文章編號：1672-5913(2011)21-0029-05 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
　　
　　作者簡介：邢建川，男，副教授，研究方向為分布式計算、集群系統(tǒng)、Petri網(wǎng)建模與分析、工作流管理等；周世杰，男，副教授，研究方向為分布式計算、信息安全和RFID；侯孟書，男，副教授，研究方向為分布式文件系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、P2P計算等；吉家成，男，高級實驗師。
　　
　　摘 要：以科學發(fā)展觀為指導，以國家級計算機實驗教學示范中心建設為依托，對實驗中心的教學體系進行改革，構(gòu)建了“12333”的實驗教學和管理體系，改進實驗教學方法和手段，建立多元化的實驗考核體系。文章介紹了改革過程并提出實驗教學中創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新方法和途徑。實踐證明，這種實驗教學體系和機制大大提高了學生的創(chuàng)新實踐能力、科研能力和就業(yè)能力。
　　關(guān)鍵詞：創(chuàng)新型；實驗教學；研究型大學
　　
　　
　　近幾年，國內(nèi)高校創(chuàng)建了國家級或省級實驗教學示范中心，加大實踐教學改革力度，更新實驗教學內(nèi)容、優(yōu)化實驗課程體系、規(guī)范實踐教學管理，優(yōu)化實驗教學資源，積極推進研究性教學，以提高大學生的實踐創(chuàng)新能力[1]。
　　1 創(chuàng)新型實驗教學體系的構(gòu)建與優(yōu)化
　　我校國家級計算機實驗教學示范中心以全面貫徹落實科學發(fā)展觀為戰(zhàn)略指導方針，堅持以學生為本，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神與實踐能力的應用型人才為目標，強化教學與實踐相結(jié)合、實踐與科研相結(jié)合、科研與工程實際相結(jié)合，實現(xiàn)校內(nèi)外開放式的實驗教學模式[2]，構(gòu)建了與之相適應的“12333”實驗教學和管理體系，即一個中心、兩個陣地、三個階段、三個層次、三個機制。
　　1.1 一個中心
　　以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為中心目標。以培養(yǎng)具有實踐能力與創(chuàng)新精神的應用型人才為培養(yǎng)目標，提升學生的就業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)能力，提高學生的綜合素質(zhì)，努力為地方經(jīng)濟社會建設發(fā)展服務[3]。
　　1.2 兩個陣地
　　以學生競賽中心和學生創(chuàng)新中心作為培養(yǎng)創(chuàng)新
　　
　　型人才的兩個主陣地。在創(chuàng)新型學生培養(yǎng)體系結(jié)構(gòu)建設方面，依托學生競賽中心和學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心來開展豐富多彩的學生創(chuàng)新活動，取得優(yōu)良的成績。在學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心，通過建立多個企業(yè)技術(shù)俱樂部(微軟技術(shù)俱樂部、IBM技術(shù)俱樂部、騰訊技術(shù)俱樂部)來獲得贊助和支持，并將其最新技術(shù)引入到學生的創(chuàng)新活動之中。
　　面向積極推進大學生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)目標，學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心成立了夢飛無線等工作室，通過平臺的技術(shù)培訓，許多工作室在社會上找到了軟件開發(fā)項目，并獨立承擔項目開發(fā)任務。有兩個學生的創(chuàng)新工作室入駐成都天府軟件園大學生創(chuàng)業(yè)園區(qū)，產(chǎn)生了較大的社會影響。
　　我們完成了競賽中心的組織架構(gòu)工作，成立了ACM程序設計競賽、電子設計競賽(嵌入式專題邀請賽)、信息安全競賽、機器人足球競賽等賽事的分支管理機構(gòu)，完成相關(guān)的競賽組織工作。由教務處牽頭，示范中心負責開出了全校的競賽相關(guān)素質(zhì)公選課，將學生競賽培養(yǎng)納入到本科培養(yǎng)大綱中。由競賽團隊責任老師擔任主講教師，針對競賽過程完成初級、中級和高級三個層次競賽培訓課程內(nèi)容，為學生參加各類賽事奠定了良好的基礎。
　　
　　1.3 三個教學階段
　　第一個教學階段：面向低年級本科生，以本學科應掌握的數(shù)學公共基礎知識、基本原理的理解、驗證和基本實驗技能的訓練為主要實驗內(nèi)容。旨在通過做實驗，培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新意識，使學生掌握實驗研究的基本方法，提高學生的分析能力和創(chuàng)新能力。主要包括離散數(shù)學實驗和數(shù)學建模實驗。
　　第二個教學階段：面向本科生，由本學科各個專業(yè)方向共性的、具有明顯學科特點的專業(yè)實驗內(nèi)容構(gòu)成，基本反映了本學科一個合格的本科畢業(yè)生應具備的專業(yè)基礎性實踐能力和理論知識需求。該階段的實驗包括電子基礎實驗(電路分析基礎實驗、模擬電路基礎實驗、數(shù)字邏輯實驗、微機原理與接口實驗以及現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實驗等)，程序設計基礎實驗，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗，計算機操作系統(tǒng)實驗，計算機組成原理實驗，數(shù)據(jù)庫原理實驗，編譯原理實驗，計算機網(wǎng)絡基礎實驗，軟件工程實驗等。
　　第三教學階段：面向高年級本科生，具有明顯的專業(yè)方向特征，滿足本學科專業(yè)課程教學的實驗需要，同時重點培養(yǎng)本學科高年級本科生的專業(yè)實踐能力、綜合能力和研究創(chuàng)新能力。根據(jù)學院的學科優(yōu)勢，設置了五個研究方向：嵌入式系統(tǒng)、信息安全、數(shù)字媒體、計算智能和大型機。該階段以工程實踐為背景，市場需求為導向，主要面向?qū)嶋H需要，充分利用學院學科優(yōu)勢，解決本專業(yè)實際應用問題。
　　1.4 三個實驗層次
　　每個實驗教學階段都設有不同的實驗項目。實驗項目按難易程度及訓練學生不同能力分為三種類型：基礎型實驗、綜合型實驗和創(chuàng)新型實驗。
　　基礎型實驗：應知應會等原理性實驗，解決在課程學習后對原理、算法的理解和設計能力。
　　綜合型實驗：要求學生結(jié)合一門課程的多個知識點，甚至綜合多門相關(guān)課程，完成一個較為復雜的實驗任務，難度較大。學生要具有多方面的知識，即鞏固前面實驗階段的學習成果，融合實驗原理、設計思想、實驗方法及相關(guān)的理論知識，對實驗結(jié)果進行判斷、歸納與分析，綜合應用所學理論知識，分析問題和解決問題。
　　創(chuàng)新型實驗：完全為開放式教學方式，由學生獨立或者與指導教師共同擬定設計題目和設計目標，并獨立完成，難度大，具有探索性、創(chuàng)新性。注重科研成果向?qū)嶒灲虒W內(nèi)容的轉(zhuǎn)化，讓學生在實驗教學中感受知識產(chǎn)生和發(fā)展的過程，享受知識轉(zhuǎn)化為能力的成就感。同時培養(yǎng)學生自主學習、自主從事實踐研究的能力，使學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力得到全面的鍛煉與提高。
　　1.5 三個機制
　　“三個機制”是保障實驗體系順利實施的管理機制，即實驗課程考核機制以及實驗教學質(zhì)量管理與保障機制[4]。
　　2 計算機實驗教學體系改革具體內(nèi)容
　　2.1 根據(jù)硬件實驗的系統(tǒng)性，規(guī)劃硬件實驗教學內(nèi)容
　　計算機硬件實驗教學是計算機專業(yè)實驗教學的重要組成部分，是培養(yǎng)學生實際動手能力、工程實踐能力、開發(fā)創(chuàng)新能力不可或缺的手段。經(jīng)過多年的探索，我校形成了一套科學合理的計算機硬件實驗教學體系，如圖1所示。該體系主要以6門核心硬件課程進行規(guī)劃和設計，在構(gòu)建硬件體系結(jié)構(gòu)中，重點考慮計算機硬件的系統(tǒng)性。如在匯編語言實驗課程的教學過程中，大多數(shù)學生對于匯編語言編程模式的掌握比較容易，而對于匯編語言指令與硬件之間關(guān)系的理解上較難，由此反映出學生對計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)的不了解。針對這種情況，在教學計劃的安排上，我們縮減了匯編語言的實驗學時數(shù)，增加了計算機組成原理的實驗學時數(shù)，并增加相應的實驗項目，使學生能夠更好地將理論與實踐結(jié)合起來進行思考，有效提高了學生對匯編指令與硬件關(guān)系的理解，增強了學生的動手能力。同時，減少的匯編語言實驗環(huán)節(jié)，在學習微機原理與接口技術(shù)時進行相應的補充，要求學生用匯編語言編程驅(qū)動各個可編程接口芯片，這樣就將單純的在微機上操作的匯編語言軟件編程練習擴展到外圍接口電路的驅(qū)動范圍，不僅使學生的編程興趣提高，也進一步加強了對匯編語言及計算機硬件系統(tǒng)的學習效果。
　　2.2 根據(jù)軟件實驗的邏輯關(guān)系，建設軟件實驗內(nèi)容
　　計算機軟件實驗教學同樣是計算機專業(yè)教學的重要組成部分，遵循軟件實驗教學著重對學生系統(tǒng)分析和設計能力的培養(yǎng)以及軟件開發(fā)過程的訓練。按照計算機軟件各課程的邏輯關(guān)系，提出圍繞核心課程構(gòu)建層次化的軟件實驗教學體系：將軟件實驗課程分為專業(yè)基礎課程和專業(yè)核心課程兩個層次，如圖2所示。重點建設各層次的核心課程，并以點帶面，全面推進各項實驗課程的建設。
　　
　　
　　在構(gòu)建軟件實驗內(nèi)容中，分別在每個層次中選取有典型意義的核心課程，充分考慮計算機軟件之間的聯(lián)系。在專業(yè)基礎課階段，以開設基礎型實驗為主，對相關(guān)課程的原理和算法進行編程設計，使學生掌握基本原理和基本方法；而在專業(yè)核心課程中，則以綜合型、創(chuàng)新型實驗為主。以計算機操作系統(tǒng)實驗為例，在對原理和算法理解的基礎上，加強對操作系統(tǒng)原理的進一步認識和理解，引導學生與操作系統(tǒng)內(nèi)核交互，從而理解原理，掌握操作系統(tǒng)的設計技術(shù)和設計技巧，提高學生的動手能力，進一步激發(fā)學生的創(chuàng)造力和想象力。
　　2.3 根據(jù)學院學科優(yōu)勢，規(guī)劃學科方向?qū)嶒瀮?nèi)容
　　學科方向?qū)嶒炇歉鶕?jù)學院的學科方向和優(yōu)勢開設的，主要以綜合型、創(chuàng)新型實驗為主，在設計和開設信息安全方向?qū)嶒炛校鶕?jù)學生學習課程所處階段，在本科第一學年至第三學年每學年的第二學期開設一門綜合設計實驗課程，如圖3所示。
　　
　　與課程實驗和課程設計依托一門具體課程不同，綜合設計實驗本身就是一門獨立的課程，有獨立的學分和學時數(shù)?？紤]到處于第一學年第二學期的學生已經(jīng)學習或正在學習信息安全導論、密碼學基礎等相關(guān)課程以及一門高級程序設計語言，能夠編寫簡單程序，因此設立了信息安全基礎綜合實驗；針對第二學年第二學期的學生已經(jīng)學習或正在學習網(wǎng)絡安全協(xié)議相關(guān)課程，具備一定的安全協(xié)議概念，可以培養(yǎng)其設計與實現(xiàn)簡單安全協(xié)議的能力，因此開設了安全協(xié)議綜合設計實驗；對于第三學年第二學期的學生已經(jīng)學習或正在學習計算機操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡的核心課程以及信息安全專業(yè)課程，具備一定的計算機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、軟件工程知識，要培養(yǎng)其綜合運用所學知識，設計和實現(xiàn)安全系統(tǒng)的能力，因此開設了網(wǎng)絡與信息系統(tǒng)安全綜合設計實驗。
　　近幾年的教學實踐證明，這套分層的信息安全實驗體系正在循序漸進地培養(yǎng)學生理論與實踐結(jié)合的能力，在激發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的創(chuàng)新思想方面有效、可行。
　　2.4 采取“基礎型、綜合型、創(chuàng)新型”的層次化遞進式實驗教學模式
　　隨著實驗教學改革的推進，需要不斷地探索能激發(fā)學生學習興趣和改善學習效果的有效方法和途徑。經(jīng)過多年的實踐，我校逐漸形成了“基礎型、綜合型、創(chuàng)新型”的層次化遞進式實驗教學模式。所謂層次化遞進式教學模式，就是將實驗內(nèi)容進行合理的設計和規(guī)劃，根據(jù)學生的特點進行有層次的教學。目前，在內(nèi)容上分為三個層次，分別是基礎型實驗、綜合型實驗和創(chuàng)新型實驗。
　　基礎型實驗主要培養(yǎng)學生在課程學習后對原理、算法的理解和設計能力。綜合型實驗主要包括課程內(nèi)的綜合和課程群中多門課程間的綜合，是難度較大的實踐環(huán)節(jié)，通過案例復現(xiàn)和模塊替換等實驗，掌握技術(shù)實現(xiàn)和模塊設計的方法與技巧，并結(jié)合畢業(yè)設計實施，為有能力和有興趣的學生提供技術(shù)提高環(huán)節(jié)。創(chuàng)新型實驗主要是在教師的指導下，學生自行擬題、通過多人一組共同完成難度較大、具有探索性、創(chuàng)新性的題目。三個層次的實驗之間形成了難度遞進的邏輯關(guān)系。
　　從圖1可以看出，數(shù)字邏輯是諸多硬件課程的基礎，因此我們采用了隨堂實驗的教學方式，即上一章課，做一次相關(guān)的實驗，并且實驗內(nèi)容以基礎型實驗為主，使學生能夠充分掌握基本知識點。而在隨后的單片機原理及應用實驗中，我們設計了綜合實驗，如可以將基礎型實驗中的A/D轉(zhuǎn)換實驗、七段數(shù)碼管顯示實驗等進行融合，完成一個帶電子顯示的溫度檢測系統(tǒng)。學生通過完成綜合實驗，能系統(tǒng)掌握所學的基礎知識，并加以綜合應用，為完成更加復雜的硬件功能系統(tǒng)奠定了基礎。在創(chuàng)新型實驗中，學生完全可以利用中斷控制器、揚聲器、步進電機等器件自行設計并開發(fā)一個智能的空調(diào)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
　　2.5 探索啟發(fā)式教學方法，激發(fā)學生學習興趣
　　在教學方法上，采用教師為主導，學生為主體的啟發(fā)式教學。以微機原理與接口技術(shù)實驗為例。為了掌握并行接口8255的工作原理和擴展方法，首先給學生示范一個簡單的基于8255的輸出實驗，然后提問，怎么樣實現(xiàn)在開關(guān)的控制下進行輸出的調(diào)整？能否設計不同的電路而能達到相同的實驗效果？再示范一個簡單的定時/計數(shù)器8253實驗，然后提問：如何將8255與8253結(jié)合起來調(diào)節(jié)輸出的效果？采用啟發(fā)式、探究式的教學方法，激發(fā)學生的學習興趣。
　　2.6 多樣化的考核形式推動學生積極認真完成實驗
　　針對不同實驗的特點和要求，分別采取筆試、實際操作、撰寫設計報告、論文答辯等多種考核形式。由于每個學生的選題有所不同，即使是同一題目，實現(xiàn)方案也不同，通過演示、交流，可擴展學生的知識面，使學生的整體水平有一定的提高；通過答辯，培養(yǎng)學生的表達能力和應變能力，使實驗教學的質(zhì)量得到保證[5]。
　　3 堅持以科研引領(lǐng)實驗教學，實現(xiàn)實驗與科研的融合
　　實驗中心依托計算機科學與工程學院的5個省部級重點實驗室和10多個科研團隊，搭建了豐富的科研平臺。尤其是利用了在計算機系統(tǒng)與網(wǎng)絡安全、數(shù)字媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)與應用、計算智能、信息處理及小波應用、嵌入式實時計算等研究領(lǐng)域方面的科研特色和優(yōu)勢，將相應的科研成果轉(zhuǎn)化為相應的實驗項目。在實驗教學體系中，形成了嵌入式系統(tǒng)、信息安全、數(shù)字媒體、計算智能和大型機等綜合實驗，學生通過該綜合實驗的鍛煉，提高了實踐動手能力和科研開發(fā)能力。
　　將科研成果轉(zhuǎn)化到本科實驗教學內(nèi)容中，固化為教材，保證了實驗內(nèi)容新穎，既有廣度，又有深度。如學院嵌入式團隊以“道系統(tǒng)”為基礎，開發(fā)了嵌入式軟件開發(fā)實驗系統(tǒng)(包括仿真開發(fā)實驗、嵌入式微處理器編程實驗、處理器硬件驅(qū)動實驗及基于嵌入式實時操作系統(tǒng)的應用開發(fā)實驗)，配套嵌入式課程教學使用，取得了較好的效果。學生通過參加這些科研項目的開發(fā)，工程實踐能力得到了極大提高，在2006年全國大學生電子設計競賽——嵌入式專題比賽中，我校學生獲得4個國家級二等獎，總分名列全國第一。
　　4 重視和合理規(guī)劃實驗教學隊伍
　　我校依托學院的學科和科研優(yōu)勢，規(guī)劃成立計算機實驗教學團隊。在團隊中，按學科方向成立了計算機專業(yè)基礎實驗教學小組、嵌入式實驗教學小組、網(wǎng)絡安全實驗教學小組、軟件與技術(shù)實驗教學小組、數(shù)字媒體實驗教學小組、大型主機實驗教學小組。每個小組包含相應的課程及獨立設立的實驗課程。團隊成員由學院部分學科帶頭人、學科基礎課程和專業(yè)方向核心課程的授課教師、中心的專職實驗輔導人員、青年博士組成。有力地保證了師資隊伍的質(zhì)量，保證了高水平教授參與實驗規(guī)劃和建設，保證了科研與實驗的融合。
　　在實驗教學隊伍建設方面，我們一方面鼓勵知名教授積極參加實驗室建設與管理工作，另一方面通過學院《青年博士教師實驗中心輪崗制》的實施，保證了青年博士教師參與實驗建設和指導。同時，實驗中心大力引進一批實驗技術(shù)過硬，熱心實驗教學的高水平實驗專任教師，同時對現(xiàn)有人員進行崗位技能培訓，鼓勵實驗室工作人員在職攻讀學位或參加研究生課程班學習，允許實驗技術(shù)人員報考工程碩士，選派實驗技術(shù)隊伍骨干到國內(nèi)外一流大學進修，不斷提高實驗隊伍的綜合素質(zhì)和業(yè)務水平。實驗中心積極構(gòu)建一支具有現(xiàn)代教育理念和創(chuàng)新精神、教學科研能力強、實踐經(jīng)驗豐富、掌握過硬實驗技術(shù)、樂于教書育人的高素質(zhì)實驗教學隊伍。
　　5 結(jié)語
　　依托計算機應用重點學科(培育計劃)、省部級重點實驗室與實驗中心組建的實驗教學團隊，我們利用學院科研團隊的優(yōu)勢，保證高水平實驗項目的開展，對提高學生的實踐動手和科研開發(fā)能力起到了至關(guān)重要的作用。通過實驗中心和實驗教學團隊建設，我們在實驗教學環(huán)節(jié)形成了如下特色：建立了“12333”層次化實驗教學體系；將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗內(nèi)容，培養(yǎng)實踐動手能力強的創(chuàng)新人才；創(chuàng)新實驗隊伍機制，破解高水平實驗教師匱乏難題；組織學生參加全國各級各類競賽和企業(yè)贊助的競賽項目，取得優(yōu)異成績。實踐證明，這種實驗教學體系和機制大大提高了學生的創(chuàng)新實踐能力、科研能力和就業(yè)能力。
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1] 胡小波. 本科實驗教學中創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的研究與實踐[J]. 實驗技術(shù)