李國強　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)新型人才目標的實現(xiàn)，分析了當前我國高校計算機實驗室建設和管理中存在的一系列問題，從計算機基礎教育的實際出發(fā)，以面向地學學科的公共計算機基礎教育為例，設計了“計算機基礎課程教育”、“計算機軟硬件實訓教育”和“面向地學專業(yè)的計算機程序設計”三個層次的立體化實驗室教育新模式，并就保障計算機基礎教育的質(zhì)量問題進行了探討。

關鍵詞：實驗室；實驗教育；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；實驗室管理

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

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

實驗教育與理論教育有著很大的區(qū)別，它不僅僅是培養(yǎng)學生動手能力的課堂，更在激發(fā)學生探索創(chuàng)新的欲望、提高學生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)團隊協(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，國家大力推進大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃，高等學校培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才目標的確立，計算機實驗室作為高校發(fā)揮實踐教育最重要的渠道，其建設水平和運行狀態(tài)很大程度上影響著高?？傮w教育目標的實現(xiàn)。如何高質(zhì)量高效管理計算機實驗室以適應新時代下高等教育發(fā)展的需要，是高校管理者、高校教師應該認真思考和研究的問題。

1.實驗室建設問題分析

1.1思想問題認識不充分

與國外尤其是美國等計算機發(fā)達國家相比，我國計算機教育長期以來以“理論”為主，上機實驗主要目的是檢驗理論是否正確，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專業(yè)都會指導學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)的過程中學生會對操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理、進程管理等具有真正的體會和認識，即使設計出的系統(tǒng)不具備完全的實用功能，也會對計算機的整體運行機制有深入了解。我們在這方面仍認識不足，從實驗室的功能規(guī)劃、到實驗室的隊伍建設，實驗室功能的開發(fā)上仍存在重理論輕實驗的狀況，學生在實驗室從主觀上就認為可學可不學，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)型人才的目標將難以實現(xiàn)。

1.2實驗室管理的“孤島”效應

我國高校仍屬于“塊塊”管理體制，學校下屬各學院，各學院獨立管理，因而隸屬于學院的實驗室也是獨立的，實驗室之間缺乏橫向聯(lián)系，導致實驗室軟硬件資源利用低下、重復建設多、浪費巨大。更為重要的是，各實驗室的資源無法充分利用，比如計算機的實驗室，就缺乏電子專業(yè)制作電路板的實驗條件，這大大阻礙了教師和學生向硬件深人創(chuàng)新，使得計算機越來越“軟”，一定程度上隔絕了軟硬結合研究，喪失了諸多的創(chuàng)新機會。

1.3實驗室技術力量薄弱和資金匱乏

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

多年來，計算機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)費緊張，實驗室的建設絕對經(jīng)費和相對經(jīng)費長期投入不足，資金的缺乏使得實驗設備陳舊、老化，實驗條件不足最終會影響教學質(zhì)量，進而影響培養(yǎng)高層次人才目標的實現(xiàn)。

2.實驗室管理創(chuàng)新與實踐

筆者所在高校從計算機基礎教育的實際出發(fā)，以面向地學學科的公共計算機基礎教育為例，設計了“計算機基礎課程教育”、“計算機軟硬件實訓通識教育”和“面向地學專業(yè)的計算機程序設計”三個層次的立體化實驗室教育新模式。

2.1計算機基礎課程教育

本校的“基礎園區(qū)”建立了面向學校地學學部的計算機實驗室，包括地球科學學院、地球探測科學與技術學院、環(huán)境與資源學院、建設工程學院和儀器科學與電氣工程學院。實驗室現(xiàn)有480余臺配置一致的高性能微機，不僅為《大學計算機基礎》和《C語言程序設計基礎》這兩門計算機基礎教育課程提供服務，還專門面向地學拔尖人才班—李四光班和卓越工程師班的小班教學提供良好的支持，該班的《大學計算機基礎》、《c語言程序設計基礎》、《數(shù)據(jù)結構》和《vc++程序設計》課程實現(xiàn)了在機房教學，教師講完某個知識點，學生馬上就可以練習，還可以以小組為單位討論學習，取得了良好的效果。

2.2計算機軟硬件實訓教育

2011年秋季學期，在學校教務處和資產(chǎn)處主管領導的大力支持下，我單位創(chuàng)建了計算機軟硬件創(chuàng)新實驗室。該實驗室開設特色課程和開放創(chuàng)新實驗項目，為學生提供更好的計算機軟硬件技術學習環(huán)境，鍛煉學生實踐動手能力，提高計算機應用水平。實驗室擁有多媒體計算機120臺、有線局域網(wǎng)、有線校園網(wǎng)、無線校園網(wǎng)等，實驗室自從建成以來，一直用于計算機基礎教學與軟硬件結合教學，除開設常規(guī)的公共選修課《計算機軟硬件實訓》課程外，還開設開放諸多創(chuàng)新實驗特色課程，如：“c語言程序設計”網(wǎng)絡資源及網(wǎng)站建設；微視頻的制作；基于Matlab的智能算法案例分析與實踐系列實驗；復雜高維多元數(shù)據(jù)的可視化技術研究；基于OpenGL的三維隨機分形地形生成系統(tǒng)設計與實現(xiàn)；Arduino平臺創(chuàng)意機器人設計與實現(xiàn)；VisualC++環(huán)境下迷你播放器的設計與實現(xiàn)；地理數(shù)據(jù)可視化及MATLAB實現(xiàn)；全球變暖數(shù)據(jù)分析及MATLAB實現(xiàn)。

這些創(chuàng)新實驗課程在實驗室軟硬件資源的支持下，極大地擴寬了學生的計算機視野，增強了學生的實踐動手能力。

2.3面向地學專業(yè)的計算機程序設計

當前，能夠利用計算機解決本領域學科的大規(guī)模問題是當代學生必須掌握的基本技能。然而，學生對計算機基本結構和對編程語言尤其是并行編程語言的認知和掌握程度遠不足以承擔此類任務，有必要在學習計算機基礎、編程語言和數(shù)據(jù)結構等基本方法之后著重提高學生實際解決本領域應用問題的能力。鑒于此，針對地學各專業(yè)的學科特征，實驗室專門為學生建立了分組學習環(huán)境，每個組有自己的服務器和客戶機，安裝了多個操作系統(tǒng)，學生利用計算機多核、集群等并行模式，通過較大規(guī)模的程序設計與實現(xiàn)，使得學生能夠正確、高效地計算本領域物理問題，達到應用水平。

3.保障計算機基礎教育質(zhì)量

綜上，針對目前實驗教學存在的不足，我們進行了一系列的實驗室和教學改革，設計和實施了“計算機基礎課程教育”、“計算機軟硬件實訓教育”和“面向地學專業(yè)的計算機程序設計”三個層次的立體化實驗室教育新模式，取得了一定的效果，但還需要在加強如下方面的工作：

1）有效整合各類資源，加強與校外信息企業(yè)、科研單位的合作，引進更多的有實踐經(jīng)驗，通過企業(yè)實地體驗、講座、實訓等多種形式進一步提升學生的實踐能力。

2）加強學科專業(yè)建設，尤其是交叉學科的建設，比如地學專業(yè)和計算機學科的交叉。計算機實驗室不僅是為解決計算機問題服務的，更應該在其他專業(yè)上發(fā)揮更重要的作用。只有計算機和各專業(yè)知識融合、人才互相尊重和認可，才能合作得好。