高校計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新與實(shí)踐

李國強(qiáng)　何麗莉　白洪濤

摘要：為高等教育中的核心素質(zhì)教育和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，分析了當(dāng)前我國高校計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理中存在的一系列問題，從計算機(jī)基礎(chǔ)教育的實(shí)際出發(fā)，以面向地學(xué)學(xué)科的公共計算機(jī)基礎(chǔ)教育為例，設(shè)計了“計算機(jī)基礎(chǔ)課程教育”、“計算機(jī)軟硬件實(shí)訓(xùn)教育”和“面向地學(xué)專業(yè)的計算機(jī)程序設(shè)計”三個層次的立體化實(shí)驗(yàn)室教育新模式，并就保障計算機(jī)基礎(chǔ)教育的質(zhì)量問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)教育；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；實(shí)驗(yàn)室管理

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）18-0106-02

高校實(shí)驗(yàn)室是教學(xué)、科研和人才培養(yǎng)的重要基地，是高校開展理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)教育的重要場所。隨著計算機(jī)教育的普及和深入，高校的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室不僅肩負(fù)著培養(yǎng)在計算機(jī)科學(xué)、計算機(jī)工程方面具有優(yōu)秀計算機(jī)素養(yǎng)，較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，良好的綜合素質(zhì)的計算機(jī)技術(shù)和管理專業(yè)人才，而且越來越向理工農(nóng)醫(yī)等非計算機(jī)學(xué)科深人，計算機(jī)尤其是計算機(jī)應(yīng)用的知識和技能在這些學(xué)科的應(yīng)用范圍越來越廣，作用越來越顯著。要求堅實(shí)的自然科學(xué)、人文社科、工程技術(shù)基礎(chǔ)理論之外，具備新的計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)思維，掌握現(xiàn)代計算機(jī)專業(yè)知識和較強(qiáng)的實(shí)踐能力，是對當(dāng)代大學(xué)生新的要求，而這些能力的培養(yǎng)，都離不開計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，在新形勢下展開對計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新和實(shí)踐研究是十分必要的。

實(shí)驗(yàn)教育與理論教育有著很大的區(qū)別，它不僅僅是培養(yǎng)學(xué)生動手能力的課堂，更在激發(fā)學(xué)生探索創(chuàng)新的欲望、提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作精神等方面有著不可替代的作用。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，國家大力推進(jìn)大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃，高等學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才目標(biāo)的確立，計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室作為高校發(fā)揮實(shí)踐教育最重要的渠道，其建設(shè)水平和運(yùn)行狀態(tài)很大程度上影響著高?？傮w教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如何高質(zhì)量高效管理計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室以適應(yīng)新時代下高等教育發(fā)展的需要，是高校管理者、高校教師應(yīng)該認(rèn)真思考和研究的問題。

1.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)問題分析

1.1思想問題認(rèn)識不充分

與國外尤其是美國等計算機(jī)發(fā)達(dá)國家相比，我國計算機(jī)教育長期以來以“理論”為主，上機(jī)實(shí)驗(yàn)主要目的是檢驗(yàn)理論是否正確，比如像“操作系統(tǒng)”這樣的課程，美國任何一個稍有名氣的計算機(jī)專業(yè)都會指導(dǎo)學(xué)生自主研究一個小型的操作系統(tǒng)，“麻雀雖小，五臟俱全”，在自主研制操作系統(tǒng)的過程中學(xué)生會對操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理、進(jìn)程管理等具有真正的體會和認(rèn)識，即使設(shè)計出的系統(tǒng)不具備完全的實(shí)用功能，也會對計算機(jī)的整體運(yùn)行機(jī)制有深入了解。我們在這方面仍認(rèn)識不足，從實(shí)驗(yàn)室的功能規(guī)劃、到實(shí)驗(yàn)室的隊伍建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室功能的開發(fā)上仍存在重理論輕實(shí)驗(yàn)的狀況，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室從主觀上就認(rèn)為可學(xué)可不學(xué)，如不及時解決，高校培養(yǎng)具有高素質(zhì)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的目標(biāo)將難以實(shí)現(xiàn)。

1.2實(shí)驗(yàn)室管理的“孤島”效應(yīng)

我國高校仍屬于“塊塊”管理體制，學(xué)校下屬各學(xué)院，各學(xué)院獨(dú)立管理，因而隸屬于學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室也是獨(dú)立的，實(shí)驗(yàn)室之間缺乏橫向聯(lián)系，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室軟硬件資源利用低下、重復(fù)建設(shè)多、浪費(fèi)巨大。更為重要的是，各實(shí)驗(yàn)室的資源無法充分利用，比如計算機(jī)的實(shí)驗(yàn)室，就缺乏電子專業(yè)制作電路板的實(shí)驗(yàn)條件，這大大阻礙了教師和學(xué)生向硬件深人創(chuàng)新，使得計算機(jī)越來越“軟”，一定程度上隔絕了軟硬結(jié)合研究，喪失了諸多的創(chuàng)新機(jī)會。

1.3實(shí)驗(yàn)室技術(shù)力量薄弱和資金匱乏

目前高校教師主要由行政管理人員、一線教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員組成，計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室歸由實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員管理，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研水平高低取決于實(shí)驗(yàn)隊伍的建設(shè)情況。在筆者所在高校，除少數(shù)特殊學(xué)科外，新聘一線教師的學(xué)歷已經(jīng)全部是博士，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員基本上也都是碩士以上，但對于計算機(jī)學(xué)科而言，高學(xué)歷不意味著高能力，教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員應(yīng)該有一定的計算機(jī)企業(yè)任職經(jīng)歷，有實(shí)際的信息系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，才有利于真正有用人才的培養(yǎng)。另外，還要引人新機(jī)制激勵實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員，充分發(fā)揮其主觀能動性。

多年來，計算機(jī)硬件遵循摩爾定律高速發(fā)展，基本上3～5年就要更新?lián)Q代一批，但我國教育經(jīng)費(fèi)緊張，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)絕對經(jīng)費(fèi)和相對經(jīng)費(fèi)長期投入不足，資金的缺乏使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、老化，實(shí)驗(yàn)條件不足最終會影響教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而影響培養(yǎng)高層次人才目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.實(shí)驗(yàn)室管理創(chuàng)新與實(shí)踐

筆者所在高校從計算機(jī)基礎(chǔ)教育的實(shí)際出發(fā)，以面向地學(xué)學(xué)科的公共計算機(jī)基礎(chǔ)教育為例，設(shè)計了“計算機(jī)基礎(chǔ)課程教育”、“計算機(jī)軟硬件實(shí)訓(xùn)通識教育”和“面向地學(xué)專業(yè)的計算機(jī)程序設(shè)計”三個層次的立體化實(shí)驗(yàn)室教育新模式。

2.1計算機(jī)基礎(chǔ)課程教育

本校的“基礎(chǔ)園區(qū)”建立了面向?qū)W校地學(xué)學(xué)部的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，包括地球科學(xué)學(xué)院、地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、環(huán)境與資源學(xué)院、建設(shè)工程學(xué)院和儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有480余臺配置一致的高性能微機(jī)，不僅為《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》和《C語言程序設(shè)計基礎(chǔ)》這兩門計算機(jī)基礎(chǔ)教育課程提供服務(wù)，還專門面向地學(xué)拔尖人才班—李四光班和卓越工程師班的小班教學(xué)提供良好的支持，該班的《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》、《c語言程序設(shè)計基礎(chǔ)》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》和《vc++程序設(shè)計》課程實(shí)現(xiàn)了在機(jī)房教學(xué)，教師講完某個知識點(diǎn)，學(xué)生馬上就可以練習(xí)，還可以以小組為單位討論學(xué)習(xí)，取得了良好的效果。

2.2計算機(jī)軟硬件實(shí)訓(xùn)教育

2011年秋季學(xué)期，在學(xué)校教務(wù)處和資產(chǎn)處主管領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，我單位創(chuàng)建了計算機(jī)軟硬件創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室開設(shè)特色課程和開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為學(xué)生提供更好的計算機(jī)軟硬件技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境，鍛煉學(xué)生實(shí)踐動手能力，提高計算機(jī)應(yīng)用水平。實(shí)驗(yàn)室擁有多媒體計算機(jī)120臺、有線局域網(wǎng)、有線校園網(wǎng)、無線校園網(wǎng)等，實(shí)驗(yàn)室自從建成以來，一直用于計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)與軟硬件結(jié)合教學(xué)，除開設(shè)常規(guī)的公共選修課《計算機(jī)軟硬件實(shí)訓(xùn)》課程外，還開設(shè)開放諸多創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)特色課程，如：“c語言程序設(shè)計”網(wǎng)絡(luò)資源及網(wǎng)站建設(shè)；微視頻的制作；基于Matlab的智能算法案例分析與實(shí)踐系列實(shí)驗(yàn)；復(fù)雜高維多元數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)研究；基于OpenGL的三維隨機(jī)分形地形生成系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)；Arduino平臺創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計與實(shí)現(xiàn)；VisualC++環(huán)境下迷你播放器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)；地理數(shù)據(jù)可視化及MATLAB實(shí)現(xiàn)；全球變暖數(shù)據(jù)分析及MATLAB實(shí)現(xiàn)。

這些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程在實(shí)驗(yàn)室軟硬件資源的支持下，極大地擴(kuò)寬了學(xué)生的計算機(jī)視野，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐動手能力。

2.3面向地學(xué)專業(yè)的計算機(jī)程序設(shè)計

當(dāng)前，能夠利用計算機(jī)解決本領(lǐng)域?qū)W科的大規(guī)模問題是當(dāng)代學(xué)生必須掌握的基本技能。然而，學(xué)生對計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)和對編程語言尤其是并行編程語言的認(rèn)知和掌握程度遠(yuǎn)不足以承擔(dān)此類任務(wù)，有必要在學(xué)習(xí)計算機(jī)基礎(chǔ)、編程語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等基本方法之后著重提高學(xué)生實(shí)際解決本領(lǐng)域應(yīng)用問題的能力。鑒于此，針對地學(xué)各專業(yè)的學(xué)科特征，實(shí)驗(yàn)室專門為學(xué)生建立了分組學(xué)習(xí)環(huán)境，每個組有自己的服務(wù)器和客戶機(jī)，安裝了多個操作系統(tǒng)，學(xué)生利用計算機(jī)多核、集群等并行模式，通過較大規(guī)模的程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，使得學(xué)生能夠正確、高效地計算本領(lǐng)域物理問題，達(dá)到應(yīng)用水平。

3.保障計算機(jī)基礎(chǔ)教育質(zhì)量

綜上，針對目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)改革，設(shè)計和實(shí)施了“計算機(jī)基礎(chǔ)課程教育”、“計算機(jī)軟硬件實(shí)訓(xùn)教育”和“面向地學(xué)專業(yè)的計算機(jī)程序設(shè)計”三個層次的立體化實(shí)驗(yàn)室教育新模式，取得了一定的效果，但還需要在加強(qiáng)如下方面的工作：

1）有效整合各類資源，加強(qiáng)與校外信息企業(yè)、科研單位的合作，引進(jìn)更多的有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過企業(yè)實(shí)地體驗(yàn)、講座、實(shí)訓(xùn)等多種形式進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

2）加強(qiáng)學(xué)科專業(yè)建設(shè)，尤其是交叉學(xué)科的建設(shè)，比如地學(xué)專業(yè)和計算機(jī)學(xué)科的交叉。計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室不僅是為解決計算機(jī)問題服務(wù)的，更應(yīng)該在其他專業(yè)上發(fā)揮更重要的作用。只有計算機(jī)和各專業(yè)知識融合、人才互相尊重和認(rèn)可，才能合作得好。