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強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè) 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

2014-05-17 01:34李秀坤張宏莉蘇小紅張冬雨
實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2014年3期
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

李秀坤, 張宏莉, 蘇小紅, 婁 久, 張冬雨

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

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,社會(huì)對(duì)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求,從原來(lái)的單一知識(shí)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(shí)際并重的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[1],而高校實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的重要場(chǎng)所,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是人才培養(yǎng)體系中教育基礎(chǔ)實(shí)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(shí)驗(yàn)室提供基礎(chǔ)支撐條件[2-4]。因此,教育部和財(cái)政部將實(shí)驗(yàn)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(píng)估和教學(xué)改革工程(教高[2007]1號(hào))的重要內(nèi)容。

為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè),計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在2002年成立計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,并在2007年9月被批準(zhǔn)為國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)單位。中心根據(jù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科特點(diǎn),確立了“夯實(shí)基礎(chǔ)、面向應(yīng)用、培養(yǎng)能力、鼓勵(lì)創(chuàng)新”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)思想,采取分類(lèi)、分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,構(gòu)建了一套先進(jìn)的、與國(guó)際接軌的、有哈工大特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。通過(guò)完善的實(shí)驗(yàn)室管理體制,建立高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍,為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

根據(jù)“國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010~2021)”,中心將學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為核心關(guān)鍵,堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,解決了由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中觀念落后導(dǎo)致的諸多不合理問(wèn)題[5-6];建立了分類(lèi)、分層次、開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[7];并探索了個(gè)性化、多元化的教學(xué)方法[8-9]以及計(jì)算機(jī)軟、硬件結(jié)合的一體化實(shí)驗(yàn)方式[10],使實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系更加科學(xué)化、系統(tǒng)化、國(guó)際化,更具特色。

1.1 分類(lèi)、分層次、開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

依據(jù)計(jì)算機(jī)學(xué)科的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)思想,中心從計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程角度設(shè)立了四個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的深度難度和學(xué)習(xí)知識(shí)的階段開(kāi)設(shè)了四個(gè)層次的實(shí)驗(yàn):基本型實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)和企業(yè)實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)。建立了以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的分類(lèi)、多層次開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

不同系列的實(shí)驗(yàn)配備相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程,例如:硬件系列課程包括數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理和體系結(jié)構(gòu)等;軟件系列課程包括計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、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(zhuān)業(yè)而設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程,如軟件工程、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)等;網(wǎng)絡(luò)工程系列面向軟件工程專(zhuān)業(yè)和信息安全專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程,如網(wǎng)絡(luò)安全,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)等。基本型實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和應(yīng)用;綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是關(guān)鍵,培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用某門(mén)和某幾門(mén)課程理論知識(shí)解決一個(gè)中小型問(wèn)題的能力;研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是引導(dǎo)學(xué)生參加教師的科研創(chuàng)新實(shí)踐,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力;而企業(yè)實(shí)踐型實(shí)驗(yàn)是將學(xué)生直接送到企業(yè)實(shí)習(xí)基地參加實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)研究,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

中心在加強(qiáng)對(duì)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求的同時(shí),突出強(qiáng)調(diào)了以實(shí)際工程為內(nèi)容的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)。如嵌入式設(shè)計(jì)與實(shí)踐課程中的“LCD觸摸屏實(shí)驗(yàn)”要求編寫(xiě)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)普遍使用的LCD的驅(qū)動(dòng)程序,開(kāi)放式的“制作基于觸摸屏的科學(xué)計(jì)算器”實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生自擬計(jì)算器的顯示圖案和功能;開(kāi)放式的“GPS通信實(shí)驗(yàn)”是對(duì)實(shí)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(gè)性化、多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

實(shí)行創(chuàng)新學(xué)分制,啟動(dòng)實(shí)施本科生創(chuàng)新能力提升計(jì)劃,為學(xué)生提供個(gè)性化的實(shí)踐平臺(tái)。啟動(dòng)實(shí)施本科生創(chuàng)新能力提升計(jì)劃,分階段開(kāi)展多種形式的課外實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。借鑒國(guó)外大學(xué)的成功經(jīng)驗(yàn),設(shè)立創(chuàng)新學(xué)分,在大一組織Yearly Project年度項(xiàng)目,大二、大三組織學(xué)生俱樂(lè)部和各類(lèi)競(jìng)賽活動(dòng),并專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了硬件設(shè)計(jì)與實(shí)踐和軟件設(shè)計(jì)與實(shí)踐系列項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程,針對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目需求舉辦各類(lèi)專(zhuān)題講座,將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容向深度和廣度延伸,使學(xué)生可通過(guò)多種渠道獲得創(chuàng)新學(xué)分。計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生在大四到研究中心進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì),軟件工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生除了安排學(xué)生企業(yè)實(shí)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(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì),促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展(見(jiàn)圖1)。

圖1 個(gè)性化、多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

學(xué)生自擬開(kāi)放性的感興趣的實(shí)驗(yàn)題目,既實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)個(gè)性化的目標(biāo),也增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的參與度,讓學(xué)生在一定程度上可以“我的實(shí)驗(yàn)我做主”,培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和項(xiàng)目管理能力。

改革實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)收方法,實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定以滿(mǎn)足基本要求為起點(diǎn),對(duì)實(shí)驗(yàn)有創(chuàng)新的同學(xué)適當(dāng)加分。將學(xué)生在線(xiàn)討論與交流的表現(xiàn)計(jì)入平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī),統(tǒng)籌考核實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)考核中,實(shí)施誠(chéng)信素質(zhì)教育,加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)督。利用開(kāi)發(fā)的雷同報(bào)告檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)程序、課程報(bào)告和論文進(jìn)行雷同檢測(cè)。在實(shí)施個(gè)性化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)時(shí),聘用博士生和參加ACM競(jìng)賽的本科生作TA,每15人配備1名實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師或TA。

1.3 軟、硬件結(jié)合的一體化的實(shí)驗(yàn)方式

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

基于Moodle開(kāi)發(fā)了交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)(樂(lè)學(xué)網(wǎng)),基于搜索引擎和文本去重技術(shù),開(kāi)發(fā)了中文報(bào)告雷同檢測(cè)系統(tǒng),同時(shí)還開(kāi)發(fā)了程序在線(xiàn)評(píng)測(cè)和代碼雷同檢測(cè)兩個(gè)插件,中心開(kāi)設(shè)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)與實(shí)踐等許多課程,都利用樂(lè)學(xué)網(wǎng)的上述功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)程序的提交與在線(xiàn)自動(dòng)評(píng)測(cè),改變了傳統(tǒng)的教師手工批閱和評(píng)分的實(shí)驗(yàn)?zāi)J?,?duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量起到了支撐和促進(jìn)作用。為真實(shí)考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(dòng)評(píng)分系統(tǒng),解除了教師閱卷負(fù)擔(dān),避免了人情分,使成績(jī)?cè)u(píng)定更客觀公正。

平臺(tái)開(kāi)放不僅體現(xiàn)在資源開(kāi)放,更需要建立交叉學(xué)科間學(xué)術(shù)交流的平臺(tái),體現(xiàn)高性能計(jì)算平臺(tái)開(kāi)放、交流、共享的重要特色[11]。為了適應(yīng)這一形勢(shì),在更新“計(jì)算機(jī)組成原理”、“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”、“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”實(shí)驗(yàn)臺(tái)的過(guò)程中,引入了基于FPGA的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái),增加了對(duì)硬件描述語(yǔ)言和FPGA的支持,提高了硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的靈活性,使學(xué)生可更好地自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)并在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。

為了與國(guó)際接軌,中心還為留學(xué)生和交流生開(kāi)設(shè)了雙語(yǔ)實(shí)驗(yàn)課程,并進(jìn)行了雙語(yǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程錄像。

2 完善的實(shí)驗(yàn)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(yùn)行機(jī)制和管理模式[12],以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的合理分配和穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍建設(shè)。

2.1 實(shí)驗(yàn)中心組織結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心采用校院兩級(jí)管理體制,并實(shí)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(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)教學(xué)任務(wù)的具體落實(shí)。實(shí)驗(yàn)中心下設(shè)軟件實(shí)驗(yàn)中心、硬件實(shí)驗(yàn)中心、軟件工程實(shí)驗(yàn)室和網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教授級(jí)博士生導(dǎo)師擔(dān)任。中心師資隊(duì)伍由專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)教師、兼職實(shí)驗(yàn)教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員三部分組成。

圖2 實(shí)驗(yàn)示范中心組織結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 高素質(zhì)實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍的建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重要的組成部分[13],學(xué)校重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè),強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,建立一支年齡、學(xué)歷、學(xué)緣、職稱(chēng)結(jié)構(gòu)合理、教學(xué)水平高、愛(ài)崗敬業(yè)且相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。

為提高和穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍,學(xué)校和學(xué)院采取了一系列的措施,如采用實(shí)驗(yàn)室人員單獨(dú)評(píng)定職稱(chēng)和實(shí)驗(yàn)室人員單獨(dú)聘崗,解決以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)回報(bào)不平衡問(wèn)題。同時(shí),中心采取適當(dāng)引進(jìn)和在職提高的做法,每年都有實(shí)驗(yàn)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(guó)外知名大學(xué)學(xué)習(xí)相關(guān)課程的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。堅(jiān)持青年教師和實(shí)驗(yàn)人員的導(dǎo)師制度,新開(kāi)課教師試講和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(tīng)課、學(xué)生調(diào)查等一系列的促教、評(píng)教方法,對(duì)評(píng)分在良以下的實(shí)驗(yàn)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(guò)5年的改革、探索和實(shí)踐,示范中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)成果、輻射示范等方面成效顯著。

(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。利用建設(shè)經(jīng)費(fèi)支持實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目開(kāi)展、示范中心網(wǎng)站建設(shè),共有27個(gè)項(xiàng)目立項(xiàng)。本專(zhuān)業(yè)學(xué)生100%受益,其他專(zhuān)業(yè)大一、大二學(xué)生90%受益。

(2)教學(xué)成果。5年累計(jì)承擔(dān)教學(xué)研究項(xiàng)目61項(xiàng),其中國(guó)家級(jí)10項(xiàng),省級(jí)12項(xiàng);獲得教學(xué)成果獎(jiǎng)12項(xiàng),其中國(guó)家級(jí)2項(xiàng),省級(jí)9項(xiàng),市級(jí)1項(xiàng)。發(fā)表教學(xué)研究論文91篇,撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)教材8本,研制在線(xiàn)作業(yè)測(cè)評(píng)和考試等教學(xué)自動(dòng)化系統(tǒng)3個(gè),接待其它院校教師來(lái)訪(fǎng)500余人次,在國(guó)內(nèi)外90余所高校產(chǎn)生良好反響。教師累計(jì)參加國(guó)內(nèi)外教學(xué)研討149人次。學(xué)生參加創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)累計(jì)獲獎(jiǎng)610項(xiàng)。

(3)示范輻射。開(kāi)展由學(xué)生“自主選題、自主設(shè)計(jì)、自主實(shí)驗(yàn)”的Yearly Project年度計(jì)劃項(xiàng)目,被《計(jì)算機(jī)教育》雜志作特約專(zhuān)題報(bào)道多次,加強(qiáng)了中心的示范輻射作用。中心研制的“C語(yǔ)言編程題考試自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)”,被國(guó)防科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)等國(guó)內(nèi)近百所高校試用。出版實(shí)驗(yàn)教材8本,校內(nèi)印刷實(shí)驗(yàn)教材9本,被國(guó)內(nèi)80余所高校采用。開(kāi)發(fā)的具有作業(yè)在線(xiàn)評(píng)測(cè)和雷同評(píng)判功能的交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),日均頁(yè)面瀏覽超萬(wàn)次,訪(fǎng)問(wèn)者來(lái)自96個(gè)國(guó)家和地區(qū);免費(fèi)服務(wù)300余門(mén)課程。接待國(guó)內(nèi)外其他高校來(lái)訪(fǎng)累計(jì)570人次,為100余所高校教師提供課程培訓(xùn)超過(guò)400人次,受到廣泛好評(píng)。

4 結(jié)語(yǔ)

在“十二五”期間,作為計(jì)算機(jī)類(lèi)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)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(diǎn)完善與之相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)體系。依托國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科,大力加強(qiáng)科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)的轉(zhuǎn)化,與國(guó)際接軌,建設(shè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái),把計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)成為“國(guó)內(nèi)一流的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地和工程創(chuàng)新能力培育基地”。

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