創新型計算機實驗教學體系的建設與改革研究

摘要：本文從實驗教學理念轉變、實驗教學內容改革、實驗教學方法及特色建設等方面，提出了創新型計算機實驗教學體系建設的思路及體會。

關鍵詞：實驗教學體系；實踐；創新；改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

文章編號：1672-5913 (2007) 22-0028-03

武漢大學計算機實驗教學中心積極改革舊有的實驗教學體系，創建了主要面向本科教學、系統完善的、多層次多方向的、培養具有創造、創新、創業精神和實踐能力的寬口徑、厚基礎、高素質、強能力的復合型人才和創新人才的新型計算機實驗教學體系。實踐教學分為基礎驗證、綜合設計、研究創新三個層次，通過基礎驗證型實驗、課程設計型實驗、實訓平臺訓練型實驗、實習基地實戰型實踐、創新提高型實驗、畢業設計與畢業論文6個類型來組織實施實踐教學。

1實驗教學思路和理念的轉變與革新

1.1由“理論教學為主、實驗教學為輔”轉變為“理論教學和實驗教學并重，實訓實戰實踐，突出創新”

理論課與實驗課是教學環節里兩個既有聯系又有區別的相對獨立的教學環節。學生在實驗過程中，不僅可以學會各種儀器設備的操作，還可以通過對實驗中各種現象的反復觀察和分析，培養動手能力、分析能力和創新精神。因此要轉變原來“理論教學為主、實驗教學為輔”的偏執教學觀念，將實驗教學放在與理論教學同等重要地位上，兩者并重，著重突出創新思想。

1.2提倡“學生為主體、教師為指導”

在綜合設計和研究創新實驗中，提倡“學生為主體、教師為指導”的教學理念，進一步提高學生的主動性和能動性，將過去的“機械式實驗”演變為“可擴展模塊化的個性化實驗”，改變以往“一個題目”、“一套步驟”、“一個結果”的呆板模式，鼓勵學生自主命題，自已設計解決方案和實驗步驟，并通過“群組式討論”分析實驗方案和實驗過程的優點和不足，培養學生提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力。在時間上和空間上加大實驗室開放力度，給學生以自主選擇、創造、表現、提高的機會，讓學生自主選擇感興趣的實驗，自己提出需要解決的問題、實驗需達到的目標，自行設計出實驗方案，給學生充分施展個性的空間，增強實踐動手能力，培養創新意識和創新思維。通過讓學生參與各類科研課題與項目，激發學生的靈感和創造力，挖掘學生的科研潛力和創新能力。

2實驗教學內容的更新與優化改革

現行的實驗教學中，專業基礎課程的實驗項目中多數都是驗證性的實驗，這對提高學生的基本功非常有益，但相對于培養創新型人才的目標來說，驗證性實驗項目相對過多，缺乏應用性及創新性。要建設一個高水平先進的實驗教學平臺不僅要適當保留培養學生基本技能的驗證性實驗，同時加大力度多設計和引入一些綜合性和創新性實驗內容，讓學生自主設計完成，以一種全新模式讓學生更好地學習、吸收和運用學到的新知識，并且要不斷加大綜合性和創新性實驗內容及項目的比重。可將實驗教學設定為三個層次，即基礎驗證實驗、綜合設計實驗、研究創新實驗，認真研究在不同的層次開設不同性質的實驗項目。在保證培養學生扎實的“三基能力”(即基本操作、基本技能、基本素質)的同時，大力嘗試引導學生獨立思考、大膽動手，充分發揮學生的個性、主動性和創新能力。

創新實驗教學要求建設一個先進的實驗教學平臺，一個完全開放模式的實驗平臺，這種開放模式不是表面意義的無規則、無結構的自由形式，而是構建在開放創新實驗環境的同時注重各實驗教學層次的兼顧和和諧安排。例如，實驗中心搭建網絡化的綜合實驗教學平臺，覆蓋了各個層次的開放實驗，各年級的學生可根據自己的情況在實驗教師的輔助下選擇難易度合適的實驗項目，組建跨年級的興趣小組及互助小組，可提供適合低年級學生的創新實踐環境，也可提供適合高年級學生的創新研究環境。這樣一方面降低了進入創新實驗環境的門檻，克服了低年級學生開展科研活動的畏難情緒；另一方面，由于提前介入了科研課題活動，從事創新鍛煉的時間就長，因而更容易創造出高水平的科研作品，學生就會獲得成就感，進而可以激發從事創新科研的興趣，并帶動與影響一大批學生積極地投入到創新科研活動中來。

3實驗教學方法和手段的更新與優化

針對實驗層次的不同，采取集中與開放相結合的多層次實驗教學方法。采取“課前預習—資料收集—示范演示—實驗訓練—技能考核”的方法，用于基礎驗證實驗，加強對學生基本操作、基本技能、基本素質的培養；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”的教學方法，用于綜合設計實驗；實施“實驗中心平臺—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，提高學生的科研意識與科研能力。

實驗學中心積極開放公共基礎實驗室，目的在于基本技能訓練和擴展學生視野，培養學生實驗的興趣；開放信息安全專業實驗室、網絡實驗室、嵌入式實驗室等，學生可自主開展業余科研課題及各類參賽項目，以提高實驗技能、綜合素質和創新能力；同時，實驗中心與多家科研院所及公司企業共建聯合實驗室，使學生能將理論課堂和實驗室所學的知識與科學研究和實際生產相結合，提高自身實踐動手能力和適應社會需求的能力。

實驗中心借助新技術新手段開展創新實驗教學，以不斷提高實驗教學效果及實驗教學質量。例如：

(1) 實驗室提供網絡協議分析儀幫助學生直觀深入理解網絡通信原理，通過網絡協議分析儀，以前看不見、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；

(2) 構建多媒體電子學習平臺幫助學生立體化學習，通過自主開發的“863”項目成果架構了計算機實驗教學多媒體電子學習平臺，有“網上課堂”、“作業評閱”、“實驗錄像點播”、“在線測試”等功能模塊，極大地方便了學生的自我學習；

(3) 自主開發了計算機組成原理等特色課件，通過動畫形象生動地描繪出二進制數據在控制器、譯碼器、運算器、寄存器、外存、內存等計算機部件之間的傳送過程，實現模擬實驗，幫助學生加深理解；

(4) 獨立設計開發的在線“虛擬實驗室”，打破時空限制，采用網絡自主式實驗模式為學生提供貫穿本科階段的全天候個性化實驗服務；

(5) 大力建設軟件工程、網絡工程、信息安全等綜合實訓平臺，使用目前先進技術，可與社會需求無縫銜接，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；

(6) 聯合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等構建大學科平臺給學生提供更多、更好創新科研環境和參與課題的機會，為本科生開展創新研究和技術成果轉化提供優良的條件；

(7) 實驗中心和北京瑞星、珠海金山軟件等公司簽訂合作建立校外實習基地培養學生的實戰能力，達到了檢驗實驗教學效果、充分利用社會資源，實現實驗教學與社會的互動。

4實驗教學特色建設

通過多年的實踐和改革，實驗中心在實踐教學體系、實驗方法、實驗模式、創新平臺建設與利用等方面形成了自己鮮明的特色。例如：

(1) 研究出了信息安全學科的知識結構和學科特點，創建了國內第一個信息安全本科專業實驗教學體系，探索了相應的教學方法和手段，編寫出《信息安全綜合實驗用書》等教材，并實際完成了信息安全專業的實驗教學，接待了國內多所院校的參觀與學習；

(2) 建立了在線“虛擬實驗室”和個性化科研為代表的自主實驗模式，使用了新穎的群組動態交互式等新型實驗教學方法，充分體現了“因材施教”的教學指導思想，提供個性化實驗教學服務，培養學生高度的應變能力、設計能力、創新能力；

(3) 構建了提高學生綜合實踐能力的創新平臺，學生從基礎驗證實驗、綜合設計實驗、創新提高實驗到實訓平臺訓練、實習基地實戰以及畢業設計與畢業論文，多層次全方位對學生進行實踐訓練，全面提高學生的實踐能力，實現與社會需求無縫銜接。充分利用計算機大學科平臺的優勢，為學生的創新實驗提供源源不斷的課題和優越的研究環境，眾多優秀教師為學生提供指導，為學生搭起了一個創新平臺，為創新能力的培養奠定了堅實的基礎。

5教學成果

實驗中心教學改革取得了良好的教學效果，學生在近幾年各類競賽中獲得豐碩成果。其中，第一屆至第五屆全國大學生數模競賽中獲得一等獎四次、二等獎八次、三等獎三次；ACM/ICPC國際大學生程序設計大賽共獲得銀獎2項，銅獎8項；計算機仿真大賽獲得三等獎1項；全國大學生電視大獎賽獲得第三名；第七屆全國“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽獲二等獎二項、三等獎一項；第八屆全國“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽獲一等獎、二等獎各一項；湖北省大學生課外學術科技作品競賽獲一等獎、二等獎；湖北省大學生優秀科研成果獲一等獎；近年來本科生獲得業余科研項目201項，發表學術論文100余篇。

The Research for the Construction and Reformation of Innovational Computer Experiment Education System

HUANG Jianzhong，HUANG Chuanhe，CAO Jiaheng，WU Libing

(Computer School of Wuhan University，Hubei，Wuhan 430079，China)

Abstract: Researching for the transformation of experiment education idea ，the reformation of its content ，the construction of its methods， this article advances the innovational idea and experience for the construction of the experiment education system in lab.

Key words: experiment education system；practice；innovation；reformation

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作者簡介

黃建忠(1975-)，男，實驗師，博士在讀，主要從事實驗室管理與實驗教學研究。

E-mail：hjz_2000@sina.com