计算机实践教学多元化环境建设与研究

摘要：分析计算机实践教学存在的不足，提出计算机实践教学多元化环境的概念，阐述如何从构建虚拟化实践教学平台、开放型创新实验室、校企共建实验室三个方面来建设多元化计算机实践教学环境。该多元化环境提供了自主式、协作式学习空间，有利于学生探索新知识和创新，并可充分发挥教师的主导作用。

关键词：计算机；实践教学；多元化环境；虚拟化

文章编号：1672-5913（2013）03-0033-04

中图分类号：G642

“十二五”以来，教育部不断出台文件，深化实践教学方法改革。为推动高等学校加强学生实践能力和创新能力的培养，加快实验教学改革和实验室建设，教育部指出，要把加强实践教学方法和人才培养模式改革作为专业建设的重要内容。计算机类实践教学目前存在以下几个问题。

第一，计算机学科内容的快速增长和计算机实验条件相对滞后的矛盾。当前，作为“信息社会”核心和支撑的计算机学科，其知识和技术呈现快速增长和更新的特点，而传统的实验教学条件、实验设备总是滞后于计算机硬件的发展速度和教学要求。综合性实验室、创新性实验室的数量往往不能满足计算机实践教学的需求。实验室现有的设备与企业实际采用的仪器设备差距较大，导致学生缺乏工程实践能力和应用能力。

第二，计算机新技术的综合性和创新性实验对设备、场地、资金提出了较高要求，一般高校难以建设和承受。如大规模分布式计算实验，在湖南省内只有极少数有实力的高校（如国防科学技术大学）能够开设，大部分高校没有条件安排真实实验。又比如一般高校因不具备高性能计算机集群服务器，很少能够开设云计算、网格计算等实验。而由于发展和研究的需要，部分高年级的计算机类本科生和研究生却要求开设相关实验。

第三，在计算机实践教学过程中，人为破坏、软硬件故障、计算机病毒都会给计算机系统造成危害，影响教学顺利进行。实验室管理人员往往会采取硬件、软件保护等技术措施，以阻止学生在实验时对实验系统进行破坏性的修改。许多像系统维护、磁盘阵列实验这样的课程无法开出，而采取课堂演示或以讲代练的方式进行教学，这样的教学方法，学生理解困难，也不感兴趣。在实验教学内容多且课堂较大时，教学质量难以保证。

针对上述问题，我们提出了多元化的计算机实践教学环境构建思路。多元化计算机实践教学环境对于改进和完善计算机实验和实践性教学条件、教学体系，培养学生探索新知识、敢于创新的精神，减缓实验室建设的资金压力，都将起到积极作用。

1 多元化计算机实践教学环境体系

多元化计算机实践教学环境由虚拟化实践教学平台、开放型创新实验室、校企合作共建实验室三部分组成，如图1所示。

这三个部分以先进的技术和科学的制度为基础来实施。教学进程中既有基础性的验证实验，也有设计性和综合性的实验和实践环节；在规模和难度上循序渐进。我们整理收集教学过程中的各种素材，并且引进企业的教学视频、技术手册，构成数字化实践教学资源；设计实现了各类实践教学管理系统，最终纳入到数字化实践教学资源及管理平台，为计算机实践教学服务。计算机实践教学多元化环境将使学生的实践动手能力在四年里得到稳步提升。

2 多元化计算机实践教学环境的构建

2.1构建虚拟化实践教学平台

近年来，虚拟技术和模拟仿真技术的飞速发展，使构建虚拟实验室已经成为可能。由软硬件及其网络构成的虚拟化实践教学平台是提供该服务的一种良好的手段。例如，借助虚拟机软件VMware workstation，不受计算机软硬件限制，便可开展计算机维护和操作系统的实验。创建的虚拟机具备了良好的集成性、可移植性和可维护性。在虚拟机上，能够安装主流的操作系统及各种应用程序，设置模拟硬件环境；各虚拟机与主机之间可以进行通信、共享文件和网络资源。在虚拟机上进行的操作不会对主机现有的硬盘分区和数据造成任何破坏。操作完成后，通过映象功能可以非常轻松地将操作系统恢复到原样。这大大增加了学生的实践动手机会，加强了学生的实践技能。让学生在虚拟的环境下学习操作系统的操作、配置，达到事半功倍的目的。又比如，建设网络工程专业实验室的费用昂贵，可以考虑引入虚拟技术建设路由交换和网络安全实践教学环境：思科虚拟机Dynamips可用于支持思科3600系列路由器平台，思科PIX防火墙虚拟机主要用于虚拟运行PIX系列设备的镜像文件，华为的WVRP和华三的Simware主要用于仿真华为的VRP和H3C的Comware路由交换系统平台。借助以上虚拟平台，学生可以在单台计算机上组建网络环境，进行各种网络配置，也可以组建虚拟局域网，实现集群试验，基本上可以完成网络工程专业的实践教学环节。可见，利用虚拟化技术开展计算机实践教学，既经济又安全，在一定程度上突破了实验室管理的局限性，保证了实验课的正常开课。实验具有可重现性，能够激发学生学习的积极性和主动性，提高学生的实践创新能力，并且大大地降低了实验成本，提高了实验设备的安全性和利用率。

2.2建设开放型创新实验室

前面提到，实践教学体系要增加设计型、综合型实验的比例，激发学生的想象力和创造力。很多创新型实验需要在更优越的实验环境下才能完成。我们应在保证完成教学基本要求的前提下，建设综合与创新开放型实验室。开放实验室突出实践教学的开放性；能够多途径、多层次地对学生实践动手能力、创新能力和个性化发展进行培养。实验室应根据不同层次学生的需求有目的地向学生开放；通过此类实验室的建立，鼓励学生利用所学知识，参与项目攻关、专业竞赛，参与创新性研究。湖南工业大学计算机与通信学院的开放型创新实验室在校内是首创，吸引了学有余力的学生参加科技活动和竞赛，参与教师的科研项目或横向子课题。湖南工业大学计算机与通信学院面向学生开放的创新实验室自创建以来，学生利用创新实验室的资源开发了多项实用的系统，如通用型专业可定制短信平台、湖南工业大学FTP资源搜索引擎、湖南工业大学网络中心综合信息服务平台、Easy51 Pro S5x芯片编程器、学生技术平台实验室大型综合项目等，并在各类比赛中多次获奖。实践证明，开放型创新实验室使学生能够摆脱班级的约束，自主地选择和了解实验，有了自由发挥现象力和进行创新实践的时间和空间，提高了实验教学的质量。同时，开放型创新实验室还解决了实验时间难以安排、实验室设备利用率低的问题。

2.3校企合作共建实验室

数字化的实验环境与资源同现实相比，有一定差异。由于虚拟现实技术的局限性，它不可能作到对真实实验环境进行无差别的模拟，特别是对于大型复杂的计算机系统和高端的网络通信设备，从虚拟环境中取得的经验必须在真实环境中获得检验。

鉴于上述原因，我们建立了长效畅通的校企交流渠道，充分利用企业提供的教学资源，以注重培养实战技能为主线，把学生带到企业中去，开发真实环境下的实践项目。通过企业化实训案例，学生不但能把课堂所学的知识点在案例中串接起来，融会贯通，还能在案例营造出的企业真实环境中，实际体验和了解项目的整个流程，从而积累项目经验并培养行业所需的职业综合素质。我们正在积极借助合作企业的工作环境和资源，让学生看得见、摸得着这些高端的大型计算机硬件设备；由经验丰富的技术骨干担任校外实践教师，训练学生的系统分析、设计和RSbTDuc7LCaKN0l23VJhtA==集成能力、专业应具备的企业经验和综合素质，学生就业时更加有底气。比如，我们的合作单位有中软国际、双星科技、锐捷网络、南车时代、安博牛耳和与中国移动、中国电信有合作关系的湖南本地系统集成商等。这些公司有的从事IT技术服务、Linux和Oracle高端集训、网络设备及解决方案供应、制造业信息化，有的从事运营商的WiFi、EPON的建设和维护任务。学生通过在这些公司的实习实训，可以接触到真实的硬件系统环境，快速融入到岗位之中，这是任何模拟仿真实验都无法替代的。我们还与其中的企业达成协议，由学院提供场地，企业提供经费和技术支持，在校内建立专门的实验室，由企业技术人员和学院教师共同对学生进行指导，院校可以获得免费师资培训、学生认证考试、设备维护、仪器设备捐赠、就业指导等多项支持。企业也非常欢迎有实战经验的毕业生前来就业。这些措施将大大降低实践教学环境建设的成本。通过这种合作机制也解决了由于当前前沿计算机技术高速发展所引发的计算机实践教学环境投入不足的问题。

3 结语

多元化计算机实践教学环境是开放的。它不仅为学生提供了自主、互动、协作式学习空间、虚实结合的实验环境，也为教师营造出生动轻松的教学氛围，完善了教学评价体系，有利于实现因材施教的实验教学，同时也有利于增强学生探索新知识、获得新知识的体验，激发学生热爱实践、勇于探索，强化学生工程能力的培养，进而为创新能力的培养提供广阔舞台。

最后，还应该考虑到，由于实践教学环境建设前期投资大、建设时间长，所以必须充分考虑相关的综合性实验、开放式应用与实验室本身的领域拓宽和可持续发展问题。这些都是构建多元化计算机实践教学环境在未来需要思考和研究的课题。

（见习编辑：刘丽丽；编辑：彭远红）