本科計算機專業工程型實踐教學體系研究

韋良芬，王 勇

(1.安徽三聯學院 計算機科學與技術系，合肥 230601;2.安徽工程大學 計算機與信息學院，安徽 蕪湖 241000)

我國高等教育已進入大眾化發展時期，正在經歷從社會本位發展階段向市場本位發展階段的過渡。工業化進程的快速推進，向高等學校進一步提出了培養更多工程應用型人才的需求。要使計算機專業的大學生在校階段能夠接受到系統的、扎實的實踐教學，關鍵在于要有一個良好的、完善的實驗教學體系作保證。在實驗教學體系建設中，實驗教學觀念是先導.實驗教學內容是核心，實驗教學管理體制是關鍵［1］。

完善的實踐教學體系不僅需要根據各專業課程的特點及縱向聯系進行實驗項目設置，還需要對相應課程進行分層次的實驗環節安排，圖1給出了一種“模塊化”、“分層次”的實驗教學安排模式。對于設計性和創新型實踐環節還需要相應的開放式實驗室及其完善的實驗室管理體制作支撐，才能達到良好的教學效果。而當前很多高校實驗項目設置、實踐教學環節安排都流于形式，沒有起到應有的教學效果，一方面因為沒有開放的實驗及研究場所，不能給學生提供充足的研究及實驗時間，另一方面因為沒有考慮計算機專業及其課程特點，實驗內容安排不夠合理。一些高校開放的實驗室往往只是一些網吧式的機房，開放式實驗室建設沒有充分考慮項目研究的需要。本文依據多年的實踐及教學經驗，從培養工程應用型人才的角度出發，探索一種實驗項目內容設置、實驗環節安排、實驗場所建設及管理一體化的實踐教學體系。

圖1 計算機專業實驗項目及實驗環節安排

1 實驗項目設置

根據計算機專業課程的特點，計算機實驗項目安排可以分為:基礎實驗、軟件實驗、硬件實驗三個教學模塊。采用相關課程聯接的方式進行實驗項目內容設置，以先修課程知識作為鋪墊，本門課程知識作為主要任務，后續課程知識作為擴展思維的原則設置實驗內容，從而增加相關課程之間的聯系。

基礎實驗模塊主要包括四門核心課程實驗教學:“C語言程序設計”、“匯編語言程序設計”、“數據結構”、“面向對象程序設計”。這四門課是計算機課程中最基本、但卻是分量最重的課程，主要任務是強化基本能力的訓練。“強化”實踐是提高大學生程序設計基本功的必要手段。在基礎實驗教學中，可以采用多層次的編程訓練、大作業和自動考試系統等形式，強化學生程序設計的能力，同時開發和使用一些網絡化輔助教學平臺，如課程學習平臺，作業平臺和測試平臺等，并輔以配套的教學資源，從而構建良好的網絡實踐教學環境，促進自主學習。

軟件實驗教學的重點是系統設計及軟件開發能力的訓練，分軟件技術和軟件工程兩個環節。對于“數據庫應用技術”、“軟件項目設計”等課程，在實驗內容安排上，側重于課程間知識點的前后聯系，并將一個較大的應用軟件設計項目拆分成若干小的子項目，當一個個子項目完成后，最終的大項目也就完成了。軟件工程實驗課程中涉及軟件工程全過程，強調實驗的系統性和連貫性，讓學生學會軟件開發生命周期的管理和組織。學生需要分組合作完成一個包含從軟件需求到軟件設計、管理、實現等軟件工程開發全過程的實際項目。這樣學生就有了完整的知識體系，對今后的軟件開發將起到很好的鍛煉作用。

硬件實驗教學側重于設計小型電腦控制系統及嵌入式系統的開發［2］。“數字邏輯”、“計算機組成原理”、“微機原理與接口技術”、“嵌入式系統”等是一系列的相關課程。在實驗內容安排上，將硬件模塊知識點貫穿到整個實驗體系中，將對學生連續性思維的培養起到很大的幫助作用。每門硬件實驗課程都有自己的實驗箱，但是硬件課程的先修課和后續課之間聯系非常緊密。因此在硬件類課程的實驗建設中，將基本的硬件知識進行有效的融合，采用落實基礎實驗，鼓勵綜合性實驗和設計性實驗的原則，并設立全天候開放的硬件開放實驗室，這個開放實驗室需要由齊全的硬件開發設備組成，鼓勵學生設計自己的創意產品，激發他們的創造力。

2 實驗環節安排

傳統的、單一的驗證性實驗教學模式，實驗項目之間的橫向聯系較少，不同課程之間的縱向聯系則更少，缺少綜合性和創新性環節的能力訓練。構建分層次的實驗教學環節可以有效的鍛煉學生的工程實踐能力和綜合創新能力。

分層次的實驗教學主要分為四個實驗環節［3］:驗證性實驗教學環節、綜合性實驗教學環節、設計性實驗教學環節、創新型實驗教學環節。“分層次”是指每一門實驗課程和整個實驗教學安排中都要體現出基本訓練型驗證實驗、綜合性實驗、設計性實驗和創新型實驗的分層體系結構。驗證性實驗教學環節與理論知識教學同步，主要用于課程基礎知識的鞏固，同時培養學生基本的實驗技能;綜合性實驗教學環節在課程教學中分階段進行，綜合性實驗的實驗內容通常涉及本課程的綜合知識，有的還涉及與本課程相關課程的知識點，目的是使學生能夠靈活運用所學的基本理論和專業知識，并結合基本實驗技能進行簡單的設計和制作，從而培養學生正確的設計方法和良好的設計習慣，同時能夠綜合運用各方面的知識來實現自己的設計;設計性實驗教學環節適用于課程設計和畢業論文，設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗，強調對獨立設計能力的訓練，目標是培養學生獨立應用專業知識進行設計和解決實際問題的能力;創新型實驗教學環節適用于學生參加各種科技競賽、參與老師的科研工作等實踐活動，目的是培養學生創新精神和創新能力，激發學生的創新與創業欲望，引導學生參加各種創新實踐活動。

分層次的實驗教學體系是以CDIO工程教育理念為指導的。其中第一層驗證性實驗，以及第二層綜合性實驗和設計性實驗，為創新性實驗提供了基礎知識及基本技能。創新型實驗按照CDIO的構思(Conceive)，設計(Design)，實現(Implement)，運作(Operate)四個步驟展開［4］。以工程項目從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。

3 實驗室建設

傳統的實驗室建設模式只能滿足驗證性教學的需要，不利于綜合性、設計性尤其是創新性實驗的開展，不能激發學生的學習主動性和創造性。

實驗室建設應該從培養創新型、應用型工程人才的角度出發。建設滿足工程型實踐教學需求的實驗室，需要對現有的實驗設備進行優化重組、并結合利用一些虛擬仿真實驗平臺，將原有的多個分散獨立的實驗室進行模塊化整合。根據驗證性、設計性、綜合性、創新性等實驗環節的教學要求，將計算機專業實驗室模塊化重組為:計算機驗證性綜合實驗室、計算機軟件設計與開發綜合實驗室、計算機硬件設計綜合實驗室、網絡及信息安全綜合實驗室、IT創新性綜合實驗室。軟件綜合實驗室中計算機硬件配置需要滿足一些大型軟件的運行要求;硬件綜合實驗室要求較高，設備需要相對齊全，同時需要安裝各種虛擬仿真平臺，以滿足各種硬件相關實驗及研究需求;IT創新性綜合實驗室需要從工程實踐及創新研究的角度出發，依照CDIO理念，以工程項目從研發到運行的生命周期的理念組建實驗室。這些綜合性實驗室將可以滿足“模塊化”實驗項目“分層次”實驗環節安排的需求，從而形成“一體化”的實驗教學管理模式。“一體化”是指對所有實驗課程統一規劃、統一管理、統籌安排，實驗內容體現重視基礎理論和基本技能，強調課程綜合和因材施教的原則。

同時，這些實驗室還需要進行開放式管理，給學生提供自主學習、創新研究的實驗場所，從而充分發揮實驗室和實驗設備的效用，推進實驗項目一體化、模塊化、系統化的開展。

4 實驗室管理模式

開放式實驗室具有實驗人員分散、實驗設備繁多不固定、實驗內容不統一等特點，因而給實驗室的管理增加了很大的難度。而目前很多高校實驗室的管理信息還是用手工處理，最多只是建立一些電子文檔，實驗室管理工作效率低下，實驗室信息缺乏共享和交流［5］。根本不能滿足綜合性開放實驗室的管理需求。開放式實驗室需要做到真正意義上的開放，即時間、設備、內容等方面都要開放，就需要有一個完善的信息化管理模式。

隨著信息化的發展，教學設備已經逐步數字化、網絡化，在充分利用信息化的現代教育手段改善教學質量的同時，實驗室管理模式的信息化也將對實驗教學產生巨大的影響。目前各個高校都有校園網，那么在校園網的基礎上，采用ASP.net技術和SQL Server數據庫開發技術，設計一個基于校園網的計算機專業開放式實驗室管理系統，用于實現實驗室的人員管理、實驗課程安排、實驗室開放安排及管理、學生預約登記、學生上機記錄等一系列管理功能［6］。讓只有事先經過網絡預約的學生才能使用和控制實驗設備，并對預約的學生信息進行記錄，同時學生可以提交實驗所需的設備，并通知實驗員提前準備，從而實現開放式實驗室的有效管理。實驗室的信息化管理，不僅能夠提高實驗室的管理水平和工作效率，而且為綜合性實驗、設計性實驗和創新性實驗的順利開展提供了的必要的保證，也為教師的科研工作帶來了極大的方便。

5 結語

工程教育理念是推動工程教育的先導，完善的工程實踐教學體系是工程教育是否能夠有效實施的關鍵。實現工程性實踐教學，教師在實驗安排時要根據計算機專業課程的特點，充分考慮各課程的聯系并進行實驗內容和實驗環節的安排，同時學校要為各種實驗項目的順利開展提供自由的學習及研究場所，將實踐教學真正落到實處。

［1］蘇青華.不斷創新，建設有特色的計算機專業實驗教學體系［J］.福建電腦，2007(6):197-198.

［2］施敏，何欽銘.計算機專業實驗教學體系探索［J］.計算機教育，2008(10):19-20.

［3］隆坤.計算機專業實驗項目建設與管理的探索［J］.福建電腦，2009(4):194，190.

［4］陳愛國.本科計算機專業實驗教學體系研究［J］.計算機教育，20104(7):117-119.

［5］廖勇，琚生根，周剛，等.高校計算機專業實驗室建設探討［J］.實驗技術與管理，2009，26(5):147-149.

［6］張麗蓮.基于校園網的計算機專業實驗室管理系統的研究［J］.福建電腦，2009(3):4-5.