倪 偉

(重慶理工大學 計算機科學與工程學院，重慶 400054)

·實驗室建設與科學管理·

高校計算機實驗教學中心計算文化的建設與實踐

倪 偉

(重慶理工大學 計算機科學與工程學院，重慶 400054)

作為一種新興的文化形態(tài)，計算文化近年來在國內外已經逐步得到認同和重視。作為高校面向全校師生的重要教學部門，計算機實驗教學中心在計算文化建設方面理應起到積極的帶頭作用。在計算機實驗教學中心計算文化建設普遍空白的背景下，結合計算機實驗教學中心實際，提出了計算機實驗教學中心計算文化建設的指導原則，介紹了相應的建設方案內容和取得的成果。為高校相關部門計算文化建設提供借鑒，同時也為高校計算機實驗教學中心的發(fā)展提供了新思路。

計算文化； 計算思維; 實驗教學中心

0 引 言

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機在日常生活中的應用也日益普及。云計算模式的出現和推廣，感知計算的提出都明確傳達出一種信息，人們已生活在以計算為核心的時代[1]。高校計算機實驗教學中心作為學校的一線教學部門，在弘揚計算文化方面理應發(fā)揮橋頭堡的作用。在新的時代背景下，如何進行相應的戰(zhàn)略定位規(guī)劃，調整必要的實施方案是擺在每一個建設者面前的重要問題。

1 計算文化的定義

計算，作為人類文明最古老、最時新的成就之一，從遠古的手指計數、結繩計數，到中國古代的算籌、算盤計算，再到近代西方的機械式計算直至現代的電子計算機計算，計算方法及計算工具的更新日新月異。計算的本質，抽象地說，計算的本質就是遞歸。從直觀上講，計算就是從已知符號開始，一步一步地改變符號串，經過有限步驟后，最終得到一個滿足預定條件的符號串的過程，這種有限的符號串的變換過程與遞歸過程是等價的、一致的[2-3]。

由計算而衍生出來的思維方式叫做計算思維，2006年，美國學者給出了計算思維較為準確的定義，即 “計算思維是一種能夠把問題及其解決方案表述成為可以有效地進行信息處理的形式之思維過程”[4-5]。國內學者認為，當計算思維能像“讀、寫、算(3R)”一樣深入社會，使“3R”成為“3RC” 之后，我們的文化形態(tài)也必將呈現一種新的“計算文化”形態(tài)[6]。計算文化(Computational Culture)就是計算的思想、方法、觀點等的演變史。它通過計算和計算機科學教育及其發(fā)展過程中典型的人物與事跡，體現了計算對促進人類社會文明進步和科技發(fā)展的作用以及它與各種文化的關系[7-8]。計算文化是人類社會在長期的歷史實踐過程中生存方式因計算而發(fā)生根本性變化，特別是在信息時代和知識經濟下計算機的普及所催生的計算思維逐漸得到大眾認可而呈現出的一種嶄新文化形態(tài)[9]。

2 計算機實驗教學中心計算文化建設指導原則

高校計算機實驗教學中心作為學校教學單位，通常也是窗口部門，面向計算機專業(yè)和全校學生，受眾面廣，同時也具備場地、計算機設備以及網絡支撐等優(yōu)勢[10]，理應為全校師生輸出計算文化，為學生展現計算之美，從而讓學生對計算科學產生興趣。本文經過對計算機實驗教學中心計算文化建設的深入研究，結合計算文化的國內外研究現狀，其建設指導原則為：

(1) 從建設根基來看，須具備“被支撐性”。對于高校計算機實驗教學中心，計算文化建設須具備“被支撐性”，首先，須要強有力的硬件和軟件支撐，計算文化的建設必須有完整的網絡基礎設施、相應的數字化設備以及信息化建設所需的軟件集成系統(tǒng)等作為基礎；其次，須要相應的政策支持和經費支撐，這是任何建設工作都離不開的，否則將舉步維艱。

(2) 從校園文化來看，須具備“一致性”。高校計算機實驗教學中心計算文化建設離不開學校大環(huán)境，須特定的文化環(huán)境與精神氛圍，理應與校園文化保持一致，同時在建設過程中也能逐漸成為大學校園文化的重要組成部分。

(3) 從本職工作來看，須具備“服務性”。高校計算機實驗教學中心作為學校教學單位，其本職工作之一是為學校計算機實驗教學提供服務，在計算文化建設過程中需考慮在服務性上進一步改進，提高實驗教學質量和管理水平。

(4) 從面向對象來看，需具備“科普性”。計算思維的培養(yǎng)對象是廣大人民群眾，高校則是在校學生，計算文化建設需做到科普性，針對學生進行相關的計算文化科普性教育。

(5) 從實現效果來看，需具備“便利性”。計算的發(fā)展帶來革新，從電子計算機的角度來講，計算模式經歷了“大型機時代”“PC機時代”“云計算時代”3個主要階段，每一個階段都給人們帶來了全新的便利性體驗，在計算文化建設過程中，需充分考慮每一步的建設是否在效果上能帶來便利。

(6) 從實現技術來看，需具備“專業(yè)性”。在整個計算文化建設過程中，技術作為重要的支撐條件，沒有“專業(yè)性”的技術作支撐，每一項計算文化的有序建設就無法得到充分保障，甚至可能導致一些重復性的技術性建設。

(7) 從發(fā)展趨勢和時間來看，需具備“可持續(xù)性”。計算文化的形成是伴隨著計算思維的普及性教育，有學者認為，當計算思維真正融入人類活動的整體以致不再是一種顯示之哲學的時候，它將成為現實。由此看來，這可能將是一個漫長的過程。因此，除上述一些指導準則外，計算文化的建設還需具備可持續(xù)性[11]。

3 建設方案

計算機實驗教學中心計算文化建設不同于傳統(tǒng)的文化建設，一切得以計算為核心，圍繞計算展開文化氛圍建設。本文以計算機實驗教學中心為例，提出了建設方案見圖1。

圖1 計算文化建設方案

3.1建設有“計算”特色的項目

計算機實驗教學中心作為計算機專業(yè)性較強的實驗室，理應在實驗教學環(huán)境改造、實驗室管理、計算文化普及上起到模范示范作用[12]，在弘揚計算文化上，比較典型的建設項目如下：

3.1.1搭建“虛擬的”計算文化科普館

高校目前開設的基礎課包含有計算機基礎、程序設計等課程，但僅僅靠書本和有限的學時是遠遠不夠的，不足以帶學生走進計算文化的殿堂，對于計算機實驗教學中心而言，搭建一座計算文化虛擬科普館無疑是最節(jié)約資金、最快捷解決問題的方案，同時也是最具計算文化特色的項目之一。在虛擬科普館里，學生能以漫游的方式領略計算文化，了解計算機的發(fā)展歷史、領略優(yōu)秀代表人物的風采、參觀具有代表性的計算機古董級或前沿的技術產品等都應是科普館建設的內容。計算機實驗教學中心自發(fā)研制的Web版計算文化虛擬科普館漫游功能模塊。圖2所示為相應的Web系統(tǒng)中名人區(qū)場景圖之一。

圖2 計算機名人區(qū)場景圖之一

3.1.2建設“大眾型”的計算機類課程群

“大眾型”的計算機類課程群應該面向高校所有在校學生及社會人士，需具備淺顯易懂、難度適中以及課堂展現方式靈活的特點。目前大多數高校開設的計算機基礎課程有計算機文化基礎、程序設計等，這些課程都在固定的教室完成。圍繞計算文化這一核心的課程除了現有的計算機基礎課程，還應有計算思維與計算文化、計算機組裝與維護以及計算機網絡基礎等題材更廣泛的公開課程。計算思維與計算文化課程由美國普及性課程“不插電的科學”演變而來，通過直觀的生活游戲培養(yǎng)計算思維，了解計算文化。計算機組裝與維護課程可重在培養(yǎng)學生實戰(zhàn)動手能力、深入了解計算機內部結構，倡導計算文化。計算機網絡基礎課程重在讓學生了解計算機網絡基礎、培養(yǎng)互聯(lián)網式的思維，熏陶計算文化。與之相配套的，計算思維與計算文化課程可單獨虛擬出一個個操作性強的游戲并能在計算機及其他終端展示和操作，便于學生在游戲中領略思維的變革，計算機網絡基礎和計算機組裝與維護也可搭建虛擬仿真平臺，可虛擬化成Flash操作，讓學生模擬配置網絡、組裝計算機等。此外，在課堂教學的同時，上述課程還應作成網絡視頻公開課的形式，普及到更多的社會大眾，將計算文化貫穿于社會之中。如圖3所示為計算機實驗教學中心計算思維與計算文化課程組課程游戲之一——有趣的生日蠟燭，該游戲有效的詮釋和引申了二進制的意義。

圖3 計算思維游戲——有趣的生日蠟燭

3.1.3搭建“高水準”的計算機實驗室環(huán)境管理平臺

實驗室環(huán)境分硬件環(huán)境、軟件環(huán)境。各高校計算機實驗教學中心在實驗室環(huán)境改善上一般有兩種做法：①改善硬件環(huán)境，通過學校實驗室建設經費的投入,有計劃地進行硬件設備升級換代或場地布線改造等，對在用的硬件設備定期檢查維護以確保完好率；②改善軟件環(huán)境，對實驗室在用軟件進行殺毒檢測，對操作系統(tǒng)通過還原卡保護分區(qū)管理，保證實驗室場地窗明幾凈，懸掛主題展板等。上述兩種做法是必須的，隨著計算機技術的進步，對于倡導計算文化建設的計算機實驗教學中心還應在實驗室環(huán)境建設上有更高的要求。在硬件選型上如何作到正確選擇、如何建立一種行之有效的實驗室環(huán)境問題反饋處理快速響應機制從而避免無謂的教學事故、如何減少實驗管理人員日常工作量及提高工作效率就是擺在實驗室管理人員面前的三大難題:①解決硬件選型問題，可以考慮在新平臺上自動計算設備的運作時間并同時建立機器性能評價體系。②解決環(huán)境問題反饋處理快速響應機制，可以考慮任課教師在實驗室和實驗管理人員通過新平臺遠程實時交互，實時觸發(fā)單片機或藍牙報警敦促實驗管理人員及時解決問題，同時對問題后期進行分析總結。如圖4所示為計算機實驗教學中心自行研制的計算機實驗室問題反饋“NO PROBLEM”系統(tǒng)截圖。③提高管理水平，避免重復勞動。

減少軟件管理克隆工作量，應用PNS虛擬化桌面管理模式，該模式將服務器的鏡像直接遠程部署到各客戶機，能有效減少各客戶機克隆數量和次數，從而保護硬盤并減少不必要的人力管理成本;建立實驗室管理集成頁面式快速導航。實驗室大多有服務器管理、課表管理、監(jiān)控管理、FTP管理、聯(lián)系電話管理、文件管理以及需要用到的常用網址等教學辦公需要，由于網址眾多、密碼繁多、文件繁雜，嚴重影響教學辦公效率，建立一個集成頁面式快速導航將解決這一問題，如圖5所示為計算機實驗教學中心自行研制的辦公助手，針對實驗室的辦公環(huán)境有效地提高了工作效率[13]。

圖4 計算機實驗室問題快速反饋“NO PROBLEM”系統(tǒng)

圖5 計算機實驗教學中心辦公助手

3.1.4搭建“集成化”的學生創(chuàng)新實驗室成果數字展覽平臺

高校計算機專業(yè)系大都依托計算機實驗教學中心現有場地建立起了各種學生創(chuàng)新實驗室，我校計算機實驗中心有武術機器人、計算機博弈、卓越工程師、軟件工程、物聯(lián)網、網絡工程、信息管理、計算機實驗教學中心等學生創(chuàng)新實驗室，各實驗室經過多年的積累，學生競賽獲獎、項目產品、專利等成果累累。這些實驗室雖各有所長，但始終沒有以完整的面貌展現在全校師生面前，在計算文化輸出方面略顯不夠，因此采用各種計算機技術表現手段“集成化”地展示學生創(chuàng)新實驗室成果。

3.1.5搭建“云計算”“云存儲”平臺

“云計算”“云存儲”是計算文化的重要體現，“云計算”平臺的搭建將為計算機學院科學研究帶來有利的條件，“云存儲”平臺的搭建將為全校師生提供大容量、方便的存儲空間，這無疑對弘揚計算文化起到較強的促進作用。計算機實驗教學中心自行搭建的ACM在線競技平臺,其外網網址為https://coj.cqut.edu.cn/。

3.1.6搭建感知計算體驗區(qū)

2013年4月英特爾信息技術峰會上，英特爾公司高級副總裁兼感知計算業(yè)務總經理鄧慕理表示，“感知計算將通過視覺、聽覺、觸覺、語音，甚至感情和情境等多重感官方式，讓計算設備能感知人類的意圖，從而實現人與設備間更為自然的交互，重塑計算體驗”[14]。由此可見，感知計算作為新型的計算體驗方式，是最能給人們帶來沖擊感受的，在計算機實驗教學中心建立感知計算體驗區(qū)供全校師生體驗是非常有必要的。中心可根據自身情況，有計劃地購置相應的感知計算設備，開展相關的體驗區(qū)建設工作。

3.2強化實驗室綜合管理

除了上述有針對性的平臺建設，在計算文化建設上還應在綜合管理方面作相應的建設：①根據項目建設的情況和管理模式的變化作相應的制度建設；②加強與兄弟院校計算機實驗教學中心交流，共探計算文化建設新模式；③加強中心人員技術和管理培訓，學習前沿計算機技術和管理經驗；④建立技術支撐隊伍，打造“梯隊式”實驗教師和學生團隊。

4 建設成效

目前，計算機實驗教學中心計算文化建設已在國內興起，我校計算機實驗教學中心已取得了初步成效。①建成了PNS虛擬化桌面實驗室8個，與其他物理型實驗室相比，同等條件下實驗室軟件管理節(jié)約了60%的時間；②建立了中心集成頁面式快速導航，極大地提高了工作效率；③“計算機組裝與維護”課程成功申報了市級精品視頻公開課，計算思維與計算文化課程成功申報了校級精品視頻公開課，計算機網絡基礎課程也同樣深受學生好評，3門課程任課教師學生評教效果近2年一直位于學校課程排名前5%；④自主研發(fā)了計算機實驗室環(huán)境管理平臺，經測試滿足預期要求，正積極部署；⑤自主研發(fā)了用于日常開放管理功能的“monitor”實驗室管理系統(tǒng)并申請了軟件著作權；⑥在建設兩江校區(qū)實驗室時引進了智能監(jiān)控及教學管理系統(tǒng),實現了學校兩個校區(qū)互動；⑦“虛擬”計算文化科普館、“云計算”“云存儲”平臺目前也展開了前期建設工作，取得了良好的預期效果。⑧在中心計算文化建設過程中，本著為實驗教學服務、弘揚計算文化的目的，實驗教學中心形成了近10項具有實踐指導意義的管理條例或規(guī)章制度。

5 結 語

高校計算機實驗教學中心作為學校教學單位，是計算機學院在全校師生面前展現的重要窗口[15]。實驗室建設者應該在加強基礎管理工作的同時，更應該在計算文化建設方面充分發(fā)揮主觀能動性，進行多交流、多思考、多實踐，通過科學地開展計算文化項目建設，不斷積累經驗，為建設新型的、高水準的現代化計算機實驗教學中心作出應有的貢獻。

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·名人名言·

知識是珍寶,但實踐是得到它的鑰匙。

——托馬斯·富勒

ConstructionandPracticeofComputationalCultureinCollege’sComputationalExperimentTeachingCenters

NIWei

(School of Computer Science and Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China)

As a newly cultural pattern, computational culture has been acknowledged all over the world, increasing exponentially its recognition and value.As a crucial teaching department for college teachers and students, the computational experiment teaching center should play a positive and leading role in the construction of computational culture.Due to the deficiency of computational culture education in most colleges, the paper introduces the guiding principle, the construction project and achievements to its solution based on the real situation of the Computational Experiment Teaching Center in author’s college.The paper is a comprehensive reference to the construction of the computational culture, and it may be utilized as an approach to the development of a college computational experiment teaching center.

computational culture； computational thinking; experimental teaching

G 642.0

A

1006-7167(2017)10-0253-04

2017-01-15

重慶市教育委員會應用基礎研究項目(KJ1500906、KJ1600933)；重慶市科學技術委員會應用開發(fā)一般項目(cstc2013yykfA40002)；重慶理工大學高等教育教學改革研究項目(2014zd01，2015QN03，2016ZD03)；重慶理工大學青年星火科研計劃項目(2015XH15)；重慶理工大學實驗技術基金項目(SK201711);重慶理工大學專業(yè)學位研究生教育改革試點改革項目(ZSSD207)

倪 偉(1982-)，男，四川遂寧人，碩士，實驗師，主要從事計算機軟件應用開發(fā)，創(chuàng)新實驗教學研究工作。Tel.：17302399087； E-mail：niwei@cqut.edu.cn