計算機實踐教學多元化環(huán)境建設(shè)與研究

摘要：分析計算機實踐教學存在的不足，提出計算機實踐教學多元化環(huán)境的概念，闡述如何從構(gòu)建虛擬化實踐教學平臺、開放型創(chuàng)新實驗室、校企共建實驗室三個方面來建設(shè)多元化計算機實踐教學環(huán)境。該多元化環(huán)境提供了自主式、協(xié)作式學習空間，有利于學生探索新知識和創(chuàng)新，并可充分發(fā)揮教師的主導作用。

關(guān)鍵詞：計算機；實踐教學；多元化環(huán)境；虛擬化

文章編號：1672-5913（2013）03-0033-04

中圖分類號：G642

“十二五”以來，教育部不斷出臺文件，深化實踐教學方法改革。為推動高等學校加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加快實驗教學改革和實驗室建設(shè)，教育部指出，要把加強實踐教學方法和人才培養(yǎng)模式改革作為專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容。計算機類實踐教學目前存在以下幾個問題。

第一，計算機學科內(nèi)容的快速增長和計算機實驗條件相對滯后的矛盾。當前，作為“信息社會”核心和支撐的計算機學科，其知識和技術(shù)呈現(xiàn)快速增長和更新的特點，而傳統(tǒng)的實驗教學條件、實驗設(shè)備總是滯后于計算機硬件的發(fā)展速度和教學要求。綜合性實驗室、創(chuàng)新性實驗室的數(shù)量往往不能滿足計算機實踐教學的需求。實驗室現(xiàn)有的設(shè)備與企業(yè)實際采用的儀器設(shè)備差距較大，導致學生缺乏工程實踐能力和應(yīng)用能力。

第二，計算機新技術(shù)的綜合性和創(chuàng)新性實驗對設(shè)備、場地、資金提出了較高要求，一般高校難以建設(shè)和承受。如大規(guī)模分布式計算實驗，在湖南省內(nèi)只有極少數(shù)有實力的高校（如國防科學技術(shù)大學）能夠開設(shè)，大部分高校沒有條件安排真實實驗。又比如一般高校因不具備高性能計算機集群服務(wù)器，很少能夠開設(shè)云計算、網(wǎng)格計算等實驗。而由于發(fā)展和研究的需要，部分高年級的計算機類本科生和研究生卻要求開設(shè)相關(guān)實驗。

第三，在計算機實踐教學過程中，人為破壞、軟硬件故障、計算機病毒都會給計算機系統(tǒng)造成危害，影響教學順利進行。實驗室管理人員往往會采取硬件、軟件保護等技術(shù)措施，以阻止學生在實驗時對實驗系統(tǒng)進行破壞性的修改。許多像系統(tǒng)維護、磁盤陣列實驗這樣的課程無法開出，而采取課堂演示或以講代練的方式進行教學，這樣的教學方法，學生理解困難，也不感興趣。在實驗教學內(nèi)容多且課堂較大時，教學質(zhì)量難以保證。

針對上述問題，我們提出了多元化的計算機實踐教學環(huán)境構(gòu)建思路。多元化計算機實踐教學環(huán)境對于改進和完善計算機實驗和實踐性教學條件、教學體系，培養(yǎng)學生探索新知識、敢于創(chuàng)新的精神，減緩實驗室建設(shè)的資金壓力，都將起到積極作用。

1 多元化計算機實踐教學環(huán)境體系

多元化計算機實踐教學環(huán)境由虛擬化實踐教學平臺、開放型創(chuàng)新實驗室、校企合作共建實驗室三部分組成，如圖1所示。

這三個部分以先進的技術(shù)和科學的制度為基礎(chǔ)來實施。教學進程中既有基礎(chǔ)性的驗證實驗，也有設(shè)計性和綜合性的實驗和實踐環(huán)節(jié)；在規(guī)模和難度上循序漸進。我們整理收集教學過程中的各種素材，并且引進企業(yè)的教學視頻、技術(shù)手冊，構(gòu)成數(shù)字化實踐教學資源；設(shè)計實現(xiàn)了各類實踐教學管理系統(tǒng)，最終納入到數(shù)字化實踐教學資源及管理平臺，為計算機實踐教學服務(wù)。計算機實踐教學多元化環(huán)境將使學生的實踐動手能力在四年里得到穩(wěn)步提升。

2 多元化計算機實踐教學環(huán)境的構(gòu)建

2.1構(gòu)建虛擬化實踐教學平臺

近年來，虛擬技術(shù)和模擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，使構(gòu)建虛擬實驗室已經(jīng)成為可能。由軟硬件及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的虛擬化實踐教學平臺是提供該服務(wù)的一種良好的手段。例如，借助虛擬機軟件VMware workstation，不受計算機軟硬件限制，便可開展計算機維護和操作系統(tǒng)的實驗。創(chuàng)建的虛擬機具備了良好的集成性、可移植性和可維護性。在虛擬機上，能夠安裝主流的操作系統(tǒng)及各種應(yīng)用程序，設(shè)置模擬硬件環(huán)境；各虛擬機與主機之間可以進行通信、共享文件和網(wǎng)絡(luò)資源。在虛擬機上進行的操作不會對主機現(xiàn)有的硬盤分區(qū)和數(shù)據(jù)造成任何破壞。操作完成后，通過映象功能可以非常輕松地將操作系統(tǒng)恢復到原樣。這大大增加了學生的實踐動手機會，加強了學生的實踐技能。讓學生在虛擬的環(huán)境下學習操作系統(tǒng)的操作、配置，達到事半功倍的目的。又比如，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗室的費用昂貴，可以考慮引入虛擬技術(shù)建設(shè)路由交換和網(wǎng)絡(luò)安全實踐教學環(huán)境：思科虛擬機Dynamips可用于支持思科3600系列路由器平臺，思科PIX防火墻虛擬機主要用于虛擬運行PIX系列設(shè)備的鏡像文件，華為的WVRP和華三的Simware主要用于仿真華為的VRP和H3C的Comware路由交換系統(tǒng)平臺。借助以上虛擬平臺，學生可以在單臺計算機上組建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，進行各種網(wǎng)絡(luò)配置，也可以組建虛擬局域網(wǎng)，實現(xiàn)集群試驗，基本上可以完成網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)?？梢姡锰摂M化技術(shù)開展計算機實踐教學，既經(jīng)濟又安全，在一定程度上突破了實驗室管理的局限性，保證了實驗課的正常開課。實驗具有可重現(xiàn)性，能夠激發(fā)學生學習的積極性和主動性，提高學生的實踐創(chuàng)新能力，并且大大地降低了實驗成本，提高了實驗設(shè)備的安全性和利用率。

2.2建設(shè)開放型創(chuàng)新實驗室

前面提到，實踐教學體系要增加設(shè)計型、綜合型實驗的比例，激發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力。很多創(chuàng)新型實驗需要在更優(yōu)越的實驗環(huán)境下才能完成。我們應(yīng)在保證完成教學基本要求的前提下，建設(shè)綜合與創(chuàng)新開放型實驗室。開放實驗室突出實踐教學的開放性；能夠多途徑、多層次地對學生實踐動手能力、創(chuàng)新能力和個性化發(fā)展進行培養(yǎng)。實驗室應(yīng)根據(jù)不同層次學生的需求有目的地向?qū)W生開放；通過此類實驗室的建立，鼓勵學生利用所學知識，參與項目攻關(guān)、專業(yè)競賽，參與創(chuàng)新性研究。湖南工業(yè)大學計算機與通信學院的開放型創(chuàng)新實驗室在校內(nèi)是首創(chuàng)，吸引了學有余力的學生參加科技活動和競賽，參與教師的科研項目或橫向子課題。湖南工業(yè)大學計算機與通信學院面向?qū)W生開放的創(chuàng)新實驗室自創(chuàng)建以來，學生利用創(chuàng)新實驗室的資源開發(fā)了多項實用的系統(tǒng)，如通用型專業(yè)可定制短信平臺、湖南工業(yè)大學FTP資源搜索引擎、湖南工業(yè)大學網(wǎng)絡(luò)中心綜合信息服務(wù)平臺、Easy51 Pro S5x芯片編程器、學生技術(shù)平臺實驗室大型綜合項目等，并在各類比賽中多次獲獎。實踐證明，開放型創(chuàng)新實驗室使學生能夠擺脫班級的約束，自主地選擇和了解實驗，有了自由發(fā)揮現(xiàn)象力和進行創(chuàng)新實踐的時間和空間，提高了實驗教學的質(zhì)量。同時，開放型創(chuàng)新實驗室還解決了實驗時間難以安排、實驗室設(shè)備利用率低的問題。

2.3校企合作共建實驗室

數(shù)字化的實驗環(huán)境與資源同現(xiàn)實相比，有一定差異。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的局限性，它不可能作到對真實實驗環(huán)境進行無差別的模擬，特別是對于大型復雜的計算機系統(tǒng)和高端的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，從虛擬環(huán)境中取得的經(jīng)驗必須在真實環(huán)境中獲得檢驗。

鑒于上述原因，我們建立了長效暢通的校企交流渠道，充分利用企業(yè)提供的教學資源，以注重培養(yǎng)實戰(zhàn)技能為主線，把學生帶到企業(yè)中去，開發(fā)真實環(huán)境下的實踐項目。通過企業(yè)化實訓案例，學生不但能把課堂所學的知識點在案例中串接起來，融會貫通，還能在案例營造出的企業(yè)真實環(huán)境中，實際體驗和了解項目的整個流程，從而積累項目經(jīng)驗并培養(yǎng)行業(yè)所需的職業(yè)綜合素質(zhì)。我們正在積極借助合作企業(yè)的工作環(huán)境和資源，讓學生看得見、摸得著這些高端的大型計算機硬件設(shè)備；由經(jīng)驗豐富的技術(shù)骨干擔任校外實踐教師，訓練學生的系統(tǒng)分析、設(shè)計和RSbTDuc7LCaKN0l23VJhtA==集成能力、專業(yè)應(yīng)具備的企業(yè)經(jīng)驗和綜合素質(zhì)，學生就業(yè)時更加有底氣。比如，我們的合作單位有中軟國際、雙星科技、銳捷網(wǎng)絡(luò)、南車時代、安博牛耳和與中國移動、中國電信有合作關(guān)系的湖南本地系統(tǒng)集成商等。這些公司有的從事IT技術(shù)服務(wù)、Linux和Oracle高端集訓、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及解決方案供應(yīng)、制造業(yè)信息化，有的從事運營商的WiFi、EPON的建設(shè)和維護任務(wù)。學生通過在這些公司的實習實訓，可以接觸到真實的硬件系統(tǒng)環(huán)境，快速融入到崗位之中，這是任何模擬仿真實驗都無法替代的。我們還與其中的企業(yè)達成協(xié)議，由學院提供場地，企業(yè)提供經(jīng)費和技術(shù)支持，在校內(nèi)建立專門的實驗室，由企業(yè)技術(shù)人員和學院教師共同對學生進行指導，院?？梢垣@得免費師資培訓、學生認證考試、設(shè)備維護、儀器設(shè)備捐贈、就業(yè)指導等多項支持。企業(yè)也非常歡迎有實戰(zhàn)經(jīng)驗的畢業(yè)生前來就業(yè)。這些措施將大大降低實踐教學環(huán)境建設(shè)的成本。通過這種合作機制也解決了由于當前前沿計算機技術(shù)高速發(fā)展所引發(fā)的計算機實踐教學環(huán)境投入不足的問題。

3 結(jié)語

多元化計算機實踐教學環(huán)境是開放的。它不僅為學生提供了自主、互動、協(xié)作式學習空間、虛實結(jié)合的實驗環(huán)境，也為教師營造出生動輕松的教學氛圍，完善了教學評價體系，有利于實現(xiàn)因材施教的實驗教學，同時也有利于增強學生探索新知識、獲得新知識的體驗，激發(fā)學生熱愛實踐、勇于探索，強化學生工程能力的培養(yǎng)，進而為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供廣闊舞臺。

最后，還應(yīng)該考慮到，由于實踐教學環(huán)境建設(shè)前期投資大、建設(shè)時間長，所以必須充分考慮相關(guān)的綜合性實驗、開放式應(yīng)用與實驗室本身的領(lǐng)域拓寬和可持續(xù)發(fā)展問題。這些都是構(gòu)建多元化計算機實踐教學環(huán)境在未來需要思考和研究的課題。

（見習編輯：劉麗麗；編輯：彭遠紅）