新工科背景下地方应用型高校计算机实验类人才培养研究

甘雷 甘丽 邢巨伟 郭占宇 曾庆志 孙克化 张晓勇

摘 要：新工科背景下地方应用型高校应重点培养适宜于地区发展需要的人才。课程是人才培养的核心问题，课程改革是新工科建设的重要内容。在地方应用型高校计算机实验类人才培养过程中，实验教师通过引入分层教学法和虚拟仿真技术对计算机实验教学进行教学改革，探索了新工科背景下计算机实验类人才培养的新途径。

关键词：新工科；地方应用型高校；计算机实验；课程改革

2017年，教育部在复旦大学召开高等教育发展研讨会，与会专家经过深层研究，达成了一系列共识，其中最为重要的是提出地方高校对区域产业转型和升级发挥支撑作用。同年4月，教育部在天津大学召开新工科研讨会，与会专家在国际大形势背景下集思广益，大家一致认为只有培养多样化、深层次且具有创新意识的科技人才，才可以使我国的产业具备国际竞争实力。同年6月，教育部在北京召开新工科专家组第一次工作会议，会议最终通过了《新工科研究与项目指南》，指南中明确提出新工科建设，更加重视人才分类发展、人才教育模式创新以及人才质量保障。至此，复旦共识、天大行动、北京指南共同组成了新工科建设三部曲。新工科是我国当前大力推动创新驱动发展、一带一路建设、中国制造2025、“互联网+”等一系列战略措施背后对高校专业建设的必要要求，对于地方应用型高校来讲，其承担了本地区经济发展、转型所需智力支持角色。在国家倡导“互联网+”、大数据等新工科背景下，计算机实验类人才培养显得尤为重要［1］。

1 地方应用型高校计算机实验类课程现状

在新工科背景下，计算机相关专业人才需求较多。智联招聘《2022年上市公司人才需求及发展环境报告》指出：上市公司招聘规模1～9月比2019年同期增长46%，招聘需求最多的前三位是互联网专业、计算机专业、物流专业。本文走访了唐山地区的一些计算机相关企业，在和这些企业座谈中了解到，企业本身非常需要计算机专业的毕业生进入企业，在专业相关的背景下，更需要具有创新能力、实践能力强的毕业生。在社会对计算机专业人才需求激增的条件下，作为为社会提供人才的高校尤其是地方应用型高校来说，计算机教学尤其是实验教学亟待进行改革。总体来说，目前地方应用型高校计算机实验教学主要存在以下问题。

1.1 地方应用型高校计算机实验教学方向不明确

相对于研究型大学，应用型尤其是地方应用型高校，它更多地承担了为所在地区的地方培养人才的责任。近几年随着地方经济的发展与转型，地方应用型高校也在加快自身的改革，使培养的人才能够更加适应地方。比如地方应用型高校近几年都在积极申请硕、博士点，都在积极投入经费使学校向研究型大学转变。在这样的背景下，计算机实验教学的教学方向也需要改变。计算机实验教学在本质上是对理论课教学的补充和验证，学生通过理论教师的讲解掌握课程原理、方法，通过实验教学将这些知识点验证并延伸，从而加深理解。因此计算机实验教学需要根据理论教学的方向进行定位。

1.2 地方应用型高校计算机实验教学内容与社会要求有差距

在当前的计算机类教学中，理论教学占据了相当大的比例，实验教学往往是从属于理论教学，因此计算机实验教学的上课时间较短。本科类高校教师目前引进基本都要求博士学位，专业课教师的理论知识丰富，项目实战经验相对来说比较缺乏。实验课内容比较单一，由于时间有限，学生往往只能在有限的时间内完成一些验证性实验，开放性、综合性实验涉及较少。计算机类学生的专业素质、实操能力等不同也会造成计算机实验课课堂效率较低［2］。

2 地方應用型高校计算机实验类人才培养研究

《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》指出：实践教学是学校教学工作的重要组成部分，是深化课堂教学的重要环节，是学生获取、掌握知识的重要途径。实践教学方法改革是推动实践教学改革和人才培养模式改革的关键。高校要把加强实践教学方法改革作为专业建设的重要内容，加强综合性实践科目设计和应用。计算机实验教学作为计算机理论课教学的补充，在一定程度上可以加深理论课的原理、方法以及实现的过程，让学生可以在实验过程中夯实专业理论。

2.1 分层教学法在计算机实验课中的运用

分层教学法需要实验教师客观看待每一位学生，对学生进行分层，要从学生的不同角度来考虑。例如在对学生分层时，实验教师需要考虑学生的计算机相关专业学习成绩、对计算机专业的兴趣与专注、平时课堂的表现等多方面。地方应用型高校学生生源地不同，因此对计算机专业的认知学生也是各不相同。实验教师需全面掌握学生的实际情况，对学生进行分层。对学生分层实验教师可以按照1∶3∶1的比例分成三层。第一层次，是计算机水平较高、成绩较好、对计算机专业认可度比较大且毕业之后打算从事本专业的学生；第二层次，人数较多，主要是计算机专业成绩一般、创新能力和水平中等的学生；第三层次，是计算机专业成绩较差、对本专业的认可度不高的学生。

对于第一层次的学生来说，实验教师可以尽可能给予他们足够的空间和时间，以自主学习和实验为主。对于第二层次的学生来说，实验教师应该着重与引导并且鼓励学生进行实验创新。对于第三层次的学生来说，实验教师尽量在实验室提问一些简单的实验问题，多以鼓励为主，让第三层次的学生能够感受到专业的魅力，增加这些学生的成就感。实验教师在进行分层授课的同时也可以鼓励第一层和第二层的学生去帮助第三层次的学生，引导学生之间互相帮助，在帮助的过程中让学生找到自己的不足，从而进行改正。实验教师在进行分层教学的同时一定要注意将学生分层并不是将他们割裂，要让每个层次的学生都互相有交流和合作。实验教师需要通过不同的教学手段，激发学生的积极性。

2.2 计算机实验分层教学设计

2.2.1 计算机实验教学教学目标分层

实验教学目标的设计是计算机实验教学的基础，如果是地方应用型高校的实验教师需要将分层教学法应用到计算机实验教学中，首先需要确定分层教学法的目标。实验教师需要贯彻计算机实验教学的总目标［3］，结合计算机实验教学的学科特征，根据学生的实际水平，对不同层次的学生设立不同的教学目标，让学生能够融入计算机实验教学中，完成教学目标。在实际的计算机实验教学中，不同层次的教学目标并非一成不变的，实验教师需要根据学生的实际学习能力和学习水平动态调整，确保每一位学生的实际学习水平与教学目标相契合。教学目标的分层是分层教学法的基础，教学目标设置的合理能够使学生对计算机实验教学课程更加感兴趣，反之设置不当，教学目标与学生实际学习水平脱钩，会打消学生做实验的积极性。对于第一层次的学生来说，他们的实验教学目标是在熟练掌握了计算机理论知识之后，通过实验教学加深理论知识，同时提高动手解决实际工程技术问题的能力，提高专业技术水平。对于第二层次的学生来说，在实验室能够通过实验与理论知识互相印证，能够掌握基本的理论和实验方法。对于第三层次的学生来说，实验教师在实验室应该让学生知道实验的设备以及基本内容。在实验过程中要求学生能够通过实验了解实验内容，同时通过实验验证能够加深理论知识点掌握程度。

2.2.2 计算机实验教学教学内容分层

在实际的计算机实验教学中，尤其是实验教师在使用分层教学方法之后，需要体现分层教学的层次感。实验教师应当尽可能循序渐进地设计教学内容，根据不同的实验教学内容设计不同的问题，这样可以使不同层次的学生都能够感受到实验课内容和自身的实际水平是一致的，增加学生的学习动力。

2.2.3 计算机实验教学课堂提问分层

计算机实验教学相对于理论教学，教师应该给予学生更多的动手实验时间。因此，在学生实验过程中，教师可以针对不同层次的学生出现的一些共性和个性问题进行讲解和提问。实验教师在提问的过程中，需要尽可能地控制时间。对于第一层次和第三层次的学生来说提问的问题要少而精，对于第二层次的学生教师可以逐步增加提问的频率。只有这样实验教师才可以全面了解学生的实验水平，准确找到学生实验的不足，让不同层次的学生都能获得专业知识。

2.2.4 计算机实验教学作业分层

作业是实验教学在课堂外的延续同时也是巩固学生学习效果的一个有效手段。实验教师通过分层作业设计一方面可以激发不同层次的学生学习能力和热情，另一方面可以检验实验教师自身的实验教学内容设置是否合理。实验教师可以根据学生作业的情况及时进行教学反思，调整教学内容来满足不同层次学生的需要。

2.3 计算机实验虚拟仿真技术运用

随着国家高等教育的大众化，越来越多的学生进入大学接受高等教育。但是由于学校资金有限，计算机实验设备比较贵重，地方应用型高校很难能够保证每位同学同时使用一套实验设备。如果在实验教学中采用虚拟仿真技术，学生可以在实验室的电脑上自由配置路由器，完成实验任务，这样能够有效解决硬件设备不足的问题。在解决了配置问题以后，实验教师可以在实验室实地为学生展示真实的路由设备，既锻炼了学生实际操作能力又提高了学生的专业水平。

实验教师在进行计算机实验教学过程中引入虚拟仿真技术［4］，能让学生大胆动脑、动手，能够激发学生的兴趣和积极性。在实验过程中教师引入虚拟仿真技术不仅能够预防实验设备安全隐患问题，而且能够让学生在完成实验过程中提高动手和思考能力。学生可以更及时观察和反思实验步骤，也能够直观地发现错误，促进学生个人能力发展。

当前，在计算机实验教学中，为贴近生产实际，地方应用型高校需要购置新的实验设备。采用虚拟仿真技术以后，实验教学的硬件成本降低［5］。实验教师采用虚拟仿真技术可以避免这样的问题发生。在实际的实验教学过程中，如果不考虑设备成本问题，实验教师应该鼓励学生在完成基本实验任务以后，按照学生的想法和思路去验证不同类型的实验，这样可以增加学生的兴趣，让学生更主动地参与到实验中。

3 分层教学法和虚拟仿真技术在计算机实验课中的运用——以《计算机网络——静态路由实验》为例

计算机网络理论课是每个计算机类学生必修课程，静态路由实验是计算机网络课必做的一个实验。通过该实验，学生能够掌握路由器的基本配置，能够完成静态路由配置，同时能够实现不同网段互相访问。

3.1 静态路由实验分层教学设计

静态路由实验涉及计算机网络IP协议路由原理部分内容。学生通过理论和实验的学习，运用虚拟仿真技术能够深刻理解路由原理并掌握静态路由配置方法。对于第一层次的同学来说，实验教师要在学生已经熟练完成实验的基础上进一步启发引导动态路由与静态路由的区别，静态路由的优点、缺点有哪些？通过实验静态路由一般都适用于哪些网络。对于第二层次的学生来说，由于学生人数比较多，实验教师应尽可能详细地带领学生在虚拟仿真环境里实现静态路由以及静态路由具体配置参数和过程。对于第三层次的學生来说，实验教师可以让学生了解虚拟仿真软件，介绍软件里面不同的图标代表了不同的网络设备，对常用的网络配置命令要有所了解，同时学生应该能够掌握静态路由配置的过程。在实验过程中对学生的提问，实验教师课根据学生的层次对学生进行不同提问。对于第一层次的学生，实验教师应该注重锻炼这些学生的思考能力，激发学生进一步探索的动力。对于第二层次的学生，实验教师应该更加注重这些学生的实际动手、操作能力，在这些学生已经熟练掌握静态路由原理的前提下，按照步骤一步一步用网络配置语言来实现静态路由。对于第三层次的学生，实验教师应该在鼓励的基础上，让学生能够理解静态路由的一般配备过程，要让这些学生掌握一些重要的网络命令。最后，实验结束，针对不同层次的学生，实验教师可以安排不同的实验报告。对于第一层次的学生来说，实验报告更多呈现做完静态路由实验以后学生对静态路由的理解，指出静态路由的缺点并对缺点进行改进。对于第二层次的学生来说，实验报告更多体现静态路由配置的过程以及结果，让学生熟练掌握配置原理、方法和命令。对于第三层次的学生来说，实验报告更多体现出学生对静态路由的一般工作原理的理解，并且能够利用虚拟仿真软件简单地画出网络拓扑结构，能够指导常用的网络命令含义。

3.2 虚拟仿真技术实现静态路由实验

在静态路由实验过程中，计算机网络实验室由于场地、资金等限制，无法保证为每位同学配备一套设备。因此，在实验室中，实验教师可以在学生实验电脑端预先安装华三模拟器来进行计静态路由实验。实验的内容是通过A、B、C三台路由器配置静态路由，使PC1能够访问PC2。根据实验内容，在模拟器中分别拖放各个实验设备，根据实验指导书，配置IP地址。为路由器配置接口信息并查看当前配置信息。PC1配置IP地址，按照实验内容设置完地址以后，可以测试一下两台机器是否能互相访问。分别配置路由器A、B、C，配置完毕，测试两台电脑是否能够互相访问。至此，华三模拟器下的静态路由实验完毕。实验教师在学生结束实验以后根据学生在实验过程中发现的一些问题和生活实际进行拓展实验，假如全网所有网段全部基于192.168.1.0/24划分，R1R4每台设备均有两个环回，如何做静态路由实现。

习近平总书记在二十大报告中指出：教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础战略支撑。高校要以服务国家意愿为最高追求，要以国家战略需求为导向。随着国家科技的进步，新工科背景下计算机实验方面的人才需求也与日俱增，基于分层和虚拟仿真技术的计算机实验教学实践，对培养学生自主学习、解决问题的能力都有十分重要的作用。

参考文献：

［1］李慧君.“互联网+”背景下大学计算机类课程实验教学模式改革［J］.科技风，2021（21）：8283.

［2］张平娟，闫改珍，王岳.新工科背景下“数字电子技术”实验教学改革实证研究［J］.淮南师范学院学报，2022，24（02）：126130.

［3］李娟，孙涛，李宏博，等.“项目导入式”在线虚拟仿真实验教学的研究与实践［J］.电脑知识与技术，2021，17（09）：169171.

［4］王艳军.虚拟仿真技术在计算机网络实验教学中的应用［J］.中国多媒体与网络教学学报（中旬刊），2022（08）：2225.

［5］李振伟，乔峰，杜春燕，等.《电力电子技术》虚实融合实验教学模式探索［J］.中国电力教育，2022（09）：6970.

基金支持：2022年度河北省人力资源社会保障研究课题一般项目《新工科背景下地方应用型高校计算机实验类技术人才培养研究》（JRS20223319）

作者简介：甘雷（1981— ），男，河北唐山人，硕士，高级实验师，研究方向：计算机实验教学。