专业与基础紧密结合 培养计算机专业专门人才—专访北京航空航天大学计算机学院教学实验中心主任曹庆华教授

□ 本刊记者 安 健 张 鹏

☆国家级实验教学示范中心建设系列报道⑩☆

专业与基础紧密结合 培养计算机专业专门人才—专访北京航空航天大学计算机学院教学实验中心主任曹庆华教授

□ 本刊记者 安 健 张 鹏

编者按：在本期“国家级实验教学示范中心建设系列报道”中，我刊(www.cmee-online.com)采访了北京航空航天大学计算机学院教学实验中心主任曹庆华教授，请他为我们详细介绍计算机类实验教学改革理念以及中心建设经验。

曹庆华，教授，北京航空航天大学计算机教学实验中心主任，兼任北京航空航天大学沙河校区信息平台主任，2004年获国家级教学成果一等奖一项，国家级教学成果奖二等奖一项，2009年获北京市教学成果二等奖一项，2009年入选国家级教学团队。2006年，计算机学院教学实验中心被评为我国第一个计算机学科国家级实验教学示范中心。编辑出版《数字电路设计》《网络测试与故障诊断实验教程（第1、2版）》《计算机网络实验教程》《计算机接口与通信实验教程》等多本教材。

教育理念与教学思路的革新

曹庆华教授于1998年进入实验室从事教学与科研工作，至今已有13年之久。他坦言，刚进实验室时对实验教学的认识和理解比较粗浅，对实验教学在人才培养中的定位和价值把握得不够准确，多年的工作实践使他对实验教学的认识逐渐深入。高校人才培养与社会需求和企业需求之间存在脱节的原因就在于实践教学长期得不到重视和加强。

在人才培养中，实验教学可以起到4个方面的重要作用：一是深化对理论知识的理解；二是培养学生的工程实践能力；三是培养学生科学研究的素养；四是培养学生的创新能力。传统理论教学传授的内容仅仅是知识，但知识不等于能力。如有些学生能记忆和背诵很多知识，却不能运用这些知识解决实际问题。知识丰富，能力薄弱是当前我国大学毕业生的一大特点。真正创造价值的是能力，知识只是能力的一部分，且这种能力的体现需要大量的实践训练才能培养出来的，尤其是学生的创新能力，更需要在艰苦的实践探索中才能培养出来。课堂实验教学在实践教学中占有很大比重，也起着不可或缺的重要作用。除课堂教学外，实践教学更多的是在社会工作过程中积累和完成的，但实践能力的理念却需要在大学实验教学中树立。如在大学创新实验教学中只给出一个题目，让学生自主完成。在完成实验过程中，锻炼了学生4个方面的能力：一是理解能力，即从给定题目中分析出其中隐含的基本知识，知道如何去做，这是最基础的。二是搜集资料、整理资料的能力。学生通过发达的通信技术和丰富的图书馆资源，查找到需要的基础知识。三是分析能力，即在具体实践中，学生还应具有充足的分析问题和解决问题的能力。四是要有与团队沟通及协作的能力，很多实验需要多名学生共同完成，如何和团队成员进行充分沟通和协作，对于将来的工作具有重要作用。上述4个方面才是真正需要培养的素质，也是真正能力的体现，其中包括知识，但更多的是能力。实验教学可划分为多个层次：课程实验、课程专题实践、课程群的综合实践。中心下一步将要开展专业实训。通过专业实训，解决社会、企业人才需要与高校人才培养脱节的矛盾：学校与企业协商，让本科生在企业完成毕业设计，在实际工作环境中提高学生的实践能力。

实验教学改革：因材施教的分层次培养

大学生在实际完成学习过程中，体现出不同层次的差异，为适应不同层次的学习需求，在人才培养过程中，我们采取了菜单式、模块式的教学方式，不仅有小型的实验班（通过考试、面试等环节选拔），而且在每个实验中，设计了必做、选作、自选等不同层次的实验内容，形成套餐式、多模块的差异性实验内容，以满足不同层次的学习需求，做到因材施教。

为进一步提升学生的科研素养，在实验教学过程中，我们选择一些综合性的实验，开设成科研项目式的实验，学生根据教师提供的大量选题，或者学生结合课程知识自主选题，在开题报告、开题答辩、中期检查、结题答辩等整个过程中既培养了学生的实践能力，也提高了他们的表达能力，有效克服了理工专业学生书面表达不强，临场应变能力不足等缺点，而这些恰恰是将来从事科研工作不可或缺的素养和能力。

除此之外，中心还从实验指导书、指导教师、考核方式等方面加以调整和改进。如在原有的实验指导书外，为学生提供“加餐”；由1～2名教师带领多名助教指导学生实验；为防止学生抄袭实验报告，增设课堂实验答辩环节，让学生现场讲解实验过程，回答教师提问。

实验室开放：要把更多学生吸引到实验室

在谈到实验室开放这个话题时，曹主任毫不避讳地说“实验室开放，我们做得并不好”。中心为开放实验室安装了教学系统、课程教材、模拟考试等优质教育资源，并且配备了值班教师随时解答学生的疑问。虽然中心环境一流，硬件设施先进，但在课余时间到实验室学习的学生只有百余名。看到这些学生放弃休闲娱乐，到实验室自觉学习，作为中心主任的曹教授自然非常欣慰，但他在高兴之余又不免忧心忡忡，在一所高校中拔尖人才约占全体学生总数的15%～20%，按照这一比例，至少应有200名学生到中心做实验。“我们下一步的工作就是把学生吸引到实验室，让他们爱上探究，自觉学习。”开放不等于开门，开放的实验室，不仅是需要开放的实验环境，更需要适应实验室开放的实验内容，以及制定开放的机制。

王牌设备：增强学生实践能力

谈到王牌设备，曹主任推荐了中心的网络设备，包括核心路由、核心交换机、网络协议分析仪等。

图1 网络实验室核心设备

设备优点：为学生创造了一个真实的工作环境，将学生实验与实际工作无缝衔接。如应用于本科生三年级和研究生阶段的网络协议分析仪，不仅可以监控整个网络的工作情况，而且可以提高网络运维质量—通过透视整个网络的运行情况，捕获网络传输数据，分析出存在问题的节点。

使用收益：学生实践能力得到了很大提高，北京航空航天大学计算机学院的毕业生就业时，很多是免试录用的。2011年，中心与H3C联合举办了“全国大学生网络技术大赛”。

缺点：设备更新速度快，教学成本投入大。

高设备完好率，为教学提供保障

在提高实验设备完好率和利用率方面，中心发挥自身师资优势，将授课教师培训为系统维护人员。虽然这是一支兼职的维修团队，但他们足以胜任中心设备的日常维修与维护工作，“除非主板坏了，我们很少联系厂商维修”。该团队由七八名授课教师组成，他们采用值班的形式轮流担任设备维护员，及时排除设备故障，保证了教学和科研工作的正常开展。

确定建设目标，成就中心四大特色

中心确定了“建立国内一流、本硕一体化的实验教学基地和工程创新能力培育基地”的发展目标，正是在这一目标的指引下，中心形成了四大特色：

1.专业与基础紧密结合

中心建立伊始即确立了“专业与基础相结合”这一基调，并落实在建设全程中，从而形成了中心最鲜明也是最核心的特色。在基础实验环境建设中，中心延伸到学校沙河校区整个信息平台的建设，这个平台承担北航本科生一、二年级全部与信息技术相关的各类实验课程，除传统的大学计算机基础、程序设计等课程外，还包括大学英语（信息化教学）、画法几何、机械设计等大类平台课程的实验支撑，专业化建设为这些非计算机专业的实践教学提供了充足的支持。

2.本硕一体的培养模式

本硕一体化培养模式既是中心建设中的一个突出特色，又是人才培养模式中一大亮点。在实验体系建设、实验教材开发和实验内容安排等方面，同时兼顾本科生和研究生。如，对于既在本科阶段开设又在研究生阶段开设的课程，本校本科毕业生在研究生阶段可免修这些课程，选修其他课程。对于在研究生阶段开设的较本科阶段更高阶的课程，其体系构建是一体化的。在中心申报“国家级实验教学示范中心”时，该培养模式受到了评审专家的一致好评。

3.众多知名合作企业

IT技术和其他技术相比，其发展更新速度之快首屈一指，为解决实验教学和IT技术发展的衔接问题，实现教学和技术进步的可持续发展，中心注重加强校企的深度合作，与国内同类高校相比，北京航空航天大学计算机学院教学实验中心在校企合作中取得的成绩有目共睹。中心目前与IBM公司、Microsoft公司、Quantum公司、Mentor Graphic公司、Intel公司、FLUKE公司、ALTERA公司、BEA公司、Lotus公司、Motorola公司、华为公司、Nokia等13家IT企业建立了良好的合作关系，共同组建了11个理论实验室。通过校企合作，中心一方面获得了企业的设备与技术支持，同时，通过联合培训，合作开发培训和实践教学用教材，促进了师资队伍的建设，有效地使先进的IT技术融入到实践教学，中心先后和数家企业联合出版各类教材5本。

4.辐射推广企业技术

为将前沿知识引入校园，中心与企业联合举办教师培训班，如与FLUKE公司面向全国教师开设的网络测试培训班，与H3C合作的网络技术师资培训班，和Intel，Nokia举办的各类会议等。另外，中心还邀请企业工程师为学生开设讲座，联合举办春令营、夏令营和冬令营，主办挑战竞赛。通过与企业联合举办活动，中心掌握了本领域的先进技术，不仅将这些新技术实时应用于实验教学，还可通过参加培训班的教师将新技术推广开来，有效缩小校企之间在人才培养与社会需求之间的差距。

建设成果：见证中心历年成绩

1.2005 年获得两项国家教学成果奖：“研究型学院人才培养模式与体系的研究及实践”获得一等奖；“先进计算机网络技术实验基地建设”获二等奖。

2.2006 年高级语言程序设计获批北京市精品课程。

3.2007 年中心获批教育部计算机专业创新人才培养实验区。

4.2009 年“计算机系统系列核心课程教学团队”获批国家级教学团队。

5.编译技术、计算机导论和计算机模拟学获批国家级精品课程。

6.研发计算机原型系统。目前大多数高校学生实验是按课程划分，很少为学生构建一个完整的系统，学生对计算机技术缺乏整体认识。建立起计算机的系统观，是计算机专业区别于其他专业的重要内涵。从2006年起，中心围绕一个核心将多门课程进行整合，让学生从最底层设计一台计算机。如将数字逻辑、程序设计、计算机组成原理、接口通信、操作系统、编译技术等内容加以整合，学生在完成各阶段实验学习的基础上，最终制作出由自主设计的支持MIPS指令集的CPU、操作系统和编译器的计算机原型机。这一系统对学生实践能力的培养起着非常重要的作用，同时将计算机专业与其他专业更好地区分开来。如，虽然电工电子、自动化专业也涉及计算机编程，但这些专业对计算硬件设施的学习远远不及计算机专业。北京航空航天大学自2008年起使用该系统上实验课，在教学过程中不断完善系统功能，并编写了相关教材。从实际教学效果来看，对于建立计算机系统整体概念，综合运用计算机软硬件知识构建实际系统，培养学生创新能力，发挥了很好的作用。

编后语：在访谈中，曹庆华主任对中心的教学团队赞不绝口，对他们的奉献精神、团队精神、敬业精神和示范精神给予了高度肯定。正是在曹主任的带领下，中心20多位教师在圆满完成日常设备管理、维护与改进、实验教学与创新等工作基础上，利用节假日开展沙河校区信息平台建设，基础实验室建设面积达3800m2，前期投入共计2000万元，约有1300台计算机。我刊祝愿中心早日实现“建立国内一流、本硕一体化的实验教学基地和工程创新能力培育基地”的发展目标。