專業與基礎緊密結合 培養計算機專業專門人才—專訪北京航空航天大學計算機學院教學實驗中心主任曹慶華教授

□ 本刊記者 安 健 張 鵬

☆國家級實驗教學示范中心建設系列報道⑩☆

專業與基礎緊密結合 培養計算機專業專門人才—專訪北京航空航天大學計算機學院教學實驗中心主任曹慶華教授

□ 本刊記者 安 健 張 鵬

編者按：在本期“國家級實驗教學示范中心建設系列報道”中，我刊(www.cmee-online.com)采訪了北京航空航天大學計算機學院教學實驗中心主任曹慶華教授，請他為我們詳細介紹計算機類實驗教學改革理念以及中心建設經驗。

曹慶華，教授，北京航空航天大學計算機教學實驗中心主任，兼任北京航空航天大學沙河校區信息平臺主任，2004年獲國家級教學成果一等獎一項，國家級教學成果獎二等獎一項，2009年獲北京市教學成果二等獎一項，2009年入選國家級教學團隊。2006年，計算機學院教學實驗中心被評為我國第一個計算機學科國家級實驗教學示范中心。編輯出版《數字電路設計》《網絡測試與故障診斷實驗教程（第1、2版）》《計算機網絡實驗教程》《計算機接口與通信實驗教程》等多本教材。

教育理念與教學思路的革新

曹慶華教授于1998年進入實驗室從事教學與科研工作，至今已有13年之久。他坦言，剛進實驗室時對實驗教學的認識和理解比較粗淺，對實驗教學在人才培養中的定位和價值把握得不夠準確，多年的工作實踐使他對實驗教學的認識逐漸深入。高校人才培養與社會需求和企業需求之間存在脫節的原因就在于實踐教學長期得不到重視和加強。

在人才培養中，實驗教學可以起到4個方面的重要作用：一是深化對理論知識的理解；二是培養學生的工程實踐能力；三是培養學生科學研究的素養；四是培養學生的創新能力。傳統理論教學傳授的內容僅僅是知識，但知識不等于能力。如有些學生能記憶和背誦很多知識，卻不能運用這些知識解決實際問題。知識豐富，能力薄弱是當前我國大學畢業生的一大特點。真正創造價值的是能力，知識只是能力的一部分，且這種能力的體現需要大量的實踐訓練才能培養出來的，尤其是學生的創新能力，更需要在艱苦的實踐探索中才能培養出來。課堂實驗教學在實踐教學中占有很大比重，也起著不可或缺的重要作用。除課堂教學外，實踐教學更多的是在社會工作過程中積累和完成的，但實踐能力的理念卻需要在大學實驗教學中樹立。如在大學創新實驗教學中只給出一個題目，讓學生自主完成。在完成實驗過程中，鍛煉了學生4個方面的能力：一是理解能力，即從給定題目中分析出其中隱含的基本知識，知道如何去做，這是最基礎的。二是搜集資料、整理資料的能力。學生通過發達的通信技術和豐富的圖書館資源，查找到需要的基礎知識。三是分析能力，即在具體實踐中，學生還應具有充足的分析問題和解決問題的能力。四是要有與團隊溝通及協作的能力，很多實驗需要多名學生共同完成，如何和團隊成員進行充分溝通和協作，對于將來的工作具有重要作用。上述4個方面才是真正需要培養的素質，也是真正能力的體現，其中包括知識，但更多的是能力。實驗教學可劃分為多個層次：課程實驗、課程專題實踐、課程群的綜合實踐。中心下一步將要開展專業實訓。通過專業實訓，解決社會、企業人才需要與高校人才培養脫節的矛盾：學校與企業協商，讓本科生在企業完成畢業設計，在實際工作環境中提高學生的實踐能力。

實驗教學改革：因材施教的分層次培養

大學生在實際完成學習過程中，體現出不同層次的差異，為適應不同層次的學習需求，在人才培養過程中，我們采取了菜單式、模塊式的教學方式，不僅有小型的實驗班（通過考試、面試等環節選拔），而且在每個實驗中，設計了必做、選作、自選等不同層次的實驗內容，形成套餐式、多模塊的差異性實驗內容，以滿足不同層次的學習需求，做到因材施教。

為進一步提升學生的科研素養，在實驗教學過程中，我們選擇一些綜合性的實驗，開設成科研項目式的實驗，學生根據教師提供的大量選題，或者學生結合課程知識自主選題，在開題報告、開題答辯、中期檢查、結題答辯等整個過程中既培養了學生的實踐能力，也提高了他們的表達能力，有效克服了理工專業學生書面表達不強，臨場應變能力不足等缺點，而這些恰恰是將來從事科研工作不可或缺的素養和能力。

除此之外，中心還從實驗指導書、指導教師、考核方式等方面加以調整和改進。如在原有的實驗指導書外，為學生提供“加餐”；由1～2名教師帶領多名助教指導學生實驗；為防止學生抄襲實驗報告，增設課堂實驗答辯環節，讓學生現場講解實驗過程，回答教師提問。

實驗室開放：要把更多學生吸引到實驗室

在談到實驗室開放這個話題時，曹主任毫不避諱地說“實驗室開放，我們做得并不好”。中心為開放實驗室安裝了教學系統、課程教材、模擬考試等優質教育資源，并且配備了值班教師隨時解答學生的疑問。雖然中心環境一流，硬件設施先進，但在課余時間到實驗室學習的學生只有百余名。看到這些學生放棄休閑娛樂，到實驗室自覺學習，作為中心主任的曹教授自然非常欣慰，但他在高興之余又不免憂心忡忡，在一所高校中拔尖人才約占全體學生總數的15%～20%，按照這一比例，至少應有200名學生到中心做實驗。“我們下一步的工作就是把學生吸引到實驗室，讓他們愛上探究，自覺學習。”開放不等于開門，開放的實驗室，不僅是需要開放的實驗環境，更需要適應實驗室開放的實驗內容，以及制定開放的機制。

王牌設備：增強學生實踐能力

談到王牌設備，曹主任推薦了中心的網絡設備，包括核心路由、核心交換機、網絡協議分析儀等。

圖1 網絡實驗室核心設備

設備優點：為學生創造了一個真實的工作環境，將學生實驗與實際工作無縫銜接。如應用于本科生三年級和研究生階段的網絡協議分析儀，不僅可以監控整個網絡的工作情況，而且可以提高網絡運維質量—通過透視整個網絡的運行情況，捕獲網絡傳輸數據，分析出存在問題的節點。

使用收益：學生實踐能力得到了很大提高，北京航空航天大學計算機學院的畢業生就業時，很多是免試錄用的。2011年，中心與H3C聯合舉辦了“全國大學生網絡技術大賽”。

缺點：設備更新速度快，教學成本投入大。

高設備完好率，為教學提供保障

在提高實驗設備完好率和利用率方面，中心發揮自身師資優勢，將授課教師培訓為系統維護人員。雖然這是一支兼職的維修團隊，但他們足以勝任中心設備的日常維修與維護工作，“除非主板壞了，我們很少聯系廠商維修”。該團隊由七八名授課教師組成，他們采用值班的形式輪流擔任設備維護員，及時排除設備故障，保證了教學和科研工作的正常開展。

確定建設目標，成就中心四大特色

中心確定了“建立國內一流、本碩一體化的實驗教學基地和工程創新能力培育基地”的發展目標，正是在這一目標的指引下，中心形成了四大特色：

1.專業與基礎緊密結合

中心建立伊始即確立了“專業與基礎相結合”這一基調，并落實在建設全程中，從而形成了中心最鮮明也是最核心的特色。在基礎實驗環境建設中，中心延伸到學校沙河校區整個信息平臺的建設，這個平臺承擔北航本科生一、二年級全部與信息技術相關的各類實驗課程，除傳統的大學計算機基礎、程序設計等課程外，還包括大學英語（信息化教學）、畫法幾何、機械設計等大類平臺課程的實驗支撐，專業化建設為這些非計算機專業的實踐教學提供了充足的支持。

2.本碩一體的培養模式

本碩一體化培養模式既是中心建設中的一個突出特色，又是人才培養模式中一大亮點。在實驗體系建設、實驗教材開發和實驗內容安排等方面，同時兼顧本科生和研究生。如，對于既在本科階段開設又在研究生階段開設的課程，本校本科畢業生在研究生階段可免修這些課程，選修其他課程。對于在研究生階段開設的較本科階段更高階的課程，其體系構建是一體化的。在中心申報“國家級實驗教學示范中心”時，該培養模式受到了評審專家的一致好評。

3.眾多知名合作企業

IT技術和其他技術相比，其發展更新速度之快首屈一指，為解決實驗教學和IT技術發展的銜接問題，實現教學和技術進步的可持續發展，中心注重加強校企的深度合作，與國內同類高校相比，北京航空航天大學計算機學院教學實驗中心在校企合作中取得的成績有目共睹。中心目前與IBM公司、Microsoft公司、Quantum公司、Mentor Graphic公司、Intel公司、FLUKE公司、ALTERA公司、BEA公司、Lotus公司、Motorola公司、華為公司、Nokia等13家IT企業建立了良好的合作關系，共同組建了11個理論實驗室。通過校企合作，中心一方面獲得了企業的設備與技術支持，同時，通過聯合培訓，合作開發培訓和實踐教學用教材，促進了師資隊伍的建設，有效地使先進的IT技術融入到實踐教學，中心先后和數家企業聯合出版各類教材5本。

4.輻射推廣企業技術

為將前沿知識引入校園，中心與企業聯合舉辦教師培訓班，如與FLUKE公司面向全國教師開設的網絡測試培訓班，與H3C合作的網絡技術師資培訓班，和Intel，Nokia舉辦的各類會議等。另外，中心還邀請企業工程師為學生開設講座，聯合舉辦春令營、夏令營和冬令營，主辦挑戰競賽。通過與企業聯合舉辦活動，中心掌握了本領域的先進技術，不僅將這些新技術實時應用于實驗教學，還可通過參加培訓班的教師將新技術推廣開來，有效縮小校企之間在人才培養與社會需求之間的差距。

建設成果：見證中心歷年成績

1.2005 年獲得兩項國家教學成果獎：“研究型學院人才培養模式與體系的研究及實踐”獲得一等獎；“先進計算機網絡技術實驗基地建設”獲二等獎。

2.2006 年高級語言程序設計獲批北京市精品課程。

3.2007 年中心獲批教育部計算機專業創新人才培養實驗區。

4.2009 年“計算機系統系列核心課程教學團隊”獲批國家級教學團隊。

5.編譯技術、計算機導論和計算機模擬學獲批國家級精品課程。

6.研發計算機原型系統。目前大多數高校學生實驗是按課程劃分，很少為學生構建一個完整的系統，學生對計算機技術缺乏整體認識。建立起計算機的系統觀，是計算機專業區別于其他專業的重要內涵。從2006年起，中心圍繞一個核心將多門課程進行整合，讓學生從最底層設計一臺計算機。如將數字邏輯、程序設計、計算機組成原理、接口通信、操作系統、編譯技術等內容加以整合，學生在完成各階段實驗學習的基礎上，最終制作出由自主設計的支持MIPS指令集的CPU、操作系統和編譯器的計算機原型機。這一系統對學生實踐能力的培養起著非常重要的作用，同時將計算機專業與其他專業更好地區分開來。如，雖然電工電子、自動化專業也涉及計算機編程，但這些專業對計算硬件設施的學習遠遠不及計算機專業。北京航空航天大學自2008年起使用該系統上實驗課，在教學過程中不斷完善系統功能，并編寫了相關教材。從實際教學效果來看，對于建立計算機系統整體概念，綜合運用計算機軟硬件知識構建實際系統，培養學生創新能力，發揮了很好的作用。

編后語：在訪談中，曹慶華主任對中心的教學團隊贊不絕口，對他們的奉獻精神、團隊精神、敬業精神和示范精神給予了高度肯定。正是在曹主任的帶領下，中心20多位教師在圓滿完成日常設備管理、維護與改進、實驗教學與創新等工作基礎上，利用節假日開展沙河校區信息平臺建設，基礎實驗室建設面積達3800m2，前期投入共計2000萬元，約有1300臺計算機。我刊祝愿中心早日實現“建立國內一流、本碩一體化的實驗教學基地和工程創新能力培育基地”的發展目標。