范開濤　江嘉

摘要：結(jié)合多年的教學(xué)與管理經(jīng)驗，公共計算機教學(xué)部門通過教育技術(shù)應(yīng)用研究，可以建立一個優(yōu)質(zhì)的、開放的、共享的計算機實踐平臺。在其基礎(chǔ)建設(shè)過程中，結(jié)合高等教育的改革方向，提出了計算機實踐平臺基礎(chǔ)的建設(shè)思路和基本內(nèi)容，既充分利用現(xiàn)有的硬件環(huán)境，整合已有軟件系統(tǒng)，又開展前沿教育技術(shù)的研究，研發(fā)軟件系統(tǒng)，健全平臺基礎(chǔ)功能。通過該項研究對于降低教育技術(shù)項目建設(shè)投入成本，提高計算機實驗教學(xué)的組織能力，促進計算機實驗教學(xué)資源優(yōu)化配置與共享，建立健全高校實踐教學(xué)公共服務(wù)體系功能有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：計算機實踐；平臺；實驗教學(xué)；資源；公共服務(wù)

中圖分類號：TP3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-5039（2014）28-6678-04

1 概述

如今，計算機技術(shù)更新速度非?？欤晕锫?lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息技術(shù)對大學(xué)畢業(yè)生計算機水平的要求也在日益提高，肩負著大學(xué)生計算機能力培養(yǎng)責(zé)任的計算機基礎(chǔ)教學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)[1]。同時，由于技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致計算設(shè)備需要持續(xù)快速更新，這與我國中西部地方性高校普遍存在的教學(xué)經(jīng)費相對不足形成了突出的矛盾。地方性高校公共計算機實驗室普遍存在經(jīng)費緊張、硬件設(shè)施比較缺乏[2]、實驗教學(xué)組織管理水平較低、實驗教學(xué)資源沒有得到高效利用等問題。

為了改變實驗室設(shè)備利用率低收益差、缺乏共享的實驗基地、培養(yǎng)人才與社會需求脫節(jié)等問題[3]，全面整合信息技術(shù)與教學(xué)環(huán)節(jié)，提高實驗室教學(xué)組織能力及資源整合程度，使實驗室能最大限度地支撐地方性高校高等教育深化改革與發(fā)展，構(gòu)建教育信息化公共信息服務(wù)體系，使其成為師生進行科學(xué)研究、科技創(chuàng)新的基地，已成為公共計算機實踐平臺基礎(chǔ)的具體建設(shè)目標(biāo)。

2 現(xiàn)狀分析

2010年國家發(fā)布《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，明確提出：“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。2012年教育部發(fā)布《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，其中提出“高等教育信息化是促進高等教育改革創(chuàng)新和提高質(zhì)量的有效途徑，是教育信息化發(fā)展的創(chuàng)新前沿”。為貫徹落實《綱要》和《規(guī)劃》精神，更好適應(yīng)高等教育發(fā)展及高等學(xué)校改革的需要，推進信息技術(shù)與教學(xué)的深入融合，促進教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法信息化，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提高教學(xué)質(zhì)量，各高等學(xué)校紛紛開展教育技術(shù)研究， 提高本科教學(xué)質(zhì)量，深化教學(xué)改革，全面推進高校教育現(xiàn)代化。

各高校還依據(jù)或參考教育部實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的要求，形成層次清晰、責(zé)權(quán)明確的現(xiàn)代化管理體制和高效率、智能化的運行機制，注重創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，積極創(chuàng)設(shè)各種有利條件支持大學(xué)生研究創(chuàng)新型實驗項目的開展[4]。為適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案的實施，實現(xiàn)實驗課程的全面改革，充分整合教學(xué)、科研實驗室資源是行之有效的管理手段，也是改變傳統(tǒng)教學(xué)模式、提高實驗教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生獨立操作能力和創(chuàng)造性思維的必由之路[5]。

近年來從“985工程”、“211工程”高校到普通地方性高校，都出現(xiàn)了公共計算機實驗室面對學(xué)生開放的教學(xué)實習(xí)機時數(shù)基本穩(wěn)定在教學(xué)計劃核定數(shù)，但學(xué)生缺少上機熱情，影響教學(xué)培養(yǎng)效果；課外自主實習(xí)機時數(shù)逐年減少，學(xué)生不再熱衷于在實驗室內(nèi)學(xué)習(xí)的現(xiàn)象（見表1） ，這類現(xiàn)象在普通地方性高校尤為突出。

另一個值得關(guān)注的問題是中西部地區(qū)高等院校在不斷擴大學(xué)校辦學(xué)規(guī)模、整合高校辦學(xué)資源的同時，高校公共計算機實驗室的設(shè)備顯得陳舊，建設(shè)與優(yōu)化顯得相對滯后，公共服務(wù)能力顯得捉襟見肘。公共計算機實驗室不僅要承擔(dān)學(xué)生數(shù)不斷增加的計算機公共基礎(chǔ)類課程的實踐教學(xué)任務(wù)，還要承擔(dān)在各新校區(qū)專業(yè)課程的實踐教學(xué)任務(wù)（各專業(yè)實驗室在新校區(qū)的建設(shè)相對落后）以及各門實驗課程的無紙化考試任務(wù)等。此外各高校近年改變教學(xué)觀念更加重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科研能力，在公共計算機實驗室開設(shè)各種形式的創(chuàng)新實驗課程；利用公共計算機實驗室開展獲批的各級“大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目與“大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃”項目。以具有代表性的某地方性高校公共計算機實驗室為例，在用設(shè)備狀況與目標(biāo)任務(wù)反差逐年擴大（見圖1和圖2） 。

計算機運算速度緩慢，存儲空間不足等突出問題，導(dǎo)致實踐教學(xué)效果越來越差。不能滿足日常實踐教學(xué)要求，如何談提高實踐教學(xué)水平？這些不斷擴容的實踐教學(xué)任務(wù)、創(chuàng)新的教學(xué)模式與傳統(tǒng)的實驗室功能形成了無法回避的矛盾。新形勢下的教育發(fā)展目標(biāo)要求我們必須提出新的觀念去改革實驗室，結(jié)合計算機技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)，建設(shè)好公共“計算機實踐平臺”基礎(chǔ)，增強實驗室的教學(xué)和科學(xué)技術(shù)研究支持功能，為高校師生提供一個優(yōu)質(zhì)的、適應(yīng)教育事業(yè)發(fā)展的教學(xué)和科研環(huán)境。

3 研究內(nèi)容

本文所指的計算機實踐平臺是大平臺概念，既包括技術(shù)層面的硬件、計算機軟件等基礎(chǔ)設(shè)施，也包括教學(xué)手段、教學(xué)方法以及教學(xué)機制等上層內(nèi)容，其中基礎(chǔ)設(shè)施是本文研究的內(nèi)容，而上層內(nèi)容不在本文討論的范圍內(nèi)。該文提出了一個新的概念—“計算機實踐平臺基礎(chǔ)”（以下簡稱“平臺基礎(chǔ)”），它是指由計算機技術(shù)、現(xiàn)代教育技術(shù)等工程技術(shù)實現(xiàn)的教學(xué)與管理環(huán)境，是提高教學(xué)水平與效果、打造國家級實驗教學(xué)示范中心的重要支撐環(huán)境。

“平臺基礎(chǔ)”的建設(shè)思路是采用虛擬技術(shù)充分利用現(xiàn)有服務(wù)器與存儲硬件資源，有效控制用于硬件采購的資金投入規(guī)模；深度整合現(xiàn)有學(xué)?；虿块T的計算機軟件系統(tǒng)（例如：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、無紙化考試測評系統(tǒng)、內(nèi)部管理系統(tǒng)等），提升現(xiàn)有系統(tǒng)的管理與服務(wù)功能；以實驗室專業(yè)技術(shù)人員為主，研究與開發(fā)新系統(tǒng)，建立健全計算機實踐平臺的整體功能。

“平臺基礎(chǔ)”的具體研究內(nèi)容主要包括構(gòu)建其體系結(jié)構(gòu)、利用前沿信息技術(shù)在學(xué)校現(xiàn)有硬件條件下提高實驗設(shè)備的利用率、規(guī)劃建設(shè)計算機實踐教學(xué)資源、構(gòu)建完善計算機管理系統(tǒng)平臺。具體的研究內(nèi)容和成果包括如下4個方面：

1） “平臺基礎(chǔ)”的體系結(jié)構(gòu)

“平臺基礎(chǔ)”的體系結(jié)構(gòu)總共由4個層次組成，見表2。最底層硬件層由各高校的現(xiàn)有投入硬件設(shè)施完成，這樣設(shè)計的優(yōu)點是避免硬件設(shè)施的重復(fù)投資，提高硬件設(shè)施的利用效率，特別適合于資金相對緊張的高等院校。第二層由計算機的核心前沿技術(shù)組成，主要技術(shù)為計算機虛擬技術(shù)、并行計算、分布式計算和云技術(shù)等。計算機的虛擬技術(shù)主要解決設(shè)備復(fù)用，提高設(shè)備運行效率的問題。并行計算和分布式計算主要為解決大型科學(xué)計算等問題。云技術(shù)和虛擬技術(shù)是本層的核心內(nèi)容，它可以解決計算機的計算和存儲不靈活、適用性差的問題。第三層由各種形式的數(shù)字化資源構(gòu)成，例如：數(shù)字化圖書、期刊、論文庫、計算機軟件等。第四層由多個與計算機實踐教學(xué)、管理環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)的計算機軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

2） 利用計算機前沿技術(shù)，提高設(shè)備利用效率

計算機虛擬技術(shù)是近年來新興的一門計算機技術(shù)，它能有效提高設(shè)備使用效率，例如：傳統(tǒng)實驗室，有多少門課程就要安裝多少套軟件，再好的計算機也要變得運行緩慢，影響教學(xué)。有了虛擬桌面可以為每個班級、甚至是每個學(xué)生提供個性化的桌面，桌面上只有當(dāng)前課程需要的教學(xué)軟件，這樣做的好處是不僅提高了計算機的運行速度，同時還保障了良好的教學(xué)秩序，學(xué)生不能在課堂上從事聊天、玩游戲、看電影等與教學(xué)無關(guān)的活動。利用計算機虛擬技術(shù)實現(xiàn)實驗室桌面的虛擬化，減輕桌面計算機的計算壓力和存儲壓力，充分利用其硬件性能。在部署虛擬化的過程中，由于把桌面計算機的壓力轉(zhuǎn)到服務(wù)器端，所以需要同時利用云計算和云存儲來充分有效地利用服務(wù)器硬件資源，以達到負載合理分配的問題。

此外云技術(shù)的有效實施也能給交叉學(xué)科提供科學(xué)計算功能，讓公共計算機實驗室的設(shè)備不僅能服務(wù)公共課程，也能為專業(yè)課、科學(xué)研究提供服務(wù)，擴寬了適用范圍，提高了設(shè)備利用率。

3） 建設(shè)各類計算機實踐教學(xué)資源庫

實施優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源建設(shè)與共享是推進教育信息化的基礎(chǔ)工程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。公共計算機實驗室通過多年的工作可以積累到覆蓋多學(xué)科多專業(yè)、門類眾多的計算機實踐教學(xué)軟件、課件等教學(xué)資源。以教育科研網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為媒介，建設(shè)、整合、優(yōu)化一個覆蓋面廣的、優(yōu)質(zhì)的、開放的、共享的計算機實踐教學(xué)資源庫，成為了一項具有實際價值的教育技術(shù)應(yīng)用研究內(nèi)容。通過該資源庫的建設(shè)，加強計算中心的資源服務(wù)能力，完善學(xué)校教學(xué)公共服務(wù)體系，可以讓所有學(xué)習(xí)者方便快捷地享有優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源。①遴選深度融入學(xué)科教學(xué)的課件素材、課件制作工具、習(xí)題庫、試題庫、綜合設(shè)計題庫、實習(xí)項目庫、國際國內(nèi)大賽獲獎作品、優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計作品、優(yōu)秀學(xué)位成果作品、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、優(yōu)秀實驗系統(tǒng)等。②建立規(guī)范而豐富的計算機實踐教學(xué)資源種類，開發(fā)管理維護工具和使用工具（支持計算機和移動設(shè)備），促進學(xué)生從傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式向“以資源為中心的自主性學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)”模式轉(zhuǎn)變。③計算機云技術(shù)是一種新興的前沿技術(shù)，也是教育部“建設(shè)信息化公共支撐環(huán)境，提升公共服務(wù)能力和水平”的主要任務(wù)，改變傳統(tǒng)以設(shè)備為中心的共享模式，建立以信息為中心的云共享模式，以校園網(wǎng)絡(luò)為媒介，向所有師生開放資源庫，擴大受益面。

該資源庫主要的分為教學(xué)性資源、科研性資源、過程性資源三個類別，其主要結(jié)構(gòu)見表3“計算機實踐教學(xué)資源庫主要結(jié)構(gòu)”。其中教學(xué)性資源包括電子課件、電子教案、教學(xué)案例、多媒體教學(xué)文件、參考資料、計算機課程軟件、計算機工具軟件、開源軟件等內(nèi)容?？蒲行再Y源包括科研課題申請書、開題報告、中期報告、結(jié)題報告、科研論文、專著等內(nèi)容。過程性資源包括實驗筆記、實驗報告、實驗數(shù)據(jù)、實驗作品等內(nèi)容。

4） 構(gòu)建并完善各類開放式應(yīng)用軟件系統(tǒng)

通過全面整合現(xiàn)有軟件系統(tǒng)，建設(shè)新的軟件系統(tǒng)建立健全計算機實踐平臺功能，實現(xiàn)包括實驗室基礎(chǔ)信息數(shù)字化、規(guī)范科學(xué)的實驗室開放管理、項目化實驗室流程管理等方面的實驗室綜合信息化管理，覆蓋計算機網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)與計算機專項實驗系統(tǒng)的銜接，其整體結(jié)構(gòu)如圖3“計算機實踐信息管理平臺”。

本文提出的應(yīng)用層的創(chuàng)新點是把應(yīng)用軟件分為3個大類：管理信息系統(tǒng)類、教學(xué)過程與評價類、專項實驗系統(tǒng)，有別于傳統(tǒng)概念的前2個分類。其中專項實驗系統(tǒng)的最大特點是虛擬化、個性化和學(xué)科專業(yè)化。學(xué)生可以帶著自己申請的項目或?qū)煹捻椖浚哌M公共計算機實驗室，利用這里基于虛擬技術(shù)的專項實驗系統(tǒng)開展科學(xué)與技術(shù)研究。它可以利用現(xiàn)有國家教育主管部門培育的“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃”、“大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”、“大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃”、“大學(xué)生競賽”等項目平臺，有效地提高學(xué)生的動手實踐、技術(shù)創(chuàng)新、科研等能力，為國家發(fā)展輸出有用的人才。

4 結(jié)束語

教育信息化是推進教育改革與發(fā)展的戰(zhàn)略制高點，隨著教育信息化的推進，公共計算機教學(xué)部門成為了一個網(wǎng)絡(luò)化、高度數(shù)字化的實踐教學(xué)中心。我國教育信息化發(fā)展現(xiàn)在已進入普適計算的興起階段[10]，我們應(yīng)該在高等學(xué)校發(fā)展期間，利用好學(xué)?，F(xiàn)有硬件條件，進一步改變傳統(tǒng)觀念，緊扣時代脈搏，深度融入前沿計算機與教育技術(shù)，建設(shè)優(yōu)質(zhì)的計算機實踐平臺，完善信息化管理體系，提高信息化管理水平。

公共服務(wù)體系是高等院校未來發(fā)展的必由之路，公共計算機實踐平臺在公共服務(wù)體系中的將發(fā)揮極其重要的作用。高等院校要實現(xiàn)快速而健康的發(fā)展，首先要實事求是把“平臺基礎(chǔ)”建設(shè)扎實、打牢基礎(chǔ)。該文的創(chuàng)新點是按照4層體系結(jié)構(gòu)組織“平臺基礎(chǔ)”，利用前沿計算機技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)，充分利用學(xué)?，F(xiàn)有資產(chǎn)，合理節(jié)約建設(shè)成本；在滿足傳統(tǒng)公共計算機課程的條件下，增加個性化的專業(yè)化的實驗系統(tǒng)，以滿足培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力、創(chuàng)新科研能力的要求。

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