新工科背景下地方應用型高校計算機實驗類人才培養研究

甘雷 甘麗 邢巨偉 郭占宇 曾慶志 孫克化 張曉勇

摘?要：新工科背景下地方應用型高校應重點培養適宜于地區發展需要的人才。課程是人才培養的核心問題，課程改革是新工科建設的重要內容。在地方應用型高校計算機實驗類人才培養過程中，實驗教師通過引入分層教學法和虛擬仿真技術對計算機實驗教學進行教學改革，探索了新工科背景下計算機實驗類人才培養的新途徑。

關鍵詞：新工科；地方應用型高校；計算機實驗；課程改革

2017年，教育部在復旦大學召開高等教育發展研討會，與會專家經過深層研究，達成了一系列共識，其中最為重要的是提出地方高校對區域產業轉型和升級發揮支撐作用。同年4月，教育部在天津大學召開新工科研討會，與會專家在國際大形勢背景下集思廣益，大家一致認為只有培養多樣化、深層次且具有創新意識的科技人才，才可以使我國的產業具備國際競爭實力。同年6月，教育部在北京召開新工科專家組第一次工作會議，會議最終通過了《新工科研究與項目指南》，指南中明確提出新工科建設，更加重視人才分類發展、人才教育模式創新以及人才質量保障。至此，復旦共識、天大行動、北京指南共同組成了新工科建設三部曲。新工科是我國當前大力推動創新驅動發展、一帶一路建設、中國制造2025、“互聯網+”等一系列戰略措施背后對高校專業建設的必要要求，對于地方應用型高校來講，其承擔了本地區經濟發展、轉型所需智力支持角色。在國家倡導“互聯網+”、大數據等新工科背景下，計算機實驗類人才培養顯得尤為重要［1］。

1?地方應用型高校計算機實驗類課程現狀

在新工科背景下，計算機相關專業人才需求較多。智聯招聘《2022年上市公司人才需求及發展環境報告》指出：上市公司招聘規模1～9月比2019年同期增長46%，招聘需求最多的前三位是互聯網專業、計算機專業、物流專業。本文走訪了唐山地區的一些計算機相關企業，在和這些企業座談中了解到，企業本身非常需要計算機專業的畢業生進入企業，在專業相關的背景下，更需要具有創新能力、實踐能力強的畢業生。在社會對計算機專業人才需求激增的條件下，作為為社會提供人才的高校尤其是地方應用型高校來說，計算機教學尤其是實驗教學亟待進行改革?？傮w來說，目前地方應用型高校計算機實驗教學主要存在以下問題。

1.1?地方應用型高校計算機實驗教學方向不明確

相對于研究型大學，應用型尤其是地方應用型高校，它更多地承擔了為所在地區的地方培養人才的責任。近幾年隨著地方經濟的發展與轉型，地方應用型高校也在加快自身的改革，使培養的人才能夠更加適應地方。比如地方應用型高校近幾年都在積極申請碩、博士點，都在積極投入經費使學校向研究型大學轉變。在這樣的背景下，計算機實驗教學的教學方向也需要改變。計算機實驗教學在本質上是對理論課教學的補充和驗證，學生通過理論教師的講解掌握課程原理、方法，通過實驗教學將這些知識點驗證并延伸，從而加深理解。因此計算機實驗教學需要根據理論教學的方向進行定位。

1.2?地方應用型高校計算機實驗教學內容與社會要求有差距

在當前的計算機類教學中，理論教學占據了相當大的比例，實驗教學往往是從屬于理論教學，因此計算機實驗教學的上課時間較短。本科類高校教師目前引進基本都要求博士學位，專業課教師的理論知識豐富，項目實戰經驗相對來說比較缺乏。實驗課內容比較單一，由于時間有限，學生往往只能在有限的時間內完成一些驗證性實驗，開放性、綜合性實驗涉及較少。計算機類學生的專業素質、實操能力等不同也會造成計算機實驗課課堂效率較低［2］。

2?地方應用型高校計算機實驗類人才培養研究

《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》指出：實踐教學是學校教學工作的重要組成部分，是深化課堂教學的重要環節，是學生獲取、掌握知識的重要途徑。實踐教學方法改革是推動實踐教學改革和人才培養模式改革的關鍵。高校要把加強實踐教學方法改革作為專業建設的重要內容，加強綜合性實踐科目設計和應用。計算機實驗教學作為計算機理論課教學的補充，在一定程度上可以加深理論課的原理、方法以及實現的過程，讓學生可以在實驗過程中夯實專業理論。

2.1?分層教學法在計算機實驗課中的運用

分層教學法需要實驗教師客觀看待每一位學生，對學生進行分層，要從學生的不同角度來考慮。例如在對學生分層時，實驗教師需要考慮學生的計算機相關專業學習成績、對計算機專業的興趣與專注、平時課堂的表現等多方面。地方應用型高校學生生源地不同，因此對計算機專業的認知學生也是各不相同。實驗教師需全面掌握學生的實際情況，對學生進行分層。對學生分層實驗教師可以按照1∶3∶1的比例分成三層。第一層次，是計算機水平較高、成績較好、對計算機專業認可度比較大且畢業之后打算從事本專業的學生；第二層次，人數較多，主要是計算機專業成績一般、創新能力和水平中等的學生；第三層次，是計算機專業成績較差、對本專業的認可度不高的學生。

對于第一層次的學生來說，實驗教師可以盡可能給予他們足夠的空間和時間，以自主學習和實驗為主。對于第二層次的學生來說，實驗教師應該著重與引導并且鼓勵學生進行實驗創新。對于第三層次的學生來說，實驗教師盡量在實驗室提問一些簡單的實驗問題，多以鼓勵為主，讓第三層次的學生能夠感受到專業的魅力，增加這些學生的成就感。實驗教師在進行分層授課的同時也可以鼓勵第一層和第二層的學生去幫助第三層次的學生，引導學生之間互相幫助，在幫助的過程中讓學生找到自己的不足，從而進行改正。實驗教師在進行分層教學的同時一定要注意將學生分層并不是將他們割裂，要讓每個層次的學生都互相有交流和合作。實驗教師需要通過不同的教學手段，激發學生的積極性。

2.2?計算機實驗分層教學設計

2.2.1?計算機實驗教學教學目標分層

實驗教學目標的設計是計算機實驗教學的基礎，如果是地方應用型高校的實驗教師需要將分層教學法應用到計算機實驗教學中，首先需要確定分層教學法的目標。實驗教師需要貫徹計算機實驗教學的總目標［3］，結合計算機實驗教學的學科特征，根據學生的實際水平，對不同層次的學生設立不同的教學目標，讓學生能夠融入計算機實驗教學中，完成教學目標。在實際的計算機實驗教學中，不同層次的教學目標并非一成不變的，實驗教師需要根據學生的實際學習能力和學習水平動態調整，確保每一位學生的實際學習水平與教學目標相契合。教學目標的分層是分層教學法的基礎，教學目標設置的合理能夠使學生對計算機實驗教學課程更加感興趣，反之設置不當，教學目標與學生實際學習水平脫鉤，會打消學生做實驗的積極性。對于第一層次的學生來說，他們的實驗教學目標是在熟練掌握了計算機理論知識之后，通過實驗教學加深理論知識，同時提高動手解決實際工程技術問題的能力，提高專業技術水平。對于第二層次的學生來說，在實驗室能夠通過實驗與理論知識互相印證，能夠掌握基本的理論和實驗方法。對于第三層次的學生來說，實驗教師在實驗室應該讓學生知道實驗的設備以及基本內容。在實驗過程中要求學生能夠通過實驗了解實驗內容，同時通過實驗驗證能夠加深理論知識點掌握程度。

2.2.2?計算機實驗教學教學內容分層

在實際的計算機實驗教學中，尤其是實驗教師在使用分層教學方法之后，需要體現分層教學的層次感。實驗教師應當盡可能循序漸進地設計教學內容，根據不同的實驗教學內容設計不同的問題，這樣可以使不同層次的學生都能夠感受到實驗課內容和自身的實際水平是一致的，增加學生的學習動力。

2.2.3?計算機實驗教學課堂提問分層

計算機實驗教學相對于理論教學，教師應該給予學生更多的動手實驗時間。因此，在學生實驗過程中，教師可以針對不同層次的學生出現的一些共性和個性問題進行講解和提問。實驗教師在提問的過程中，需要盡可能地控制時間。對于第一層次和第三層次的學生來說提問的問題要少而精，對于第二層次的學生教師可以逐步增加提問的頻率。只有這樣實驗教師才可以全面了解學生的實驗水平，準確找到學生實驗的不足，讓不同層次的學生都能獲得專業知識。

2.2.4?計算機實驗教學作業分層

作業是實驗教學在課堂外的延續同時也是鞏固學生學習效果的一個有效手段。實驗教師通過分層作業設計一方面可以激發不同層次的學生學習能力和熱情，另一方面可以檢驗實驗教師自身的實驗教學內容設置是否合理。實驗教師可以根據學生作業的情況及時進行教學反思，調整教學內容來滿足不同層次學生的需要。

2.3?計算機實驗虛擬仿真技術運用

隨著國家高等教育的大眾化，越來越多的學生進入大學接受高等教育。但是由于學校資金有限，計算機實驗設備比較貴重，地方應用型高校很難能夠保證每位同學同時使用一套實驗設備。如果在實驗教學中采用虛擬仿真技術，學生可以在實驗室的電腦上自由配置路由器，完成實驗任務，這樣能夠有效解決硬件設備不足的問題。在解決了配置問題以后，實驗教師可以在實驗室實地為學生展示真實的路由設備，既鍛煉了學生實際操作能力又提高了學生的專業水平。

實驗教師在進行計算機實驗教學過程中引入虛擬仿真技術［4］，能讓學生大膽動腦、動手，能夠激發學生的興趣和積極性。在實驗過程中教師引入虛擬仿真技術不僅能夠預防實驗設備安全隱患問題，而且能夠讓學生在完成實驗過程中提高動手和思考能力。學生可以更及時觀察和反思實驗步驟，也能夠直觀地發現錯誤，促進學生個人能力發展。

當前，在計算機實驗教學中，為貼近生產實際，地方應用型高校需要購置新的實驗設備。采用虛擬仿真技術以后，實驗教學的硬件成本降低［5］。實驗教師采用虛擬仿真技術可以避免這樣的問題發生。在實際的實驗教學過程中，如果不考慮設備成本問題，實驗教師應該鼓勵學生在完成基本實驗任務以后，按照學生的想法和思路去驗證不同類型的實驗，這樣可以增加學生的興趣，讓學生更主動地參與到實驗中。

3?分層教學法和虛擬仿真技術在計算機實驗課中的運用——以《計算機網絡——靜態路由實驗》為例

計算機網絡理論課是每個計算機類學生必修課程，靜態路由實驗是計算機網絡課必做的一個實驗。通過該實驗，學生能夠掌握路由器的基本配置，能夠完成靜態路由配置，同時能夠實現不同網段互相訪問。

3.1?靜態路由實驗分層教學設計

靜態路由實驗涉及計算機網絡IP協議路由原理部分內容。學生通過理論和實驗的學習，運用虛擬仿真技術能夠深刻理解路由原理并掌握靜態路由配置方法。對于第一層次的同學來說，實驗教師要在學生已經熟練完成實驗的基礎上進一步啟發引導動態路由與靜態路由的區別，靜態路由的優點、缺點有哪些？通過實驗靜態路由一般都適用于哪些網絡。對于第二層次的學生來說，由于學生人數比較多，實驗教師應盡可能詳細地帶領學生在虛擬仿真環境里實現靜態路由以及靜態路由具體配置參數和過程。對于第三層次的學生來說，實驗教師可以讓學生了解虛擬仿真軟件，介紹軟件里面不同的圖標代表了不同的網絡設備，對常用的網絡配置命令要有所了解，同時學生應該能夠掌握靜態路由配置的過程。在實驗過程中對學生的提問，實驗教師課根據學生的層次對學生進行不同提問。對于第一層次的學生，實驗教師應該注重鍛煉這些學生的思考能力，激發學生進一步探索的動力。對于第二層次的學生，實驗教師應該更加注重這些學生的實際動手、操作能力，在這些學生已經熟練掌握靜態路由原理的前提下，按照步驟一步一步用網絡配置語言來實現靜態路由。對于第三層次的學生，實驗教師應該在鼓勵的基礎上，讓學生能夠理解靜態路由的一般配備過程，要讓這些學生掌握一些重要的網絡命令。最后，實驗結束，針對不同層次的學生，實驗教師可以安排不同的實驗報告。對于第一層次的學生來說，實驗報告更多呈現做完靜態路由實驗以后學生對靜態路由的理解，指出靜態路由的缺點并對缺點進行改進。對于第二層次的學生來說，實驗報告更多體現靜態路由配置的過程以及結果，讓學生熟練掌握配置原理、方法和命令。對于第三層次的學生來說，實驗報告更多體現出學生對靜態路由的一般工作原理的理解，并且能夠利用虛擬仿真軟件簡單地畫出網絡拓撲結構，能夠指導常用的網絡命令含義。

3.2?虛擬仿真技術實現靜態路由實驗

在靜態路由實驗過程中，計算機網絡實驗室由于場地、資金等限制，無法保證為每位同學配備一套設備。因此，在實驗室中，實驗教師可以在學生實驗電腦端預先安裝華三模擬器來進行計靜態路由實驗。實驗的內容是通過A、B、C三臺路由器配置靜態路由，使PC1能夠訪問PC2。根據實驗內容，在模擬器中分別拖放各個實驗設備，根據實驗指導書，配置IP地址。為路由器配置接口信息并查看當前配置信息。PC1配置IP地址，按照實驗內容設置完地址以后，可以測試一下兩臺機器是否能互相訪問。分別配置路由器A、B、C，配置完畢，測試兩臺電腦是否能夠互相訪問。至此，華三模擬器下的靜態路由實驗完畢。實驗教師在學生結束實驗以后根據學生在實驗過程中發現的一些問題和生活實際進行拓展實驗，假如全網所有網段全部基于192.168.1.0/24劃分，R1R4每臺設備均有兩個環回，如何做靜態路由實現。

習近平總書記在二十大報告中指出：教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎戰略支撐。高校要以服務國家意愿為最高追求，要以國家戰略需求為導向。隨著國家科技的進步，新工科背景下計算機實驗方面的人才需求也與日俱增，基于分層和虛擬仿真技術的計算機實驗教學實踐，對培養學生自主學習、解決問題的能力都有十分重要的作用。

參考文獻：

［1］李慧君.“互聯網+”背景下大學計算機類課程實驗教學模式改革［J］.科技風，2021（21）：8283.

［2］張平娟，閆改珍，王岳.新工科背景下“數字電子技術”實驗教學改革實證研究［J］.淮南師范學院學報，2022，24（02）：126130.

［3］李娟，孫濤，李宏博，等.“項目導入式”在線虛擬仿真實驗教學的研究與實踐［J］.電腦知識與技術，2021，17（09）：169171.

［4］王艷軍.虛擬仿真技術在計算機網絡實驗教學中的應用［J］.中國多媒體與網絡教學學報（中旬刊），2022（08）：2225.

［5］李振偉，喬峰，杜春燕，等.《電力電子技術》虛實融合實驗教學模式探索［J］.中國電力教育，2022（09）：6970.

基金支持：2022年度河北省人力資源社會保障研究課題一般項目《新工科背景下地方應用型高校計算機實驗類技術人才培養研究》（JRS20223319）

作者簡介：甘雷（1981—?），男，河北唐山人，碩士，高級實驗師，研究方向：計算機實驗教學。