引入ＤＩＹ理念創建新的實驗教學體系

[摘要]本文對計算機基礎課程實驗教學進行國際比較、分析影響計算機基礎課程教學效果的因素、提出在實驗教學中引入DIY理念，加強實驗教學隊伍建設，努力提高實驗教學水平和實驗教學質量，建設開放式、現代化高水平的實踐基地。

[關鍵詞]計算機教學 DIY理念創新 實驗教學體系

計算機科學是以動手、動腦為基礎的科學，而動手、動腦的環境自然是實驗。在計算機發展史上貝爾實驗室、IBM研究實驗室占有重要的地位，先進的實驗常常是新型科學技術的生長點。綜合性較強的實驗課程，它是大學生實踐教學中的重要環節，它對于培養大學生的實踐能力和創新能力有著不可替代的作用。多年來計算機實驗課程建設的目標是：尊重學生的認知規律，促進學生心理素質健康發展，服務學生實踐應用能力和科學創新能力的培養，引入DIY理念，建立符合多樣化人才培養規格的實驗教學體系；優化教學資源和教學環境；完善運行機制和管理體制；加強實驗教學隊伍建設，努力提高實驗教學水平和實驗教學質量，把計算機基礎教學實驗室建設成現代化高水平的實踐基地。

一、將DIY貫穿于計算機基礎實驗教學始終

什么是DIY? Do it yourself!這不是一句簡單的英文，他代表的是一種精神。什么精神？自己去做，自己體驗，挑戰自我，享受其中的快樂。這就是DIY。簡言之，就是“親歷親為”。

為了提高教學效果，我們對國外的計算機基礎教學進行調查，調查發現國外高校非計算機專業計算機課程設置大致分為：計算機導論課程、計算機應用課程、計算機編程課程，并沒有統一的模式，根據學生需要設計課程，下面通過幾個案例了解國際上程序設計課程的設置。

案例 1：University of Tilburg， Netherlands的計算機課程設置

非計算機專業的計算機課程設置與計算機專業的課程相同，但在程序設計方面的要求不同，非計算機專業學生寫程序往往是為特定用途，而不是寫給別人使用，而計算機專業學生所寫程序是作為產品供別人使用。非計算機專業學生寫的程序中不涉及二進制文件格式， 而是用現成的形式(如電子表格，圖像，聲音等)，計算機專業學生所寫程序涉及二進制文件格式。非計算機專業的所開設的計算機課程如圖1所示。

案例2：Carnegie Mellon University， USA的計算機課程設置

課程目標是傳授學生計算機科學的原理而不是編程細節，在教學中不過分強調程序設計的細節，啟發學生從計算角度看計算機科學中的主要貢獻，著重對計算能力的理解并且解決計算機科學中會遇到的可能影響其它學科的問題。課程設置中不是通過一個程序設計語言而是通過一個特定的應用領域貫穿始終。學生學習算法以及建立計算機科學的思維方式， 使用流程圖模擬器去演示一些簡短算法的流程，在不涉及程序設計語言的語法的情況下，寫一個很簡單的小游戲。

在此基礎上我們分析了影響計算機基礎課程教學效果的主要因素是保姆式的教學方法，使學生成為知識的灌輸對象和考試機器，學生動手能力低下，有些學生特別怕計算機，不敢碰計算機。面對此狀況，我們感到計算機基礎實驗教學必須改革，如何激發學生的學習興趣是我們的首要問題，建構主義主張采用的以學生為主的積極主動的個性化教學方式，改變了長期以來傳統教學模式，即：以教師為中心，單純傳授知識的灌輸型教學模式，教師引導學生在教學實踐中探索其中帶規律性的認識，將感性認識升華到理性高度。因此，解決問題的良方是DIY，在實驗設計和實驗環境設計中我們始終以DIY為理論，用DIY將實驗中心建設成建設開放式、現代化高水平的實踐基地的。

二、以培養高素質創新人才為目標，大力進行教學內容的改革

1.運用計算機技術對傳統的實驗環境進行改造和拓展，為學生提供了視頻實驗指導和實驗手冊，充分體現DIY的理念，例如，計算機組成原理實驗課上，為學生提供了計算機內部工作原理的視頻，提供了互動的計算機組成原理仿真實驗實驗平臺，借助這個平臺學生可以自己以應用為目標構建一臺虛擬機，最后有興趣的學生可以走進硬件實驗室自己動手組裝一臺計算機。

2.淘汰了一些內容落后和驗證性的實驗，近3年在實驗教學中投入現代科學技術；增加了計算機網絡實驗、多媒體實驗、醫用信息實驗，使綜合性、設計性、研究性實驗項目大大增加。

3.引進美國教學方法，將不同專業的學生組織在同一個實驗工作組，利用實驗教學資源不僅可以進行基本實驗學習；而且可以利用現有資源，通過應用軟件或自編的數據處理軟件，進行數據處理和結果分析從而進行面向專業的研究。

4.固化科研成果，我們充分利用實驗室的科研成果，不斷轉化為實驗項目，如電子書包、學習評測等實驗項目，逐步走進了計算機基礎實驗教學中心。

5.從教學目標出發，對學生和教師制定了科學評價的制度與體系。根據不同的實驗內容，對學生采取不同的評價方法。

三、研究性計算機基礎課程的實驗教學環節與方法

在近年的計算機基礎課程實驗教學中開設研究性實驗，進行了2年的探索和實踐，取得了顯著成效。研究性實驗以科研實踐為主題，以課題組為組織形式，讓學生直接參加到新實驗的設計或傳統的實驗的更新和改造之中，或者參加到一些教師的科研課題當中，通過選題、開題、初研、實驗調試、到一個課題和一個項目的完成、寫出總結、答辯報告，進行成果展示和論文答辯等訓練，感受科學研究的全過程，得到獨立科研能力的鍛煉，學到更多書本以外的知識。研究性實驗階段，每位學生根據所學計算機基礎知識及能力和興趣，選擇1-3個研究性實驗題目進行專題研究，在1年內完成。

研究性實驗，是一種全新的實驗，傳統的實驗教學方法已經不能滿足教學需要，需要不斷改進教學方法。

開放實驗，很受同學們的歡迎，許多同學利用節假日都到實驗室進行開放實驗。在認真總結開放實驗的基礎上，認為計算機基礎課程實驗必須對學生早開放，全開放。早開放，就是學生進入學校后，實驗教學就對其開放；全開放，就是實驗題目開放，方法開放和時間開放。在開放實驗中，我們按照“因材施教，講求實效”的原則，不同層次的學生，提出不同的要求，并逐步將開放實驗納入正常的教學軌道，列入教學大綱和考核范圍。研究性實驗階段，實驗室對學生不僅教學內容和教學方式開放，而且在時間和空間對學生全開放，學生不僅可以充分利用實驗室資源和場所進行研究性實驗，而且可以隨時到實驗室或通過網絡平臺與老師討論問題，交換意見，解決研究性實驗中碰到的問題。這種全開放式的實驗模式，為學生創造了一種能夠充分發揮自身特長的教學環境，非常有利于進行研究性實驗。

四、實驗教學內容體系保持經典性與時代性的結合

在近年的計算機基礎課程實驗教學過程中，我們在重視學生身心發展規律的基礎上，始終用現代科學技術發展的觀點來審視、選擇和組織實驗教學內容，合理、有效地引入先進的科學技術方法和新概念，主動適應社會對人才知識結構和科學素質越來越高的要求，使實驗教學內容體系保持經典性與時代性相結合。

1.實驗教學體系建設

(1)課程體系

構建嶄新的實驗課程體系，有利于激發學生形成認知活動的主觀能動性，有利于提高學生知識遷移、學用結合等實踐活動的有效性，有利于引導學生培養科學的工作和學習作風及創新能力，有利于促進學生對整個學科體系全面而深入的理解。按計算機課程大類平臺構建的實驗教學體系，體現了與理論教學體系平行、滲透及互補的特點。在實驗體系的設計上分為:基礎實驗平臺、課程單元實驗平臺、課程綜合實驗平臺、專業綜合實驗平臺和創新（創業）實驗平臺5個層次。課程內容分成基礎知識、基本應用技能、綜合應用能力。

（2）實驗平臺

①基礎類實驗平臺。這部分實驗主要分計算機技術基礎大類。信息技術是當代人才知識結構中的重要方面，運用計算機處理信息已成為現代人才必備的技能。計算機課程的設置上，要緊密結合學生的主修專業設置的相關課程內容，特別注重學生在知識結構、能力結構（比如跨平臺的操作能力，設計開發能力等）和素質結構（創造力和創新意識）幾個方面的均衡發展。《信息技術》課程實驗包括計算機文化基礎實驗和計算機技術基礎實驗。在實驗內容的設置上，結合具體的專業和后續專業課程的要求，實驗中心設計了相應的模塊，為今后信息分析及信息管理等打下良好的基礎。專業基礎大類實驗主要在大專業、大學科的背景下設計的專業基礎課程實驗，如：醫學信息檢索實驗、統計分析實驗等等，目的是使同學熟練地掌握各種不同的應用軟件，為專業學習打下扎實的基礎。

②課程單元實驗平臺。這類實驗針對專業課程中的某一單元或章節內容，涉及的范圍較少，綜合性體現也較弱，但它可強化對某一知識點的理解，并為后續的綜合實驗打下必要的基礎。實驗中心現已開設了信息技術、程序設計基礎、企業商務電子化技術基礎、動畫制作與創意、高級語言程序設計（C）、高級語言程序設計（VB）、數據結構等11門課程的實驗項目。

③課程綜合實驗平臺。這類實驗是針對某一門課程的全部或主要內容設計的，具有較強的綜合性，如：商業站點設計與維護。實驗周數按不同的專業有所調整，每個課程綜合實驗為1周，每周折算課時為20學時。

④綜合實驗平臺。這類實驗在設計時將多門甚至全部專業課內容組合在一起，要求學生全面掌握運用相關專業的基本理論、基本知識和基本技能，是綜合性最強的一種實驗形式，對培養學生的綜合應用能力具有重要的意義。如：計算機實習等。綜合實驗為2周。

⑤創新（創業）實驗平臺。這類實驗具有研究、開發和創新性，注重培養學生的創新意識和創新能力。

2.實驗教學理念

“基礎”是指將計算機科學技術中的一些最基本的基礎理論、基本應用技術方法和常見軟件工具、平臺的基本操作方法納入課程教學內容。

“實用”對于非計算機專業學生來說，學計算機的目的是使學生把計算機作為工具解決專業問題。目前計算機軟件工具和平臺品種繁多，層出不窮，都納入課程教學顯然是不科學的。因此必須在基礎性之上，選取實用的理論知識和基本應用技術。

“新穎”是指盡可能采用新理論、新技術、新方法和新工具，計算機技術的顯著特點是更新換代頻率較高，因此盡可能同步更新教學內容。

“能力”是指學生應用計算機解決實際問題的能力，這是課程的根本目標。在教學內容取舍和組織上都以是否有助于學生能力的提高為標準。

3.實驗課程與實驗項目

基于“以學生為主”的教學模式和“開放式實驗教學”的要求，計算機基礎教學實驗中心在每學期開始之際，按照培養計劃做出詳細的實驗安排，按選課要求，在網上公布實驗項目，學生在網上預約登記，同時，根據學生的具體要求，進行合理調整，在時間、場地、設備及指導老師的配置上，最大限度地滿足學生的需求，以保證實驗中心教學工作的良好有序運行。

4.實驗教學與科研、社會應用情況

為了引導學生由被動學習走向主動學習，啟發學生的創造力，提高學生實際工作能力和培養創新精神以及提高分析和解決問題的能力，培養團隊合作的精神，既需要由大量模擬仿真的實驗，又不能僅僅停留在模擬實驗上，還需要增加綜合交叉的、具有研究性、創業性特點的實驗內容。

五、實驗教學方法與手段

實驗軟件是最主要的實驗技術。隨著信息科學和計算機技術的迅速發展，實驗教學的軟件層出不窮，并迅速更新。我校計算機基礎教學實驗中心對實驗軟件的開發和更新十分重視。近年來，通過自主開發，爭取國內外軟件企業的捐贈支持，以及及時購置等途徑，實驗中心配備了齊全和先進的實驗軟件，完備的數據庫，為實驗教學和研究提供了必要的保證。除此以外，實驗中心也注意一些傳統技術和非IT實驗技術的運用。

我校計算機基礎教學實驗中心認為，在高度重視實驗技術、方法與手段的同時，應注重各種實驗技術、方法和手段的運用，必須以學生為本，有利于學生主動積極地參與實驗，有助于挖掘學生的學習潛能和激發學生的學習自覺性，有利于形成學生之間良好的團隊合作精神。

六、結論

計算機基礎課程的實驗教學可以根據學生將來的科研工作由多個模塊自由組合，但在整個實驗教學中必須解決以下3個問題，即：

1.要解決的是跨越計算機科學門檻的問題。在此，我們以為，這些知識應該很好地裁減以適應學習需要——也就是說，門檻不能定得太高。事實上，貫穿我們目前教學活動的主體思想就是，同學們只需要了解最基本的知識就夠了，這足以解決大多數有趣而有實際意義的問題。更重要地，這些知識能夠在很短的時間內完成學習并應用于實踐，這對于平滑學習曲線，通過獲得的成就感與愉悅感延長學習熱情至關重要。

2.再學習能力培養問題。一般而言，學習到的知識未來能夠直接使用到的不到20％，余下的知識怎么辦？學習、學習、再學習，僅此而已。在解決實際問題時，應該學會“大膽假設，小心求證”。

3.屬于創造性的知識應用問題。這一條實在太重要了，學習知識和技能的唯一目的是為了解決問題，如何解決實際問題呢？知識儲備固然重要，但更重要的是發現問題以及提出解決問題的方法。顯然，仔細分析問題，對問題進行抽象描述，在此基礎上形成最終解決方案并得出結論是創造性解決實際問題的必由之路。

總之，計算機基礎實驗教學中關鍵是DIY的教學理念，完善實驗教學內容體系、靈活的實驗教學方法與手段、優秀的師資隊伍。

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（作者單位：上海理工大學）