摘要：從實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身的特性出發(fā)，基于多種因素和發(fā)展的需求，對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行梳理和重建，提出并構(gòu)建了模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。該體系具有模塊內(nèi)可循環(huán)發(fā)展及資源模塊化共享的特點(diǎn)，更符合工程教學(xué)認(rèn)證的需求。同時基于國家級一流專業(yè)的建設(shè)，提出了適用于模塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的多層級管理模式，明確了各部門及個人的責(zé)權(quán)，以及多個部門的橫、縱向聯(lián)系。隨著計算機(jī)市級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的發(fā)展，模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及多層級實(shí)驗(yàn)管理模式已應(yīng)用于專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的課內(nèi)外教學(xué)。

關(guān)鍵詞：一流專業(yè)；工程認(rèn)證；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理

一、發(fā)展現(xiàn)狀及建設(shè)目標(biāo)

對于高等院校來說，實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)一直是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是所有工科類專業(yè)面向OBE教學(xué)理念的核心[1]。近年來，國內(nèi)外各高校大力加強(qiáng)工程教育，并在各個方向上進(jìn)行了大量的實(shí)踐類教育改革[2]。其中，各高校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在建設(shè)一流專業(yè)過程中，為了培養(yǎng)學(xué)生探索式學(xué)習(xí)的能力，加強(qiáng)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育[3]，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了進(jìn)一步的建設(shè)和管理。

在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)相關(guān)的課程在專業(yè)培養(yǎng)計劃中所占比例逐年增加。為緊跟工程教育認(rèn)證的發(fā)展，以及教育部提出的新工科概念，各專業(yè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)中確立了新任務(wù)和新目標(biāo)[4]。近年來，本專業(yè)進(jìn)行了大量的實(shí)踐教學(xué)改革工作[5]，原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系急需進(jìn)行梳理和重建，相應(yīng)的管理模式也需要進(jìn)一步完善和調(diào)整。

（一）環(huán)境與發(fā)展現(xiàn)狀

目前，本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作主要由計算機(jī)市級綜合實(shí)驗(yàn)中心（以下簡稱實(shí)驗(yàn)中心或中心）提供支持。作為天津市級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，實(shí)驗(yàn)中心是教學(xué)質(zhì)量保障體系的重要組成部分[6]。計算機(jī)市級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建立于2013年，主要包括計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室、計算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和科研實(shí)驗(yàn)室三大部分。其中，負(fù)責(zé)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科教學(xué)方向的共有9個專業(yè)實(shí)驗(yàn)室及1個大學(xué)生創(chuàng)新基地，具體如圖1所示。

（二）存在問題

目前，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系隨著逐年發(fā)展，體現(xiàn)出部分不足之處，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)管理也存在一定的問題。一方面，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是以理論課程為主體的構(gòu)建模式，根據(jù)理論課程的前繼后續(xù)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)課程同樣采取了基礎(chǔ)課和專業(yè)課、必修課和選修課的區(qū)分方式，未能體現(xiàn)各門實(shí)驗(yàn)課程的特性，以及各課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)。另一方面，實(shí)驗(yàn)課程管理方面也有些問題急需解決。實(shí)驗(yàn)課程需要依托實(shí)驗(yàn)平臺和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，責(zé)任教師之間缺少信息互通，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的管理人員單向接收到的實(shí)驗(yàn)需求可能存在冗余，由此可能造成資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。另外，多重管理造成的責(zé)權(quán)單位不統(tǒng)一，實(shí)驗(yàn)中心和教務(wù)之間責(zé)權(quán)不明，責(zé)任教師或授課教師和實(shí)驗(yàn)管理人員的職責(zé)重疊，缺少層級管理。

（三）建設(shè)目標(biāo)

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系急需進(jìn)行整體梳理，構(gòu)建符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)特征的實(shí)驗(yàn)體系。該體系需要具備一定的穩(wěn)定性和適用性，經(jīng)得起實(shí)驗(yàn)建設(shè)過程中的迭代，個體實(shí)驗(yàn)課程或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容革新建設(shè)可循環(huán)應(yīng)用于模塊中的相關(guān)課程，能夠應(yīng)對周期性變動的課程調(diào)整、課時增減等，當(dāng)課程、課時發(fā)生變化時依舊可以保持整體框架不變。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理方面，加強(qiáng)市級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，同時協(xié)調(diào)各部門的工作關(guān)系，根據(jù)重構(gòu)的實(shí)驗(yàn)體系明確責(zé)權(quán)，建立多級管理模式，增加信息流通，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、國家級一流學(xué)科下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

為了建設(shè)國家一流專業(yè)等工作的開展，在貫徹OBE教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，以模塊化的方式對實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行重構(gòu)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)在參考原有結(jié)構(gòu)的同時，還需要考慮與教學(xué)相關(guān)的多種因素。針對每一門實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`課程，收集其實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、教學(xué)平臺等多方面信息，重構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

（一）模塊化實(shí)驗(yàn)課程體系

將目前本專業(yè)可開設(shè)的40余門實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐課程劃分為6大模塊，各模塊中均包含了多門實(shí)驗(yàn)課程，以課程組或課程特性分組命名，如圖2所示。例如，模塊2數(shù)據(jù)庫及軟件開發(fā)，包含數(shù)據(jù)庫課程組的3門實(shí)驗(yàn)課，以及軟件工程類的4門課程。其與模塊1、模塊4、模塊5均為原有體系中的專業(yè)必修課，而模塊3則對應(yīng)原有的專業(yè)基礎(chǔ)課。另外，具有多個選修方向的實(shí)踐選修和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等課程，則包含在模塊6創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐中。

總體來講，模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系既結(jié)合了原有培養(yǎng)方案中對實(shí)驗(yàn)課程的描述，又對實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了進(jìn)一步的細(xì)分，使實(shí)驗(yàn)課程的分類更加明確細(xì)致。這樣既保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系易于在教學(xué)中推行，又從本質(zhì)上提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的作用。

（二）模塊內(nèi)循環(huán)

在模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，各模塊內(nèi)的課程在實(shí)驗(yàn)環(huán)境和授課方式上相似，以模塊3計算機(jī)基礎(chǔ)及語言為例，模塊中主要包含的是3門計算機(jī)基礎(chǔ)類課程及5門語言類程序設(shè)計課程。這兩類課程主要是訓(xùn)練學(xué)生的計算思維及基礎(chǔ)編程能力。模塊內(nèi)課程的相似性，可以將個體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的建設(shè)拓展應(yīng)用于模塊內(nèi)的其他課程。

例如模塊3中，近年來有多個教改項(xiàng)目轉(zhuǎn)化至實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括關(guān)于計算機(jī)基礎(chǔ)課程的MOOC教學(xué)、先修課[7-8]，關(guān)于C語言程序設(shè)計的實(shí)踐改革等，這些課程建設(shè)和教改項(xiàng)目促進(jìn)了模塊內(nèi)多個實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展，提高了整個模塊的教學(xué)質(zhì)量，形成了有效的模塊內(nèi)循環(huán)機(jī)制。

（三）資源模塊化

模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系也對應(yīng)了資源的模塊化，模塊內(nèi)多門類型近似的課程可共享資源和平臺，避免了重復(fù)建設(shè)造成的資源浪費(fèi)。模塊化資源也更加方便進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理，當(dāng)模塊內(nèi)某課程出現(xiàn)特殊情況，急需調(diào)課或加課時，可啟用同模塊內(nèi)的其他課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。反之，某課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境出現(xiàn)故障，也可同樣在模塊內(nèi)進(jìn)行調(diào)度。

以整體模塊為單位的資源建設(shè)，避免了因個體課程內(nèi)容的變化造成的閑置或報廢，保證了模塊以及整個體系的穩(wěn)定性。目前執(zhí)行的2020版教學(xué)大綱相較于2016版壓縮了大量課時，取消了部分課程，其中不少課程包含實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。對于差異較大的兩個版本，模塊化的實(shí)驗(yàn)課程體系均可適用，并證明了新體系的穩(wěn)定性良好。

三、多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系管理

在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，教務(wù)負(fù)責(zé)課程管理，實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)環(huán)境和資源，課程組及責(zé)任教師負(fù)責(zé)提出環(huán)境需求及授課，學(xué)生負(fù)責(zé)評教?？此曝?zé)權(quán)簡單明確，實(shí)則無法實(shí)現(xiàn)。由于實(shí)驗(yàn)課程必然需要受到實(shí)驗(yàn)環(huán)境和平臺的影響，而教務(wù)系統(tǒng)中并沒有實(shí)驗(yàn)中心各實(shí)驗(yàn)室的詳細(xì)信息，造成教務(wù)從第一步的排課就無法完成。而在選課制度之下，同班級的學(xué)生課表并不相同，實(shí)驗(yàn)中心無法得知全體學(xué)生的課表，同樣無法負(fù)擔(dān)排課的工作。這就造成實(shí)驗(yàn)課程雖然面對教務(wù)和實(shí)驗(yàn)中心的雙重管理，卻需要任課教師個人與學(xué)生私下協(xié)商，個人與實(shí)驗(yàn)中心直接對接，如此難免造成搶位或沖突，責(zé)權(quán)混亂造成的矛盾急需解決。

（一）實(shí)驗(yàn)體系的多層次管理

針對模塊化的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為了改善多重管理的責(zé)權(quán)不明的狀態(tài)，對管理體系進(jìn)行了分層，實(shí)現(xiàn)了兩個部門管理，一個系統(tǒng)監(jiān)督的多層次管理模式，如圖3所示。多層次管理體系中對各層級間的關(guān)系，以及人員責(zé)權(quán)加以限定和明確，有效地減少了個人之間的矛盾，保證了實(shí)驗(yàn)課程的順利執(zhí)行，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系有序發(fā)展。

1.多層次的縱向關(guān)系

多層次管理模式需明確各層人員的責(zé)任和工作，各層次涉及的人員包括中心專職人員、教務(wù)工作人員、責(zé)任教師、專家、同行和學(xué)生等，基本覆蓋了計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科實(shí)驗(yàn)課程中相關(guān)的全部人員。

實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)管理其下的實(shí)驗(yàn)專職人員，以及整個實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)工作。目前，實(shí)驗(yàn)中心為計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)配備了5名專職實(shí)驗(yàn)管理人員，明確了實(shí)驗(yàn)課程體系中6個模塊的責(zé)任人。模塊責(zé)任人針對所負(fù)責(zé)模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境管理、模塊化資源的調(diào)配及協(xié)調(diào)模塊內(nèi)各實(shí)驗(yàn)課程安排。

學(xué)院的教務(wù)工作人員需負(fù)責(zé)課時統(tǒng)計，課內(nèi)外一體化管理，以及匯總責(zé)任教師對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的需求等信息。部分教師有團(tuán)隊(duì)歸屬，則以團(tuán)隊(duì)形式收集。實(shí)驗(yàn)課程的責(zé)任教師負(fù)責(zé)教授實(shí)驗(yàn)課程，以及課程建設(shè)工作。

評價系統(tǒng)是相對松散的結(jié)構(gòu)，各成員之間沒有從屬關(guān)系。專家、同行和學(xué)生的評價標(biāo)準(zhǔn)不一，所采用的評價系統(tǒng)也各不相同。同行、學(xué)生和部分專家是以學(xué)期為評價周期的，實(shí)驗(yàn)中心的專家評價以年為單位，工程認(rèn)證和國家級一流專業(yè)的專家評價則可以申報年限為準(zhǔn)。

2.多層級間的橫向聯(lián)系

多層級管理中兩個管理部門和一個評價系統(tǒng)之間采用以學(xué)院教務(wù)為橋梁，以實(shí)驗(yàn)中心為主要實(shí)施單位，以工程認(rèn)證各項(xiàng)畢業(yè)要求等為考評標(biāo)準(zhǔn)的工作模式。學(xué)院教務(wù)人員以實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的6大模塊為單位收集并匯總各責(zé)任教師的課程需求，傳送給實(shí)驗(yàn)中心中相應(yīng)的模塊責(zé)任人。學(xué)院教務(wù)接收并拆分各評價系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，以學(xué)期為單位反饋給各層級中的相應(yīng)工作人員。

（二）軟、硬件環(huán)境的建設(shè)

筆者所在院校的實(shí)驗(yàn)中心目前用于教學(xué)的軟、硬件資產(chǎn)共有1984.6萬，其中用于計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)的資產(chǎn)共1764.3萬，其中以計算機(jī)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備為資產(chǎn)的主體，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室近5年資產(chǎn)增長如圖4所示，圖4中顯示了近五年專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備數(shù)量增長情況及資產(chǎn)的增長情況，可以看出每一年均在不斷地更新和建設(shè)之中。

專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的總資產(chǎn)中，各類教學(xué)軟件也在逐年增加，目前共投入了約212.62萬，其中以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)模塊的軟件投資比例較大，占37.4％。軟件投入雖然不高，但在各模塊中資源共享率要遠(yuǎn)高于硬件設(shè)備。隨著線上教學(xué)等授課方式的增加，未來實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的軟件資產(chǎn)投入還將有所提高。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的擴(kuò)展應(yīng)用

模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及多層級實(shí)驗(yàn)管理模式已應(yīng)用于專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的課內(nèi)外教學(xué)，包括第一、第二和第四課堂。經(jīng)過對課內(nèi)、外大量課時的實(shí)際應(yīng)用，證實(shí)了教學(xué)體系和管理模式均是穩(wěn)定且適用的。

由于第一課堂的課時緊張，根據(jù)工程認(rèn)證的基本理念和專業(yè)要求，為保障教學(xué)效果，部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展出了第二課堂、第四課堂。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的大量課程均包含實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以2022學(xué)年為例，共開設(shè)實(shí)驗(yàn)相關(guān)課程32門，選課人次數(shù)共5792。開設(shè)有第二、第四課堂實(shí)驗(yàn)的課程共11門，占全年開設(shè)課程的17％，全年實(shí)驗(yàn)課程的34％。課內(nèi)、外教學(xué)的學(xué)時比例如表1所示。

隨著2020版大綱的執(zhí)行，課外的擴(kuò)展學(xué)時比例在逐年上升。由于第一課堂課時的擠壓，部分課程已將第二課堂的具體內(nèi)容寫入大綱，課外的第二課堂基本已成為選課學(xué)生的必修內(nèi)容。目前第四課堂占比只有第二課堂的一半，但其未來增長速度可能會更快。近兩年由于疫情的原因，線上教學(xué)成為必選項(xiàng)，很多課程積累了不少的經(jīng)驗(yàn)和資源，其中一部分將以第四課堂的形式保留下來。相比理論課程，對于實(shí)驗(yàn)課程來說，第四課堂的線上教學(xué)是更具挑戰(zhàn)的教學(xué)方式。故此中心投資了各類軟硬件配套設(shè)施，包括實(shí)驗(yàn)室直播設(shè)備、仿真軟件、在線考試系統(tǒng)等，以保證課內(nèi)外一體化實(shí)驗(yàn)課程的順利開設(shè)。

五、結(jié)語

面對工程認(rèn)證和一流專業(yè)的雙重建設(shè)任務(wù)，通過梳理計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的全部實(shí)驗(yàn)課程，構(gòu)建了模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并配合該體系提出了多層級的實(shí)驗(yàn)管理模式。

模塊化教學(xué)體系能夠更好地實(shí)現(xiàn)資源共享，由于模塊內(nèi)課程的相似性，塊內(nèi)課程的教研和教改項(xiàng)目推廣可應(yīng)用到更多其他的課程之中；同時資源模塊化的配置，也可規(guī)避資源的閑置與浪費(fèi)。經(jīng)過兩版教學(xué)大綱的應(yīng)用，模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系保持了整體框架的穩(wěn)定性，各模塊不受課程和課時變化的影響。

結(jié)合模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，構(gòu)建了多層級的實(shí)驗(yàn)管理模式，明確了各層工作人員的具體責(zé)任，以及各級間的工作關(guān)系。該模式是以學(xué)院教務(wù)為橋梁，以實(shí)驗(yàn)中心為實(shí)施主體，幾個部門協(xié)同工作的形式，評價系統(tǒng)監(jiān)督保證教學(xué)效果。由于具體事務(wù)按模塊劃分到人，從而保證了所有實(shí)驗(yàn)課程及整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的有序運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉玉潔.面向OBE的模型機(jī)設(shè)計[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2022，25（3）：111-113.

[2]劉進(jìn)，王璐瑤，施亮星，等.麻省理工學(xué)院新工程教育改革課程體系研究[J].高等工程教育研究，2021，191（6）：140-145.

[3]王洪才.一流本科教育的內(nèi)涵、特征與建設(shè)[J].中國高教研究，2019，305（1）：11-15.

[4]劉彥，趙歡，楊科華，等.新工科背景下成果導(dǎo)向的計算機(jī)系統(tǒng)課程教學(xué)改革[J].計算機(jī)教育，2019，295（7）：1-4+9.

[5]曹衛(wèi)東，王紅.成果導(dǎo)向的民航特色計算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)思考[J].計算機(jī)教育，2020，301（1）：82-85.

[6]張曉梅，彭其淵，鄧灼志，等.實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心與虛仿中心的一體化建設(shè)與管理[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2021，24（1）：179-183.

[7]李俊生，王懷超，李海豐，等.MOOC背景下大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)先修課新模式及實(shí)踐[J].計算機(jī)教育，2019，290（2）：140-143.

[8]姜洋，衡紅軍，李俊生.基于計算思維層次化認(rèn)知的大學(xué)計算機(jī)教學(xué)改革實(shí)踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2020，363（11）：59-63.

基金項(xiàng)目：全國高等院校計算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會計算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（課題編號：2020-AFCEC-108）

作者單位：中國民航大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院