淺談計算機類實驗教學的改革與實踐

摘要：由于各種原因，計算機類實驗室建設與管理模式、實驗教學體系、實驗項目內容以及實驗設備水平跟不上需要，同飛速發展的計算機技術差距很大，要提高計算機教學質量，培養高水平科技人才，就必須對計算機類實驗教學進行多方位的改革。本文介紹了我院在這方面的改革經驗。

關鍵詞：實驗教學；教學改革；實驗室建設

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

1引言

計算機學科是一門實踐性非常強的學科，實驗教學對培養學生質量尤為重要。而目前我國高校計算機學科在實驗

教學改革方面，雖然取得了一定成績，但同社會的需求差距很大，沒有形成一套比較完整、先進、實用可行的實驗教學體系，缺乏對學生動手、創新能力和創新精神培養的實驗環境，有相當多的學校仍停留在實驗室隸屬教研室管理的模式，其實驗教學內容和手段滯后計算機技術的發展，嚴重影響了計算機科技人才的培養。計算機學科實驗教學的目的，就是提高學生的綜合實踐能力和創新精神，使即將畢業的大學本科生能夠融合所學的計算機知識，掌握一定的計算機應用技術的技能，以適應實際工作的需要。然而，以往由于實踐教學環境設備內容陳舊落后，實驗方法以基本操作和驗證性實驗為主，缺少創新性、綜合性、設計性實驗，很難啟發學生創造想象力。顯然，這對培養學生綜合素質和創新能力的提高是非常不利的。

從以前我校計算機專業畢業生反饋的信息看，用人單位普遍認為吉林大學計算機學院培養的畢業生，理論知識淵博，基礎知識扎實，有后勁，但動手實踐能力、分析解決問題的能力和創新意識較差。鑒于此，計算機學院實驗教學的改革勢在必行。

2改革實驗室管理體制，建立新型管理模式

我院原有的實驗室隸屬教研室管理，實驗室與實驗室之間，各自為政，互不聯系，在實驗室建設和實驗環境改造等方面缺乏整體和全局意識，片面追求小而全，既造成人、財、物資源上的浪費，又制約了實驗室的發展和創新，影響了實驗室效益的整體發揮；同時，由于實驗人員分散，分屬于不同的實驗室，從事的專業狹窄、具有一定的局限性，不利于實驗人員素質的培養提高，進而制約了實驗人員的專業技能的發揮。根據教育部提出的“努力提高實驗教學質量，培養創新型科技人才”的指示精神，本著有利于培養現代化高素質人才、有利于計算機學科的整體發展、有利于教學質量的全面提高、有利于實驗室可持續發展的改革原則，在學校的大力支持下，計算機學院對實驗室管理體制進行了改革，撤消了原隸屬教研室領導的規模小、實驗內容設備陳舊落后的小而全的實驗室，成立了計算機實驗教學中心。目前，吉林大學計算機學院實驗中心通過改革和優化組合，建立了12個專業實驗室，為學生開展研究設計型實驗和創新的能力培養提供了強有力的支持和先進的實踐環境。新組建的實驗室分別是：(1)計算機控制與應用實驗室；(2)嵌入式系統實驗室；(3)計算機組成原理與體系結構實驗室；(4)微機原理與接口技術實驗室；(5)計算機軟件實驗室；(6)計算機網絡協議分析實驗室；(7)研究生實驗室；(8)計算機網絡與信息安全實驗室；(9)計算機數字藝術創新型開放實驗室；(10)嵌入式技術創新型開放實驗室；(11)計算機網絡技術實驗室；(12)軟件綜合實驗室。在實驗室組建過程中，注重增加發揮學生主動性和創造性的實驗教學環節，建立適合學生個性化發展需求的個性化實驗室，如充分吸納國內外計算機行業先進技術，搭建了特色鮮明、具有輻射作用的實驗教學平臺，在國內高校率先開創的網絡協議分析實驗室，開設了“網絡協議分析與故障診斷技術”實驗課程，把企業先進技術與科研項目引進實驗室，校企業聯合建立了“華為3Com組網技術實驗室”和“中軟吉大IPv6實驗室”、“曼博軟件工程實訓基地”，使學生在真實的軟件開發環境和氣氛中，親身參與軟件工程設計與實踐，鼓勵學生個性化發展，拓寬學生科研與創新能力。

改革后新建立的實驗教室上了規模和水平，其中，計算機控制、嵌入式系統等8個硬件實驗室可同時容納120名同學做相同實驗內容，達到人手一套設備，軟件實驗室可同時安排1000名(一個年級)學生上機編程操作。實驗課由學院教務辦統一安排，工作量飽滿，除統一安排實驗課占用的時間外，其余時間也面向學生和教師開放使用，為學生提供了充裕的實驗時間和實驗環境，提高了實驗儀器設備和實驗室環境的使用率。

改革后新組建的實驗室，職責清晰，分工明確。實驗室由專職實驗技術人員組成，實驗室主任由具有高級職稱的實驗技術人員擔任，實驗室人員負責儀器設備的維修維護和實驗室的建設與日常管理工作。同時，通過競聘考核新建了與實驗課對應的實驗教學梯隊，梯隊負責人均有教授或博導擔任，指導教師由結構合理的5~8名專、兼教師組成，主要承擔實驗課教學工作。建立了梯隊教師競爭上崗、跟蹤考評的機制。使實驗教師隊伍的改革和實驗室建設上了一個新的臺階。

吉林大學計算機學科實驗教學中心從實驗室規模和種類，實驗課程和實驗項目數，實驗學時數，實驗教學環境，儀器設備先進性，投資經費，已成為全國高校之最。

3加強實驗室建設，構建良好育人環境

實驗室是培養學生動手能力和創新意識的重要場所，為了培養高水平科技人才，我院投資千余萬元，按學科發展建設和培養創新人才的規劃，對計算機學科實踐教學平臺進行改造和建設。

目前，實驗中心加強了網絡化建設，建立了網站，建立了“實驗教學管理信息系統”和“實驗中心資源庫”，實驗中心實現信息化管理，采用了網絡化多媒體課件等實驗教學手段，開通了網上選課，使學生自主選擇自己感興趣的實驗項目內容，可事先預習實驗要求，實現了實驗教學計劃和實驗項目和實驗課成績網上查詢等管理信息平臺。實驗中心管理人員可以通過“中心資源庫”對實驗室設備資料、實驗耗材，人員資料、規章制度等進行統一管理，能夠實現對實驗資源的實時調配和跟蹤。

計算機大樓通過獨立光纖接入學校網絡，實驗中心單獨規劃了50平方米實驗用房，購置了服務器、交換機、2TB磁盤陣列，主體建立了千兆以太網的主體局域網，采用直連、物理地址綁定等方式，實現遠程監控等功能。在計算機樓內，設立了包括實驗室在內的92個點，安裝了網絡攝像機監控系統，實施24小時實時監控，教學及管理人員可以隨時查看各實驗室教學情況和查詢以往的視頻錄像。各實驗房間均配有高檔投影儀、微機、專門化的實驗儀器，為學生基本技能和創新能力訓練提供了保障。

實驗中心采用先進的人像識別技術與非接觸式ID卡方式進行現代化教學與管理，可全程跟蹤實驗室及實驗設備使用情況。可自動管理課程信息，自動分配機器，記錄學生機器使用的詳細數據和實驗項目成績，教師可以遠程指導、檢查、監視學生操作信息和實驗過程跟蹤，避免學生做與實驗無關的操作和逃課、代替上課現象。教務辦和指導教師通過網絡直接掌握學生實驗信息，體現了多樣化的實驗教學環境與人文精神并舉的實驗教學模式。

實驗中心建立了信息綜合管理系統，安裝門禁管理系統，采用先進的人像識別等現代化管理手段，實現了實驗室的智能化管理。對實驗室的人員資料、固定資產、消耗、儀器附件、科研項目、獲獎情況等信息進行記錄、統計、分析和存檔。實驗中心建立和完善了各項規章制度，做到有章可循，按章辦事，目前，實驗中心實現了實驗室的智能化、制度化管理。

4構建新的實驗教學體系，致力培養學生創新能力

實驗課是學生理解理論、探索未知、創造新知的必不可少的重要課程和手段。學生創新能力的培養，關鍵是在于將學科知識運用于實踐，并在實踐中拓展知識。我們根據計算機基礎教育的培養目標，構建與理論教學相輔相成的實驗教學內容和體系，對實驗教學內容進行了整體優化。包括刪除了一些教學內容陳舊、與培養目標不協調的內容，合并了內容重復的實驗項目，增設了有利創新能力培養的實驗課和實驗項目，從而使重構的實驗教學內容具有較明顯的遞進關系，能體現時代特征和創新精神。

實驗中心樹立以學生為本，以培養學生能力為宗旨；通過實驗教學使學生達到：拓展知識領域，訓練操作技能，鼓勵個性發展，培養創新精神，鍛煉意志作風，養成職業習慣。實驗中心建立了實驗教學與理論教學之間相對獨立、有機結合，實驗課與理論課融匯貫通的新型實驗教學體實驗教學體系，對于超過32 學時的實驗課獨立設課、獨立代碼、單獨計學分。完善了分層次實驗教學模式，按基礎實驗、綜合實驗和創新型實驗分層次進行實驗教學改革，同時，注意各層次實驗之間的銜接與覆蓋面，并且在設計實驗項目時，適當增加綜合型、設計型實驗項目的比例，加強培養學生綜合能力和創新能力。

開發了網絡實驗教學管理系統，提供網絡實驗教學資源(電子教案、多媒體網絡課件、視頻錄像、實驗數據等)，用于輔助實驗教學。學生根據實驗項目要求，課前預習，查閱文獻，熟悉基本技術(儀器設備基本操作)，設計方案，搭建實驗環境，編程、調試與實現。

實驗技術方面，我們在實驗項目的選擇和實驗方案設計上，注重將當前最新技術融入實驗環節，每年實驗項目更新率超過10%；注重加強基本技術訓練，按實驗內容的內在聯系設置綜合設計型性實驗；注重各門實驗課內容的合理銜接，增強學生對計算機學科各門課程內在聯系的認識；注重科研成果在實驗教學中的應用，啟迪學生的科學思維和創新意識，培養學生運用基本技術和方法，分析綜合解決實際問題的能力。

建立多元實驗成績考核方式，學生實驗成績采取五級記分制，分別為優秀、良好、中等、及格和不及格。學生實驗成績主要由平時實驗成績考核和期末考核二部分構成。平時成績考核主要包括預習、基本操作、實驗結果、實驗習慣、實驗報告、自主實驗能力、創新能力等。期末考核采取筆試、實驗操作考試或二者結合的方式。實驗中心制定了“實驗課評分細則”，實驗課總成績=平時成績 70% + 期末考試成績 20% + 創新實驗 10%。平時成績考核辦法如下：

A：實驗項目內容提前或按時獨立完成，對實驗項目原理有深入理解，正確回答各種問題或有創新思想。

B：實驗項目內容基本按時完成，能夠說明實驗過程(源程序)，能夠正確獨立操作和解讀程序，回答問題基本正確。

C：實驗項目內容按時(或稍晚)完成，能夠大體說明實驗或編程過程，操作或編程方法基本正確，回答問題不夠全面正確。

D：實驗項目完成時間滯后，操作或編程不能獨立完成，對實驗程序解釋不清。

在實驗教學方法方面，通過建立符合學生認知規律的教學方法，使學生由淺入深、由簡單到綜合，逐步理解和掌握科學研究的方法，有利于調動學生實驗的積極性、主動性，有助于學生自主學習、合作學習和研究性學習，有利于學生實踐能力和創新能力的培養。采用“開放、多練”的教學方法，要求學生獨立完成實驗，培養學生獨立的思考問題和解決問題的能力，為將來獨立開展研究工作打下堅實的基礎。例如。在“計算機控制實驗課”實驗題目的選材設計方面，我們力求覆蓋目前計算機應用技術方面較為普遍的方法，注重當前計算機應用與控制過程中的實際情況，并考慮到將來的發展方向，采用微型機與單片機并舉，匯編語言與高級語言共同使用的方式。使實驗題目與內容具有計算機學科前瞻性、實用性、工程應用性和可持續提高、發展的特點，力爭滿足學科發展和市場經濟的需要。我們選擇了單片機和微機均能控制的題目，即一個實驗題目均可采用兩種不同的實驗手段。這樣，不僅節約了資金和設備，而且又開闊了學生的思路，加強了學生創新設計與綜合實踐能力的訓練和培養。達到調動了學生上實驗課的積極性、提高了學生科學實驗的興趣和探索分析問題、解決問題的綜合能力，增強了學生的創新能力。

5自制先進實驗裝置，促進實驗教學質量提高

實驗設備和手段是進行實驗教學的必備條件，但是，設備和手段往往又有一定的滯后性，不能及時滿足實驗教學需要，而實驗教學的任務和人才培養目標又要求必須改進實驗手段。在這種情況下，我們要求從事實驗工作的人員積極想辦法研制新裝備和改造舊設備以滿足實驗教學的需要。

最近幾年來，為了提高實驗教學質量，改革實驗內容，實驗教學人員選擇具有代表性、先進性、實用性較強的科研成果，應用于實驗教學之中。科研成果與實驗教學相結合，研發先進的實驗裝置，進一步開設具有計算機學科特點的實驗項目和內容，使學生有機會早日接觸到最新科研成果，強化培養學生動手能力和創新能力。例如，自行研發了獨具特色的“計算機應用系列實驗教學儀器”，該成果通過了省級鑒定，鑒定專家一致認為該項成果實用、先進可靠、具有計算機學科特點，達到了國內同類院校先進水平，并建議推廣使用。其中“功率因數自動補償”和“交流調功/閉環溫控”兩個實驗儀器填補了國內實驗裝置的空白。自行研制的“計算機應用系列實驗教學儀器”有“直流電機脈寬測/控速、交流調功／溫度控制、重量測量與精度分析、功率因數自動補償、步進電機控制、LED漢字顯示屏”等六項實驗裝置。

目前，“計算機應用系列實驗教學儀器”，通過五屆5000多名學生使用，師生一致反映計算機控制實驗選題合理，可用性、可動手性好，使學生把幾年來所學的理論知識與實際應用很好結合起來，有助于培養學生創新能力和工程實現的能力，受到廣大學生歡迎，實驗教學質量顯著提高。

6結束語

經過幾年的不懈努力，吉大計算機學科在人才培養、實驗教學改革等方面取得了很大成績，形成了較強的優勢和明顯的特色。實驗中心實驗實現統一安排實驗教學內容，統一管理和調配全院實驗教學儀器設備，提高設備的使用效率，實現資源共享。計算機學科畢業生因其基礎扎實，專業、外語和實踐能力強，綜合素質高深受用人單位歡迎。

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