計算機基礎(chǔ)教學(xué)基地建設(shè)體會

王移芝　裘正定　陳連坤　周洪利

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用廣泛、與多學(xué)科交叉和融合，對21世紀(jì)大學(xué)生的計算機應(yīng)用能力提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，強化計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)已成為各高校的共識，而為了加強和提高學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，重點是實驗教學(xué)平臺的搭建。國家“教育振興行動計劃和質(zhì)量工程”的實施為教育教學(xué)改革指明了方向，為全面提高高等教育教學(xué)質(zhì)量提供了根本保障。

1引言

計算機基礎(chǔ)教學(xué)基地作為面向全校的公共基礎(chǔ)教學(xué)單位，承擔(dān)著學(xué)校各專業(yè)的計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)與實踐，這些基礎(chǔ)課程將為各個專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用計算機打下良好的基礎(chǔ)，在本科人才培養(yǎng)中具有極其重要的地位。而實驗教學(xué)是理論教學(xué)的驗證、補充與延伸，更是實踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)的重要途徑。以往的計算機基礎(chǔ)課程實驗教學(xué)基本是依據(jù)理論課程進行教學(xué)實踐，最大的弊端是實踐教學(xué)學(xué)時少、受理論課程的限制，學(xué)生的計算機動手能力不能得到充分的發(fā)揮。再加上理論教學(xué)隊伍與實驗技術(shù)人員相互分離，無人進行統(tǒng)一的組織管理，使實驗教學(xué)受到嚴(yán)重影響。因此，加強高水平實驗教學(xué)隊伍建設(shè)、構(gòu)建科學(xué)合理的實驗教學(xué)平臺是提高學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

幾年來，依托各級教學(xué)改革項目，我們在對實驗教學(xué)隊伍建設(shè)和人才培養(yǎng)模式等方面進行了有益的探索和實踐，設(shè)定了計算機基礎(chǔ)教學(xué)整體解決方案。積極探索教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的雙主教學(xué)模式，堅持厚基礎(chǔ)、重個性、強能力、求創(chuàng)新的教育理念，采用實驗平臺層次化、教學(xué)模式多元化、學(xué)習(xí)資源立體化的架構(gòu)，建設(shè)與理論課程既相對獨立、又相互依從的三層實驗教學(xué)課程體系；搭建綜合性、多樣化的實踐教學(xué)平臺和開放結(jié)構(gòu)的硬件實驗平臺。經(jīng)過多年建設(shè)取得可喜的成果，主持三門國家精品課程和兩門北京市精品課程，2006年評為北京市計算機實驗教學(xué)示范中心，計算機基礎(chǔ)教學(xué)團隊于2008年被評為校級優(yōu)秀教學(xué)團隊。

2構(gòu)建基于三層結(jié)構(gòu)的計算機基礎(chǔ)教學(xué)實驗課程體系

為保證系列課程的科學(xué)性和先進性，將教學(xué)改革的重心落在提高學(xué)生的計算機基本素質(zhì)和實踐能力，以及應(yīng)用計算機解決實際問題的能力上。我們從知識、能力、素質(zhì)要求出發(fā)，按照重基礎(chǔ)、強實踐，突出綜合應(yīng)用能力的原則，構(gòu)建了計算機基礎(chǔ)實踐教學(xué)與理論教學(xué)有機結(jié)合的計算機基礎(chǔ)教育三層結(jié)構(gòu)的實驗實踐課程體系。

新構(gòu)建的實驗課程體系完全打破了原有實驗教學(xué)附屬于理論課程的模式，與理論教學(xué)既相對獨立、又相互聯(lián)系。特點是改變單一知識驗證的實驗?zāi)Ｊ剑瑥娬{(diào)基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ)、綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，整體優(yōu)化設(shè)計，拓寬知識面，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的實踐模式，以全面提高學(xué)生的實驗知識和實驗技能、工程素質(zhì)和創(chuàng)新實踐能力，增強學(xué)生的社會適應(yīng)能力，如圖1所示。

其中，基礎(chǔ)實驗層主要是基本技能的掌握和學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，采用分級教學(xué)，主要解決學(xué)生基礎(chǔ)差異和學(xué)習(xí)興趣等問題，不與實際教學(xué)課程掛鉤，全部為實驗選修課，其實驗方法和要求有一定的區(qū)別，實驗內(nèi)容分為基礎(chǔ)實驗、選修實驗和拓展實驗。首先，對于基礎(chǔ)好的同學(xué)主要根據(jù)自己的興趣選擇學(xué)習(xí)的內(nèi)容與實驗題目，學(xué)習(xí)的方法主要以自學(xué)為主，提供學(xué)習(xí)支持，給予獎勵學(xué)分；第二是針對基礎(chǔ)較差的學(xué)生，由輔導(dǎo)教師提供學(xué)習(xí)與實驗指導(dǎo)，主要是提高計算機基礎(chǔ)應(yīng)用水平，為課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，不記學(xué)分；第三是針對大部分學(xué)生的需求，有針對性的進行教學(xué)，學(xué)習(xí)方法以案例教學(xué)和大作業(yè)的方式，提供學(xué)習(xí)支持和實驗平臺，記學(xué)分。

綜合應(yīng)用實驗層，主要是針對課程學(xué)習(xí)的綜合實驗，即基本技術(shù)的掌握，為各專業(yè)應(yīng)用計算機打下良好的基礎(chǔ)。通常，在課程學(xué)習(xí)過程中基本上都是結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的一個個小的實驗，課程結(jié)束后學(xué)生對本課程并沒有形成一個整體，尤其是即便學(xué)會了這門課程，但在實際應(yīng)用時卻無從下手。針對這種情況，在綜合應(yīng)用層結(jié)合所學(xué)課程，設(shè)計一系列應(yīng)用題目讓學(xué)生學(xué)會實際動手，尤其是結(jié)合具體應(yīng)用問題進行，掌握課程設(shè)計能力。學(xué)習(xí)方法是以自我設(shè)計與解決的方式，提供學(xué)習(xí)支持，記學(xué)分。

創(chuàng)新與研究實驗層，主要是針對計算機基礎(chǔ)好的和感興趣的學(xué)生而設(shè)置的，不與實際課程掛鉤，給予獎勵學(xué)分。其目的是提高學(xué)生實踐動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和研究學(xué)習(xí)能力，充分體現(xiàn)個性化培養(yǎng)與因材施教。實驗內(nèi)容主要來自教師的課題或者由學(xué)生自擬課題，也可以結(jié)合各種競賽。學(xué)習(xí)方法是以自我設(shè)計與解決的方式，提供學(xué)習(xí)支持和實驗平臺。

3建設(shè)一支理論教學(xué)與實驗教學(xué)相融合的隊伍

為全面提高基礎(chǔ)教學(xué)師資隊伍，實現(xiàn)理論教學(xué)與實驗實踐教學(xué)的有機結(jié)合，將專職于計算機基礎(chǔ)教學(xué)的教師與實驗技術(shù)人員進行整合，成立了計算機基礎(chǔ)教學(xué)基地。主要做法：一是進行實驗崗位轉(zhuǎn)型，變公共機房為實驗室，由一線教師與實驗人員共同搭建實驗教學(xué)平臺，提高了實驗教學(xué)隊伍整體水平及管理能力，形成學(xué)科建設(shè)與高素質(zhì)人才培養(yǎng)的互動，滿足構(gòu)建新形勢下的人才培養(yǎng)模式和師資隊伍整體素質(zhì)提高的教學(xué)管理運行平臺。二是由專業(yè)教師與基礎(chǔ)教師共同承擔(dān)大面積的基礎(chǔ)課程，這些專業(yè)教師基本上都是博士畢業(yè)生，其學(xué)歷高、學(xué)識廣，又具有工作熱情，他們的參與給基礎(chǔ)教學(xué)帶來生機和活力，基礎(chǔ)與專業(yè)教師的結(jié)合、老教師與新教師結(jié)合，其優(yōu)勢互補，起到了很好的促進作用。三是聘請資深教授直接參與到精品課程建設(shè)中來，進行課程教學(xué)、教學(xué)研究和學(xué)術(shù)交流，這些老教授參與學(xué)生面對面交流，深受學(xué)生歡迎，對基礎(chǔ)教學(xué)起到了很好的引領(lǐng)作用。

幾年來，培養(yǎng)和鍛煉了一支學(xué)術(shù)水平較高、教學(xué)思想活躍、積極從事科研與教學(xué)、勇于創(chuàng)新、樂于奉獻的基礎(chǔ)教學(xué)隊伍。其中，計算機基礎(chǔ)教學(xué)團隊獲2008年校級優(yōu)秀教學(xué)團隊，1名教師獲北京市教學(xué)名師獎，2名教師獲北京市優(yōu)秀教師，7名教師評為校級優(yōu)秀主講教師。

4搭建支持大面積基礎(chǔ)教學(xué)的實驗實踐平臺

根據(jù)計算機發(fā)展與人才培養(yǎng)教學(xué)的需要，充分利用和整合現(xiàn)有資源，以培養(yǎng)具有分析、解決問題能力的高素質(zhì)人才為目標(biāo)，建設(shè)了面向全校各專業(yè)的、以計算機系統(tǒng)為平臺特色的實驗教學(xué)中心，該實驗中心于2006年評為北京市實驗教學(xué)示范中心。

第一，建設(shè)面向全校各個專業(yè)的公共基礎(chǔ)實驗實踐教學(xué)平臺。主要目的一是滿足計算機公共基礎(chǔ)課程理論教學(xué)和實驗、實踐教學(xué)的需求；二是為學(xué)校其他院系相關(guān)課程的計算機輔助教學(xué)提供實踐平臺，如外語實踐教學(xué)、建筑設(shè)計；三是滿足學(xué)生個性化培養(yǎng)需求，為全校各個專業(yè)的學(xué)生提供充足的基礎(chǔ)技能訓(xùn)練實踐環(huán)境和創(chuàng)新研究平臺，如ACM競賽、數(shù)學(xué)建模競賽、外語實踐實訓(xùn)、計算機等級考試等。形成可持續(xù)發(fā)展的良好運行機制，全面提高學(xué)生實踐動手能力。

第二，創(chuàng)建了開放結(jié)構(gòu)的多功能硬件實驗平臺。該平臺主要包括三部分功能：一是硬件基礎(chǔ)展示實驗區(qū)，通過按類別分層次展示歷代計算機的硬件典型設(shè)備，揭開計算機內(nèi)部世界，打破了學(xué)生對計算機的神秘感；二是為硬件基礎(chǔ)實驗和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實驗提供必要的硬件環(huán)境，支持大面積基礎(chǔ)教學(xué)實驗，開設(shè)了從基礎(chǔ)到高級多種實驗，例如微機組裝實驗(全部免費開放)、計算機硬件基礎(chǔ)實驗、組網(wǎng)實驗等；三是自主研發(fā)了一批實驗設(shè)備支持多種高級實驗，為高層次硬件課程提供了良好的實驗環(huán)境，如單片機原理與應(yīng)用、計算機高級接口技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)。

第三，構(gòu)建創(chuàng)新實踐平臺。該平臺主要是為計算機基礎(chǔ)較好、并對計算機技術(shù)感興趣的學(xué)生提供創(chuàng)新型實踐的軟硬件環(huán)境。其特點是由學(xué)生管理實驗室和自主設(shè)計創(chuàng)新實驗題目，為他們提供技術(shù)支持和指導(dǎo)教師，從而為學(xué)生營造一種學(xué)習(xí)研究的氛圍，激發(fā)思維的想象力和創(chuàng)造力。

5研制豐富的立體化教學(xué)資源

為支持集“課堂教學(xué)+網(wǎng)絡(luò)教學(xué)+實驗教學(xué)”為一體的多元化教學(xué)模式和三層結(jié)構(gòu)的實驗實踐課程體系，研制了豐富的立體化教學(xué)資源。尤其是結(jié)合遠(yuǎn)程精品課程建設(shè)，實現(xiàn)資源優(yōu)勢互補、各取所長、共建共享，對校內(nèi)外教學(xué)起到了很好的互補作用。已開發(fā)的主要資源有：三門國家精品課程課程教學(xué)網(wǎng)站，即“大學(xué)計算機基礎(chǔ)”、“計算機應(yīng)用基礎(chǔ)”、“C語言程序設(shè)計”；北京市精品課程“計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)”。各網(wǎng)站中集合了課程建設(shè)的一體化資源，例如課程大綱、授課教案、網(wǎng)絡(luò)課件、實驗案例等多種媒體素材。還研制了通用的計算機輔助教學(xué)平臺、計算機基礎(chǔ)實驗平臺、計算機考試系統(tǒng)、在線測試系統(tǒng)和計算機基礎(chǔ)教學(xué)數(shù)字媒體資源應(yīng)用系統(tǒng)等5個獨立的輔助教學(xué)軟件。

6實踐教學(xué)效果

項目研究成果已經(jīng)應(yīng)用于2006級~2008級本科教學(xué)中，通過實踐主要取得如下突破：

首先，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)能力。結(jié)合實驗教學(xué)突出了對學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，加強學(xué)習(xí)過程的管理，注重學(xué)習(xí)過程的考核，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

第二，加強了學(xué)生基礎(chǔ)實踐動手能力。自成立教學(xué)基地以來，充分利用淘汰的計算機為學(xué)生提供實驗用機、基礎(chǔ)性訓(xùn)練和技能培訓(xùn)，累計達(dá)30萬余機時。利用整機開放的硬件基礎(chǔ)平臺，提高了實驗的直觀效果，吸引更多學(xué)生利用課余時間投身實驗。三年來共接待學(xué)生自由學(xué)習(xí)、參觀和微機組裝實驗達(dá)15000多人次。

第三，擴大了計算機實驗實踐平臺的使用效率。該平臺除了滿足校內(nèi)本科計算機基礎(chǔ)教學(xué)實驗，還為全校公共基礎(chǔ)課程和高層次競賽提供實踐平臺，例如：英語教學(xué)實踐、ACM大賽、數(shù)學(xué)建模大賽、計算機等級考試以及學(xué)生社團組織的活動。

第四，滿足了計算機基礎(chǔ)課程實踐教學(xué)的需要。為計算機基礎(chǔ)課程實踐教學(xué)提供良好的工作平臺，所開出的實驗內(nèi)容，根據(jù)課程性質(zhì)不同分別開設(shè)基礎(chǔ)型、驗證型、綜合型和設(shè)計型，以滿足不同層次實驗、實踐課程的需要。多層次實驗、實踐課的開出使得近2萬學(xué)生受益。

第五，開展了成果交流與推廣。注重加強對外交流，廣泛深入地開展教學(xué)研究活動，多次應(yīng)邀在各種會議上做有關(guān)計算機基礎(chǔ)教育改革的報告，先后向300多所高校、600多名教師介紹了我校的建設(shè)成果和經(jīng)驗；同時多次應(yīng)邀到中國人民大學(xué)、北京化工大學(xué)等多所院校進行教學(xué)改革交流，也多次組織教師到西安交通大學(xué)、北京師范大學(xué)等院校參觀學(xué)習(xí)，不斷進取。

7結(jié)束語

綜上所述，計算機基礎(chǔ)教學(xué)基地經(jīng)過3年多的建設(shè)，全面支撐了全校本科各專業(yè)計算機基礎(chǔ)實驗實踐教學(xué)任務(wù)，以及科技創(chuàng)新、競賽、基礎(chǔ)技能訓(xùn)練等方面的要求，取得了很好的效果。主要體現(xiàn)在三個方面：一是實驗實踐課程體系建設(shè)符合計算機基礎(chǔ)科學(xué)認(rèn)知規(guī)律和計算機技術(shù)發(fā)展趨勢，既重視基礎(chǔ)，又注重應(yīng)用提高和創(chuàng)新。二是經(jīng)過實驗室轉(zhuǎn)型、實驗室功能結(jié)構(gòu)和實驗室運行模式的調(diào)整，實驗室資源利用率提高了，實驗實踐教學(xué)隊伍整體素質(zhì)也得到了提高，實驗室運行管理更加科學(xué)規(guī)范化。學(xué)生整體實踐能力明顯提高，已有近2萬名學(xué)生在硬件實驗平臺上學(xué)習(xí)、7000多學(xué)生進行了微機組裝實驗，開放實驗室從2006年假期至今免費為學(xué)生提供30萬余學(xué)習(xí)用機。三是實驗環(huán)境的建設(shè)規(guī)模和模式密切結(jié)合課程和實驗實踐教學(xué)內(nèi)容，使實驗平臺建設(shè)有明確的目的和方向，并不斷更新提高與完善。進一步教學(xué)改革成果重點解決了三個問題：一是計算機技術(shù)高速發(fā)展與計算機基礎(chǔ)教學(xué)和實驗內(nèi)容更新相對滯后的問題；二是授課對象人數(shù)多、專業(yè)面寬且計算機基礎(chǔ)水平差異大的問題；三是個性化培養(yǎng)、因材施教，提高計算機實踐動手能力問題。

我校的計算機基礎(chǔ)教學(xué)基地的建設(shè)與管理運行模式是一種嘗試，更是一種機遇。自2006年成立以來先后有清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等近百所院校來校參觀學(xué)習(xí)與交流，還接待了美國新澤西大學(xué)Dr. Dorothy Deremer教授來訪參觀，得到了國內(nèi)同行的認(rèn)可和高度評價。專家認(rèn)為基地的硬件平臺建設(shè)創(chuàng)意獨特，對推進全國高校計算機基礎(chǔ)教育起到了很好的示范輻射作用。

我們將進一步深化改革，不斷進取，為建設(shè)高水平計算機基礎(chǔ)教學(xué)實驗實踐基地再創(chuàng)新篇。