專業(yè)與基礎(chǔ)緊密結(jié)合 培養(yǎng)計算機專業(yè)專門人才—專訪北京航空航天大學(xué)計算機學(xué)院教學(xué)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(xué)示范中心建設(shè)系列報道⑩☆

專業(yè)與基礎(chǔ)緊密結(jié)合 培養(yǎng)計算機專業(yè)專門人才—專訪北京航空航天大學(xué)計算機學(xué)院教學(xué)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(xué)示范中心建設(shè)系列報道”中，我刊(www.cmee-online.com)采訪了北京航空航天大學(xué)計算機學(xué)院教學(xué)實驗中心主任曹慶華教授，請他為我們詳細(xì)介紹計算機類實驗教學(xué)改革理念以及中心建設(shè)經(jīng)驗。

曹慶華，教授，北京航空航天大學(xué)計算機教學(xué)實驗中心主任，兼任北京航空航天大學(xué)沙河校區(qū)信息平臺主任，2004年獲國家級教學(xué)成果一等獎一項，國家級教學(xué)成果獎二等獎一項，2009年獲北京市教學(xué)成果二等獎一項，2009年入選國家級教學(xué)團(tuán)隊。2006年，計算機學(xué)院教學(xué)實驗中心被評為我國第一個計算機學(xué)科國家級實驗教學(xué)示范中心。編輯出版《數(shù)字電路設(shè)計》《網(wǎng)絡(luò)測試與故障診斷實驗教程（第1、2版）》《計算機網(wǎng)絡(luò)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(xué)思路的革新

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

在人才培養(yǎng)中，實驗教學(xué)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(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力；三是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的素養(yǎng)；四是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)理論教學(xué)傳授的內(nèi)容僅僅是知識，但知識不等于能力。如有些學(xué)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(dāng)前我國大學(xué)畢業(yè)生的一大特點。真正創(chuàng)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(xiàn)需要大量的實踐訓(xùn)練才能培養(yǎng)出來的，尤其是學(xué)生的創(chuàng)新能力，更需要在艱苦的實踐探索中才能培養(yǎng)出來。課堂實驗教學(xué)在實踐教學(xué)中占有很大比重，也起著不可或缺的重要作用。除課堂教學(xué)外，實踐教學(xué)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(xué)實驗教學(xué)中樹立。如在大學(xué)創(chuàng)新實驗教學(xué)中只給出一個題目，讓學(xué)生自主完成。在完成實驗過程中，鍛煉了學(xué)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(chǔ)的。二是搜集資料、整理資料的能力。學(xué)生通過發(fā)達(dá)的通信技術(shù)和豐富的圖書館資源，查找到需要的基礎(chǔ)知識。三是分析能力，即在具體實踐中，學(xué)生還應(yīng)具有充足的分析問題和解決問題的能力。四是要有與團(tuán)隊溝通及協(xié)作的能力，很多實驗需要多名學(xué)生共同完成，如何和團(tuán)隊成員進(jìn)行充分溝通和協(xié)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(yǎng)的素質(zhì)，也是真正能力的體現(xiàn)，其中包括知識，但更多的是能力。實驗教學(xué)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(yè)實訓(xùn)。通過專業(yè)實訓(xùn)，解決社會、企業(yè)人才需要與高校人才培養(yǎng)脫節(jié)的矛盾：學(xué)校與企業(yè)協(xié)商，讓本科生在企業(yè)完成畢業(yè)設(shè)計，在實際工作環(huán)境中提高學(xué)生的實踐能力。

實驗教學(xué)改革：因材施教的分層次培養(yǎng)

大學(xué)生在實際完成學(xué)習(xí)過程中，體現(xiàn)出不同層次的差異，為適應(yīng)不同層次的學(xué)習(xí)需求，在人才培養(yǎng)過程中，我們采取了菜單式、模塊式的教學(xué)方式，不僅有小型的實驗班（通過考試、面試等環(huán)節(jié)選拔），而且在每個實驗中，設(shè)計了必做、選作、自選等不同層次的實驗內(nèi)容，形成套餐式、多模塊的差異性實驗內(nèi)容，以滿足不同層次的學(xué)習(xí)需求，做到因材施教。

為進(jìn)一步提升學(xué)生的科研素養(yǎng)，在實驗教學(xué)過程中，我們選擇一些綜合性的實驗，開設(shè)成科研項目式的實驗，學(xué)生根據(jù)教師提供的大量選題，或者學(xué)生結(jié)合課程知識自主選題，在開題報告、開題答辯、中期檢查、結(jié)題答辯等整個過程中既培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力，也提高了他們的表達(dá)能力，有效克服了理工專業(yè)學(xué)生書面表達(dá)不強，臨場應(yīng)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(yǎng)和能力。

除此之外，中心還從實驗指導(dǎo)書、指導(dǎo)教師、考核方式等方面加以調(diào)整和改進(jìn)。如在原有的實驗指導(dǎo)書外，為學(xué)生提供“加餐”；由1～2名教師帶領(lǐng)多名助教指導(dǎo)學(xué)生實驗；為防止學(xué)生抄襲實驗報告，增設(shè)課堂實驗答辯環(huán)節(jié)，讓學(xué)生現(xiàn)場講解實驗過程，回答教師提問。

實驗室開放：要把更多學(xué)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(xué)系統(tǒng)、課程教材、模擬考試等優(yōu)質(zhì)教育資源，并且配備了值班教師隨時解答學(xué)生的疑問。雖然中心環(huán)境一流，硬件設(shè)施先進(jìn)，但在課余時間到實驗室學(xué)習(xí)的學(xué)生只有百余名?？吹竭@些學(xué)生放棄休閑娛樂，到實驗室自覺學(xué)習(xí)，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(xué)生總數(shù)的15%～20%，按照這一比例，至少應(yīng)有200名學(xué)生到中心做實驗。“我們下一步的工作就是把學(xué)生吸引到實驗室，讓他們愛上探究，自覺學(xué)習(xí)?！遍_放不等于開門，開放的實驗室，不僅是需要開放的實驗環(huán)境，更需要適應(yīng)實驗室開放的實驗內(nèi)容，以及制定開放的機制。

王牌設(shè)備：增強學(xué)生實踐能力

談到王牌設(shè)備，曹主任推薦了中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括核心路由、核心交換機、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析儀等。

圖1 網(wǎng)絡(luò)實驗室核心設(shè)備

設(shè)備優(yōu)點：為學(xué)生創(chuàng)造了一個真實的工作環(huán)境，將學(xué)生實驗與實際工作無縫銜接。如應(yīng)用于本科生三年級和研究生階段的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析儀，不僅可以監(jiān)控整個網(wǎng)絡(luò)的工作情況，而且可以提高網(wǎng)絡(luò)運維質(zhì)量—通過透視整個網(wǎng)絡(luò)的運行情況，捕獲網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，分析出存在問題的節(jié)點。

使用收益：學(xué)生實踐能力得到了很大提高，北京航空航天大學(xué)計算機學(xué)院的畢業(yè)生就業(yè)時，很多是免試錄用的。2011年，中心與H3C聯(lián)合舉辦了“全國大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大賽”。

缺點：設(shè)備更新速度快，教學(xué)成本投入大。

高設(shè)備完好率，為教學(xué)提供保障

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

確定建設(shè)目標(biāo)，成就中心四大特色

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

1.專業(yè)與基礎(chǔ)緊密結(jié)合

中心建立伊始即確立了“專業(yè)與基礎(chǔ)相結(jié)合”這一基調(diào)，并落實在建設(shè)全程中，從而形成了中心最鮮明也是最核心的特色。在基礎(chǔ)實驗環(huán)境建設(shè)中，中心延伸到學(xué)校沙河校區(qū)整個信息平臺的建設(shè)，這個平臺承擔(dān)北航本科生一、二年級全部與信息技術(shù)相關(guān)的各類實驗課程，除傳統(tǒng)的大學(xué)計算機基礎(chǔ)、程序設(shè)計等課程外，還包括大學(xué)英語（信息化教學(xué)）、畫法幾何、機械設(shè)計等大類平臺課程的實驗支撐，專業(yè)化建設(shè)為這些非計算機專業(yè)的實踐教學(xué)提供了充足的支持。

2.本碩一體的培養(yǎng)模式

本碩一體化培養(yǎng)模式既是中心建設(shè)中的一個突出特色，又是人才培養(yǎng)模式中一大亮點。在實驗體系建設(shè)、實驗教材開發(fā)和實驗內(nèi)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(shè)又在研究生階段開設(shè)的課程，本校本科畢業(yè)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(shè)的較本科階段更高階的課程，其體系構(gòu)建是一體化的。在中心申報“國家級實驗教學(xué)示范中心”時，該培養(yǎng)模式受到了評審專家的一致好評。

3.眾多知名合作企業(yè)

IT技術(shù)和其他技術(shù)相比，其發(fā)展更新速度之快首屈一指，為解決實驗教學(xué)和IT技術(shù)發(fā)展的銜接問題，實現(xiàn)教學(xué)和技術(shù)進(jìn)步的可持續(xù)發(fā)展，中心注重加強校企的深度合作，與國內(nèi)同類高校相比，北京航空航天大學(xué)計算機學(xué)院教學(xué)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(yè)建立了良好的合作關(guān)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(yè)的設(shè)備與技術(shù)支持，同時，通過聯(lián)合培訓(xùn)，合作開發(fā)培訓(xùn)和實踐教學(xué)用教材，促進(jìn)了師資隊伍的建設(shè)，有效地使先進(jìn)的IT技術(shù)融入到實踐教學(xué)，中心先后和數(shù)家企業(yè)聯(lián)合出版各類教材5本。

4.輻射推廣企業(yè)技術(shù)

為將前沿知識引入校園，中心與企業(yè)聯(lián)合舉辦教師培訓(xùn)班，如與FLUKE公司面向全國教師開設(shè)的網(wǎng)絡(luò)測試培訓(xùn)班，與H3C合作的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)師資培訓(xùn)班，和Intel，Nokia舉辦的各類會議等。另外，中心還邀請企業(yè)工程師為學(xué)生開設(shè)講座，聯(lián)合舉辦春令營、夏令營和冬令營，主辦挑戰(zhàn)競賽。通過與企業(yè)聯(lián)合舉辦活動，中心掌握了本領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，不僅將這些新技術(shù)實時應(yīng)用于實驗教學(xué)，還可通過參加培訓(xùn)班的教師將新技術(shù)推廣開來，有效縮小校企之間在人才培養(yǎng)與社會需求之間的差距。

建設(shè)成果：見證中心歷年成績

1.2005 年獲得兩項國家教學(xué)成果獎：“研究型學(xué)院人才培養(yǎng)模式與體系的研究及實踐”獲得一等獎；“先進(jìn)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗基地建設(shè)”獲二等獎。

2.2006 年高級語言程序設(shè)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(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)實驗區(qū)。

4.2009 年“計算機系統(tǒng)系列核心課程教學(xué)團(tuán)隊”獲批國家級教學(xué)團(tuán)隊。

5.編譯技術(shù)、計算機導(dǎo)論和計算機模擬學(xué)獲批國家級精品課程。

6.研發(fā)計算機原型系統(tǒng)。目前大多數(shù)高校學(xué)生實驗是按課程劃分，很少為學(xué)生構(gòu)建一個完整的系統(tǒng)，學(xué)生對計算機技術(shù)缺乏整體認(rèn)識。建立起計算機的系統(tǒng)觀，是計算機專業(yè)區(qū)別于其他專業(yè)的重要內(nèi)涵。從2006年起，中心圍繞一個核心將多門課程進(jìn)行整合，讓學(xué)生從最底層設(shè)計一臺計算機。如將數(shù)字邏輯、程序設(shè)計、計算機組成原理、接口通信、操作系統(tǒng)、編譯技術(shù)等內(nèi)容加以整合，學(xué)生在完成各階段實驗學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，最終制作出由自主設(shè)計的支持MIPS指令集的CPU、操作系統(tǒng)和編譯器的計算機原型機。這一系統(tǒng)對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)起著非常重要的作用，同時將計算機專業(yè)與其他專業(yè)更好地區(qū)分開來。如，雖然電工電子、自動化專業(yè)也涉及計算機編程，但這些專業(yè)對計算硬件設(shè)施的學(xué)習(xí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及計算機專業(yè)。北京航空航天大學(xué)自2008年起使用該系統(tǒng)上實驗課，在教學(xué)過程中不斷完善系統(tǒng)功能，并編寫了相關(guān)教材。從實際教學(xué)效果來看，對于建立計算機系統(tǒng)整體概念，綜合運用計算機軟硬件知識構(gòu)建實際系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，發(fā)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(xué)團(tuán)隊贊不絕口，對他們的奉獻(xiàn)精神、團(tuán)隊精神、敬業(yè)精神和示范精神給予了高度肯定。正是在曹主任的帶領(lǐng)下，中心20多位教師在圓滿完成日常設(shè)備管理、維護(hù)與改進(jìn)、實驗教學(xué)與創(chuàng)新等工作基礎(chǔ)上，利用節(jié)假日開展沙河校區(qū)信息平臺建設(shè)，基礎(chǔ)實驗室建設(shè)面積達(dá)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(xiàn)“建立國內(nèi)一流、本碩一體化的實驗教學(xué)基地和工程創(chuàng)新能力培育基地”的發(fā)展目標(biāo)。