在发展中还存在很多问题。2011年，根据“关于制（修）订工学结合人才培养方案指导意见”的总体要求，结合我院本专业培养方向和专业特色，制定了新的人才培养方案。笔者拟结合此次人才培养方案的修订，提出对高职计算机信息管理专业课程体系建设的若干看法。
高职计算机信息管理专业的专业定位和培养目标
我院计算机信息管理专业于2002年开设，原专业名为“信息管理与计算机应用”，2004年根据《全国高职高专指导性专业目录》改名为“计算机信息管理”，隶属计算机工程技术学院（软件学院）。2012年，本专业有“ERP应用与服务”和“ORACLE数据库管理与维护”两个方向。本科层次的信息管理专业在专业目录上隶属于管理科学与工程大类，而在高职层次上则隶属于电子信息大类。对此，我们的理解是：该分类是以培养人才的层次不同为依据的。因此，高职计算机信息管理专业应将IT产业主流技术作为专业的发展内涵。
通过调研行业企业对信息管理人才的需求，我们对近三届毕业生就业岗位进行了跟踪调查，确定了计算机信息管理专业所对应的职业岗位群，本专业的岗位指向如图1所示：（1）初次就业岗：ERP专员、数据库专员、IT信息服务员（IT产品销售员、客服人员、系统售前助理、系统售后服务员、系统技术支持员等）；（2）目标就业岗：ERP助理工程师、数据库助理工程师；（3）职业发展岗：项目经理；（4）拓展岗：测试员、软件开发工程师等。
基于高职的使命和市场背景，我院计算机信息管理专业的人才培养目标是“培养熟练掌握企业财务会计工作方法，掌握信息管理和数据库应用的基本理论、方法和技术，具有ERP系统的实施与服务、数据库应用系统的开发维护与管理等能力，拥有良好的政治素质和专业素质，适应‘珠三角’信息产业、现代服务业及先进制造业等行业的高素质高技能型专门人才”。
计算机信息管理专业培养的“信息、服务与管理”型信息技术人才，既区别于普通本科信息管理专业高端人才，又区别于计算机学院下的其他信息类专业人才。“信息”指学生掌握计算机专业知识，具备信息技术使用和信息处理能力；“服务”指学生具备服务社会、服务企业的思想理念，能够在企事业单位从事IT 产品采购、IT 产品营销、技术服务、IT业务咨询服务等服务型岗位工作；“管理”指学生具备企业行业的知识，熟悉一般的企业业务流程。
高职计算机信息管理专业课程体系的构建原则
根据高职计算机信息管理专业人才培养目标，在遵循“知识、素质、能力协调发展”原则的基础上，专业课程体系由基本素质、专业基础能力、专业核心能力、专业综合性实践、专业拓展能力、拓展素质等6个模块构成。根据专业群建设的需要，按照“平台＋模块”的方式进行课程组合与课程教学组织。该构建过程如图2所示。
适应区域经济发展和产业结构需求的原则 要以专业调研为基础，深入分析专业面向区域内的就业岗位、岗位职责、工作内容、能力要求、任职资格等，关注“珠三角”地区未来的经济发展和信息管理专业领域的技术发展新趋势，准确定位，使课程体系既具有学校特色，又能适应区域社会经济发展和用人单位的需求。
校企深度融合共建专业机制的原则 课程体系的构建要紧密结合行业企业实际，突出“校企双主体”人才培养模式的办学理念，充分发挥行业、企业专家、专业指导委员会以及“教学企业”的作用，采用项目导向、任务驱动、订单培养以及“校企双主体”等工学结合人才培养的有效途径，探索校企合作的长效机制。
基于工作过程（项目导向）优化课程体系和教学内容的原则 要以就业为导向，以职业能力为目标，构建基于工作过程（项目导向）的课程体系。要按照职业岗位（群）的任职要求，参照相关的职业资格标准，围绕职业岗位及核心技能培养设置课程，建立基于工作过程和任务的、具有工学结合特色的现代高职教育课程体系。同时，实现课证融通。
“教学做合一”教学模式改革的原则 课程设置提倡理论与实践一体化设计，融“教学做”于一体。要重视学生校内学习与实际工作的一致性，校内成绩考核与企业实践考核相结合，探索课堂与实习地点的一体化。重视现场教学、项目教学、情境教学、案例教学以及模拟教学等，改革教学方法和手段。
以学生为本，促进学生创新创业能力提高的原则 要注意因材施教，注重学生个性发展和创新创业能力的培养，积极创造条件，并在尽可能大的范围内给予学生选择工作岗位方向、课程模块、课程及学习进程的自主权，促进学生创新创业和就业能力的提高。
高职计算机信息管理专业课程体系及课程设置
构建基于能力培养的课程体系 工作过程系统化是当前高职课程建设的最新理念。具体步骤是根据职业岗位群职责，分解该岗位包括的典型任务，分析典型任务对应的行动领域，明确学生所需的知识、素质与能力，推导出相关的学习领域。在课程构建过程中，首先确定计算机信息管理专业的目标岗位群是ERP助理工程师和数据库助理工程师，在归纳出6个典型工作任务的基础上，分别分析每个工作任务的行动领域，完成每个工作任务都需要两种以上的职业能力，细化行动领域可以得出各个岗位对应的学习领域，如表1所示。在对信息管理岗位群能力及其相关因素进行全面分析整理的基础上，可将职业能力归纳为计算机应用能力、数据库应用能力、网络应用能力、ERP应用与实施能力、系统开发能力等五大专业核心能力。课程与职业岗位的关系如图3所示。其中，网络技术、操作系统和Office系统是各个工作岗位的行动能力基础，由学院专业群“平台”模块课程组成，软件开发是计算机信息管理专业的核心课程，在课程体系结构图的最上端，由ERP技术和数据库技术组成，对应信息管理专业的两个方向，这些课程模块分别支撑相应的职业能力培养。
以专业群为依托进行课程组合和教学组织 专业群是高职院校教学组织的新形式，根据职业岗位群设置专业群是职业教育人才培养的重要特点。计算机信息管理专业和另外两个专业“软件技术”和“游戏软件开发”共同组成“软件与应用”专业群，专业群中的软件技术专业2010年是国家骨干高职院校重点建设专业。专业群背景下学习领域的课程体系是高职院校以重点专业为龙头，面向工作过程、典型工作任务和岗位节点的课程体系，是理论与实践教学一体化的现代职业教育课程模式。我们依托专业群进行课程组合和教学组织，建立了“平台＋模块”式的专业群课程体系，如图4所示。该课程体系建立了学院平台课、专业群平台课、两个专业方向的核心能力模块课程和两个专业拓展能力模块课程（选修）。每个专业核心能力模块包括5门课程，每个专业拓展能力课程模块包括3门左右的课程，基本素质课程模块（必修）包括军训和入学教育（含军事理论）、政治理论、体育、大学英语、计算机应用基础、就业指导等课程；素质拓展课程模块（选修）包括人文、艺术、创业方法与实训、现代信息技术、学生职业生涯规划、各种特长类项目、各种竞赛类项目、各种技能训练项目和各种社会服务项目等内容。
高职计算机信息管理专业课程体系的特色
我院计算机信息管理专业建设定位紧扣地方经济社会发展需求，立足珠海，遵循高职教育的办学规律，坚持以培养学生岗位职业能力与素质为重点，坚持改革创新，坚持“订单班”的特色教育，坚持教学质量的全程监控，旨在全面提高学生的综合素质。本专业课程体系的特色主要体现在以下方面：
依托国际合作的课程体系建设 2009年，我院的计算机信息管理专业进行了国际合作教学的探索与实践，首先，与ERP业界市场排行第一的德国SAP系统服务商合作开设了“SAP Business One订单班”。其次，积极与世界上公认的、最有影响力的企业软件供应商Oracle联系，成功加入甲骨文公司的Oracle Academy教育培训合作项目。“SAP Business One订单班”共育复合型信息管理人才，课程体系由双方商议确定，解决了“订单班”学生100%企业实习和80%从事SAP工作（SAP相关岗位是业界广泛认可的高薪、职业发展前景良好的岗位）的问题，实习学生受到企业认可和好评。在合作过程中，计算机信息管理专业负责ERP基础理论知识和技能课程教学，企业负责学生在实践中学习软件应用，进行项目管理和软件实施等课程教学。实习环节由企业工程师直接指导和管理，学生以员工身份接受任务，按照工作岗位的工作要求开展工作，最终完成合乎企业标准要求的系统定制开发或实施任务。Oracle公司与计算机信息管理专业开展合作，赠送给计算机信息管理专业的Oracle数据库、中间件、开发工具等软件价值约二百万元，同时，为计算机信息管理专业免费提供了大量信息技术相关课件、教师师资培训资格及学生认证考试优惠券（OCP在欧美业界属于年薪10万美金以上的顶级IT证书），双方在教学资源国际化、教学过程企业化等方面开展了合作。
系列化的实践平台 计算机信息管理专业积极与ERP生产与服务企业、ERP应用企业和现代服务企业等合作，校企联手设计了课程体系并开发了课程。本专业构建了系列实践教学平台，利用金蝶K/3 ERP系统、金蝶BOS开发平台、企业沙盘模拟系统等作为ERP课程体系的实践平台；采用Visual Studio、SQL Server数据库、Oracle数据库平台等作为软件开发和数据库课程的实践平台。实践教学环节包括“教学做”训练、项目实训、社会实践、技能考证及顶岗实习五个环节，采用多层次、分阶段的教学形式，实践教学做到三年不断线，逐步提升学生的知识和技能，实现了学生向企业“准员工”的转变。
多样化的社会服务 我院在课程体系构建过程中，积极承担各种社会服务进行辅助教学，主要方式有：各类纵向项目、面向企业的信息化项目、面向学校的信息化项目、面向行业企业的培训和服务等等。近年来，专业群共承担包括校企合作项目在内的省、市各类科研项目13项、教改项目9项，其中，有“粤港重点攻关项目”1项、省自然科学基金项目3项。通过校企合作完成了包括珠海市高新技术创业服务中心的“知证网”在内的21项技术服务项目，完成产品自主研发2项，为广东远光软件有限公司等单位培训员工1680人次。
课程体系融入层次化的专业技能 本专业实行证书递进制，为学生分层次就业创造了广阔的空间，学生在校期间，相关专业技能证书考试贯穿始终。这些证书包括：会计证、高新技术各模块认证、金蝶K/3ERP工程师各模块认证、Sap businessOne认证和Oracle OCA认证等等。这些证书的获取既是对学生所学知识和能力的认可，同时，也极大地提高了学生就业的竞争力。
经过重建计算机信息管理专业课程体系，我院在计算机信息管理专业建设上走出了一条具有高职教育特色的新路子。目前，本专业与多家国内外知名的ERP和数据库软件厂商建立了良好的校企合作关系，并在2011“金蝶杯”大学生创业大赛上荣获广东省二等奖，本专业的特色教育使我院2010、2011届的毕业生成为直接受益者，两届毕业生平均就业率高达98.5%，2011年本专业5月份初次就业率统计数据为95.08%，优质就业率达到60%以上。我院的计算机信息管理专业虽然在专业建设中取得了一定成绩，但仍需继续努力，我们要坚持改革创新，坚持“订单班”的特色教育，坚持教学质量的全程监控，争取将本专业建设成省内乃至国内一流的特色专业。
参考文献：
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[4]陈健，田祖佑．高职工作过程系统化课程开发研究[J].职业技术教育，2011，（5）：19-20．
[5]侯炳辉.复合型信息化人才的培训与认证[J].计算机教育，2004，（1）：58-59．
作者简介：
周文琼（1969—），女，重庆市人，硕士，广东科学技术职业学院高级工程师，计算机信息管理教研室主任，主要从事企业信息化及信息系统开发，现从事ERP、数据库应用研究以及软件测试等课程教学研究。
作者：周文琼 王乐球 邓洁
信息管理制层次设计论文 篇2：
结合学科竞赛的计算机专业程序设计类课程群建设
摘要：学科竞赛是培养和提升计算机专业学生实践编程能力和创新能力的重要途径之一。结合相关学科竞赛，构建计算机相关专业程序设计类课程群，分析知识的关联性和层次性，优化课程群的整体结构，搭建在线训练平台，并合理引入一些竞赛题作为教学实例和课后习题，提高学生的学习兴趣，取得了良好的教学效果。
关键词：学科竞赛;程序设计;课程群;教学改革;课程体系
1 引言
学科竞赛是培养和提升大学生综合能力的重要手段之一，也是促进教育教学改革的重要途径[1]。对于计算机等工科专业而言，参与学科竞赛有助于提高学生的工程实践能力和创新创业能力，对学生深造和就业具有积极的作用，为此，学科竞赛也越来越受到高校师生的关注和重视，学科竞赛的参与面及参赛成绩也成为评估高校本科教学水平和质量的一个重要指标[2]。学科竞赛对于促进教学改革和专业建设也具有重要意义，将学科竞赛与课程建设相结合，优化和完善现有课程体系，有助于提升人才培养质量。
2 结合学科竞赛的课程群建设
课程群是由多门彼此独立但又关系密切的课程所组成的一个集合，是为实现某一培养目标由多门性质和内容相关或相近的子课程构成的一个课程体系[3]。结合学科竞赛，对计算机等相关专业的程序设计类课程进行合理的优化和改革，分析知识点的关联性和层次性，构建程序设计类课程群，推动教育教学改革[4]。
湖南中医药大学目前有三个计算机信息类专业，分别是计算机科学与技术、信息管理与信息系统、医学信息工程，基于这三个专业的培养方案，选取部分核心课程，构建“程序设计类课程群”，核心课程包括《C语言程序设计》《面向对象技术（Java）》《数据结构》和《算法分析与设计》，我们主要参加的程序设计类相关学科竞赛包括中国高校计算机大赛-团体程序设计天梯赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛、CCPC中国大学生程序设计竞赛、ACM-ICPC国际大学生程序设计竞赛亚洲区域赛、全国中医药院校大学生程序设计竞赛、湖南省大学生计算机程序设计竞赛（程序设计类）等[5]。
程序设计类学科竞赛涉及多门程序设计类课程所教授的内容，例如编程语言基础知识、字符串的输入和处理、常用数据结构、经典算法、数论、图论等知识，很多知识都融合在《C语言程序设计》《面向对象技术（Java）》《数据结构》和《算法分析与设计》等课程中。通过构建程序设计类课程群，对每门课程中每个教学单元的教学内容和教学目标进行剖析，从课程群的角度出发，分析知识的关联性和层次性，避免部分内容在多门课程中重复讲授，注意课程内容的衔接和难度的递进关系。《C语言程序设计》和《面向对象技术（Java）》要求学生打好编程基础、复习一些简单的数学知识、训练逻辑思维能力，《数据结构》要求学生掌握常用的数据结构和相关算法并利用这些数据结构解决实际问题，《算法分析与设计》要求学生掌握分治算法、贪心算法、动态规划、回溯法和分支限界法等常用算法并学会灵活使用这些算法解决实际问题。这些课程的教学内容全部是目前程序设计类学科竞赛的核心命题范围，大部分的赛题均围绕这些知识点来命题。当然，也有部分赛题涉及《高等数学》《数值分析》《组合数学》《数论》《计算几何》等课程的内容。因此，结合相关程序设计类学科竞赛来促进和检验教学效果，以学促赛，以赛助学，专业课程学习和学科竞赛相辅相成，相得益彰。
为了更好地结合学科竞赛开展课程教学工作和课程群建设，我们参照目前ACM大学生程序设计竞赛的训练和比赛模式，参考学科竞赛模式和兄弟院校的成功经验，搭建了湖南中医药大学OJ（Online Judge，在线判题平台），申请了校级二级域名http：//acm.hnucm.edu.cn/，学生可以在学校机房或其他地点利用该平台做编程实验和练习。目前该平台已有《C语言程序设计》练习题200多道，这些题目也可以作为《面向对象技术（Java）》的练习题。此外，目前平台还有《数据结构》练习题近100道，《算法分析与设计》练习题50多道，练习题库还在不断建设和完善中。通过引入OJ系统，该系统自动对学生提交的代码进行在线判断，自动提示所写程序是否正确。学生在该系统上以学号和真实姓名注册，任课教师可以随时跟踪和了解学生的做题情况。由于OJ平台自带自动判题功能，无需人工批改，可极大降低教师的工作量，而且教师可以通过查重功能了解学生的代码重复率，了解学生是否存在抄袭作业的现象。在后续我们还将对已有OJ系统进行进一步完善和扩展，可以分析学生对各个知识点的掌握情况并提供智能推荐功能，为学生自动推荐练习题，完善学生的知识结构体系。除了使用我們自己搭建的OJ系统外，在《数据结构》课程教学中还使用了南阳理工学院的OJ（http：//acm.nyist.edu.cn/JudgeOnline），在《算法分析与设计》课程教学中还使用了国内知名度最大的两个OJ系统，分别是北京大学的POJ（http：//poj.org/）和杭州电子科技大学HDU（http：//acm.hdu.edu.cn/）[6]。目前很多企业的招聘笔试和高校的研究生复试也采用类似OJ系统在线做题和判题，因此，在OJ系统上做题可以让学生提前为后续求职和深造的在线笔试热身。
此外，我们结合课程知识点选取部分赛题作为课程练习题和考试题。通过分析历届湖南省大学生计算机程序设计竞赛（程序设计类）、全国中医药院校大学生程序设计竞赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛等竞赛的真题，选取一部分难度合适的题目作为日常教学的案例或者练习题。以湖南省大学生计算机程序设计竞赛为例，在讲授《C语言程序设计》的“C语言表达式和控制流程”时要求学生完成第六届竞赛A题“汽水瓶”和B题“弟弟的作业”、第七届竞赛B题“报数游戏”、第八届竞赛A题“三家人”、第九届竞赛J题“搞笑版费马大定理”、第十一届竞赛B题“大还是小？”和J题“又一道简单题”等赛题，这些题目难度较小，在程序设计竞赛中属于简答题，部分赛题既考查了学生的编程基础又考查了学生的思维能力，是非常好的编程基础训练题;在讲授“字符和字符串处理”时要求学生完成第六届竞赛C题“数字整除”、第七届竞赛A题“一二三”、第八届竞赛B题“机器人的指令”、第十届竞赛C题“酷酷的单词”和第十一届竞赛H题“聊天止于呵呵”等赛题;在讲授“数组”时要求学生完成第九届竞赛C题“字符识别？”。在《数据结构》课程中讲授最短路径Floyd算法时引入第六届竞赛的G题“Repairing a Road”，讲授最短路径Dijkstra算法时，引入第十一届竞赛的E题“简单的图论问题？”详细讲解Dijkstra算法的应用，结合第八届竞赛 F题“Kingdoms”讲解最小生成树算法。程序设计竞赛中其中一个重要的命题领域是计算机算法的掌握与运用，因此，在《算法分析与设计》课程中可以将历届竞赛中部分相关赛题作为课堂讲解实例或课后练习题，例如结合第七届竞赛F题“打怪升级”和第八届竞赛J题“病毒”等赛题讲解动态规划算法，结合第八届竞赛H题“Tin Cutter II”和第十届竞赛K题“Kick the ball！”等讲解搜索算法中的回溯法，结合第十届竞赛I题“残缺的棋盘”等讲解搜索算法中的分支限界法。大部分赛题都基于一些具体问题命制，题目质量较高，是非常好的教学实例和课后习题。在程序设计类课程的教学过程中引入这些竞赛真题，让学生了解竞赛的形式和命题风格，有助于竞赛的准备，同时也可以更好地为教师的教学工作服务。
课程群的建设和优化还有助于更好地组建学科竞赛指导教师团队，相关课程的任课教师可以从不同角度对参赛学生及团队进行指导。在程序设计类学科竞赛的赛题中，既包含一些简单的字符串处理和基础数学题，也会有一些考查栈、队列、二叉树、图等的数据结构题，还会有一些考查分治算法、动态规划、贪心算法、回溯法和分支限界法等经典算法的赛题。因此，对于程序设计类竞赛而言，在平时的集训和赛前辅导中，承担《C语言程序设计》《数据结构》《算法分析与设计》等课程教学任务的教师可以各自负责部分所擅长内容的竞赛辅导工作，充分利用当前已有的OJ系统，指导学生参加学科竞赛并取得好成绩，实现以竞赛促进教学，通过教学反哺竞赛的目的。
3 实施效果
通过学科竞赛促进计算机专业程序设计类课程建设取得了一系列成果，《C语言程序设计》《面向对象技术（Java）》、《数据结构》和《算法分析与设计》等课程教学质量和学生整体成绩有所提升，学生的教学评价满意度同时也得到提升。
近三年来，湖南中医药大学学生参加中国高校计算机大赛-团体程序设计天梯赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛、CCPC中国大学生程序设计竞赛、ACM-ICPC国际大学生程序设计竞赛亚洲区域赛、全国中医药院校大学生程序设计竞赛、湖南省大学生计算机程序设计竞赛（程序设计类）等学科竞赛取得了一系列突破，多次获得省部级及国家级奖项。例如，湖南中医药大学代表队在2018年“中国高校计算机大赛-团体程序设计天梯赛”全国总决赛中获得三等奖和湖南省二等奖;2018年获中国大学生程序设计竞赛女生专场银奖一项和中国大学生程序设计竞赛全国邀请赛（湖南）铜奖两项;近三年来有40多人次获得蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛湖南赛区C++和Java软件开发大学组三等奖及以上，多名同学获得湖南赛区一等奖并晋级全国总决赛，在全国总决赛中获得二等奖和三等奖多项;近三年在湖南省大学生计算机程序设计竞赛中获得三等奖及以上10多项，获得全国中医药院校大学生程序设计竞赛一等奖和二等奖共7项。
学生的编程能力和动手实践能力有明显增强，在参赛学生中，多名学生保送或者考取哈尔滨工业大学、中南大学、湖南大学等知名高校硕士研究生，部分学生就职于百度、腾讯等知名企业，人才培养质量得以显著提升。
4 结语
以学科竞赛促进课程群建设，以课程群促进学科竞赛的开展，相辅相成，相互促进，取得了良好的效果。通过学科竞赛，对《C语言程序设计》《面向对象技术（Java）》《数据结构》和《算法分析与设计》等课程的教学目标、教学内容、重难点等进行重新梳理，构建更为科学合理的程序设计类课程群，并在课程教学过程中引入竞赛所采用的OJ在线判题平台，提高学生的学习兴趣，教师可以更好地跟踪和监控学生的学习和练习情况。在教学过程中结合历届相关赛事的真题作为講解实例和课后练习，让学生可以了解竞赛的形式和内容。结合学科竞赛推进计算机专业程序设计类课程群建设，可以更好地优化现有课程体系，增强学生的动手实践能力和问题解决能力，有助于提升教学效果和人才培养质量。
在今后的工作中，将进一步完善现有的赛题库和练习题库，优化和完善现有OJ在线判题平台的功能，增加习题推荐和学生知识结构分析评估等模块，完善现有的教学大纲和培养方案，更好地发挥学科竞赛在人才培养中的作用，促进新工科建设。
参考文献：
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作者：刘伟 黄辛迪
信息管理制层次设计论文 篇3：
文科院校计算机系统实践教学研究
摘要:本文介绍了在文科院校没有计算机硬件实验条件下,借助EDA软件来解决计算机实验的问题。文章分析了计算机实验对计算机硬件教学的重要性,并以层次化方式设计了以EDA软件Quartus II为实验平台的计算机系统实践教学方案,为缺乏硬件实验设备的院校探索了一条经济适用,简单易行的实践教学方法。
关键词:计算机系统;仿真实验;EDA
随着计算机技术的普及和深入,很多文科院校都开办了计算机相关专业,如信息管理与信息系统专业和电子商务专业,虽然这些专业有的隶属于管理学院,有的以独立学院的形式出现,但无论以何种形式存在,计算机类课程都是其教学的主要内容。在本科教育从精英人才培养向普及型教育转变的时代,人才培养的目标已从过去培养造就研究型人才向具有坚实理论基础和丰富实践能力的应用人才培养目标转变。为此,文科院校开设的计算机课程越来越多,这种以实验技术为基础的课程看不见、摸不着,完全靠实验来了解其内部工作过程的课程令文科院校学生十分困惑,因此,在文科类院校建立计算机教学实验环境就是迫切需要解决的问题之一。
1文科类院校计算机实验所面临的问题
众所周知,计算机类课程属于理工类课程,而理工类课程的学习就离不开实验室,这对理工类院校的专业来说不是什么问题,但对文科类院校,由于过去多年形成的惯性思维和基础环境,对实验课理解的偏差,把计算机实验片面理解成计算机软件的使用,把流程的模拟软件当作了计算机实验。因此,文科院校几乎没有像理工院校那样的实验室,所谓的实验室就是几个计算机房,安装一些常用软件或模拟软件,如Microsoft Office、EVIEWS、QSB等,学生无法完成探索性实验。这一方面是由于人文科学的实验受主观因素影响比较大,过去以定性研究为主,即使现在大量引入了定量分析,也主要是借助统计学理论进行数据处理,其对实验环境要求也不像理工科那么直观。在这种大背景下,文科院校很难建立像理工科院校那样的专业实验室也是情理之中。这对需要掌握计算机内部结构知识的计算机相关专业,如信息管理与信息系统专业的基础教学影响很大。由于计算机底层知识(如数字逻辑、计算机组成原理、计算机网络等课程)需要大量实验支撑,致使这些课程的教学缺乏直观性、可操作性,严重影响了教学效果和学生的学习积极性,本来比较直观、深受学生喜爱的实践应用型课程就完全变成了理论课,没有实验环境和实验课,给学生的理解带来很大困难,结果是学生不喜欢上这些课程。
事实上,在文科院校建立像理工类院校的实验室也不现实。首先是利用率问题,相比理工院校,在文科院校的理工类专业学生人数少,使用这类实验室的也只有本专业的学生和极少数选修二学位的其他专业学生。人数少,专业单一,这就很难保证实验室的利用率。其次是认识问题,这类院校中信息管理、电子商务等专业都不是学校的主流学科,既然不是主流学科,当然也不是投资重点,能保证对其他学科的支撑保障作用就足以,投入“巨资”发展是很难的。
正确认识自己的地位和环境之后,我们应该学会在夹缝中寻求发展,探索一条适合文科院校实验室建设的新思路。我们探索了计算机实验教学模拟化方法,这也许是一条在机房建立实验室的可行之路。
2当前实验和模拟教学软件的发展现状
计算机教学软件分为模拟教学软件和实验软件,模拟教学软件近年有了飞速的发展,但应用领域很不平衡,在中小学电子辅导材料中深受学生欢迎的计算机模拟实验演示软件直到近年教育部提出重点发展实践教学以后才引起高校的重视。事实上,计算机辅助教学技术的发展已经达到了相当高的程度,只要看看在计算机辅助设计中大量使用的软件,在电子游戏中大量使用的参与型操作软件,就能想象到这些技术应用到计算机实验和模拟教学中会产生多大影响。相对而言,现在财经类大学深受欢迎的各种操作实务型过程模拟软件,在代替学生直接参与企业实践方面发挥了有效的作用,是培养学生掌握某一特定技能的高效模拟软件。如上海育文公司的“科荣电子商务模拟教学软件”、网络证券、期货、外汇、财会网络系统和电子银行模拟软件、上海远恒电子工程有限公司的“YHLog物流模拟实习平台”实验室教学软件等都得到了很好的应用,特别是一些主要软件提供商,像用友和金蝶等也推出了教学版软件。
应用在计算机技术方面的教学模拟软件近几年发展迅速,有思科网络学院推出的各种模拟器(如Routersim CCNP),OPNET Technology公司的OPNET Modeler,UC Berkeley开发的NS2,Cadence公司的SPW仿真软件,以及华为公司的网络实验模拟器软件,这些实验模拟系统都是网络公司针对自己产品特点而设计的,推出的目的是配合网络管理人员学习本公司产品的使用方法,很难作为学生学习一门课程的教学实验软件。这类软件重视操作,对学生理解掌握原理和研究探索作用不大,属于培养技能的教学软件。
在计算机方面可以作为仿真实验的主要是一些功能比较完善的EDA软件,如Altera的QuartusII,Xilinx的 ISE,Lattice的ispLEVER等数字电路设计仿真软件,这些软件为用户提供了各种门器件、编码器、译码器、加法器、触发器、组合逻辑器件、时序逻辑器件等数字电路常用器件,用户可以用这些器件自由地搭建各种数字电路,构建计算机。软件提供的仿真工具可以让用户方便地进行数字电路仿真分析,这些软件作为辅助工具应用于实验课的模拟教学,作为没有硬件实验室院校学生教学实验,可以大大提高这类院校学生对相关课程的理解和兴趣。
3计算机系统实验方案
没有配备计算机硬件实验环境的文科院校,计算机硬件课程教学以理论讲授为主,缺少实验支持,学生学习硬件缺乏兴趣,对内容的理解不深刻,学习主要靠死背硬记,教学效果欠佳。在教育部关于提高教学质量的1、2号文件精神指引下以及利用计算机模拟教学的呼声日渐受到教育主管部门的重视的大背景下,我们尝试了用Altera公司的QuartusII作为计算机系统的实验模拟工具,收到了良好效果。
课程实验设置分为三个层次阶段,第一阶段是基础电路实验阶段,学生完成组成计算机单元电路的设计和仿真实验;第二阶段是计算机组成实验阶段;第三阶段是控制器设计和运行实验阶段。
3.1电路基础实验
基础电路实验的目的是使学生掌握各模块功能,重点理解逻辑电路和时序电路的差异,实验包括加法器、译码器、寄存器的设计和仿真。加法器实验从1位加法器开始,把逻辑表达式转换成逻辑电路,实验电路如图1所示。把设计好的电路封装后组成4位加法器,并通过功能仿真实验观测设计的正确性。例如,被加数Ai(i=0,1,2,3)的值为0010,加数Bi为0101,输出和Si(i=0,1,2,3)为0111,学生可以从仿真波形图中直接读出结果。
图1一位全加器电路
3.2CPU组成实验
第二层次阶段是计算机组成实验,这一阶段的重点是使学生掌握功能模块的输入/输出控制机制和总线概念。实验包括算术逻辑运算器ALU实验,存储器MEMORY,累加器Accumulator,计数器COUNTER等。控制器和指令译码器不在这个阶段实验,把它以一个黑匣子代替,由老师给定。ALU实验重点学习、观测各运算部件的连接,建立总线概念,了解三态门的作用。存储器实验重在理解地址译码器的选择功能和输入输出控制信号的作用。而累加器实验重点关注其内容判断功能,如为零,为负等。这些部件的仿真在功能仿真基础上要以时序仿真为主。
在掌握功能模块输入/输出控制之后,进行基本CPU组装实验,为此,需要提供具有给定指令集的控制器电路,我们设计了用只读存储器实现控制器的电路。这部分相对较难,在作实验时,可以由教师提供现成的模块由学生引用。学生按照冯•诺依曼思想,把各部件组成CPU。
作为计算机课程的入门硬件课,到此实验已经足够了。如果学生已经学过汇编语言,或者有足够的课时,可以考虑指令系统和控制器的设计。
3.3指令集和控制器实验
本控制器采用ROM存储器的微指令方式来实现。控制器设计首先是指令集设计,由于指令设计不是本课程的内容,可以由教师给定,然后把指令按时钟节拍分成多个微指令,确定每个节拍所涉及的控制信号,每个控制信号占用1条控制总线,如计算机CPU有15个控制信号,基本指令31条,指令最多节拍为6个节拍,则需要作为控制器的存储器容量为31×6×15bit,我们选择256×16存储器作为控制器,指令操作码作为存储器高位地址,节拍序号(6进制计数器输出)为低位地址,这样每条指令就需要占用8个存储单元(其中2个为空),每单元16位输出。使用Altera 公司的QuartusII 直接把微指令代码文件写入ROM模块即可。
3.4系统运行实验
整个系统设计好后,可以把系统下载到FPGA仿真版
进行运行实验,Altera 公司开发板种类很多,我们自己开发了PMC110计算机实验系统,学生可以把自己设计的CPU下载到该实验板进行运行,同时,可以按照自己的指令集设计汇编语言程序在该CPU上运行。
4结论
通过在文科院校开展模拟实验,增强了学生学习计算机硬件课程的兴趣和学习热情。没有开实验课之前,选课人数逐年下降,模拟实验课开设后,选课人数明显回升。
学生对计算机系统的理解明显提高,特别是对计算机中的资源有了更加清晰的认识,对常数、变量、数组和存储器的关系有了新的认识;对其他课程的支撑力也有很大提高,原来学生对指针很难理解,现在感觉容易多了;再就是增强了学生的动手能力,原来很多学生惧怕硬件,特别是女同学更是如此,现在认为硬件比软件简单很多。
作者：赵星秋 高 琢