摘要：分析計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)存在的不足，提出計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)多元化環(huán)境的概念，闡述如何從構(gòu)建虛擬化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、開放型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、校企共建實(shí)驗(yàn)室三個(gè)方面來建設(shè)多元化計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。該多元化環(huán)境提供了自主式、協(xié)作式學(xué)習(xí)空間，有利于學(xué)生探索新知識(shí)和創(chuàng)新，并可充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；實(shí)踐教學(xué)；多元化環(huán)境；虛擬化

文章編號(hào)：1672-5913（2013）03-0033-04

中圖分類號(hào)：G642

“十二五”以來，教育部不斷出臺(tái)文件，深化實(shí)踐教學(xué)方法改革。為推動(dòng)高等學(xué)校加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，教育部指出，要把加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式改革作為專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容。計(jì)算機(jī)類實(shí)踐教學(xué)目前存在以下幾個(gè)問題。

第一，計(jì)算機(jī)學(xué)科內(nèi)容的快速增長和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)條件相對滯后的矛盾。當(dāng)前，作為“信息社會(huì)”核心和支撐的計(jì)算機(jī)學(xué)科，其知識(shí)和技術(shù)呈現(xiàn)快速增長和更新的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備總是滯后于計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展速度和教學(xué)要求。綜合性實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量往往不能滿足計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)的需求。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備與企業(yè)實(shí)際采用的儀器設(shè)備差距較大，導(dǎo)致學(xué)生缺乏工程實(shí)踐能力和應(yīng)用能力。

第二，計(jì)算機(jī)新技術(shù)的綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對設(shè)備、場地、資金提出了較高要求，一般高校難以建設(shè)和承受。如大規(guī)模分布式計(jì)算實(shí)驗(yàn)，在湖南省內(nèi)只有極少數(shù)有實(shí)力的高校（如國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)）能夠開設(shè)，大部分高校沒有條件安排真實(shí)實(shí)驗(yàn)。又比如一般高校因不具備高性能計(jì)算機(jī)集群服務(wù)器，很少能夠開設(shè)云計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算等實(shí)驗(yàn)。而由于發(fā)展和研究的需要，部分高年級的計(jì)算機(jī)類本科生和研究生卻要求開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

第三，在計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)過程中，人為破壞、軟硬件故障、計(jì)算機(jī)病毒都會(huì)給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成危害，影響教學(xué)順利進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室管理人員往往會(huì)采取硬件、軟件保護(hù)等技術(shù)措施，以阻止學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行破壞性的修改。許多像系統(tǒng)維護(hù)、磁盤陣列實(shí)驗(yàn)這樣的課程無法開出，而采取課堂演示或以講代練的方式進(jìn)行教學(xué)，這樣的教學(xué)方法，學(xué)生理解困難，也不感興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多且課堂較大時(shí)，教學(xué)質(zhì)量難以保證。

針對上述問題，我們提出了多元化的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境構(gòu)建思路。多元化計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境對于改進(jìn)和完善計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐性教學(xué)條件、教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生探索新知識(shí)、敢于創(chuàng)新的精神，減緩實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的資金壓力，都將起到積極作用。

1 多元化計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境體系

多元化計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境由虛擬化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、開放型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、校企合作共建實(shí)驗(yàn)室三部分組成，如圖1所示。

這三個(gè)部分以先進(jìn)的技術(shù)和科學(xué)的制度為基礎(chǔ)來實(shí)施。教學(xué)進(jìn)程中既有基礎(chǔ)性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，也有設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)；在規(guī)模和難度上循序漸進(jìn)。我們整理收集教學(xué)過程中的各種素材，并且引進(jìn)企業(yè)的教學(xué)視頻、技術(shù)手冊，構(gòu)成數(shù)字化實(shí)踐教學(xué)資源；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各類實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)，最終納入到數(shù)字化實(shí)踐教學(xué)資源及管理平臺(tái)，為計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)服務(wù)。計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)多元化環(huán)境將使學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力在四年里得到穩(wěn)步提升。

2 多元化計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建

2.1構(gòu)建虛擬化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

近年來，虛擬技術(shù)和模擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，使構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為可能。由軟硬件及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的虛擬化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是提供該服務(wù)的一種良好的手段。例如，借助虛擬機(jī)軟件VMware workstation，不受計(jì)算機(jī)軟硬件限制，便可開展計(jì)算機(jī)維護(hù)和操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)建的虛擬機(jī)具備了良好的集成性、可移植性和可維護(hù)性。在虛擬機(jī)上，能夠安裝主流的操作系統(tǒng)及各種應(yīng)用程序，設(shè)置模擬硬件環(huán)境；各虛擬機(jī)與主機(jī)之間可以進(jìn)行通信、共享文件和網(wǎng)絡(luò)資源。在虛擬機(jī)上進(jìn)行的操作不會(huì)對主機(jī)現(xiàn)有的硬盤分區(qū)和數(shù)據(jù)造成任何破壞。操作完成后，通過映象功能可以非常輕松地將操作系統(tǒng)恢復(fù)到原樣。這大大增加了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手機(jī)會(huì)，加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐技能。讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境下學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的操作、配置，達(dá)到事半功倍的目的。又比如，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的費(fèi)用昂貴，可以考慮引入虛擬技術(shù)建設(shè)路由交換和網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐教學(xué)環(huán)境：思科虛擬機(jī)Dynamips可用于支持思科3600系列路由器平臺(tái)，思科PIX防火墻虛擬機(jī)主要用于虛擬運(yùn)行PIX系列設(shè)備的鏡像文件，華為的WVRP和華三的Simware主要用于仿真華為的VRP和H3C的Comware路由交換系統(tǒng)平臺(tái)。借助以上虛擬平臺(tái)，學(xué)生可以在單臺(tái)計(jì)算機(jī)上組建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，進(jìn)行各種網(wǎng)絡(luò)配置，也可以組建虛擬局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)集群試驗(yàn)，基本上可以完成網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)?？梢?，利用虛擬化技術(shù)開展計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)，既經(jīng)濟(jì)又安全，在一定程度上突破了實(shí)驗(yàn)室管理的局限性，保證了實(shí)驗(yàn)課的正常開課。實(shí)驗(yàn)具有可重現(xiàn)性，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，并且大大地降低了實(shí)驗(yàn)成本，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全性和利用率。

2.2建設(shè)開放型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

前面提到，實(shí)踐教學(xué)體系要增加設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)的比例，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。很多創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)需要在更優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下才能完成。我們應(yīng)在保證完成教學(xué)基本要求的前提下，建設(shè)綜合與創(chuàng)新開放型實(shí)驗(yàn)室。開放實(shí)驗(yàn)室突出實(shí)踐教學(xué)的開放性；能夠多途徑、多層次地對學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和個(gè)性化發(fā)展進(jìn)行培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)不同層次學(xué)生的需求有目的地向?qū)W生開放；通過此類實(shí)驗(yàn)室的建立，鼓勵(lì)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，參與項(xiàng)目攻關(guān)、專業(yè)競賽，參與創(chuàng)新性研究。湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院的開放型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室在校內(nèi)是首創(chuàng)，吸引了學(xué)有余力的學(xué)生參加科技活動(dòng)和競賽，參與教師的科研項(xiàng)目或橫向子課題。湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院面向?qū)W生開放的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室自創(chuàng)建以來，學(xué)生利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的資源開發(fā)了多項(xiàng)實(shí)用的系統(tǒng)，如通用型專業(yè)可定制短信平臺(tái)、湖南工業(yè)大學(xué)FTP資源搜索引擎、湖南工業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心綜合信息服務(wù)平臺(tái)、Easy51 Pro S5x芯片編程器、學(xué)生技術(shù)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室大型綜合項(xiàng)目等，并在各類比賽中多次獲獎(jiǎng)。實(shí)踐證明，開放型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室使學(xué)生能夠擺脫班級的約束，自主地選擇和了解實(shí)驗(yàn)，有了自由發(fā)揮現(xiàn)象力和進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐的時(shí)間和空間，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。同時(shí)，開放型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室還解決了實(shí)驗(yàn)時(shí)間難以安排、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用率低的問題。

2.3校企合作共建實(shí)驗(yàn)室

數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與資源同現(xiàn)實(shí)相比，有一定差異。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的局限性，它不可能作到對真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行無差別的模擬，特別是對于大型復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和高端的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，從虛擬環(huán)境中取得的經(jīng)驗(yàn)必須在真實(shí)環(huán)境中獲得檢驗(yàn)。

鑒于上述原因，我們建立了長效暢通的校企交流渠道，充分利用企業(yè)提供的教學(xué)資源，以注重培養(yǎng)實(shí)戰(zhàn)技能為主線，把學(xué)生帶到企業(yè)中去，開發(fā)真實(shí)環(huán)境下的實(shí)踐項(xiàng)目。通過企業(yè)化實(shí)訓(xùn)案例，學(xué)生不但能把課堂所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)在案例中串接起來，融會(huì)貫通，還能在案例營造出的企業(yè)真實(shí)環(huán)境中，實(shí)際體驗(yàn)和了解項(xiàng)目的整個(gè)流程，從而積累項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)并培養(yǎng)行業(yè)所需的職業(yè)綜合素質(zhì)。我們正在積極借助合作企業(yè)的工作環(huán)境和資源，讓學(xué)生看得見、摸得著這些高端的大型計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備；由經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)骨干擔(dān)任校外實(shí)踐教師，訓(xùn)練學(xué)生的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和RSbTDuc7LCaKN0l23VJhtA==集成能力、專業(yè)應(yīng)具備的企業(yè)經(jīng)驗(yàn)和綜合素質(zhì)，學(xué)生就業(yè)時(shí)更加有底氣。比如，我們的合作單位有中軟國際、雙星科技、銳捷網(wǎng)絡(luò)、南車時(shí)代、安博牛耳和與中國移動(dòng)、中國電信有合作關(guān)系的湖南本地系統(tǒng)集成商等。這些公司有的從事IT技術(shù)服務(wù)、Linux和Oracle高端集訓(xùn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及解決方案供應(yīng)、制造業(yè)信息化，有的從事運(yùn)營商的WiFi、EPON的建設(shè)和維護(hù)任務(wù)。學(xué)生通過在這些公司的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，可以接觸到真實(shí)的硬件系統(tǒng)環(huán)境，快速融入到崗位之中，這是任何模擬仿真實(shí)驗(yàn)都無法替代的。我們還與其中的企業(yè)達(dá)成協(xié)議，由學(xué)院提供場地，企業(yè)提供經(jīng)費(fèi)和技術(shù)支持，在校內(nèi)建立專門的實(shí)驗(yàn)室，由企業(yè)技術(shù)人員和學(xué)院教師共同對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，院校可以獲得免費(fèi)師資培訓(xùn)、學(xué)生認(rèn)證考試、設(shè)備維護(hù)、儀器設(shè)備捐贈(zèng)、就業(yè)指導(dǎo)等多項(xiàng)支持。企業(yè)也非常歡迎有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的畢業(yè)生前來就業(yè)。這些措施將大大降低實(shí)踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)的成本。通過這種合作機(jī)制也解決了由于當(dāng)前前沿計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展所引發(fā)的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境投入不足的問題。

3 結(jié)語

多元化計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境是開放的。它不僅為學(xué)生提供了自主、互動(dòng)、協(xié)作式學(xué)習(xí)空間、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，也為教師營造出生動(dòng)輕松的教學(xué)氛圍，完善了教學(xué)評價(jià)體系，有利于實(shí)現(xiàn)因材施教的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)也有利于增強(qiáng)學(xué)生探索新知識(shí)、獲得新知識(shí)的體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生熱愛實(shí)踐、勇于探索，強(qiáng)化學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，進(jìn)而為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供廣闊舞臺(tái)。

最后，還應(yīng)該考慮到，由于實(shí)踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)前期投資大、建設(shè)時(shí)間長，所以必須充分考慮相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)、開放式應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)室本身的領(lǐng)域拓寬和可持續(xù)發(fā)展問題。這些都是構(gòu)建多元化計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境在未來需要思考和研究的課題。

（見習(xí)編輯：劉麗麗；編輯：彭遠(yuǎn)紅）