基于實踐導向的高校計算機實驗教學改革研究

摘要：傳統的高校計算機實驗教學模式存在內容陳舊、學生實踐能力培養不足等問題，與社會需求脫節明顯。為此，論文提出了基于實踐導向的新型教學模式，重點探討了該模式在提升學生實踐操作能力、培養創新思維和增強問題解決能力方面的顯著優勢。通過引入案例分析和實踐應用相結合的實驗室教學方法，本研究旨在為未來實驗教學改革提供有益參考。

關鍵詞：實踐導向；實驗教學改革；實踐能力

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）21-0160-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

隨著信息技術的迅猛發展和教育科學的持續進步，計算機科學及相關領域的知識體系正在快速更新迭代。與此同時，社會對人才綜合素質的要求也顯著提升，特別是對高校計算機專業學生，不僅要求其掌握理論知識，更強調實踐能力和創新能力的培養。然而，當前傳統的實驗室教學模式仍存在明顯不足：過度側重理論講解和固定實驗流程，未能有效激發學生的自主學習意識和動手實踐能力。在此背景下，構建以實踐為導向的高校計算機實驗室教學模式具有重要的現實意義。

1 傳統實驗室教學模式存在的問題

傳統實驗室教學模式存在一定的局限性。實驗室是學生將理論知識轉化為實踐技能的場所，通過實踐操作直觀地理解理論知識，提高解決問題的能力[1]。然而，傳統的實驗教學往往采取教師布置任務、學生被動完成的形式，這種為獲取平時分而應付了事的做法，難以培養學生應對實際復雜問題的能力。當前實驗教學存在的主要問題包括：

（1） 教學目標過度側重理論基礎知識掌握，與專業培養目標和畢業要求脫節。實驗教學內容設計缺乏對人才培養定位的考量，往往僅停留在完成既定任務或提交實驗報告的層面，導致學生所學技能與社會所需的輸出型人才能力要求不匹配，最終影響就業競爭力。

（2） 當前課程教學仍主要局限于“教師講授”的傳統模式[2]，呈現出明顯的“重理論、輕實驗”傾向。教師往往僅將部分課堂知識點作為實驗任務布置給學生自主完成，這種教學方式既難以激發學生的學習主體性和主觀能動性，又容易導致學生對實驗課興趣缺失，進而出現敷衍應付甚至抄襲的現象。具體而言，教師在理論授課時多采用照本宣科的方式，教學形式單一，致使學生缺乏學習積極性，既不利于發散思維的培養，也難以有效提升學生自主分析問題和深入探究知識的能力。

在實驗課程設計方面，存在內容難度設置不合理的問題：過于簡單的實驗任務容易使學生機械模仿、照搬代碼，缺乏獨立思考，難以達到預期的培養目標；而難度過大的實驗內容則可能引發學生的畏難情緒，削弱其學習信心和動手意愿。這種教學設計未能充分考慮學生的個體差異和實際需求，與“以學生為中心”的教育理念相背離。此外，學生普遍存在提問意識薄弱的現象，既不知如何尋求幫助，也缺乏問題敏感性，更難以對實驗過程中遇到的問題進行有效分析和總結[3]。

實驗室管理方面也面臨挑戰：學生在實驗過程中可能進行與學習無關的操作，如修改注冊表或運行外部程序等，存在誤操作風險。因此，加強實驗室規章制度的落實與監管，以及教師在課堂上的必要約束和管理顯得尤為重要。

（3） 當前傳統實踐教學體系仍存在明顯不足，主要體現在理論課程與實驗課程的時間安排缺乏科學銜接，二者比重設置不盡合理。理論教學知識點與實驗教學內容未能形成有效對應關系，導致學生在實踐過程中難以充分運用理論知識，同時理論教學對實踐操作的指導作用也未能充分發揮。

（4） 實驗教學資源投入與校企合作機制亟待完善。高校計算機實驗室普遍面臨資源配置不足的問題：硬件設備使用年限較長，更新周期往往需要數年時間，這種資源限制客觀上制約了實驗教學的發展。在軟件環境方面，雖然需要根據課程要求進行版本更新，但受制于硬件條件往往難以實現軟硬件的同步升級，網絡等配套資源也存在類似問題。在校企合作方面，雙方在人才培養目標上存在明顯差異：企業基于經濟效益考量，更注重人才培養的針對性和實用性[4-5]；高校作為教育機構，其核心使命則是培養適應社會需求的技術人才，這種定位差異導致校企合作難以實現深度協同。

鑒于當前實驗教學面臨的多重困境，教師有必要在現有問題的基礎上對課程實驗教學體系進行全面優化。具體而言，應當持續改進實驗教學內容和教學方法，通過設計與日常生活密切相關的實踐問題來激發學生的探索精神和學習主動性。這種改革不僅有助于學生更好地掌握專業理論知識，更能培養其靈活應對、解決實際問題的能力。

2 實驗導向的教學模式設計

2.1 實踐導向的教學模式的開展實施

實踐導向教學模式是一種以學生為主體、注重通過實踐操作和真實案例來獲取知識并培養應用能力的教育方式。該模式旨在通過具體的實踐訓練和案例分析，有效提升學生的實踐技能與綜合素質。要實現這一目標，首先需要轉變傳統教學理念，將實踐意識深度融入教學過程，使學生能夠在實際操作中靈活運用理論知識，特別是在代碼編寫等具體實踐中實現理論向實踐的轉化。實踐導向教學憑借其獨特的優勢，能夠為傳統實驗教學注入新的活力，推動高校實驗室教學效果的實質性提升。

這種教學模式特別強調動手能力的培養，注重理論知識與實踐應用的有機結合。通過激發學生的學習興趣，不僅能顯著提高其學習主動性，更能培養其解決實際問題的能力。在具體實施過程中，可以從理論基礎構建、課程體系設計、教師角色轉變、評估方式創新以及教學環境優化等多個維度，全面推進實踐導向教學模式的落地實施。

2.2 基于實踐導向教學模式的設計

實踐導向教學模式植根于建構主義學習理論和社會學習理論，其核心理念強調學習者通過與環境的交互作用主動構建知識體系。該模式的教學目標聚焦于培養學生的三大核心能力：實踐操作能力、問題解決能力和創新思維能力。實驗內容應與實際應用緊密結合，增加綜合性實驗和項目驅動的實踐任務[6]，同時積極引導學生參與真實工程項目或科研活動。

該教學模式遵循五大核心設計原則：

（1） 目標導向性原則：注重知識、技能與綜合素質的全面發展，充分考量社會實際需求；

（2） 情境真實性原則：提倡在真實或高度仿真的情境中開展學習實踐活動；

（3） 任務驅動性原則：以層次化、遞進式的任務或項目為載體組織教學，循序漸進地提升學生能力；

（4） 合作學習性原則：科學分組并指導學生開展有效的協作學習；

（5） 過程評價性原則：重視學習過程的動態評估。

在課程實施層面，實踐導向教學要求每個知識單元都配備相應的實踐案例或任務，通過項目式學習、問題導向學習等教學方法，激發學生學習興趣，培養其在真實或模擬環境中自主解決問題的能力。教師角色轉變為學習指導者，結合信息技術前沿動態，運用虛擬實驗軟件、仿真工具等現代技術手段，為學生創造更豐富的實踐機會。從而全面提升學生的綜合素質，實現知識教室向能力教室的轉變[7]，最終實現從知識傳授向能力培養的根本轉變。

具體實驗教學實施時，應根據任務復雜度采取差異化組織方式：對于單一知識點的簡單實驗，可安排學生獨立完成；對于涉及多模塊的復雜項目，則需根據學生特點進行合理分組協作。這種靈活的教學組織形式如圖1所示。

2.3 考核體系改革，創新考核方式

實驗課程以實踐操作為核心，注重培養學生將知識應用于解決實際問題的能力。實驗考核的根本目的在于提升學生的專業素養和綜合能力，因此必須結合專業培養目標，采用多元化的考核方式。在實驗教學完成后，需要建立科學的評價與反饋機制[8]，通過實驗報告、項目成果展示、團隊協作表現等多種形式，全面評估課程質量，重點關注學生實踐能力和創新思維的培養成效。

完善的反饋機制對學生的持續改進和能力提升至關重要。實踐導向的實驗教學應當實施全過程考核，系統評價學生的學習效果。具體考核方案采用“過程性考核（50%） +結果性考核（50%） ”的雙軌制：過程性考核涵蓋課堂出勤、實驗任務完成質量、團隊協作表現及平時作業等維度；結果性考核則依據期末考試成績或課程論文（設計） 的創新性和主題深度進行量化評估。如圖2所示，該考核體系實現了對學生學習全過程的動態跟蹤與綜合評價。

3 教學模式的實施過程

3.1 基于實踐導向教學模式的實施與案例分析

在課程實驗教學中引入具體項目案例，能夠有效展示實踐導向教學模式的應用成效。這種教學方式實現了理論與實踐的有機結合，通過縮短理論教學與實驗操作的時間間隔，幫助學生更好地鞏固知識記憶[9]。以操作系統原理實驗課程為例，針對該課程理論性強、內容抽象的特點，教學采取了以下實踐措施：在首次實驗課前，預先布置Linux系統安裝任務，學生可自主選擇是否采用虛擬機方式安裝。通過引導學生在百度、B站等平臺搜索安裝教程，鼓勵其獨立完成系統安裝過程。在此過程中，學生不僅會遇到各種實際問題，還需要自行查找原因并嘗試調試，這種“發現問題-解決問題”的實踐過程極具教學價值。在正式實驗課上，教師簡要講解實驗環境搭建方法并演示常用命令操作，學生則可在自己搭建的環境中完成指定命令操作，通過觀察執行結果來驗證命令功能，最后進入正式的實驗任務環節，用C語言實現進程的創建，要求：①在子進程中輸出該進程的進程類型、當前進程的Pid 和父進程的Pid、根據用戶輸入確定當前進程的返回值、退出提示等信息。②同樣在父進程中輸出相應內容。系統可以通過調用fork（） 創建進程。當fork（） 的返回值大于零gt;0，在父進程中，fork返回新創建子進程的進程ID；當返回值等于零，在子進程中，fork返回0；當返回值小于零說明出現錯誤，fork返回一個負值。學生可以在虛擬機上模擬真實Linux操作系統環境的進行進程的創建操作以及命令、程序的編寫，從而根據fork（） 返回值判斷進程的創建情況。這種實踐導向的教學模式獲得了學生的積極反饋，顯著提升了他們對專業知識的理解和掌握程度。學生不僅能夠更清晰、具體地理解專業知識，還在解決問題的過程中獲得了成就感，特別是在理解進程創建等核心概念方面效果尤為突出。以軟件工程課程為例，教師在首次實驗課就提供多個軟件開發項目供學生分組選擇，讓學生全程參與從需求分析、系統設計、編碼實現到測試驗收的完整開發流程，通過這種沉浸式的實驗操作，學生能夠系統掌握軟件開發的各項技能和方法。

在推進實踐導向教學模式的過程中，需要持續優化課程評價體系，改進實驗教學的考核方式，以更客觀地反映學生的學習成效。建議從以下維度進行綜合評價：結合項目完成質量評估學生對理論知識的掌握程度，通過系統功能實現度、界面設計水平和響應性能等指標考核實驗任務完成情況。這種多維度的考核機制不僅能全面評估學習效果，還能有效提升學生的參與積極性和學習興趣。

3.2 基于實踐導向的教學模式改革的成效與展望

實踐導向教學模式在江西農業大學軟件學院21級、22級本科生中實施以來，在培養學生實踐能力、激發創新思維以及提升教學質量等方面取得了顯著成效。通過問卷調查顯示，92%的學生對這種教學模式表示滿意，認為其有效提升了動手能力，實現了“實踐檢驗真理”的教學目標。盡管實驗難度有所增加，但學生普遍反映這種教學模式更具思考深度和挑戰性，能夠更好地促進專業能力提升。

未來需要進一步優化實驗教學內容，提升教師的實踐指導水平，同時采取有效措施增強學生的參與積極性。這種教學模式的成功實踐為高校其他專業的教學改革提供了寶貴經驗，充分印證了實踐能力培養在高等教育中的核心地位。

4 結束語

當前高校計算機實驗室教學亟須創新，實踐教學內容體系有待完善，這對教師的教學水平和學生的自主學習能力都提出了更高標準。這一改革的核心目標在于全面提升計算機類實驗課程的教學質量，要求教師充分重視實驗教學環節，因為實驗教學本質上是對理論知識的驗證與應用過程。實踐導向的計算機實驗教學模式已展現出顯著優勢，有效促進了學生實踐能力和創新思維的培養。展望未來，在信息技術持續發展的背景下，高校計算機實驗室教學改革將更加突出理論與實踐的無縫銜接，為培養適應時代需求的高素質計算機專業人才提供有力支撐。

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【通聯編輯：王 力】