計算機實踐教學多元化環境建設與研究

摘要：分析計算機實踐教學存在的不足，提出計算機實踐教學多元化環境的概念，闡述如何從構建虛擬化實踐教學平臺、開放型創新實驗室、校企共建實驗室三個方面來建設多元化計算機實踐教學環境。該多元化環境提供了自主式、協作式學習空間，有利于學生探索新知識和創新，并可充分發揮教師的主導作用。

關鍵詞：計算機；實踐教學；多元化環境；虛擬化

文章編號：1672-5913（2013）03-0033-04

中圖分類號：G642

“十二五”以來，教育部不斷出臺文件，深化實踐教學方法改革。為推動高等學校加強學生實踐能力和創新能力的培養，加快實驗教學改革和實驗室建設，教育部指出，要把加強實踐教學方法和人才培養模式改革作為專業建設的重要內容。計算機類實踐教學目前存在以下幾個問題。

第一，計算機學科內容的快速增長和計算機實驗條件相對滯后的矛盾。當前，作為“信息社會”核心和支撐的計算機學科，其知識和技術呈現快速增長和更新的特點，而傳統的實驗教學條件、實驗設備總是滯后于計算機硬件的發展速度和教學要求。綜合性實驗室、創新性實驗室的數量往往不能滿足計算機實踐教學的需求。實驗室現有的設備與企業實際采用的儀器設備差距較大，導致學生缺乏工程實踐能力和應用能力。

第二，計算機新技術的綜合性和創新性實驗對設備、場地、資金提出了較高要求，一般高校難以建設和承受。如大規模分布式計算實驗，在湖南省內只有極少數有實力的高校（如國防科學技術大學）能夠開設，大部分高校沒有條件安排真實實驗。又比如一般高校因不具備高性能計算機集群服務器，很少能夠開設云計算、網格計算等實驗。而由于發展和研究的需要，部分高年級的計算機類本科生和研究生卻要求開設相關實驗。

第三，在計算機實踐教學過程中，人為破壞、軟硬件故障、計算機病毒都會給計算機系統造成危害，影響教學順利進行。實驗室管理人員往往會采取硬件、軟件保護等技術措施，以阻止學生在實驗時對實驗系統進行破壞性的修改。許多像系統維護、磁盤陣列實驗這樣的課程無法開出，而采取課堂演示或以講代練的方式進行教學，這樣的教學方法，學生理解困難，也不感興趣。在實驗教學內容多且課堂較大時，教學質量難以保證。

針對上述問題，我們提出了多元化的計算機實踐教學環境構建思路。多元化計算機實踐教學環境對于改進和完善計算機實驗和實踐性教學條件、教學體系，培養學生探索新知識、敢于創新的精神，減緩實驗室建設的資金壓力，都將起到積極作用。

1 多元化計算機實踐教學環境體系

多元化計算機實踐教學環境由虛擬化實踐教學平臺、開放型創新實驗室、校企合作共建實驗室三部分組成，如圖1所示。

這三個部分以先進的技術和科學的制度為基礎來實施。教學進程中既有基礎性的驗證實驗，也有設計性和綜合性的實驗和實踐環節；在規模和難度上循序漸進。我們整理收集教學過程中的各種素材，并且引進企業的教學視頻、技術手冊，構成數字化實踐教學資源；設計實現了各類實踐教學管理系統，最終納入到數字化實踐教學資源及管理平臺，為計算機實踐教學服務。計算機實踐教學多元化環境將使學生的實踐動手能力在四年里得到穩步提升。

2 多元化計算機實踐教學環境的構建

2.1構建虛擬化實踐教學平臺

近年來，虛擬技術和模擬仿真技術的飛速發展，使構建虛擬實驗室已經成為可能。由軟硬件及其網絡構成的虛擬化實踐教學平臺是提供該服務的一種良好的手段。例如，借助虛擬機軟件VMware workstation，不受計算機軟硬件限制，便可開展計算機維護和操作系統的實驗。創建的虛擬機具備了良好的集成性、可移植性和可維護性。在虛擬機上，能夠安裝主流的操作系統及各種應用程序，設置模擬硬件環境；各虛擬機與主機之間可以進行通信、共享文件和網絡資源。在虛擬機上進行的操作不會對主機現有的硬盤分區和數據造成任何破壞。操作完成后，通過映象功能可以非常輕松地將操作系統恢復到原樣。這大大增加了學生的實踐動手機會，加強了學生的實踐技能。讓學生在虛擬的環境下學習操作系統的操作、配置，達到事半功倍的目的。又比如，建設網絡工程專業實驗室的費用昂貴，可以考慮引入虛擬技術建設路由交換和網絡安全實踐教學環境：思科虛擬機Dynamips可用于支持思科3600系列路由器平臺，思科PIX防火墻虛擬機主要用于虛擬運行PIX系列設備的鏡像文件，華為的WVRP和華三的Simware主要用于仿真華為的VRP和H3C的Comware路由交換系統平臺。借助以上虛擬平臺，學生可以在單臺計算機上組建網絡環境，進行各種網絡配置，也可以組建虛擬局域網，實現集群試驗，基本上可以完成網絡工程專業的實踐教學環節。可見，利用虛擬化技術開展計算機實踐教學，既經濟又安全，在一定程度上突破了實驗室管理的局限性，保證了實驗課的正常開課。實驗具有可重現性，能夠激發學生學習的積極性和主動性，提高學生的實踐創新能力，并且大大地降低了實驗成本，提高了實驗設備的安全性和利用率。

2.2建設開放型創新實驗室

前面提到，實踐教學體系要增加設計型、綜合型實驗的比例，激發學生的想象力和創造力。很多創新型實驗需要在更優越的實驗環境下才能完成。我們應在保證完成教學基本要求的前提下，建設綜合與創新開放型實驗室。開放實驗室突出實踐教學的開放性；能夠多途徑、多層次地對學生實踐動手能力、創新能力和個性化發展進行培養。實驗室應根據不同層次學生的需求有目的地向學生開放；通過此類實驗室的建立，鼓勵學生利用所學知識，參與項目攻關、專業競賽，參與創新性研究。湖南工業大學計算機與通信學院的開放型創新實驗室在校內是首創，吸引了學有余力的學生參加科技活動和競賽，參與教師的科研項目或橫向子課題。湖南工業大學計算機與通信學院面向學生開放的創新實驗室自創建以來，學生利用創新實驗室的資源開發了多項實用的系統，如通用型專業可定制短信平臺、湖南工業大學FTP資源搜索引擎、湖南工業大學網絡中心綜合信息服務平臺、Easy51 Pro S5x芯片編程器、學生技術平臺實驗室大型綜合項目等，并在各類比賽中多次獲獎。實踐證明，開放型創新實驗室使學生能夠擺脫班級的約束，自主地選擇和了解實驗，有了自由發揮現象力和進行創新實踐的時間和空間，提高了實驗教學的質量。同時，開放型創新實驗室還解決了實驗時間難以安排、實驗室設備利用率低的問題。

2.3校企合作共建實驗室

數字化的實驗環境與資源同現實相比，有一定差異。由于虛擬現實技術的局限性，它不可能作到對真實實驗環境進行無差別的模擬，特別是對于大型復雜的計算機系統和高端的網絡通信設備，從虛擬環境中取得的經驗必須在真實環境中獲得檢驗。

鑒于上述原因，我們建立了長效暢通的校企交流渠道，充分利用企業提供的教學資源，以注重培養實戰技能為主線，把學生帶到企業中去，開發真實環境下的實踐項目。通過企業化實訓案例，學生不但能把課堂所學的知識點在案例中串接起來，融會貫通，還能在案例營造出的企業真實環境中，實際體驗和了解項目的整個流程，從而積累項目經驗并培養行業所需的職業綜合素質。我們正在積極借助合作企業的工作環境和資源，讓學生看得見、摸得著這些高端的大型計算機硬件設備；由經驗豐富的技術骨干擔任校外實踐教師，訓練學生的系統分析、設計和RSbTDuc7LCaKN0l23VJhtA==集成能力、專業應具備的企業經驗和綜合素質，學生就業時更加有底氣。比如，我們的合作單位有中軟國際、雙星科技、銳捷網絡、南車時代、安博牛耳和與中國移動、中國電信有合作關系的湖南本地系統集成商等。這些公司有的從事IT技術服務、Linux和Oracle高端集訓、網絡設備及解決方案供應、制造業信息化，有的從事運營商的WiFi、EPON的建設和維護任務。學生通過在這些公司的實習實訓，可以接觸到真實的硬件系統環境，快速融入到崗位之中，這是任何模擬仿真實驗都無法替代的。我們還與其中的企業達成協議，由學院提供場地，企業提供經費和技術支持，在校內建立專門的實驗室，由企業技術人員和學院教師共同對學生進行指導，院校可以獲得免費師資培訓、學生認證考試、設備維護、儀器設備捐贈、就業指導等多項支持。企業也非常歡迎有實戰經驗的畢業生前來就業。這些措施將大大降低實踐教學環境建設的成本。通過這種合作機制也解決了由于當前前沿計算機技術高速發展所引發的計算機實踐教學環境投入不足的問題。

3 結語

多元化計算機實踐教學環境是開放的。它不僅為學生提供了自主、互動、協作式學習空間、虛實結合的實驗環境，也為教師營造出生動輕松的教學氛圍，完善了教學評價體系，有利于實現因材施教的實驗教學，同時也有利于增強學生探索新知識、獲得新知識的體驗，激發學生熱愛實踐、勇于探索，強化學生工程能力的培養，進而為創新能力的培養提供廣闊舞臺。

最后，還應該考慮到，由于實踐教學環境建設前期投資大、建設時間長，所以必須充分考慮相關的綜合性實驗、開放式應用與實驗室本身的領域拓寬和可持續發展問題。這些都是構建多元化計算機實踐教學環境在未來需要思考和研究的課題。

（見習編輯：劉麗麗；編輯：彭遠紅）