強化實驗教學中心建設 培養創新型人才

李秀坤， 張宏莉， 蘇小紅， 婁 久， 張冬雨

(哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院，黑龍江哈爾濱 150001)

0 引言

隨著國家經濟的不斷發展，社會對人才的培養提出了更高的要求，從原來的單一知識結構和單一技能的服務型人才培養轉向理論與實際并重的高素質創新型人才培養［1］，而高校實驗室是培養學生具有實踐能力和創新精神的重要場所，實驗教學是人才培養體系中教育基礎實施體系的重要組成部分，要培養一流的人才，就必須依靠一流的實驗室提供基礎支撐條件［2-4］。因此，教育部和財政部將實驗教學示范中心建設作為高等學校本科教學質量評估和教學改革工程(教高［2007］1號)的重要內容。

為加強實驗教學建設，計算機科學與技術學院在2002年成立計算機科學與技術實驗教學中心，并在2007年9月被批準為國家級實驗教學示范中心建設單位。中心根據計算機科學與技術學科特點，確立了“夯實基礎、面向應用、培養能力、鼓勵創新”的實驗教學指導思想，采取分類、分層次的實驗教學模式、多元化的實驗教學方法和實驗教學手段，構建了一套先進的、與國際接軌的、有哈工大特色的實驗教學體系。通過完善的實驗室管理體制，建立高素質的實驗教學隊伍，為創新型人才的培養提供了堅實的基礎。

1 創新型人才培養為目標的實驗教學改革

根據“國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010～2021)”，中心將學生的實踐創新能力培養作為核心關鍵，堅持“以學生為中心”的實驗教學理念，圍繞創新型人才培養為目標進行一系列的實驗教學改革，解決了由于實驗教學中觀念落后導致的諸多不合理問題［5-6］;建立了分類、分層次、開放式的實驗教學體系［7］;并探索了個性化、多元化的教學方法［8-9］以及計算機軟、硬件結合的一體化實驗方式［10］，使實驗教學體系更加科學化、系統化、國際化，更具特色。

1.1 分類、分層次、開放式的實驗教學體系

依據計算機學科的特點和實驗教學指導思想，中心從計算機實驗課程角度設立了四個實驗系列:硬件系列、軟件系列、軟件工程系列和網絡工程系列;從實驗的深度難度和學習知識的階段開設了四個層次的實驗:基本型實驗、綜合設計型實驗、研究創新型實驗和企業實踐型實驗。建立了以創新型人才培養為目標的分類、多層次開放式的實驗教學體系。

不同系列的實驗配備相對應的實驗課程，例如:硬件系列課程包括數字邏輯、計算機組成原理和體系結構等;軟件系列課程包括計算機程序設計、數據結構與算法、編譯原理等;軟件工程系列課程主要面向軟件工程專業而設的實驗課程，如軟件工程、系統分析與設計等;網絡工程系列面向軟件工程專業和信息安全專業的實驗課程，如網絡安全，網絡協議設計等。基本型實驗是基礎，培養學生對理論知識的掌握和應用;綜合設計型實驗是關鍵，培養學生綜合應用某門和某幾門課程理論知識解決一個中小型問題的能力;研究創新型實驗是引導學生參加教師的科研創新實踐，培養學生的創新意識和能力;而企業實踐型實驗是將學生直接送到企業實習基地參加實際項目開發研究，培養學生的實戰能力和團隊合作精神。

中心在加強對綜合性、設計性實驗要求的同時，突出強調了以實際工程為內容的開放式實驗。如嵌入式設計與實踐課程中的“LCD觸摸屏實驗”要求編寫工業現場普遍使用的LCD的驅動程序，開放式的“制作基于觸摸屏的科學計算器”實驗，要求學生自擬計算器的顯示圖案和功能;開放式的“GPS通信實驗”是對實際GPS導航設備的模擬和分析，學生可自選GPS的某一種通信協議。

1.2 個性化、多元化的實驗教學方法

實行創新學分制，啟動實施本科生創新能力提升計劃，為學生提供個性化的實踐平臺。啟動實施本科生創新能力提升計劃，分階段開展多種形式的課外實踐教學活動。借鑒國外大學的成功經驗，設立創新學分，在大一組織Yearly Project年度項目，大二、大三組織學生俱樂部和各類競賽活動，并專門開設了硬件設計與實踐和軟件設計與實踐系列項目學習課程，針對學生的項目需求舉辦各類專題講座，將實驗教學內容向深度和廣度延伸，使學生可通過多種渠道獲得創新學分。計算機專業學生在大四到研究中心進行畢業實習和畢業設計，軟件工程專業學生除了安排學生企業實訓并進行各種職業認證之外，還在大四組織學生到企業進行為期1年的工業實習和畢業設計，促進了學生知識、能力、素質的協調發展(見圖1)。

圖1 個性化、多元化的實驗教學方法

學生自擬開放性的感興趣的實驗題目，既實現了實驗個性化的目標，也增強了學生對實驗設計的參與度，讓學生在一定程度上可以“我的實驗我做主”，培養學生的工程實踐能力和項目管理能力。

改革實驗結果的驗收方法，實驗成績評定以滿足基本要求為起點，對實驗有創新的同學適當加分。將學生在線討論與交流的表現計入平時實驗成績，統籌考核實驗過程與實驗結果。在實驗考核中，實施誠信素質教育，加強過程監督。利用開發的雷同報告檢測系統，對學生提交的實驗程序、課程報告和論文進行雷同檢測。在實施個性化實驗指導時，聘用博士生和參加ACM競賽的本科生作TA，每15人配備1名實驗指導教師或TA。

1.3 軟、硬件結合的一體化的實驗方式

引入現代技術，融合多種方式輔助實驗教學和實驗教學考核，實驗教學手段更加豐富，實驗教學管理更加科學。

基于Moodle開發了交互式網絡教學平臺(樂學網)，基于搜索引擎和文本去重技術，開發了中文報告雷同檢測系統，同時還開發了程序在線評測和代碼雷同檢測兩個插件，中心開設的C語言程序設計和軟件設計與實踐等許多課程，都利用樂學網的上述功能進行實驗程序的提交與在線自動評測，改變了傳統的教師手工批閱和評分的實驗模式，對提高實驗教學質量起到了支撐和促進作用。為真實考核學生的實驗動手能力，完全取消了筆試，研制的基于程序理解技術的編程題考試自動評分系統，解除了教師閱卷負擔，避免了人情分，使成績評定更客觀公正。

平臺開放不僅體現在資源開放，更需要建立交叉學科間學術交流的平臺，體現高性能計算平臺開放、交流、共享的重要特色［11］。為了適應這一形勢，在更新“計算機組成原理”、“計算機設計與實踐”、“數字邏輯設計”、“嵌入式系統設計與實踐”實驗臺的過程中，引入了基于FPGA的開放性實驗平臺，增加了對硬件描述語言和FPGA的支持，提高了硬件實驗平臺的靈活性，使學生可更好地自主設計創新性實驗并在實驗臺上進行實現和驗證。

為了與國際接軌，中心還為留學生和交流生開設了雙語實驗課程，并進行了雙語實驗教學課程錄像。

2 完善的實驗室管理體制

示范中心將以創新型人才培養為教學目標，在定位明確之后，建立了科學的示范中心運行機制和管理模式［12］，以保證實驗教學資源的合理分配和穩定的實驗室隊伍建設。

2.1 實驗中心組織結構

計算機科學與技術實驗教學中心采用校院兩級管理體制，并實行中心主任負責制。學校教務處統籌教學任務和教學資源的利用，實驗中心負責教學任務的具體落實。實驗中心下設軟件實驗中心、硬件實驗中心、軟件工程實驗室和網絡工程實驗室和大學生創新實驗室，中心結構組織如圖2所示。中心負責人由有著豐富的教學科研實踐經驗的教授級博士生導師擔任。中心師資隊伍由專職實驗教師、兼職實驗教師和實驗技術人員三部分組成。

圖2 實驗示范中心組織結構示意圖

2.2 高素質實驗隊伍的建設

實驗教師隊伍是實驗教學中重要的組成部分［13］，學校重視實驗教學隊伍建設，強調理論教學與實驗教學相結合，建立一支年齡、學歷、學緣、職稱結構合理、教學水平高、愛崗敬業且相對穩定的實驗教學隊伍。

為提高和穩定實驗教學師資隊伍，學校和學院采取了一系列的措施，如采用實驗室人員單獨評定職稱和實驗室人員單獨聘崗，解決以往實驗教學與理論教學回報不平衡問題。同時，中心采取適當引進和在職提高的做法，每年都有實驗室人員的崗前培訓，以提高其管理水平，中心支持年輕教師繼續深造，提高學術和業務水平，近5年已選派8名年輕教師到國外知名大學學習相關課程的課堂教學和實驗教學。堅持青年教師和實驗人員的導師制度，新開課教師試講和實驗指導教師培訓、考核制度，提高了教師和教輔人員的業務能力和管理水平。

為提高實驗教學質量，中心采取了示范教學、集體備課、督導組跟蹤聽課、學生調查等一系列的促教、評教方法，對評分在良以下的實驗教師要求停課提高，2年內仍不能保證教學效果者調離。

3 建設成效及示范輻射

經過5年的改革、探索和實踐，示范中心在實驗教學、教學成果、輻射示范等方面成效顯著。

(1)實驗教學。利用建設經費支持實驗教學改革、實驗教學研究，創新示范課程建設、ACM創新基地建設、年度創新項目開展、示范中心網站建設，共有27個項目立項。本專業學生100%受益，其他專業大一、大二學生90%受益。

(2)教學成果。5年累計承擔教學研究項目61項，其中國家級10項，省級12項;獲得教學成果獎12項，其中國家級2項，省級9項，市級1項。發表教學研究論文91篇，撰寫實驗教材8本，研制在線作業測評和考試等教學自動化系統3個，接待其它院校教師來訪500余人次，在國內外90余所高校產生良好反響。教師累計參加國內外教學研討149人次。學生參加創新實踐活動累計獲獎610項。

(3)示范輻射。開展由學生“自主選題、自主設計、自主實驗”的Yearly Project年度計劃項目，被《計算機教育》雜志作特約專題報道多次，加強了中心的示范輻射作用。中心研制的“C語言編程題考試自動評分系統”，被國防科技大學、北京郵電大學等國內近百所高校試用。出版實驗教材8本，校內印刷實驗教材9本，被國內80余所高校采用。開發的具有作業在線評測和雷同評判功能的交互式網絡教學平臺，日均頁面瀏覽超萬次，訪問者來自96個國家和地區;免費服務300余門課程。接待國內外其他高校來訪累計570人次，為100余所高校教師提供課程培訓超過400人次，受到廣泛好評。

4 結語

在“十二五”期間，作為計算機類國家級實驗教學示范中心，在實驗教學模式、教學方法和實驗室管理等方面有其較成熟的地方，起到了示范輻射作用，供兄弟單位借鑒［14-15］。中心將繼續圍繞創新型人才培養的主體目標，重點完善與之相適應的實驗教學培養體系。依托國家一級重點學科，大力加強科研成果向實驗教學的轉化，與國際接軌，建設學生自主學習與實驗平臺，把計算機實驗教學示范中心建設成為“國內一流的實驗教學基地和工程創新能力培育基地”。

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