高校计算机实验室创新与实践

李国强　何丽莉　白洪涛

摘要：为高等教育中的核心素质教育和培养创新型人才目标的实现，分析了当前我国高校计算机实验室建设和管理中存在的一系列问题，从计算机基础教育的实际出发，以面向地学学科的公共计算机基础教育为例，设计了“计算机基础课程教育”、“计算机软硬件实训教育”和“面向地学专业的计算机程序设计”三个层次的立体化实验室教育新模式，并就保障计算机基础教育的质量问题进行了探讨。

关键词：实验室；实验教育；创新创业；实验室管理

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）18-0106-02

高校实验室是教学、科研和人才培养的重要基地，是高校开展理论结合实验教育的重要场所。随着计算机教育的普及和深入，高校的计算机实验室不仅肩负着培养在计算机科学、计算机工程方面具有优秀计算机素养，较强实践能力和创新能力，良好的综合素质的计算机技术和管理专业人才，而且越来越向理工农医等非计算机学科深人，计算机尤其是计算机应用的知识和技能在这些学科的应用范围越来越广，作用越来越显著。要求坚实的自然科学、人文社科、工程技术基础理论之外，具备新的计算机和互联网思维，掌握现代计算机专业知识和较强的实践能力，是对当代大学生新的要求，而这些能力的培养，都离不开计算机实验室的建设，在新形势下展开对计算机实验室创新和实践研究是十分必要的。

实验教育与理论教育有着很大的区别，它不仅仅是培养学生动手能力的课堂，更在激发学生探索创新的欲望、提高学生综合素质、培养团队协作精神等方面有着不可替代的作用。随着“互联网+”时代的到来，国家大力推进大学生的创新创业计划，高等学校培养创新创业型人才目标的确立，计算机实验室作为高校发挥实践教育最重要的渠道，其建设水平和运行状态很大程度上影响着高校总体教育目标的实现。如何高质量高效管理计算机实验室以适应新时代下高等教育发展的需要，是高校管理者、高校教师应该认真思考和研究的问题。

1.实验室建设问题分析

1.1思想问题认识不充分

与国外尤其是美国等计算机发达国家相比，我国计算机教育长期以来以“理论”为主，上机实验主要目的是检验理论是否正确，比如像“操作系统”这样的课程，美国任何一个稍有名气的计算机专业都会指导学生自主研究一个小型的操作系统，“麻雀虽小，五脏俱全”，在自主研制操作系统的过程中学生会对操作系统的内存管理、进程管理等具有真正的体会和认识，即使设计出的系统不具备完全的实用功能，也会对计算机的整体运行机制有深入了解。我们在这方面仍认识不足，从实验室的功能规划、到实验室的队伍建设，实验室功能的开发上仍存在重理论轻实验的状况，学生在实验室从主观上就认为可学可不学，如不及时解决，高校培养具有高素质的创新创业型人才的目标将难以实现。

1.2实验室管理的“孤岛”效应

我国高校仍属于“块块”管理体制，学校下属各学院，各学院独立管理，因而隶属于学院的实验室也是独立的，实验室之间缺乏横向联系，导致实验室软硬件资源利用低下、重复建设多、浪费巨大。更为重要的是，各实验室的资源无法充分利用，比如计算机的实验室，就缺乏电子专业制作电路板的实验条件，这大大阻碍了教师和学生向硬件深人创新，使得计算机越来越“软”，一定程度上隔绝了软硬结合研究，丧失了诸多的创新机会。

1.3实验室技术力量薄弱和资金匮乏

目前高校教师主要由行政管理人员、一线教师和实验技术人员组成，计算机实验室归由实验技术人员管理，实验教学和科研水平高低取决于实验队伍的建设情况。在笔者所在高校，除少数特殊学科外，新聘一线教师的学历已经全部是博士，实验技术人员基本上也都是硕士以上，但对于计算机学科而言，高学历不意味着高能力，教师和实验技术人员应该有一定的计算机企业任职经历，有实际的信息系统项目开发经验，才有利于真正有用人才的培养。另外，还要引人新机制激励实验技术人员，充分发挥其主观能动性。

多年来，计算机硬件遵循摩尔定律高速发展，基本上3～5年就要更新换代一批，但我国教育经费紧张，实验室的建设绝对经费和相对经费长期投入不足，资金的缺乏使得实验设备陈旧、老化，实验条件不足最终会影响教学质量，进而影响培养高层次人才目标的实现。

2.实验室管理创新与实践

笔者所在高校从计算机基础教育的实际出发，以面向地学学科的公共计算机基础教育为例，设计了“计算机基础课程教育”、“计算机软硬件实训通识教育”和“面向地学专业的计算机程序设计”三个层次的立体化实验室教育新模式。

2.1计算机基础课程教育

本校的“基础园区”建立了面向学校地学学部的计算机实验室，包括地球科学学院、地球探测科学与技术学院、环境与资源学院、建设工程学院和仪器科学与电气工程学院。实验室现有480余台配置一致的高性能微机，不仅为《大学计算机基础》和《C语言程序设计基础》这两门计算机基础教育课程提供服务，还专门面向地学拔尖人才班—李四光班和卓越工程师班的小班教学提供良好的支持，该班的《大学计算机基础》、《c语言程序设计基础》、《数据结构》和《vc++程序设计》课程实现了在机房教学，教师讲完某个知识点，学生马上就可以练习，还可以以小组为单位讨论学习，取得了良好的效果。

2.2计算机软硬件实训教育

2011年秋季学期，在学校教务处和资产处主管领导的大力支持下，我单位创建了计算机软硬件创新实验室。该实验室开设特色课程和开放创新实验项目，为学生提供更好的计算机软硬件技术学习环境，锻炼学生实践动手能力，提高计算机应用水平。实验室拥有多媒体计算机120台、有线局域网、有线校园网、无线校园网等，实验室自从建成以来，一直用于计算机基础教学与软硬件结合教学，除开设常规的公共选修课《计算机软硬件实训》课程外，还开设开放诸多创新实验特色课程，如：“c语言程序设计”网络资源及网站建设；微视频的制作；基于Matlab的智能算法案例分析与实践系列实验；复杂高维多元数据的可视化技术研究；基于OpenGL的三维随机分形地形生成系统设计与实现；Arduino平台创意机器人设计与实现；VisualC++环境下迷你播放器的设计与实现；地理数据可视化及MATLAB实现；全球变暖数据分析及MATLAB实现。

这些创新实验课程在实验室软硬件资源的支持下，极大地扩宽了学生的计算机视野，增强了学生的实践动手能力。

2.3面向地学专业的计算机程序设计

当前，能够利用计算机解决本领域学科的大规模问题是当代学生必须掌握的基本技能。然而，学生对计算机基本结构和对编程语言尤其是并行编程语言的认知和掌握程度远不足以承担此类任务，有必要在学习计算机基础、编程语言和数据结构等基本方法之后着重提高学生实际解决本领域应用问题的能力。鉴于此，针对地学各专业的学科特征，实验室专门为学生建立了分组学习环境，每个组有自己的服务器和客户机，安装了多个操作系统，学生利用计算机多核、集群等并行模式，通过较大规模的程序设计与实现，使得学生能够正确、高效地计算本领域物理问题，达到应用水平。

3.保障计算机基础教育质量

综上，针对目前实验教学存在的不足，我们进行了一系列的实验室和教学改革，设计和实施了“计算机基础课程教育”、“计算机软硬件实训教育”和“面向地学专业的计算机程序设计”三个层次的立体化实验室教育新模式，取得了一定的效果，但还需要在加强如下方面的工作：

1）有效整合各类资源，加强与校外信息企业、科研单位的合作，引进更多的有实践经验，通过企业实地体验、讲座、实训等多种形式进一步提升学生的实践能力。

2）加强学科专业建设，尤其是交叉学科的建设，比如地学专业和计算机学科的交叉。计算机实验室不仅是为解决计算机问题服务的，更应该在其他专业上发挥更重要的作用。只有计算机和各专业知识融合、人才互相尊重和认可，才能合作得好。