李秀坤， 張宏莉， 蘇小紅， 婁 久， 張冬雨

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001)

0 引言

隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會對人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，從原來的單一知識結(jié)構(gòu)和單一技能的服務(wù)型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)向理論與實際并重的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)［1］，而高校實驗室是培養(yǎng)學(xué)生具有實踐能力和創(chuàng)新精神的重要場所，實驗教學(xué)是人才培養(yǎng)體系中教育基礎(chǔ)實施體系的重要組成部分，要培養(yǎng)一流的人才，就必須依靠一流的實驗室提供基礎(chǔ)支撐條件［2-4］。因此，教育部和財政部將實驗教學(xué)示范中心建設(shè)作為高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量評估和教學(xué)改革工程(教高［2007］1號)的重要內(nèi)容。

為加強實驗教學(xué)建設(shè)，計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在2002年成立計算機科學(xué)與技術(shù)實驗教學(xué)中心，并在2007年9月被批準(zhǔn)為國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)單位。中心根據(jù)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科特點，確立了“夯實基礎(chǔ)、面向應(yīng)用、培養(yǎng)能力、鼓勵創(chuàng)新”的實驗教學(xué)指導(dǎo)思想，采取分類、分層次的實驗教學(xué)模式、多元化的實驗教學(xué)方法和實驗教學(xué)手段，構(gòu)建了一套先進(jìn)的、與國際接軌的、有哈工大特色的實驗教學(xué)體系。通過完善的實驗室管理體制，建立高素質(zhì)的實驗教學(xué)隊伍，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了堅實的基礎(chǔ)。

1 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的實驗教學(xué)改革

根據(jù)“國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010～2021)”，中心將學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為核心關(guān)鍵，堅持“以學(xué)生為中心”的實驗教學(xué)理念，圍繞創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)進(jìn)行一系列的實驗教學(xué)改革，解決了由于實驗教學(xué)中觀念落后導(dǎo)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(xué)體系［7］;并探索了個性化、多元化的教學(xué)方法［8-9］以及計算機軟、硬件結(jié)合的一體化實驗方式［10］，使實驗教學(xué)體系更加科學(xué)化、系統(tǒng)化、國際化，更具特色。

1.1 分類、分層次、開放式的實驗教學(xué)體系

依據(jù)計算機學(xué)科的特點和實驗教學(xué)指導(dǎo)思想，中心從計算機實驗課程角度設(shè)立了四個實驗系列:硬件系列、軟件系列、軟件工程系列和網(wǎng)絡(luò)工程系列;從實驗的深度難度和學(xué)習(xí)知識的階段開設(shè)了四個層次的實驗:基本型實驗、綜合設(shè)計型實驗、研究創(chuàng)新型實驗和企業(yè)實踐型實驗。建立了以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的分類、多層次開放式的實驗教學(xué)體系。

不同系列的實驗配備相對應(yīng)的實驗課程，例如:硬件系列課程包括數(shù)字邏輯、計算機組成原理和體系結(jié)構(gòu)等;軟件系列課程包括計算機程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(yè)而設(shè)的實驗課程，如軟件工程、系統(tǒng)分析與設(shè)計等;網(wǎng)絡(luò)工程系列面向軟件工程專業(yè)和信息安全專業(yè)的實驗課程，如網(wǎng)絡(luò)安全，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計等?；拘蛯嶒炇腔A(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生對理論知識的掌握和應(yīng)用;綜合設(shè)計型實驗是關(guān)鍵，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)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(chuàng)新型實驗是引導(dǎo)學(xué)生參加教師的科研創(chuàng)新實踐，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力;而企業(yè)實踐型實驗是將學(xué)生直接送到企業(yè)實習(xí)基地參加實際項目開發(fā)研究，培養(yǎng)學(xué)生的實戰(zhàn)能力和團隊合作精神。

中心在加強對綜合性、設(shè)計性實驗要求的同時，突出強調(diào)了以實際工程為內(nèi)容的開放式實驗。如嵌入式設(shè)計與實踐課程中的“LCD觸摸屏實驗”要求編寫工業(yè)現(xiàn)場普遍使用的LCD的驅(qū)動程序，開放式的“制作基于觸摸屏的科學(xué)計算器”實驗，要求學(xué)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(dǎo)航設(shè)備的模擬和分析，學(xué)生可自選GPS的某一種通信協(xié)議。

1.2 個性化、多元化的實驗教學(xué)方法

實行創(chuàng)新學(xué)分制，啟動實施本科生創(chuàng)新能力提升計劃，為學(xué)生提供個性化的實踐平臺。啟動實施本科生創(chuàng)新能力提升計劃，分階段開展多種形式的課外實踐教學(xué)活動。借鑒國外大學(xué)的成功經(jīng)驗，設(shè)立創(chuàng)新學(xué)分，在大一組織Yearly Project年度項目，大二、大三組織學(xué)生俱樂部和各類競賽活動，并專門開設(shè)了硬件設(shè)計與實踐和軟件設(shè)計與實踐系列項目學(xué)習(xí)課程，針對學(xué)生的項目需求舉辦各類專題講座，將實驗教學(xué)內(nèi)容向深度和廣度延伸，使學(xué)生可通過多種渠道獲得創(chuàng)新學(xué)分。計算機專業(yè)學(xué)生在大四到研究中心進(jìn)行畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計，軟件工程專業(yè)學(xué)生除了安排學(xué)生企業(yè)實訓(xùn)并進(jìn)行各種職業(yè)認(rèn)證之外，還在大四組織學(xué)生到企業(yè)進(jìn)行為期1年的工業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計，促進(jìn)了學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展(見圖1)。

圖1 個性化、多元化的實驗教學(xué)方法

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

改革實驗結(jié)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(chuàng)新的同學(xué)適當(dāng)加分。將學(xué)生在線討論與交流的表現(xiàn)計入平時實驗成績，統(tǒng)籌考核實驗過程與實驗結(jié)果。在實驗考核中，實施誠信素質(zhì)教育，加強過程監(jiān)督。利用開發(fā)的雷同報告檢測系統(tǒng)，對學(xué)生提交的實驗程序、課程報告和論文進(jìn)行雷同檢測。在實施個性化實驗指導(dǎo)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(dǎo)教師或TA。

1.3 軟、硬件結(jié)合的一體化的實驗方式

引入現(xiàn)代技術(shù)，融合多種方式輔助實驗教學(xué)和實驗教學(xué)考核，實驗教學(xué)手段更加豐富，實驗教學(xué)管理更加科學(xué)。

基于Moodle開發(fā)了交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(樂學(xué)網(wǎng))，基于搜索引擎和文本去重技術(shù)，開發(fā)了中文報告雷同檢測系統(tǒng)，同時還開發(fā)了程序在線評測和代碼雷同檢測兩個插件，中心開設(shè)的C語言程序設(shè)計和軟件設(shè)計與實踐等許多課程，都利用樂學(xué)網(wǎng)的上述功能進(jìn)行實驗程序的提交與在線自動評測，改變了傳統(tǒng)的教師手工批閱和評分的實驗?zāi)Ｊ?，對提高實驗教學(xué)質(zhì)量起到了支撐和促進(jìn)作用。為真實考核學(xué)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(shù)的編程題考試自動評分系統(tǒng)，解除了教師閱卷負(fù)擔(dān)，避免了人情分，使成績評定更客觀公正。

平臺開放不僅體現(xiàn)在資源開放，更需要建立交叉學(xué)科間學(xué)術(shù)交流的平臺，體現(xiàn)高性能計算平臺開放、交流、共享的重要特色［11］。為了適應(yīng)這一形勢，在更新“計算機組成原理”、“計算機設(shè)計與實踐”、“數(shù)字邏輯設(shè)計”、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)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(xué)生可更好地自主設(shè)計創(chuàng)新性實驗并在實驗臺上進(jìn)行實現(xiàn)和驗證。

為了與國際接軌，中心還為留學(xué)生和交流生開設(shè)了雙語實驗課程，并進(jìn)行了雙語實驗教學(xué)課程錄像。

2 完善的實驗室管理體制

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

2.1 實驗中心組織結(jié)構(gòu)

計算機科學(xué)與技術(shù)實驗教學(xué)中心采用校院兩級管理體制，并實行中心主任負(fù)責(zé)制。學(xué)校教務(wù)處統(tǒng)籌教學(xué)任務(wù)和教學(xué)資源的利用，實驗中心負(fù)責(zé)教學(xué)任務(wù)的具體落實。實驗中心下設(shè)軟件實驗中心、硬件實驗中心、軟件工程實驗室和網(wǎng)絡(luò)工程實驗室和大學(xué)生創(chuàng)新實驗室，中心結(jié)構(gòu)組織如圖2所示。中心負(fù)責(zé)人由有著豐富的教學(xué)科研實踐經(jīng)驗的教授級博士生導(dǎo)師擔(dān)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(shù)人員三部分組成。

圖2 實驗示范中心組織結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 高素質(zhì)實驗隊伍的建設(shè)

實驗教師隊伍是實驗教學(xué)中重要的組成部分［13］，學(xué)校重視實驗教學(xué)隊伍建設(shè)，強調(diào)理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合，建立一支年齡、學(xué)歷、學(xué)緣、職稱結(jié)構(gòu)合理、教學(xué)水平高、愛崗敬業(yè)且相對穩(wěn)定的實驗教學(xué)隊伍。

為提高和穩(wěn)定實驗教學(xué)師資隊伍，學(xué)校和學(xué)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(xué)與理論教學(xué)回報不平衡問題。同時，中心采取適當(dāng)引進(jìn)和在職提高的做法，每年都有實驗室人員的崗前培訓(xùn)，以提高其管理水平，中心支持年輕教師繼續(xù)深造，提高學(xué)術(shù)和業(yè)務(wù)水平，近5年已選派8名年輕教師到國外知名大學(xué)學(xué)習(xí)相關(guān)課程的課堂教學(xué)和實驗教學(xué)。堅持青年教師和實驗人員的導(dǎo)師制度，新開課教師試講和實驗指導(dǎo)教師培訓(xùn)、考核制度，提高了教師和教輔人員的業(yè)務(wù)能力和管理水平。

為提高實驗教學(xué)質(zhì)量，中心采取了示范教學(xué)、集體備課、督導(dǎo)組跟蹤聽課、學(xué)生調(diào)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(nèi)仍不能保證教學(xué)效果者調(diào)離。

3 建設(shè)成效及示范輻射

經(jīng)過5年的改革、探索和實踐，示范中心在實驗教學(xué)、教學(xué)成果、輻射示范等方面成效顯著。

(1)實驗教學(xué)。利用建設(shè)經(jīng)費支持實驗教學(xué)改革、實驗教學(xué)研究，創(chuàng)新示范課程建設(shè)、ACM創(chuàng)新基地建設(shè)、年度創(chuàng)新項目開展、示范中心網(wǎng)站建設(shè)，共有27個項目立項。本專業(yè)學(xué)生100%受益，其他專業(yè)大一、大二學(xué)生90%受益。

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

(3)示范輻射。開展由學(xué)生“自主選題、自主設(shè)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(tǒng)”，被國防科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)等國內(nèi)近百所高校試用。出版實驗教材8本，校內(nèi)印刷實驗教材9本，被國內(nèi)80余所高校采用。開發(fā)的具有作業(yè)在線評測和雷同評判功能的交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，日均頁面瀏覽超萬次，訪問者來自96個國家和地區(qū);免費服務(wù)300余門課程。接待國內(nèi)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(xùn)超過400人次，受到廣泛好評。

4 結(jié)語

在“十二五”期間，作為計算機類國家級實驗教學(xué)示范中心，在實驗教學(xué)模式、教學(xué)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(xù)圍繞創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的主體目標(biāo)，重點完善與之相適應(yīng)的實驗教學(xué)培養(yǎng)體系。依托國家一級重點學(xué)科，大力加強科研成果向?qū)嶒灲虒W(xué)的轉(zhuǎn)化，與國際接軌，建設(shè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與實驗平臺，把計算機實驗教學(xué)示范中心建設(shè)成為“國內(nèi)一流的實驗教學(xué)基地和工程創(chuàng)新能力培育基地”。

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