摘要：從實驗教學本身的特性出發(fā)，基于多種因素和發(fā)展的需求，對計算機科學與技術(shù)專業(yè)的實驗課程體系進行梳理和重建，提出并構(gòu)建了模塊化實驗教學體系。該體系具有模塊內(nèi)可循環(huán)發(fā)展及資源模塊化共享的特點，更符合工程教學認證的需求。同時基于國家級一流專業(yè)的建設，提出了適用于模塊實驗教學體系的多層級管理模式，明確了各部門及個人的責權(quán)，以及多個部門的橫、縱向聯(lián)系。隨著計算機市級實驗教學示范中心的發(fā)展，模塊化實驗教學體系及多層級實驗管理模式已應用于專業(yè)實驗課程的課內(nèi)外教學。

關鍵詞：一流專業(yè)；工程認證；實驗教學體系建設；實驗教學管理

一、發(fā)展現(xiàn)狀及建設目標

對于高等院校來說，實驗及實踐教學一直是重要的教學環(huán)節(jié)，是所有工科類專業(yè)面向OBE教學理念的核心[1]。近年來，國內(nèi)外各高校大力加強工程教育，并在各個方向上進行了大量的實踐類教育改革[2]。其中，各高校計算機科學與技術(shù)專業(yè)在建設一流專業(yè)過程中，為了培養(yǎng)學生探索式學習的能力，加強了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育[3]，對實驗教學體系進行了進一步的建設和管理。

在計算機科學與技術(shù)專業(yè)的本科教學中，實驗相關的課程在專業(yè)培養(yǎng)計劃中所占比例逐年增加。為緊跟工程教育認證的發(fā)展，以及教育部提出的新工科概念，各專業(yè)在實驗教學體系的建設中確立了新任務和新目標[4]。近年來，本專業(yè)進行了大量的實踐教學改革工作[5]，原有的實驗教學體系急需進行梳理和重建，相應的管理模式也需要進一步完善和調(diào)整。

（一）環(huán)境與發(fā)展現(xiàn)狀

目前，本專業(yè)的實驗教學工作主要由計算機市級綜合實驗中心（以下簡稱實驗中心或中心）提供支持。作為天津市級實驗教學示范中心，實驗中心是教學質(zhì)量保障體系的重要組成部分[6]。計算機市級實驗教學示范中心建立于2013年，主要包括計算機基礎教學實驗室、計算機專業(yè)實驗室和科研實驗室三大部分。其中，負責計算機科學與技術(shù)專業(yè)的本科教學方向的共有9個專業(yè)實驗室及1個大學生創(chuàng)新基地，具體如圖1所示。

（二）存在問題

目前，計算機科學與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案中的實驗教學體系隨著逐年發(fā)展，體現(xiàn)出部分不足之處，相應的實驗管理也存在一定的問題。一方面，現(xiàn)有實驗教學體系是以理論課程為主體的構(gòu)建模式，根據(jù)理論課程的前繼后續(xù)關系，實驗課程同樣采取了基礎課和專業(yè)課、必修課和選修課的區(qū)分方式，未能體現(xiàn)各門實驗課程的特性，以及各課程實驗內(nèi)容之間的關聯(lián)。另一方面，實驗課程管理方面也有些問題急需解決。實驗課程需要依托實驗平臺和實驗環(huán)境，責任教師之間缺少信息互通，實驗環(huán)境的管理人員單向接收到的實驗需求可能存在冗余，由此可能造成資源浪費的現(xiàn)象。另外，多重管理造成的責權(quán)單位不統(tǒng)一，實驗中心和教務之間責權(quán)不明，責任教師或授課教師和實驗管理人員的職責重疊，缺少層級管理。

（三）建設目標

目前的實驗教學體系急需進行整體梳理，構(gòu)建符合實驗教學特征的實驗體系。該體系需要具備一定的穩(wěn)定性和適用性，經(jīng)得起實驗建設過程中的迭代，個體實驗課程或?qū)嶒瀮?nèi)容革新建設可循環(huán)應用于模塊中的相關課程，能夠應對周期性變動的課程調(diào)整、課時增減等，當課程、課時發(fā)生變化時依舊可以保持整體框架不變。

在實驗教學管理方面，加強市級實驗教學示范中心建設，同時協(xié)調(diào)各部門的工作關系，根據(jù)重構(gòu)的實驗體系明確責權(quán)，建立多級管理模式，增加信息流通，保證實驗教學體系的正常運轉(zhuǎn)。

二、國家級一流學科下的實驗教學體系

為了建設國家一流專業(yè)等工作的開展，在貫徹OBE教學理念的基礎上，以模塊化的方式對實驗教學體系進行重構(gòu)。實驗教學體系的建設在參考原有結(jié)構(gòu)的同時，還需要考慮與教學相關的多種因素。針對每一門實驗或?qū)嵺`課程，收集其實驗大綱、實驗環(huán)境、教學平臺等多方面信息，重構(gòu)實驗教學體系。

（一）模塊化實驗課程體系

將目前本專業(yè)可開設的40余門實驗及實踐課程劃分為6大模塊，各模塊中均包含了多門實驗課程，以課程組或課程特性分組命名，如圖2所示。例如，模塊2數(shù)據(jù)庫及軟件開發(fā)，包含數(shù)據(jù)庫課程組的3門實驗課，以及軟件工程類的4門課程。其與模塊1、模塊4、模塊5均為原有體系中的專業(yè)必修課，而模塊3則對應原有的專業(yè)基礎課。另外，具有多個選修方向的實踐選修和實習實訓等課程，則包含在模塊6創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐中。

總體來講，模塊化的實驗教學體系既結(jié)合了原有培養(yǎng)方案中對實驗課程的描述，又對實驗課程進行了進一步的細分，使實驗課程的分類更加明確細致。這樣既保證了實驗教學體系易于在教學中推行，又從本質(zhì)上提高了實驗教學體系的作用。

（二）模塊內(nèi)循環(huán)

在模塊化的實驗教學體系中，各模塊內(nèi)的課程在實驗環(huán)境和授課方式上相似，以模塊3計算機基礎及語言為例，模塊中主要包含的是3門計算機基礎類課程及5門語言類程序設計課程。這兩類課程主要是訓練學生的計算思維及基礎編程能力。模塊內(nèi)課程的相似性，可以將個體實驗內(nèi)容的建設拓展應用于模塊內(nèi)的其他課程。

例如模塊3中，近年來有多個教改項目轉(zhuǎn)化至實驗教學，包括關于計算機基礎課程的MOOC教學、先修課[7-8]，關于C語言程序設計的實踐改革等，這些課程建設和教改項目促進了模塊內(nèi)多個實驗課程的發(fā)展，提高了整個模塊的教學質(zhì)量，形成了有效的模塊內(nèi)循環(huán)機制。

（三）資源模塊化

模塊化的實驗教學體系也對應了資源的模塊化，模塊內(nèi)多門類型近似的課程可共享資源和平臺，避免了重復建設造成的資源浪費。模塊化資源也更加方便進行協(xié)調(diào)和管理，當模塊內(nèi)某課程出現(xiàn)特殊情況，急需調(diào)課或加課時，可啟用同模塊內(nèi)的其他課程的實驗環(huán)境。反之，某課程的實驗環(huán)境出現(xiàn)故障，也可同樣在模塊內(nèi)進行調(diào)度。

以整體模塊為單位的資源建設，避免了因個體課程內(nèi)容的變化造成的閑置或報廢，保證了模塊以及整個體系的穩(wěn)定性。目前執(zhí)行的2020版教學大綱相較于2016版壓縮了大量課時，取消了部分課程，其中不少課程包含實驗環(huán)節(jié)。對于差異較大的兩個版本，模塊化的實驗課程體系均可適用，并證明了新體系的穩(wěn)定性良好。

三、多層次實驗教學體系管理

在以往的實驗教學體系中，教務負責課程管理，實驗中心負責環(huán)境和資源，課程組及責任教師負責提出環(huán)境需求及授課，學生負責評教?？此曝煓?quán)簡單明確，實則無法實現(xiàn)。由于實驗課程必然需要受到實驗環(huán)境和平臺的影響，而教務系統(tǒng)中并沒有實驗中心各實驗室的詳細信息，造成教務從第一步的排課就無法完成。而在選課制度之下，同班級的學生課表并不相同，實驗中心無法得知全體學生的課表，同樣無法負擔排課的工作。這就造成實驗課程雖然面對教務和實驗中心的雙重管理，卻需要任課教師個人與學生私下協(xié)商，個人與實驗中心直接對接，如此難免造成搶位或沖突，責權(quán)混亂造成的矛盾急需解決。

（一）實驗體系的多層次管理

針對模塊化的計算機科學與技術(shù)專業(yè)本科實驗教學體系，為了改善多重管理的責權(quán)不明的狀態(tài)，對管理體系進行了分層，實現(xiàn)了兩個部門管理，一個系統(tǒng)監(jiān)督的多層次管理模式，如圖3所示。多層次管理體系中對各層級間的關系，以及人員責權(quán)加以限定和明確，有效地減少了個人之間的矛盾，保證了實驗課程的順利執(zhí)行，促進了實驗教學體系有序發(fā)展。

1.多層次的縱向關系

多層次管理模式需明確各層人員的責任和工作，各層次涉及的人員包括中心專職人員、教務工作人員、責任教師、專家、同行和學生等，基本覆蓋了計算機科學與技術(shù)專業(yè)的本科實驗課程中相關的全部人員。

實驗中心負責管理其下的實驗專職人員，以及整個實驗中心的建設工作。目前，實驗中心為計算機科學與技術(shù)專業(yè)配備了5名專職實驗管理人員，明確了實驗課程體系中6個模塊的責任人。模塊責任人針對所負責模塊進行實驗環(huán)境管理、模塊化資源的調(diào)配及協(xié)調(diào)模塊內(nèi)各實驗課程安排。

學院的教務工作人員需負責課時統(tǒng)計，課內(nèi)外一體化管理，以及匯總責任教師對實驗環(huán)境的需求等信息。部分教師有團隊歸屬，則以團隊形式收集。實驗課程的責任教師負責教授實驗課程，以及課程建設工作。

評價系統(tǒng)是相對松散的結(jié)構(gòu)，各成員之間沒有從屬關系。專家、同行和學生的評價標準不一，所采用的評價系統(tǒng)也各不相同。同行、學生和部分專家是以學期為評價周期的，實驗中心的專家評價以年為單位，工程認證和國家級一流專業(yè)的專家評價則可以申報年限為準。

2.多層級間的橫向聯(lián)系

多層級管理中兩個管理部門和一個評價系統(tǒng)之間采用以學院教務為橋梁，以實驗中心為主要實施單位，以工程認證各項畢業(yè)要求等為考評標準的工作模式。學院教務人員以實驗教學體系的6大模塊為單位收集并匯總各責任教師的課程需求，傳送給實驗中心中相應的模塊責任人。學院教務接收并拆分各評價系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，以學期為單位反饋給各層級中的相應工作人員。

（二）軟、硬件環(huán)境的建設

筆者所在院校的實驗中心目前用于教學的軟、硬件資產(chǎn)共有1984.6萬，其中用于計算機科學與技術(shù)專業(yè)本科教學的資產(chǎn)共1764.3萬，其中以計算機及相關實驗設備為資產(chǎn)的主體，計算機科學與技術(shù)專業(yè)的實驗教學實驗室近5年資產(chǎn)增長如圖4所示，圖4中顯示了近五年專業(yè)實驗室的設備數(shù)量增長情況及資產(chǎn)的增長情況，可以看出每一年均在不斷地更新和建設之中。

專業(yè)實驗室的總資產(chǎn)中，各類教學軟件也在逐年增加，目前共投入了約212.62萬，其中以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓模塊的軟件投資比例較大，占37.4％。軟件投入雖然不高，但在各模塊中資源共享率要遠高于硬件設備。隨著線上教學等授課方式的增加，未來實驗教學體系中的軟件資產(chǎn)投入還將有所提高。

四、實驗教學的擴展應用

模塊化實驗教學體系及多層級實驗管理模式已應用于專業(yè)實驗課程的課內(nèi)外教學，包括第一、第二和第四課堂。經(jīng)過對課內(nèi)、外大量課時的實際應用，證實了教學體系和管理模式均是穩(wěn)定且適用的。

由于第一課堂的課時緊張，根據(jù)工程認證的基本理念和專業(yè)要求，為保障教學效果，部分實驗教學內(nèi)容擴展出了第二課堂、第四課堂。計算機科學與技術(shù)專業(yè)的大量課程均包含實驗環(huán)節(jié)，以2022學年為例，共開設實驗相關課程32門，選課人次數(shù)共5792。開設有第二、第四課堂實驗的課程共11門，占全年開設課程的17％，全年實驗課程的34％。課內(nèi)、外教學的學時比例如表1所示。

隨著2020版大綱的執(zhí)行，課外的擴展學時比例在逐年上升。由于第一課堂課時的擠壓，部分課程已將第二課堂的具體內(nèi)容寫入大綱，課外的第二課堂基本已成為選課學生的必修內(nèi)容。目前第四課堂占比只有第二課堂的一半，但其未來增長速度可能會更快。近兩年由于疫情的原因，線上教學成為必選項，很多課程積累了不少的經(jīng)驗和資源，其中一部分將以第四課堂的形式保留下來。相比理論課程，對于實驗課程來說，第四課堂的線上教學是更具挑戰(zhàn)的教學方式。故此中心投資了各類軟硬件配套設施，包括實驗室直播設備、仿真軟件、在線考試系統(tǒng)等，以保證課內(nèi)外一體化實驗課程的順利開設。

五、結(jié)語

面對工程認證和一流專業(yè)的雙重建設任務，通過梳理計算機科學與技術(shù)專業(yè)的全部實驗課程，構(gòu)建了模塊化的實驗教學體系，并配合該體系提出了多層級的實驗管理模式。

模塊化教學體系能夠更好地實現(xiàn)資源共享，由于模塊內(nèi)課程的相似性，塊內(nèi)課程的教研和教改項目推廣可應用到更多其他的課程之中；同時資源模塊化的配置，也可規(guī)避資源的閑置與浪費。經(jīng)過兩版教學大綱的應用，模塊化實驗教學體系保持了整體框架的穩(wěn)定性，各模塊不受課程和課時變化的影響。

結(jié)合模塊化實驗教學體系，構(gòu)建了多層級的實驗管理模式，明確了各層工作人員的具體責任，以及各級間的工作關系。該模式是以學院教務為橋梁，以實驗中心為實施主體，幾個部門協(xié)同工作的形式，評價系統(tǒng)監(jiān)督保證教學效果。由于具體事務按模塊劃分到人，從而保證了所有實驗課程及整個實驗教學體系的有序運轉(zhuǎn)。

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基金項目：全國高等院校計算機基礎教育研究會計算機基礎教育教學研究項目（課題編號：2020-AFCEC-108）

作者單位：中國民航大學計算機科學與技術(shù)學院