在學習中研究問題，在研究中提高能力

1概況

1.1計算機實驗教學的定位

以計算機科學與技術學科為依托，以計算機理論教學為基礎，以實踐與理論的結(jié)合為核心，豐富和完善計算機系列實驗教學，促進計算機在全校各專業(yè)中的滲透與應用，提升計算機科學研究、工程技術與應用開發(fā)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)水平。

1.2實驗教學理念

1.2.1面向全校需求的課程體系

計算機的發(fā)展推動了計算機學科的進步，計算機的應用提升了各學科的技術水平。本中心面向全校各專業(yè)對計算機知識的不同需求，按照通識基礎、技術應用和科學研究，建立了多層次的實驗課程體系。課程內(nèi)容體現(xiàn)了基礎知識、綜合應用、創(chuàng)新研究。

通過實驗課程，促進計算機在各學科的滲透與應用，培養(yǎng)具有專業(yè)知識和綜合能力的人才，提升各學科的整體水平。

1.2.2強調(diào)基礎理論的實踐第一

計算機教學具有實踐性強的特點，本中心給學生提供充足的實踐空間，通過實驗驗證、課程設計、專題訓練、專業(yè)實踐、畢業(yè)設計等實踐活動，提高學生的實踐能力、科學作風，加深對理論知識的理解。數(shù)理、電子技術是計算機學科的基礎，邏輯思維、抽象思維是計算能力的體現(xiàn)，本中心強調(diào)理論指導下實踐，實踐與理論的結(jié)合。

1.2.3依托科研優(yōu)勢的創(chuàng)新教育

清華大學計算機科學與技術是全國重點學科，擁有高素質(zhì)的科研隊伍和雄厚的科研能力，承擔了一系列國家“973”、“863”、“國家自然科學基金”、“國家攻關”等重大和重點項目，取得了多項創(chuàng)新性成果。

本中心注意提取科研中的相關知識點，引入到教學實驗中；關注普及型與專業(yè)型教學的結(jié)合；以先進的科學問題激勵學生的思考。通過實驗教學，讓學生體驗書本與應用、學習與研究、通識與專業(yè)、繼承與開創(chuàng)的關聯(lián)，提升創(chuàng)新人才的培養(yǎng)水平。

1.3實驗教學總體情況

計算機實驗教學中心面向全校所有專業(yè)本科生開課，每年開出計算機實驗教學課超過7000人門，完成實驗學時數(shù)逾750000。計算機學科是一門理論與實踐結(jié)合非常緊密的學科，因此實驗教學中心的教學指導小組在教學實踐中歸納出一套計算機學科特有的實驗教學模式：除了獨立設置的部分專題實驗以外，提倡理論教學與實驗教學不分離，提出了有計算機學科特色的課程體系。

在對面向全校的計算機課程(包含實驗)作了調(diào)整、優(yōu)化和分工的基礎上，中心制訂了全校計算機課程和實驗體系，如圖1所示。

基于這樣的課程體系，計算機基礎課被各院系列入了培養(yǎng)計劃，更多的公共選修課程群為學生學習計算機提供了多種選擇。例如，他們可以在全校任選課程中自主選擇需要的課程，也可以修讀計算機應用輔修專業(yè)，在計算機的某個技術領域有所專長；學生還可以根據(jù)個人興趣或?qū)I(yè)要求選修計算機專業(yè)的課程。通過計算機公共課程的實驗教學，培養(yǎng)了各專業(yè)學生運用計算機技術進行本專業(yè)學習和研究的能力、將計算機學科與本學科進行交叉融合的能力，為各專業(yè)學生的后續(xù)專業(yè)課學習和研究生階段的培養(yǎng)奠定了基礎。

根據(jù)圖1的計算機課程體系，我們提出了分層次的計算機實驗教學課程體系，如圖2所示。

計算機實驗教學課程體系包括三個層次：通識基礎類實驗課程、技術應用類實驗課程和專業(yè)技術類實驗課程。針對計算機課程所共有的特點，即理論緊密地和實踐結(jié)合在一起，因此我們實驗教學中心不是強行將實驗教學同理論教學拆開，而是將很多理論教學引入實驗室，將理論教學在實驗中完成。因此，從實驗課程的角度看，也分為三個層次，而且在各種類別的實驗課程中分別包含基本型、綜合型和研究創(chuàng)新型實驗項目。

計算機實驗教學中心屬校級編制，掛靠在計算機系，由實驗中心管理委員會和教學指導小組共同管理。中心由11個實驗室組成，其組織結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括面向全校計算機基礎教學和面向計算機專業(yè)和特長生的計算機專業(yè)教學兩部分。

2特色及優(yōu)勢

2.1在奠定堅實的數(shù)理基礎和計算機基本理論基礎上，特別強調(diào)實踐第一

計算機學科是當今發(fā)展最快的學科之一，要想跟上時代的飛速發(fā)展，特別是讓學生在畢業(yè)后的職業(yè)生涯中能夠始終不落伍，我們要給學生奠定堅實的數(shù)理基礎和計算機理論基礎，以及自主學習的能力。同時，計算機科學與技術學科具有實踐性極強的特點，需要通過實驗強化動手能力，引導學生樹立理論聯(lián)系實際的觀念，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W作風。計算機技術水平是干出來的，不是看出來的，不動手是學不會的。在“教”的方面，提倡“案例教學”；在“學”的方面，強調(diào)作業(yè)、大作業(yè)、項目訓練、專題訓練等實踐活動，引導學生在計算機實驗教學中心這個實踐平臺上理性思維和理性實踐。計算機實驗教學主要目的是強化動手實踐能力，引導學生既動手又動腦。計算機科學與技術有兩重特性，即構(gòu)造性和能行性。所謂構(gòu)造性是指計算機科學與技術是建立在多基礎學科理論基礎上，由多學科共同構(gòu)造、集成的。這就要求學生要開放思維，充分利用計算機解決問題，在實踐中體驗如何解決問題。所謂“能行性”就是說計算機科學理論最后都要落到實處，要理論聯(lián)系實際，求真務實、一絲不茍，所有的理論都是為了能夠讓創(chuàng)造性的工作行得通，能夠真正完成既定的任務。而這兩大特點的落腳點恰恰在于“能行性”上，即要求在計算機學科方面的實踐能力要強，要有真才實學。我們在整個教學、實驗的各個環(huán)節(jié)都突出強調(diào)和體現(xiàn)計算機科學與技術的這兩個特點。

2.2實現(xiàn)了多層次、多元化的教學實驗體系，有利于個性化發(fā)展，培養(yǎng)各層次高素質(zhì)人才

由于清華大學計算機實驗中心面向的是對計算機知識有不同層次要求的各專業(yè)學生，我們擴大和加深了計算機學科與各專業(yè)的融合。在借鑒了國外一流大學實驗教學體系基礎上，總結(jié)了多年在計算機教學和實驗方面所積累的經(jīng)驗，提出并建立了通識基礎類、技術應用類和專業(yè)技術類三個層次的計算機實驗教學課程體系，在每類實驗課程中都設有基礎型、綜合型和研究創(chuàng)新型實驗，有利于對各式人才的培養(yǎng)。在這個課程體系中，我們首先確立了計算機科學與技術專業(yè)學生的課程體系，充分考慮了各專業(yè)對計算機相關知識的要求，將計算機知識作為支持其他專業(yè)的基礎信息平臺，形成了多層次、多元化的實驗教學體系。在各類實驗中，強調(diào)增加綜合型、研究創(chuàng)新型實驗的數(shù)量和質(zhì)量，指導學生根據(jù)各自的專業(yè)特點選擇不同的實驗內(nèi)容，盡量將實驗設計積木化、模塊化，滿足不同興趣的同學對實驗的不同需求，達到個性化發(fā)展和培養(yǎng)多層次高素質(zhì)人才的目的。為了培養(yǎng)國際高水平計算機軟件人才，制定了單獨的培養(yǎng)方案和指導性教學計劃，由姚期智教授主持“軟件科學實驗班”，該實驗班得到教育部“大學生創(chuàng)新訓練計劃”項目的支持。十年樹木、百年樹人，我們的教學實驗體系在人才培養(yǎng)上卓有成效，正是在這樣的課程體系下培養(yǎng)出來了大批全面發(fā)展、高素質(zhì)的人才。

2.3重視課程建設和教材建設，精品課程、精品教材成果顯著

隨著計算機學科的高速發(fā)展，計算機教學中教材建設和課程建設具有至關重要的地位和作用。在課程建設方面我們有9門課獲精品課，“計算機語言與程序設計”、“計算機組成原理”、“計算機文化基礎”、“面向?qū)ο蟮某绦蛟O計”獲國家級精品課。其中“計算機語言與程序設計”和“計算機組成原理”獲北京市級精品課，另外“計算機專業(yè)實踐”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“計算機程序設計基礎”、“人工智能導論”、“計算機網(wǎng)絡原理”獲清華大學精品課。作為教學實驗成果的一部分，教材建設是我們注重的另一個方面。我們積極參與世界先進技術和理論的研究，密切關注前沿計算機

科學與技術課程和實驗，及時地推出各種教學和實驗教材。近幾年比較有代表作用的教材如《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》，其三個版次、兩種語言(C語言版和C＋＋版)的總發(fā)行量超過了300萬冊；《PASCAL程序設計》及其實驗指導教材的發(fā)行量超過120萬冊；《計算機文化基礎》及其實驗指導教材的發(fā)行量超過了110萬冊；《IBM-PC匯編語言程序設計》及其實驗指導書的發(fā)行量也超過了110萬冊，還有像《計算機圖形學》、《計算機操作系統(tǒng)教程》、《微型計算機技術及應用》等的發(fā)行量也都在50萬冊至100萬冊之間，這樣大發(fā)行量的教材還有很多。近5年教材建設方面有16種教材獲得省部級以上獎勵，其中獲得國家級教學成果二等獎的教材6種；獲得國家科技進步三等獎的教材1種；獲得教育部科技進步一等獎的教材1種；獲得教育部全國普通高等學校優(yōu)秀教材二等獎的教材1種；獲得北京市高等教育精品教材7種；獲得北京市教育教學成果一等獎的教材1種；列為普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材3種；列為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材4種。我們還在不斷地總結(jié)科研和教學成果，適時地推出包括“十一五”規(guī)劃教材在內(nèi)的各種系列教材。

2.4注重科研成果向?qū)嶒灲虒W轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成果向全國高校推廣

清華大學一直非常重視實驗教學和研究創(chuàng)新相結(jié)合，根據(jù)實驗教學和科研創(chuàng)新的要求，建設了一支結(jié)構(gòu)合理、高水平的實驗教師隊伍與實驗技術人員隊伍，形成了與國際接軌的師資隊伍建設機制。這支隊伍依托計算機系的學科優(yōu)勢，以高水平的科學研究為源泉，自主設計了一批反映計算機新成就和新技術的教學實驗、研制了新的教學實驗裝置。例如在獲得國家科技進步二等獎的“高性能IPv6路由器”的科研基礎上，我們及時地將該技術引入到實驗中，研制了IPv6實驗裝置，并引入到實驗教學中。這樣的例子很多，例如TEC系列計算機組成原理實驗裝置，作為我們的研究成果獲得了很多獎勵，并推廣到全國200多所院校。再比如TPC系列計算機接口技術和微機原理實驗系統(tǒng)，推廣到全國260余所院校，約5500套實驗系統(tǒng)在為全國高校的微機接口和微機原理實驗服務。

另外，作為學校規(guī)模最大的計算機實驗教學和學習環(huán)境，我們采用現(xiàn)代信息化管理手段，包括學生管理、設備管理、課表管理，選課管理等。自主開發(fā)的計算機實驗室綜合管理系統(tǒng)在2000年通過教育部認證，并獲得專利一項，為實現(xiàn)中心開放式教學，建立了配套的實驗中心信息化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括中心網(wǎng)站、實驗室門禁系統(tǒng)、實驗室窗口預約、實驗室綜合管理系統(tǒng)、學習資源庫。我們將實驗教學中心建設與科研工作相結(jié)合，自主研發(fā)了中心網(wǎng)站，管理系統(tǒng)，構(gòu)建了一個完整的網(wǎng)絡化信息管理平臺。這套管理平臺已經(jīng)推廣到70多所院校的實驗中心(室)中使用。

2.5以雄厚的科研為依托，開展各項科技活動，培養(yǎng)學生的自主性、研究型學習能力

學習興趣是學生自主性學習的主要動力和源泉。為了提高學生的自主性學習和研究創(chuàng)新能力，我們從培養(yǎng)學生的學習興趣入手，利用我們的科研優(yōu)勢，輔以資金支持和制度化管理，由教師選擇合適的科研題目和部分項目，作為學生研究訓練(SRT)的題目和內(nèi)容。為了培養(yǎng)學生們對科研能力訓練的興趣，我們還舉辦各種國際、國內(nèi)計算機知識技能的競賽或組隊參加各種競賽。例如ACM大賽、數(shù)學建模大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、兩岸清華程序設計大賽、智能體大賽、趨勢科技程序設計大賽、“英特爾杯”清華大學創(chuàng)業(yè)計劃大賽、清華大學程序設計競賽、校計算機知識與技能大賽等等。在這些科技活動中，根據(jù)學生各自的興趣，協(xié)助學生制定了詳細的設計方案和實施方法，培養(yǎng)了學生們的自主性研究和創(chuàng)新學習的意識，養(yǎng)成了自主學習的好習慣，提高了研究和創(chuàng)新的能力。

3總結(jié)

清華歷來重視計算機實驗教學，施行“寬口徑、厚基礎、強實驗、重創(chuàng)新”的方針。面臨一方面為全校所有學生打下扎實的計算機文化基礎，另一方面培養(yǎng)拔尖計算機專業(yè)創(chuàng)新人才的雙重任務，依托已經(jīng)建立的計算機實驗基地的有利條件，建立了面向?qū)I(yè)教育和基礎教育的多層次計算機實驗教學體系。既強調(diào)面向全校學生的基礎文化性實驗教學，同時又注意加強專業(yè)實驗的前沿性、創(chuàng)新性。注重激發(fā)學生的學習熱情，引領學生在學習過程中研究問題，在研究過程中提高創(chuàng)新能力。綜合型和創(chuàng)新型實驗的比率逐年提高，創(chuàng)新性內(nèi)容貫穿始終。全面實施因材施教，既保障了所有學生達到基本要求，又為計算機專業(yè)創(chuàng)新人才提供了發(fā)展空間。