计算机接口技术论文范文

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1引言

《计算机接口技术》课程是计算机科学与技术专业的一门专业主干课程，是大学本科生掌握计算机硬件基础知识和常用接口技术的入门课程[1]。课程由微型计算机工作原理和微处理器、汇编语言程序设计、常用接口技术三个部分组成。该课程目的使学生通过本门课程的学习，掌握计算机系统的构成，建立起整机概念，并培养学生具有一定的独立分析和解决问题的能力，为后续课程的学习以及将来的工作奠定坚实的基础。但由于本门课程是一门实践性很强的课程，并且具有知识点多、概念抽象、理论性强等特点，学生掌握起来并非易事，就以往学生的反应，此门课程学习难度大，知识不易理解，普遍存在“重软件、轻硬件”的现象，大大降低了学生的学习热情，动手实践能力的培养也受到很大的限制，如何能够提高学生学习热情，激发学生的学习欲望，是需要解决的问题，笔者结合多年的教学经验和教学实践，在实验教学过程中进行了一些教学改革的初步探索。

2引用

proteus仿真软件Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是英国labcenterelec⁃tronics公司开发，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它包括原理图编辑与仿真软件包isis和布线编辑软件包ares两部分组成。Proteus7.5SP3及其以上版本新增对8086CPU及其相关接口芯片的仿真。硬件实验设备由于结构固定、资源有限且成本高、损耗大以及寿命低等缺点，pro⁃teus的引用对于改善教学实验环境，激发学生学习知识的求知欲，以及学习兴趣，提高教学效果，是一个不错的选择，此外，学生只要在自己的电脑上安装proteus软件后，可以不受时间和空间的限制，进行设计仿真操作，既节约了成本，又能充分发挥学生自己的思维和想象，对实验教学来说是一个课堂的延伸[2]。对于8086来说，将其编写好的源程序可通过外加EMU8086编译器生成.exe文件，然后在proteus上进行仿真，达到教学目的。Proteus的引用不仅可在实验教学上使用，也可在理论教学中使用，教师可以在课堂上边讲理论知识，边进行教学演示，直观形象，使学生对生涩难懂的知识进行有效的消化、吸收，是教学的有力的辅助工具。实践证明，引用proteus，达到了提高教学效果的目的，更加利于学生学习兴趣的培养。Proteus是教学的一个有利的补充，但它只是一个仿真软件，不能完全代替实物实践，仿真实验和实验箱上的实验还是有区别的，由于实际电路运行时表现的各种电气特性等，使在proteus上调通的，在硬件上不一定能够成功的实现，基于以上认知，采取proteus仿真实验和实物实验相结合的方法进行教学。要求学生先课下通过proteus软件进行仿真，模拟实验效果，再到实验室进行实际硬件电路的操作，查看实验效果，这种教学搭配，充分利用proteus仿真软件的形象直观性，增强学生好奇心，激发学生学习热情，同时提高学生的学习效率，达到更好的学习效果。

3课时安排

计算机接口技术课程主要分为微机原理、汇编语言程序设计和接口技术三大模块，共64学时，为兼顾各个模块之间的承上启下以及知识的连续性，主要分配学时如下表1：微机原理主要讲授微机基本知识，如微处理器、微型计算机、微机系统的概念以及微机的结构和工作原理、时序知识、指令系统等，汇编语言程序设计涉及内容有汇编语言源程序的格式、变量属性、分支结构、循环结构和子程序设计，接口技术涉及内容有存储器、输入输出接口、常用I/O接口芯片等。实践教学在整个课程中起着重要作用，通过实践，对理论知识进行消化和理解，同时学生的动手能力能够得到很好的锻炼，培养学生分析解决问题的能力，做到理论与实践有效的结合，实践教学总学时16学时，具体分配如下表2，其中汇编语言程序设计部分安排4学时，由于此部分上机实践只需计算机即可，不需其他硬件，学生在课上学习好程序的设计和调试方法后，可以利用课下时间在图书馆或宿舍完成作业和上机实践，节约课上学时，为其他内容的讲授提供充足的时间。接口技术实验共分为6次实验，分别为proteus的使用、8259中断控制器、8255并行接口芯片、8253定时计数器以及A/D、D/A转换。每次实验安排2学时，要求学生课下提前预习，为下次实验做充分的准备，保证每次实验顺利地进行，完成相应的实验任务。其中proteus的使用这一实验安排1次，是因为在本门课程学习之先，学生已学习过《电路制图与仿真》这门课程，此门课程主要介绍proteus软件的使用，因此在proteus的实验主要介绍EMU8086编译器的使用，学会使用proteus进行8086的仿真。常用接口芯片部分的5次实验均设置了基本实验部分和提高部分两个层次，其中基本部分要求每一个学生必须完成，按照电路原理图进行连线，编写实验程序，完成实验效果。提高部分要求学生在完成基本部分后，有余力的学生可对电路进行设计并编写相应的程序改善接口的性能。每一个层次的实验，要求学生进行现场演示。

4实验考核

实验评分标准分为实验操作部分、现场提问环节以及实验报告三个部分组成。学生抽签决定实验考核内容，并进行现场演示，教师根据学生实验操作过程、结果以及对现场的提问回答情况等形式进行现场评分，以激励学生学习主动性，达到教学目的。实验操作部分占实验总成绩的比例为50%，现场提问环节所占比例为30%，实验报告占20%，其中实验报告要求学生重点报告在实验过程中遇到什么问题，以及解决此问题的思路和方法以及实验的心得体会，避免抄袭和实验报告的形式化。

5充分利用多媒体

在进行实验教学过程中，充分利用多媒体，提升教学效果。为提高学生学习的热情，对于在实验过程中难懂的知识点，可以采用动画进行直观形象的演示，使学生更加能够领会实验的内容和目的，便于理解和记忆。

6结论

《计算机接口技术》是一门理论性和实践性都很强的课程，对于此门课程的教学也是一个不断学习和探索的过程。对于本门课程的改革实践，实验教学效果有了很大改善，学生主动性、学习热情有所提高。此课程是一门公认的教师难教、学生难学的课程[3]。随着时代的发展，计算机接口技术课程也应与时俱进，需要不断完善教学体系，更新教学内容，寻求新的教学方法，提高教学效果，充分调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的综合能力、科学素质，为社会培养更多高素质的复合型人才。本课程的改革是一项长期艰巨的任务，需要不断探索和完善。

作者:鄢艳红 单位:广州中医药大学医学信息工程学院

参考文献：

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《微机原理与接口技术》是高职高专计算机及相关专业必修的一门专业基础课，同时也是一门实践性和应用性很强的课程。经过理论和实验两方面的教学，使学生掌握微型计算机的基本工作原理，汇编语言程序设计的基本方法，微机系统与输入输出设备的典型接口电路和接口技术，并能综合运用软、硬件技术分析实际问题。《微机原理与接口技术》这门课程的学习涉及到很多先行课程，比如《模拟电子技术》、《数字电路》等，这些课程的学习效果往往对本课程的学习有一定影响，加之本课程的教学内容较多，各个知识点之间相互交叉又造成理解上的困难，需要学生记忆的内容太多，导致学生学起来较困难，从而失去了学习的信心，达不到预期的教学效果。针对这样的现状，作者结合自己的教学实践，谈谈对于该课程教学的思考。

一、让学生充分认识到该课程的重要性，提高学生的学习动力及兴趣

随着高校的扩招，就业压力的增大，学生密切的关注所学的知识是否能够促进自己未来的就业和发展，高职学生尤是如此，所以在教学过程中经常有学生提问说《微机原理与接口技术》这门课程晦涩难懂，学习它有什么实际意义，对我今后的学习和发展有什么作用。对于学生的提问我思考：其实在教学过程中第一节课是非常关键的，在第一节课里教师应该将本课程的内容进行整体的介绍并且要告诉学生学习该课程的意义。《微机原理与接口技术》主要讲述微型计算机的基本工作原理，汇编语言程序设计的基本方法，微机系统与输入输出设备的典型接口电路和接口技术三部分内容。第一部分内容的学习有利于学生对微机工作原理有深入地了解，直接地应用在嵌入式计算机、自动控制等方面，掌握它也有利于对后续课程的学习，比如《操作系统》、《编译原理》等，并且这一部分内容中介绍到的计算机内部各部件的结构又是汇编语言程序设计的基础。第二部分介绍的汇编语言程序设计是我们和计算机沟通最直接的方式，如果我们想从事计算机科学方面的工作的话，汇编语言的基础是必不可缺的，因为我们的工作平台、研究对象都是机器，我们通过汇编语言和机器交流，尤其在和硬件关系非常密切的程序或要提高运算速度的程序，即使是 C 语言也会有些力不从心，而汇编语言则能够很好扬长避短，最大限度地发挥硬件的性能。由于汇编语言和硬件密切相关，所以第一部分内容的学习一定要打好基础。第三部分内容是一些常用且典型的芯片，使学生能深层次的理解微机系统，为以后学习其他芯片打下基础。只有让学生认识到本课程的学习确实能对自己的就业和未来发展有用，才能激起学生学习的兴趣和动力，提高主动学习的热情。

二、改进教学方法，提高教学效果

《微机原理与接口技术》这门课程中有一些内容确实比较抽象，难于理解，又有很多知识点需要学生记忆，所以光有学习的热情还不够，正确的学习方法才能有事半功倍的学习效果。

1、在学生学习过程当中，要不断鼓励学生

《微机原理与接口技术》这门课程会分章节讲述构成微机的中央处理器，系统总线，存储器，输入输出设备和一些典型的接口电路以及它们的工作原理。我们知道微机是一个有机的整体，要讲清楚任何一个部件的工作原理都不可能只单独将这一部件拿出来讲，必然涉及到其他新部件，而其他新部件我们还没接触到，所以经常出现一个知识点还没讲清楚，又出现新的疑问，在整个课程的学习当中疑问会一直存在，直至该课程结束，也就是说只有到学期末所有的疑问才能搞清楚。还有这门课中最难的地方在第二章，本章知识理解起来困难，并且有大量内容（几乎全部内容）要求在理解的基础上记忆以便为后续的学习奠定基础，而这时学生刚刚开始接触这门课程便一下子觉得很难，容易产生放弃的思想。所以教师在整个学期别是学期初一定要不断鼓励学生：学习中存在问题是很正常的，随着进一步学习问题会得到解决，关键是坚持，树立学习信心。

2、对于抽象的概念和工作原理，老师要精心设计课堂教学，使晦涩难懂的知识变得浅显易懂

课堂教学是使学生获得知识最有效最快捷的方式。在教学过程中，真正做到“以学生为本”，提高课堂效率，我的体会是精心的进行合理、有效的课堂教学设计。合理、有效的课堂教学设计可以在最短的时间得到最好的教学效果。比如，本课程的教学安排中，先讲cpu内部寄存器后讲存储器分段，讲cpu内部寄存器时就要涉及到存储器分段，这样一来知识点前后交叉多，学生听不明白，老师也会觉得讲不清楚。换种思路，重新调整一下次序，先介绍存储器分段，讲清楚四种段、段地址和偏移地址以及物理地址的形成，再介绍cpu内部寄存器，4个段寄存器分别存放4个段的段地址，地址指针寄存器和指令指针寄存器用来存放偏移地址，这样讲符合学生接受知识的规律，用时较少而且教学效果好。

3、采用多媒体教学手段，更高效地完成课堂教学任务

随着信息技术的发展，多媒体技术在课堂教学中得到了广泛的应用。多媒体计算机使图、文、声、像集于一体，使教学内容形象生动富有感染力，使抽象问题形象化。一些抽象概念在单纯语言讲解的情况下，感性材料不足，说服力不强，通过多媒体可以把抽象的理论和抽象的模型具体形象地展示在屏幕上帮助学生理解。比如讲存储器分段时，说到存储单元物理地址唯一而逻辑地址不唯一时很多学生感到很困惑“逻辑地址不唯一”，传统教学手段凭教师一张嘴、一根粉笔、一块黑板有时很难讲清楚，这时采用多媒体动画的形式将存储器分段进行演示，它能够直观形象地让学生看出段与段之间的一种重叠关系，某个存储单元既属于A段又属于B段，从而得出这一存储单元逻辑地址不唯一，既记住了结论又很好的理解了结论推导的整个过程。

4、注重实践环节

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[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0094-03

“卓越计算机科学与技术工程师”（以下简称为“卓越计科工程师”）专业是西南科技大学省级“卓越工程师教育培养计划”试点专业之一，旨在培养具有系统的理论、工程技术基础、良好的职业素养以及科技创新精神的工程师人才。培养模式采用“3+1”培养模式（三年在学校进行学习，最后一年在企业进行联合培养），着重培养学生的个性发展以及实践和创新意识，更深层次的挖掘学生才能，使学生能够全面均衡的发展，培养满足企业需求的工程师。“微机原理”课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程，主要介绍微型计算机的基本概念、基本工作原理及接口技术。通过本课程的学习，使学生能够从应用的角度出发，在理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及常用接口技术；初步掌握汇编语言程序设计的基本方法和上机调试过程；建立微机整体概念，具备利用微机进行硬、软件开发的初步能力。[1]

一、微机原理课程教学中存在的问题

经过多年的微机原理课程教学，笔者发现大多数学生对“微机原理”课程的学习积极性差，教学效果不好，学生反映课程内容比较抽象难以理解，学起来枯燥缺乏兴趣，实验形式单一、方法单调，因而对课程的学习兴趣大大降低。[2] [3]其存在的问题主要有以下几点。

（一）学习主动性、积极性低

首先，“微机原理”课程教学内容综合了微型计算机软、硬件的理论知识，要求学生既要掌握扎实的计算机硬件理论知识，又要有良好的面向机器语言进行程序设计的能力。这对于大多数没有实践经验，特别是基础又不扎实的学生而言，就会觉得这门课程内容很抽象、难懂，因而导致学习兴趣下降，学习主动性、积极性低。其次，课程内容多，知识点比较散乱，班级容量大（大班教学），教学主要以“老师讲”为主，学生参与互动、讨论少。

（二）实验教学设计不合理

课程以理论教学为主，实验教学安排内容比较少，并且在实验教学环节上主要安排验证性实验。这使得学生不用自己设计实验控制电路和控制程度，阻碍了学生发散思维。同时，学生对于实验只是走过场，不用自己动脑，时间长了就会使学生产生惰性。因此，实验教学起不到融合、验证和巩固理论知识的目的。

（三）考核方式不合理

该课程的考核包括理论和实验两部分，理论成绩由平时成绩、期末考试成绩按不同比例构成。期末考试成绩占总成绩的70%，实验成绩占总成绩的20%，平时成绩只占总成绩的 10%。因此导致教学过程管理薄弱，对教学过程考核检查不足，学生只重视期末考试成绩，其结果是对以后课程的学习和企业实训起不到铺垫作用。

二、教学改革方案

科学合理的课程教学设计、教学内容、教学方法和考试方式对于“卓越计科工程师”专业的学生掌握微机原理具有十分重要的意义。面向“卓越计科工程师”专业的“微机原理”课程的教学方案应着眼于四个课堂的有机结合，落脚点为课堂教学、实验教学、课外科技创新实践与企业实训，注重培养学生的个性化发展和自主学习。同时，以培养满足企业需求的工程师为目标，以学生实践和创新意识为主线构建课程的教学内容，以“应用”为主导选择课程的教学方法。

（一）以学生实践和创新意识为主线构建课程的教学内容

第一次课进行学前动员，不立刻讲授课程的内容，而是对课程作整体性、概括性的介绍，使学生明白课程的重要性及特点，让学生明白学习本课程对于熟悉和掌握现代计算机的基本概念和技术以及学习后续相关课程均具有重要意义。这样做能有的放矢，激发学生学习的动力。第一次课后，学生就会以主动和比较轻松的心态来学习后续章节的内容。

“微机原理”的基本理论与核心接口技术是课程重点讲授的内容，同时适当引入现代高性能和多核微处理器的先进技术及典型结构。现实中存在多种类型的微型计算机，但不论是哪种微机，都包含微处理器、存储器、并行/串行接口、定时器/计数器电路、A / D与D / A转换电路等几大模块，其对应的章节包括计算机的基本组成及工作过程、微处理器结构、指令系统、汇编语言程序设计、存储器、输入与输出、可编程I / O接口电路、A / D与D / A转换电路、总线及常见总线标准和高性能微处理器的先进技术及典型结构等。对于这些章节，重点讲授计算机的基本组成及工作过程、微处理器结构、存储器、接口技术。在学习各个知识点时，既要强调其是“基本理论”，又要要求进行“实践”。“卓越计科工程师”专业在进校的第三学期开设“数字电路和模拟电路”课程，学生对微型计算机硬件电路组成已有初步了解。在讲授“微机原理”的过程中，结合“数字电路和模拟电路”来讲解，能使学生对微机原理有一个感性认识，也加深对微型计算机组成原理的理解。如硬布线控制器原理，主要由环形脉冲发生器、指令译码器和微命令编码器组成，学生很难理解它的实质。这时就可以将硬布线控制器中的电路原理直观地展现给学生，方便学生理解记忆。在讲授微机基本原理和接口技术的同时，适当引入一些目前应用的新理论和新技术，让学生了解微型计算机的发展最新趋势，进一步激发学生的学习动力。如讲存储器时，可加入虚拟存储技术和云存储等新技术。

（二）以培养满足企业需求的工程师为目标加强实践教学

从教学课时和教学内容上加强实践教学。“微机原理”除了一些基本原理外，主要介绍各种接口技术，而这些接口技术在理论课中只抽象地介绍接口的工作原理，因而必须通过实践，让学生来设计接口电路，编写接口程序，少讲多实践，以此加深对微机接口技术的理解。具体的实验项目有微机仿真开发系统应用、模数与数模转换、键盘显示器接口、微机串行口通信、PCI设备操作、可编程并行接口、可编程定时 / 计数器与中断控制和基于微机的串行口通信8个单元实验，以及1个基于微机或单片机系统的自选题目的综合实验。实验项目多，需增加教学的学时。

微机原理实践教学平台可以有多种，包括固定结构的实验箱、软件仿真实验、基于FPGA的在线实验和基于E-Lab的硬仿真软件。[4]其中基于FPGA的在线实验和E-Lab的硬仿真软件实践教学模式充分利用现代信息技术，同时也保留了传统固定结构的实验箱模式的优点，可为实验教学提供实践平台，为“卓越计科工程师”专业学生设计多层次的实验项目。第一层次的实验主要为基础单元实验，主要包括：①数模和模数转换接口实验，实验目的是深化数模和模数转换电路的基本原理和接口方法、模数和数模转换芯片（ADC0809、DAC0832）的工作性能，掌握模数和数模转换的编程方法；②键盘显示器接口实验，实验目的是掌握键盘显示接口芯片8279与单片机的硬件连接方法、8279的编程方法，以及单片机内部定时器的使用方法；③微机串行口通信实验，实验目的是深化异步串行通讯的基本原理，掌握用微机串行口设计实现异步串行通信的方法，掌握串行接口芯片8251的工作原理和使用方法；④PCI设备操作实验，实验目的是了解PCI设备的工作原理和自动配置过程，掌握PCI BIOS的使用方法，熟悉自行开发的PCI实验接口卡的使用，为后续实验打下基础；⑤可编程并行接口实验，实验目的是深化并行接口的基本原理和实现方法，掌握并行接口芯片8255工作原理和使用方法；⑥可编程定时 / 计数器与中断控制实验，实验目的是深化PC机中断系统的基本原理，学会编写中断服务程序，掌握定时 / 计数器芯片8253的基本工作原理和使用方法。第二层次的实验是系统综合实验，通过学生自己动手，建立微机系统整体概念，训练系统综合设计能力和创新能力，如基于实验平台，自行完成实验项目（参考项目名称：电子琴、步进电机控制、温度控制系统、数字录音机、电子游戏等）。第三层次的实验是基于微型计算机的嵌入式系统设计实验。上面的前两个层次的实验面向所有学生，最后一个层次的实验主要针对创新和实践能力较强的学生设置。

（三）以“应用”为主导选择课程的教学方法

1.角色变换与混合式教学方法相结合。首先，教师要完成从“以教师为中心”的传统教学观念转变到“以学生为中心”的新观念。其次，教师要完成角色的变换，从以讲台为主的角色转变为指导为主的角色，教师在课程教学过程中主要发挥讨论、评价、导论的作用，对学生的学习进行指导、互动和示范，当好学生的课程学习服务员。再次，最重要的是要变革课堂教学方式，利用基于MOOC开放课程资源和翻转式 / 混合式教学模式提高课程教学效果。基于MOOC开放课程资源和翻转式 / 混合式教学模式的核心是让学生成为学习的主人，学生除了课堂时间外，还可以利用个性化时间和碎片时间进行课程学习。同时，学生自学、相互学习、师生互动、学生与学生互动及教师指导成为重要的学习方法。[5] [6]

2.学生以小组形式进行学习。“卓越计科工程师”专业培养具有扎实的计算机科学与技术理论基础，系统熟练地掌握计算机科学与技术学科专门知识及基本技能，并具备团队协作和有效交流能力、优秀的科学文化素质及创新实践能力，能从事软硬件工程技术研制、设计、开发、管理、服务等工作的应用型、复合型的高级技术人才。由于软硬件开发和管理是一项复杂性系统工作，这就要求开发和管理人员具备很强的创新实践能力、团队合作能力、自学能力以及组织协调能力。学生以学习小组形式进行学习可以很好训练学生的这些能力。把班级学生按照性别比例、性格特长、宿舍、成绩、团结协作能力等均衡合理划分各学习小组（3到5人为一组较为合适）。在课堂上，主要以小组为单位进行讨论、提问，同样在实验及课后作业或基于MOOC开放课程资源学习等上也还是主要以小组为单位，在课程结束后以小组为单位进行课程考核。为了能让小组的每一个成员有机会得到能力的锻炼，在进行提问、讨论、实验等教学过程中小组成员必须轮换阐述本小组学习成果及观点。这样的学习方法会使那些学差生在小组其他学生的帮助下变得主动学习。

（四）以考核学生创新能力为原则突出项目实践成绩

现有的考核方式（期末考试成绩占总成绩的70%，实验成绩占总成绩的20%，平时成绩只占总成绩的10%）忽视了课程教学过程的重要性，只重视课程基本理论教学，轻视教学实践，重视知识概念的记忆，轻视创新实践能力。因此对于“卓越计科工程师”专业学生的培养来说，应建立以学生创新实践能力为导向，以注重学生能力考核为主的考核方案，切实培养学生的团队协作、有效交流、创新、实践等能力。可将考核成绩中平时成绩占总评比例的10%增加至30%，其中平时成绩主要由课堂参与小组讨论、回答问题、参与课堂互动、课堂作业、出勤、阶段性大作业情况等共同构成，降低期末考试比例，并且在期末试卷中增加主观题的考查内容。同时，在实践考核中，不能仅仅以实验结果来判断学生实践成绩，而是应该注重考核学生分析问题、解决问题的能力，突出项目实践成绩。

（五）锻炼学生社会适应性能力和培养自学能力

科学技术的发展日新月异，竞争日益激烈，人们要跟上不断发展变化的社会，就需要自学。就“微机原理”课程的学习内容和学习要求来说，相对中学课程内容的学习比较灵活，发挥的空间大。因此，课程教学过程中应鼓励学生自学与课程相关和感兴趣的知识，这对于提高学生科学素质和专业技术能力是非常有帮助的。首先，教师在专业课程的教学中让学生意识到自学的关键性。其次，结合MOOC开放课程资源，让学生自主学习本课程或相关课程知识点，布置适量课后作业或课后论文，让学生自主完成。最后，教师要检查学生课程的自学情况。检查形式可多样，如组织讨论、QQ群互动或开报告会等，鼓励学生阐述通过自学所得，以此进一步激发学生的自学热情。

在“微机原理”课程中，从教学计划的制订，到使用灵活的教学方法，科学合理地进行教学改革实践，不仅能够提高学生学习这门课的兴趣和热情，而且对学生实践创新能力的培养是一个有益的尝试。同时，也培养了学生的创新思维和创新能力，更深层次的挖掘学生才能，使学生能够全面均衡的发展。随着信息技术的发展，“微机原理”课程教学改革的探索还在继续。只有寻求更科学合理的教学改革方案，才能够有效的提高教学质量，以达到“卓越计科工程师”人才培养的目的。

[ 注 释 ]

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