試析高校計算機專業(yè)實驗室開放模式的優(yōu)化

□張 瀚

(山西廣播電視大學 大同分校，山西 大同 037004)

在高等教育深化教學改革的大背景下，各大高校計算機專業(yè)教學也需要與時俱進。計算機實驗室教學是高校培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)技術人才的關鍵，開放高校計算機專業(yè)實驗室，不僅可以提高學生的實驗次數(shù)和學習效果，也能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、協(xié)作及溝通能力，并進而為社會培養(yǎng)高質(zhì)量且符合社會需求的人才。

一、高校計算機專業(yè)實驗室教學存在的問題

實驗是培養(yǎng)學生探索能力和實踐能力的重要途徑，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、團結合作精神和科研探索能力的重要途徑。學生可以利用實驗室的環(huán)境，完成老師布置的實驗作業(yè)，進一步深化課堂所學知識，激發(fā)學習的積極性。對計算機專業(yè)在實驗教學方面存在的問題，過去已經(jīng)有人進行了研究，概括起來主要有以下幾點：1.填鴨式的計算機實驗教學不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力與動手能力，難以激發(fā)學生學習的主動性，更無法提高學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神。在填鴨式的實驗教學背景下，計算機專業(yè)實驗教學的實質(zhì)為驗證性，而創(chuàng)新性和設計性的實驗不足，學生動手能力和創(chuàng)新意識較差，走向社會以后難以適應社會的需求。2.計算機實驗設備不能滿足實驗教學的需要，實驗經(jīng)費投入少，硬件設備更新慢，軟件更新更慢。隨著高等教育的擴招，以及新生專業(yè)的增加，社會對高校的計算機實驗設備提出了新的要求，但一些高校的計算機實驗室教學條件卻嚴重滯后。3.計算機實驗隊伍欠穩(wěn)定、專業(yè)技術力量薄弱。實驗室技術隊伍的建設，應該充分考慮人員的層次、學歷與年齡，要能夠適應新形勢的要求，要通過對實驗人員進行定期的教學培訓，提高實驗技術隊伍水平。但目前有的高校對實驗技術人員卻重使用、輕培養(yǎng)，實驗人員在學校的地位不高，實驗隊伍組成結構不合理，高學歷、高水平的人員不愿意來，即使來了也留不住。

以上關于計算機專業(yè)實驗教學存在問題的分析有相當?shù)恼J識價值，需要引起高度注意。但筆者通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，計算機實驗設備利用率不高也是一個需要重視的問題。目前各類高校計算機專業(yè)實驗室的計算機，除了在教學中應用外，大部分還處于閑置狀態(tài)。包括網(wǎng)絡、路由器、測試設備等無法實現(xiàn)良好利用。在以往傳統(tǒng)的計算機實驗教學中，學生僅僅能完成專業(yè)教學大綱所要求的實驗內(nèi)容。實驗室計算機設備的利用，除了承擔課程內(nèi)的實驗任務外，還可以承擔學生自選實驗以及各種科研項目的研究等任務。高校要培養(yǎng)高質(zhì)量的技術人才，就必須開放計算機實驗室運行模式，在課程教學基本任務完成的前提下，增設加強學生綜合能力鍛煉的自主實驗學習。

二、計算機專業(yè)實驗室開放模式優(yōu)化的策略

開放計算機專業(yè)實驗室運行模式，能夠避免傳統(tǒng)封閉式實驗教學的缺點，提高實驗室內(nèi)部設備和外部環(huán)境的利用效率，激發(fā)學生學習的積極性和創(chuàng)先、創(chuàng)新的意識。優(yōu)化實驗室應用策略無疑是十分重要的，以計算機專業(yè)作為研究對象，針對實驗教學和實驗管理過程中存在的問題提出解決措施，是目前高校急需解決的問題。開放式計算機實驗室是指實驗室開放不受正常教學進度和教學內(nèi)容的影響，面向全體師生全天候開放實驗室，起碼保證每周一到周五全天候開放，并且為實驗室配備高性能的計算機，保證學生可結合自身實際需求隨時開展學習。

開放計算機實驗室需要設計可靠的開放方案。計算機專業(yè)實驗室配置了互聯(lián)網(wǎng)設備可方便學生查閱資料，但這種實驗室對于學習興趣不高的學生來說，通常會變成網(wǎng)吧，學生盡情在網(wǎng)絡中遨游，把原本屬于自己自由支配的學習環(huán)境打破，所以說，開放實驗室是一個涉及實驗教學方方面面的綜合性工程，必須重視各方面措施的內(nèi)在聯(lián)系和效果優(yōu)化。

(一)開放模式優(yōu)化策略的前提

計算機專業(yè)課程大致分為軟件課程和硬件課程兩種類型，軟件課程在實驗室教學的過程中偏重于語言程序的編程和各類應用軟件的開發(fā)、編寫；硬件課程偏重于日常比較實用的計算機軟件控制系統(tǒng)以及嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。針對計算機軟硬件所具有的特點和存在的差異，設計計算機專業(yè)實驗室開放方案須采取一系列優(yōu)化措施：

首先，要創(chuàng)新開放式實驗教學模式，將教學內(nèi)容結合計算機課程的學科特點，應采用縱向聯(lián)接課程的方式。對于開放式實驗室的課程內(nèi)容設置，以選修課程作為重點，在夯實基礎計算機課程教學的情況下，以基礎課程理論知識點為主、拓展基礎外知識點學習，通過基礎外知識點學習，培養(yǎng)學生的研究能力和創(chuàng)造精神。要拓展教學思維，在開放實驗室課程內(nèi)容基礎上，將硬件模塊知識點力爭貫穿于整個知識結構中。

其次，要安排好開放式實驗室的教學管理。在高等學校開展計算機專業(yè)的課程安排，要結合實驗課教學內(nèi)容，相互統(tǒng)籌。開放實驗室教學可以采取兩種方式，即定時開放和全面開放。設置實驗室機房開放可以分為三個階段：基礎階段、提升階段、綜合階段。前兩個階段可以定時對實驗室實施開放管理模式，對綜合階段來說，一定要實施全程的開放管理模式。這種不同階段的管理模式不僅能夠幫助一些學習比較被動的學生順利完成必修課程，同時還能對學習抱有主動性態(tài)度的學生，不斷提升自身的創(chuàng)造力。

再次，全方面開放實驗教學對于計算機專業(yè)來說，不能局限于本專業(yè)學生和教師，應當面向全校開放實驗室，并且要全方位開放；開放計算機專業(yè)實驗室的課程在教學上也不能局限于本專業(yè)的教師和學生，而應該向全校師生開放。特別是在綜合實驗室里，許多項目都是綜合性的，需要不同學科的參與，我們可以鼓勵跨專業(yè)、跨學科師生共同參與實驗研究，進一步實現(xiàn)探究不同學院中計算機硬件課程和專業(yè)課程的相互銜接。為此，就需要為之設計多種具有探索型的科研實驗項目。例如在農(nóng)學院中，我們研究的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)管理，在實驗室里就需要農(nóng)學類不同專業(yè)的學生共同參與到實驗的研究當中去，讓所有的學生在合作當中共同提升、有所創(chuàng)新。指導實驗的教師必須具備充足的耐心、廣泛的學識、研究的心態(tài)，不能局限于僅僅答疑解惑中，而應當將教學的重心放在注重培養(yǎng)學生積極思考；鼓勵學生發(fā)散思維、創(chuàng)新思維；注重學生的能力培養(yǎng)和專業(yè)發(fā)展；以學生的學業(yè)進步、專業(yè)創(chuàng)新為教學目標來開展此項活動，在這樣的實驗教師的指導下才能收到真正的實驗效果，做到理論聯(lián)系實際，做到學以致用。

最后，對計算機專業(yè)實驗要進行合理考核。高校在對學生進行實驗考核過程中，需要結合各課程特點采取合理的考試方式，例如：針對軟件設計類的實驗考核多是以答辯形式或以論文撰寫等方式開展的；對于硬件課程的實驗考試就是考查學生們在實驗室硬件的操作能力，并考核其實驗研究成果。

(二) 開放實驗室的具體措施

學校計算機專業(yè)及其他專業(yè)開放實驗室的措施制定，需要從硬件和軟件這兩個實驗角度來考慮。

首先，在軟件實驗室建設過程中，軟件編程實際上就是語言編程，包括高級語言設計、數(shù)據(jù)結構、Java、面向對象程序設計等。在軟件類課程設計中應當多進行鞏固練習，例如對于數(shù)據(jù)結構實驗共涉及20個項目，包括高級語言程序的相關設計、本課程的主要知識點，具有較大難度的綜合訓練。在實施實驗過程中，教師需要合理安排20個項目知識點，并將其分別羅列。例如在訓練題中有專業(yè)服務器和網(wǎng)絡系統(tǒng)全程對學生的答題情況進行實時監(jiān)控，教師可隨時抽查學生的學習研究情況；學生也可以在不同實驗室內(nèi)完成自主學習，這樣就大大突破了課堂學習的局限。再如對數(shù)據(jù)庫應用程序設計等相關內(nèi)容來說，可將大型軟件項目分為多個子項目來完成。值得注意的是，在這一過程中需要注意告知學生各個子項目的知識點及其之間的相互聯(lián)系，最終共同完成布置的實驗項目。在這個過程中讓學生們獲得完整的理論知識和實踐知識體系，對于日后從事軟件開發(fā)可以積累寶貴的經(jīng)驗。

其次，建設硬件實驗室對于計算機專業(yè)，主要涉及微機接口原理、嵌入式實驗室開發(fā)、邏輯數(shù)字、計算機構成原理等相關內(nèi)容。在硬件實驗課開展過程中，需要學生準備實驗箱，在課程前后使知識點構建起緊密聯(lián)系，主動提高學生在實際工作、學習當中實踐操作能力。目前高校在日常學習的過程中非常重視硬件實驗課程設計和建設，會多方面安排學生、鼓勵學生參加各類實驗，盡量使得各類課程能夠在實驗室中進行，每位同學也能夠自己動手完成，做到通過實踐鞏固理論知識的學習。所以硬件實驗室的開放非常必要，硬件實驗室必須與時代潮流接軌，跟得上科技日新月異的變化。高校須引進先進的硬件設備來提供技術支持，同時將硬件類理論知識融入學生的實驗中，鼓勵計算機專業(yè)學生用現(xiàn)有知識設計出獨特的作品，從而激發(fā)和培養(yǎng)其創(chuàng)造力。

最后，計算機專業(yè)開放實驗室的管理。開放實驗室的管理不同于常規(guī)的教務管理，應采用新型的管理措施，才能有助于開放實驗室的建設與實施[3]。在管理方面，應首先分析開放實驗室使用以來發(fā)現(xiàn)的問題，在現(xiàn)有實驗室管理的基礎上，加以補充和完善，具體包括：

1.在使用管理方面。在課堂教學過程中，學生在老師的指導下，填寫統(tǒng)一格式的實驗項目申請表，申請經(jīng)答辯和審批等環(huán)節(jié)全部合格后，可進入實驗室開展相關實驗學習活動。在學生自主學習環(huán)節(jié)中，學生在嚴格遵守學校規(guī)定的互聯(lián)網(wǎng)及相關設備使用方法的前提條件下，通過注冊賬號，以及實驗室管理人員的審批后才可以進行實驗。此外，遵守實驗室各項規(guī)章制度還表現(xiàn)在填寫實驗室規(guī)定的各類實驗表，在此基礎上，按照順序進入實驗室完成虛擬實驗，將實驗報告提交管理人員，最后進行存檔。

2.在設備維護方面。實施開放式實驗室后，會從一定程度上增加工作人員的工作量，對于愛好實驗的學生而言，可以從他們當中選取一部分高素質(zhì)學生進行設備維護培訓，使其在實驗設備使用過程中承擔一部分的設備維護和維修工作。這一方面能夠節(jié)約學校實驗人力成本，另一方面，還可以提升學生的動手能力和實驗管理能力。

3.在安全責任管理方面。在開放實驗室中，作為指導教師可能會因忙于其他工作而在中途臨時離開實驗室。但學生是開放實驗室的主體，在此種情況下，實驗室設備在使用安全方面存在一定隱患，因此，要強化對學生的安全教育，提高學生的安全意識，確保實驗設備能夠實現(xiàn)安全運行。另外，要將每個使用計算機的人員的安全責任落實到實處，除每人必須填寫安全責任書外，還包括對每天進入實驗室的時間、人員姓名以及實驗內(nèi)容填寫清楚，并安排責任人值守，確保開放實驗室的安全運行。

三、計算機專業(yè)開放實驗室策略的成效分析

有調(diào)研報告顯示，一些高校計算機系在采用開放式實驗室一系列優(yōu)化策略的同時，對計算機實驗室實施了全方位的綜合規(guī)劃和全新管理方法，經(jīng)過一段時間的運行，使計算機專業(yè)的在校生受益良多，在各方面都取得了較好的成效。

從軟件實驗室建設來看，實驗室在使用傳統(tǒng)軟件的基礎上，可以進一步增加軟件開放實驗室的應用。過去未開放計算機實驗室時，對學生講授內(nèi)容只停留在講解課程的主要知識點方面，而學生也認為自己只需要掌握一些傳統(tǒng)軟件的常規(guī)實驗，理解基礎理論知識后即可完成整個學習任務。事實上這種學習模式只能夠讓學生掌握一些簡單知識。當增設了開放實驗室之后，不僅學生充分利用了這種實驗環(huán)境，將課程的知識點融會貫通，而且將不同課程的同一方面聯(lián)系在了一起去進行思考，找出學習內(nèi)容相同與不同的地方，構建較完善的知識體系。在全面開放的實驗室環(huán)境下，激發(fā)了學生對他們很感興趣的問題的思考。他們往往會自主想盡辦法去解決實驗過程中遇到的問題。例如，當學生進入高年級之后就會主動與教師探討相關軟件開發(fā)的問題，提升自己的自主創(chuàng)新性技能?；诖耍瑢W校應該組織高年級的學生和教師一起進行一些科研項目，教師可以努力幫助、指導學生完成科研，并將科研成果開發(fā)的一系列軟件或者與實驗課程相關的系統(tǒng)，申報鑒定或在學校投入使用。一些成功的作品也能在低年級學生的實驗學習中投入使用，使低年級學生受到啟發(fā)，激發(fā)他們的學習興趣和熱情。特別是交叉實驗室教學和課程互聯(lián)的模式能夠從一定程度上幫助計算機學生更好地融會貫通各知識點，使學生短期內(nèi)明確自己實驗的目標和方向。

從硬件課程實驗室建設上來分析，重點在于傳統(tǒng)實驗課程的教學方法能夠從一定程度上增加虛擬網(wǎng)上教學，為其提供合理的實驗環(huán)境。傳統(tǒng)硬件實驗過程只能在實驗室內(nèi)完成，只有通過網(wǎng)上虛擬實驗室開發(fā)才能夠讓學生打破時間、空間限制，登錄系統(tǒng)即可完成實驗任務。那些對于硬件感興趣的學生，學?？山M織教師對他們開展硬件學習培訓，通過培訓可提升學生對于硬件系統(tǒng)的了解度，進而使學生參與到嵌入實驗室教學模式中來，能夠拓寬學生的基礎知識，在硬件系統(tǒng)開發(fā)學習中獲得良好的成績。目前高校本科生大部分學習了應用實驗教學研發(fā)的產(chǎn)品及ARM系統(tǒng)嵌入式實驗模式，并將項目的成果能夠提供給后續(xù)學生使用。該系統(tǒng)從最初系統(tǒng)設計、焊接電路到操作系統(tǒng)的實現(xiàn)都由參加實驗的學生們獨立完成，該系統(tǒng)投入使用后獲得了師生的一致好評。

四、結語

綜上所述，高校計算機專業(yè)實驗室開放模式的優(yōu)化，不單單是時間和空間上的開放，它還涉及專業(yè)實驗室的資源配置、師資力量以及科學、規(guī)范的管理制度建設。與此同時，它還應與實驗教學體系、科研項目以及學科發(fā)展緊密地聯(lián)系在一起，進而與學校的基本條件和實際情況相適應。開放式實驗室的應用，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實踐能力的有效途徑，能夠從多層次、多方面培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，在提高學生動手能力、項目開發(fā)能力以及創(chuàng)新性能力的同時，帶動更多的計算機專業(yè)學生積極主動地參與到科研項目的研究中，進一步推動實驗教學、學科建設和科研水平的提升，進而將開放式實驗教學推向一個嶄新的階段。