計算機實驗教學方法與技術手段的改革

摘要：本文從實驗教學方法和實驗技術手段兩方面探討了如何改革實驗教學，以提高教學效果，為培養具有創新能力的復合型人才服務。文中闡述了電子學習平臺、虛擬實驗室、創新基地、實習基地對實驗教學產生的積極影響。

關鍵詞：實驗教學；教學方法；教學手段；創新人才培養

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913 (2007) 21-0038-03

1引言

實驗教學是高等院校教學不可或缺的重要組成部分，它在培養學生綜合素質和創新能力方面所起到的重要作用是其他任何教學形式都無法取代的。武漢大學計算機實驗教學中心繼承武漢大學百年教學所沉淀的優良傳統與“三創”(創新、創造、創業)教育理念，以計算機學院強大的學科優勢為依托，加強實驗教學方法的研究與探索，凝練實驗教學內涵，改革創新實驗教學手段，不斷使實驗教學改革與社會需求相適應；以培養學生實踐動手能力和創新能力為目的，以實現學生自主學習、自我創新的目標，努力為國家培養創新型復合人才。

2實驗教學方法

(1) 采取“課前預習—資料收集—示范演示—實驗訓練—技能考核”方法加強對學生基本操作、基本技能、基本素質的培養。

課前預習：要求學生在實驗前進入計算機實驗教學中心網站進行預習。計算機實驗教學中心網站中放置了與實驗配套的實習指導書、多媒體教學課件、實驗錄像和其他網絡學習資源，例如儀器設備的使用與操作說明、實驗常見問題，等。

資料收集：課前學生根據實驗大綱、實驗要求、實驗目的及實驗內容，等，自行通過Internet或電子圖書館搜索查找實驗支撐材料，掌握實驗流程與步驟。

示范演示：實驗課前10～30分鐘內，指導教師講解實驗要求，示范操作與演示，觀摩部分學生操作演習，并由教師和學生共同點評。

實驗訓練：在實驗教學過程中，指導教師與實驗輔助教師、研究生助教共同指導學生實驗，解答學生實驗過程中的疑問。如果學生在規定時間內沒有完成實驗或感覺自己不夠熟練，還可以預約開放實驗室進行反復實驗訓練。

技能考核：制定詳細的操作、技能評分點與評分標準，執行實驗課程的量化考核。

(2) 在綜合設計類實驗教學中實施“啟發引導—自主選題—方案設計—實驗探索—合作討論—撰寫報告—考核評價”教學方法。

綜合設計實驗是一種能夠培養學生綜合應用知識和創新能力的方法和途徑，可以極大激發學生對實驗的積極性。實驗中心采取了“啟發引導—自主選題—方案設計—實驗探索—合作討論—撰寫報告—考核評價”的教學方法。

啟發引導：綜合設計實驗一般安排在相應實驗課程的后半學期或者下一學期，但是在實驗課程開課之初就已經明確告知學生實驗要求和實驗安排、實驗準備步驟，以及基礎理論、基本操作技能對綜合設計實驗的重要性。闡述綜合設計實驗的意義，使學生認識到進行科學研究、科學思維以及發揚科學精神的重要性。

自主選題：在實驗教材或實習指導書中都編寫了綜合設計實驗。綜合設計實驗內容包括：綜合設計實驗的意義和要求；選題范圍、教學安排和教學指導(實驗選題參考、綜合設計實驗教學舉例和推薦參考資料，等)。此外，教師還從科研項目、實踐基地、合作企業提供的問題中選擇合適的綜合設計實驗題目，公布在實驗中心網站上，供學生選擇，也可以由學生完全自主選擇題目。

方案設計：學生提前將綜合設計實驗的題目、實驗設計方案和所需要的儀器設備及實驗耗材等提交給指導教師。經共同討論修改合格后，方可進入下一步工作。

實驗探索：學生按照經過討論修改的方案在實驗室進行實驗，教師根據學生實驗進展情況及時給予指導。部分綜合設計實驗由于具有很強的研究性，在規定的實驗教學計劃學時內很難完成整個實驗，實驗中心對專業學生免費開放實驗室，為實驗的順利完成提供有力保障。

合作討論：綜合設計實驗結束后以班級或小組為單位進行交流與總結，共同提高。

撰寫報告：綜合設計實驗的實驗報告按實驗中心自制的格式或科研論文的格式書寫，要求提交電子版。優秀的實驗報告可在實驗中心網站上發布或在大學生自己創辦的雜志“e鳴院刊”上發表。

考核評價：制定綜合設計實驗成績評定標準細則，包括方案設計、實驗方法、實驗操作、實驗結果、協作精神、實驗安排、創新內容、演示效果和實驗報告等部分。

(3) 在研究創新類實驗中實施“實驗中心—教師團隊—學生科研團隊—興趣小組四位一體”的教學方法。

將“實驗中心—教師團隊—學生科研團隊—興趣小組四位一體”的教學方法用于研究創新實驗教學，起到了非常好的教學效果，教學科研相互促進，有利于提高實驗教學水平，有利于科學研究的進展。

3實驗技術手段

(1) 利用新技術開創實驗教學新手段、增強實驗效果

實驗中心鼓勵教師利用計算機新技術積極開創實驗教學新手段，例如：

●網絡協議分析儀幫助學生深入理解網絡通信原理

為了幫助學生更好地理解網絡通信原理，透徹地掌握數據的封裝和解封過程，清晰地了解網絡協議的工作過程，實驗中心花費40余萬元購買了網絡協議分析儀，學生在實驗過程中，通過可視化方式清楚地了解通信雙方交互的過程。

同學們都反映通過網絡協議分析儀，以前晦明不清、看不見、摸不著的網絡數據包現在都栩栩如生地展示在計算機屏幕上，非常形象生動且易于理解。

●多媒體電子學習平臺

實驗中心應用自主開發的“863”成果架構了計算機實驗教學多媒體電子學習平臺，包括“自主學習”、“網上課堂”、“作業評閱”、“實驗報告”、“實驗錄像點播”、“在線測試”、“學習園地”等功能模塊，極大地方便了學生的自我學習。

通過多媒體電子學習平臺，學生可自主查閱資料、預習實驗內容、分析與評估實驗結果、撰寫實驗報告和課程論文，等。多媒體電子學習平臺中包括與系列教材配套的多媒體實驗教學課件20余件和“微機系統與接口技術”等10門網絡課程。

此外，實驗中心還建立了大學計算機基礎、計算機網絡與通信、數據庫技術、高級語言程序設計、匯編語言程序設計、編譯原理等精品課程教學網站。

●計算機組成原理特色課件

實驗中心利用計算機新技術開發了特色鮮明的計算機組成原理課件，通過動畫形象生動地描繪出二進制數據如何在控制器、譯碼器、運算器、寄存器、外存、內存等計算機部件之間傳送，幫助學生加深理解。

●通過在線“虛擬實驗室”輔助學生自主實驗

實驗中心獨立開發的在線“虛擬實驗室”，打破時空限制，采用網絡自主式實驗模式為計算機專業學生提供貫穿本科階段的全天候服務。學生可隨時隨地進入“虛擬實驗室”選擇某一項目進行實驗，系統會對其實驗結果自動評價。學生在四年時間內只有達到一定標準后，才能獲得相應必修學分。網絡自主式實驗模式提供的個性化服務充分體現了“因材施教”的教學指導思想。

(2) 通過實訓平臺提升學生能力

實驗中心為了更好地提升學生實際動手能力，構建了軟件工程、網絡工程、信息安全綜合等多個實訓平臺。這些平臺的使用有效地增強了學生綜合運用知識的能力，解決實際問題的能力，更重要的是激發了學生的學習興趣，增強了自信心，開拓了思維能力。

(3) 通過大學科聯合培養給學生提供更多、更好創新環境和機會

武漢大學計算機學科綜合實力強，特點明顯。由劉經南院士擔任主任的軟件工程國家重點實驗室設備環境優良、師資力量雄厚，是國內外軟件工程理論研究與應用研究的中心之一。實驗中心與計算機學院、軟件工程國家重點實驗室、國家多媒體軟件工程技術研究中心多方聯合，為學生提供更多的科研課題、創新基地和指導老師。

實驗中心在軟件工程國家重點實驗室建立“軟件工程創新基地”，在國家多媒體軟件工程技術研究中心建立“多媒體技術研究創新基地”，為本科生創新研究和技術成果轉化提供了優良的條件。

(4) 在校外建立實習基地

校外豐富的科研資源是本科教學培養中難得的條件，實驗中心每年將部分學生送往下屬的12個校外實習基地進行學習，接受實習基地先進實驗技能的培訓和科研前沿的熏陶。和實驗中心簽訂合作的校外實習基地包括：北京安天電子設備有限公司，等。通過和企業公司簽訂合作協議，每年暑期或從第四學年開始由應用研究能力強的老師帶隊，選派部分學生到相關企業進行社會實踐。通過這種措施，既解決了企業的生產難題，又培養了學生的實踐動手能力和創新能力。

4結束語

我們通過改革實驗教學方法，拓展實驗教學手段，充分利用計算機實驗中心和社會資源，以培養學生創新和綜合運用知識能力為目的，不斷深化實驗教學改革，提高教學質量，收到了良好的效果。

收稿日期：2007-07-02

作者簡介：吳黎兵(1972-)，男，湖北武漢人，博士，武漢大學計算機學院副教授，研究方向：計算機網絡，計算機網絡安全。

E-mail：cswlb@126.comwu@whu.edu.cn