馮裕忠，馮 將

（1.電子科技大學(xué)成都學(xué)院，四川成都 611731；2.四川省教育廳，四川成都 610010）

在信息社會(huì)的今天，人們對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的依賴和應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高點(diǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了諸如多核處理器、虛擬化、分布式存儲(chǔ)、寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、智能通信技術(shù)、自動(dòng)化管理、云計(jì)算、嵌入式等技術(shù)的快速發(fā)展。如今，絕大多數(shù)高校都開設(shè)了計(jì)算機(jī)專業(yè)課程。怎樣辦好這個(gè)專業(yè)、怎樣開設(shè)計(jì)算機(jī)課堂授課和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生既能掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，又能有較強(qiáng)的專業(yè)動(dòng)手能力，以適應(yīng)社會(huì)的需求和發(fā)展，這對(duì)普通高校的計(jì)算機(jī)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)都提出了更高的要求，也是值得深思和探討的話題［1－2］。

1 普通高校計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的狀況

在普通理工科高校的計(jì)算機(jī)教學(xué)中，計(jì)算機(jī)課堂理論教學(xué)是較為完整的，但有不少學(xué)校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)則比較單一。這些實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建基本上經(jīng)過(guò)單機(jī)→局域網(wǎng)→校園網(wǎng)絡(luò)→Internet這樣一個(gè)過(guò)程，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的計(jì)算機(jī)設(shè)備則只是完成一般單機(jī)硬件、軟件實(shí)驗(yàn)操作。當(dāng)學(xué)校剛組建計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，只是若干計(jì)算機(jī)單獨(dú)完成相對(duì)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程；當(dāng)學(xué)校進(jìn)一步發(fā)展，就將若干實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)組成局域網(wǎng)來(lái)滿足教學(xué)的軟硬件和網(wǎng)絡(luò)等實(shí)驗(yàn)。

例如某普通高?，F(xiàn)有教學(xué)用計(jì)算機(jī)約4 000臺(tái)，平時(shí)僅用于計(jì)算機(jī)的相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)和一般的科研工作。通過(guò)測(cè)算，這些計(jì)算機(jī)的功能僅發(fā)揮了30%左右，而維護(hù)和改造的費(fèi)用大約要占總投資的70%左右，造成較大的浪費(fèi)。另外，在承擔(dān)科研項(xiàng)目和一些教學(xué)任務(wù)時(shí)，又因這些計(jì)算機(jī)是傳統(tǒng)架構(gòu)、單機(jī)處理能力不夠強(qiáng)而無(wú)法滿足需要。

擺在學(xué)校面前的問題是：怎樣把現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)設(shè)備加以改造，融入諸如嵌入式、云計(jì)算平臺(tái)等先進(jìn)的應(yīng)用環(huán)境，不用投入更多的資金便可以使計(jì)算機(jī)設(shè)備既能滿足教學(xué)的需求，也能滿足科研的需求［3－5］。

筆者認(rèn)為，大學(xué)的計(jì)算機(jī)教學(xué)體系要有科學(xué)而完整的教學(xué)大綱和培養(yǎng)方案，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（1）加強(qiáng)該專業(yè)的理論基礎(chǔ)教學(xué)，建立起“理論課＋實(shí)驗(yàn)課＋項(xiàng)目制”的學(xué)分構(gòu)成體系，做到大一以理論課為主，實(shí)驗(yàn)課學(xué)分占約15%；大二理論課占約60%，實(shí)驗(yàn)課占約30%，項(xiàng)目制學(xué)分占約10%；大三理論課占約45%，實(shí)驗(yàn)課占約45%，項(xiàng)目制學(xué)分占約10%；大四可加強(qiáng)專業(yè)選修課（諸如PHP、.NET、Java）和項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)（開發(fā)）課程的比例，使學(xué)生的專業(yè)理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）得到驗(yàn)證。學(xué)生可以用扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和較強(qiáng)的動(dòng)手能力滿足社會(huì)的需求；

（2）在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面投入更多的精力。普通高校在構(gòu)建和改造計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，應(yīng)該分檔次建設(shè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室來(lái)適應(yīng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。這些實(shí)驗(yàn)室的信息管理應(yīng)該是相通的，便于設(shè)備的使用和資源的管理［6－7］。

（3）加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教師的培養(yǎng)、加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。學(xué)校的業(yè)務(wù)管理部門可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)對(duì)各實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解各級(jí)實(shí)驗(yàn)室的情況，使實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

2 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)成

圖1給出了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的主要構(gòu)成，包括計(jì)算機(jī)硬件和基本操作實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室、軟件實(shí)驗(yàn)室、云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)［8－9］。

圖1 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)示意

2.1 計(jì)算機(jī)硬件和基本操作實(shí)驗(yàn)室

計(jì)算機(jī)硬件和基本操作實(shí)驗(yàn)室主要適合于計(jì)算機(jī)專業(yè)大一學(xué)生的計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)和非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用操作實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)室擁有若干低檔次的PC單機(jī)、數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（包括完成電路實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)板、常用的元器件、儀器、儀表和工具等）和計(jì)算機(jī)硬件拆裝工具等。PC機(jī)安裝有Windows操作系統(tǒng)和Office等應(yīng)用軟件。學(xué)生可以利用這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成“數(shù)字邏輯”、“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“微機(jī)接口與匯編語(yǔ)言”等課程的硬件實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)室也可以完成零部件測(cè)試實(shí)驗(yàn)和PC 機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)的硬件組成、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和日常應(yīng)用計(jì)算機(jī)的基本操作，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言等知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

這種實(shí)驗(yàn)室可以與電工、通信和微電子等專業(yè)合用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)“不了解硬件就不能編寫程序”和“不懂硬件就編不出好的軟件”的道理，從思想上重視計(jì)算機(jī)硬件的學(xué)習(xí)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該具備局域網(wǎng)的基本架構(gòu)和完成網(wǎng)絡(luò)通信的基本功能。在此實(shí)驗(yàn)室中，應(yīng)該具有多形式、多功能、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)原理、網(wǎng)絡(luò)通信等教材上的相關(guān)內(nèi)容，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建、路由選擇、協(xié)議的安裝和相關(guān)參數(shù)的配置等（見圖2）。可以配備一定數(shù)量的線材，讓學(xué)生掌握網(wǎng)線的制做、簡(jiǎn)單的硬件故障排除等基本技能。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生全面了解網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)、掌握網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境和條件以及常見故障的處理等［10］。

圖2 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)示意圖

2.3 軟件實(shí)驗(yàn)室

軟件實(shí)驗(yàn)室的主機(jī)應(yīng)該是較高配置的PC 機(jī)或服務(wù)器，具有局域網(wǎng)功能，安裝Windows、Unix（Linux）雙操作系統(tǒng)，是支持多語(yǔ)言環(huán)境的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提供.NET、JavaEE 應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境和SQL Server、Oracle等常用數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用環(huán)境，學(xué)生可以在此完成C＋＋、C＃、Java等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的編程實(shí)驗(yàn)，也可以進(jìn)行系統(tǒng)底層BIOS、Kernel分析、防火墻等數(shù)字加密軟件的研究與開發(fā)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室除了完成學(xué)校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，還應(yīng)該具有軟件創(chuàng)新、科研的應(yīng)用環(huán)境。

學(xué)校利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，成功地實(shí)現(xiàn)了全校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作類課程的機(jī)考，改變了過(guò)去計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的紙?jiān)嚲砹看?、成?jī)?cè)u(píng)定時(shí)間較長(zhǎng)、試卷重復(fù)性等弊病?，F(xiàn)在已經(jīng)建立了較完整的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)題庫(kù)，庫(kù)中有10多套試題，任課教師可以根據(jù)需要任意構(gòu)建試卷，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)考試、現(xiàn)場(chǎng)評(píng)卷［11－12］。

2.4 云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

云計(jì)算是一項(xiàng)較新的計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用技術(shù)，是在分布式處理（distributed computing）、并行處理（parallel computing）和網(wǎng)格計(jì)算（grid computing）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它可以按照需要部署計(jì)算資源，用戶通過(guò)終端遠(yuǎn)程連接來(lái)獲取存儲(chǔ)、計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)等計(jì)算資源，而用戶只需按使用的資源付費(fèi)。

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)學(xué)校的云計(jì)算就是把學(xué)校原來(lái)的計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)服務(wù)器通過(guò)相應(yīng)的虛擬化軟件處理后接入具有云計(jì)算功能的服務(wù)器資源池（見圖3），這個(gè)服務(wù)器資源池也稱為“服務(wù)器集群”或“云”，各實(shí)驗(yàn)室用戶終端通過(guò)網(wǎng)線、借助瀏覽器就可以很方便地訪問某一物理服務(wù)器“云”。

圖3 云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的架構(gòu)示意圖

云計(jì)算在資源分布上包括“云”和“云終端”?！霸啤卑ɑヂ?lián)網(wǎng)或大型服務(wù)器集群，它由分布的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)施（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、安全設(shè)備和通信設(shè)備等）和應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)等構(gòu)成?！霸平K端”則是用戶的PC機(jī)、手機(jī)、車載電子設(shè)備等，只需一個(gè)功能完備的瀏覽器并安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入“云”，就可以隨心地使用“云”的計(jì)算資源。

由于云計(jì)算所提供的服務(wù)不同，通常把云計(jì)算構(gòu)建分為云計(jì)算基礎(chǔ)子系統(tǒng)、云計(jì)算平臺(tái)服務(wù)子系統(tǒng)、云計(jì)算軟件服務(wù)子系統(tǒng)、云計(jì)算API子系統(tǒng)和互動(dòng)平臺(tái)子系統(tǒng)。

（1）云計(jì)算基礎(chǔ)子系統(tǒng)。這類云計(jì)算采用新興的共享基礎(chǔ)構(gòu)建方法，提供底層的技術(shù)平臺(tái)以及核心的云服務(wù)，它可以將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT 服務(wù)。這種云計(jì)算服務(wù)結(jié)構(gòu)支撐起整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的虛擬中心，能夠?qū)?nèi)存、I／O 設(shè)備、存儲(chǔ)和計(jì)算能力集中起來(lái)，成為一個(gè)虛擬的資源池，為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。此類架構(gòu)可以完成科研和研究生上機(jī)操作。通常，云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該具有如圖4所示的功能。

（2）云計(jì)算服務(wù)子系統(tǒng)。這類云計(jì)算通常稱為平臺(tái)即服務(wù)PaaS（platform as a service），它為用戶提供開發(fā)環(huán)境。用戶可以使用供應(yīng)商的基礎(chǔ)構(gòu)建來(lái)開發(fā)自己的應(yīng)用程序，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從供應(yīng)商的服務(wù)器上傳給程序用戶。

（3）云計(jì)算軟件服務(wù)子系統(tǒng)。這類云計(jì)算通常稱為軟件即服務(wù)SaaS（software as a service）。SaaS是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用軟件的成熟而興起的一種完全創(chuàng)新的軟件應(yīng)用模式。它通過(guò)瀏覽器把程序傳送給用戶。從用戶的角度，這樣可省去在服務(wù)器、軟件方面的若干費(fèi)用；從供應(yīng)商的角度看，只需要維持一程序就能滿足用戶需求，可減少維護(hù)成本。

圖4 云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有的功能示意圖

（4）云計(jì)算API子系統(tǒng)。這類服務(wù)供應(yīng)商提供API（application programming interface），讓開發(fā)者能夠開發(fā)更多基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，幫助開發(fā)商拓展云計(jì)算的功能和服務(wù)，而不是只提供成熟的應(yīng)用軟件。它是面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（service－oriented architecture，SOA），是一個(gè)組件模型。它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過(guò)這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)。

（5）互動(dòng)平臺(tái)子系統(tǒng)。為用戶與提供服務(wù)的商家之間的互動(dòng)提供一個(gè)平臺(tái)，雙方利用這個(gè)平臺(tái)完成網(wǎng)絡(luò)計(jì)算服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)等。在教學(xué)中，師生可以通過(guò)此平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)、答疑、作業(yè)的提交和批改。

為節(jié)省費(fèi)用，在搭建云計(jì)算平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，可以根據(jù)情況選擇某一種類型的云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建，在原來(lái)已有的PC機(jī)的基礎(chǔ)上，增加相應(yīng)的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等就可以搭建云計(jì)算平臺(tái)，再安裝相關(guān)軟件，就可以讓師生通過(guò)訪問、學(xué)習(xí)，達(dá)到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

2.5 實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)

該部分主要是從技術(shù)維護(hù)和行政管理的角度，使學(xué)校的教務(wù)、設(shè)備管理等部門實(shí)時(shí)了解各計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的使用情況、設(shè)備狀態(tài)，并為各計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用者提供設(shè)置登錄UID、防火墻、系統(tǒng)的維護(hù)等服務(wù)；建立各類管理上的規(guī)章制度，讓設(shè)備處于最佳的狀態(tài)，提高資源的利用率［13］。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和應(yīng)用，特別是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代IT 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)開發(fā)和應(yīng)用型人才的業(yè)務(wù)能力提出了更新、更高的要求，高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力就顯得比以往更為重要。學(xué)校要把扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)與先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)教給學(xué)生，讓他們通過(guò)計(jì)算機(jī)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理論與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合起來(lái)，夯實(shí)理論基礎(chǔ)，增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力。

有不少學(xué)校把4年的大學(xué)教育劃為“3＋1”培養(yǎng)方案，即學(xué)生用3年時(shí)間完成所需要理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，用1年的時(shí)間進(jìn)行各種實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，以“能力為重”。這樣做的目的就是為社會(huì)培養(yǎng)有系統(tǒng)理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐能力、具備可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型科技人才和技術(shù)領(lǐng)軍型人才。

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