强化实验教学中心建设 培养创新型人才

李秀坤， 张宏莉， 苏小红， 娄 久， 张冬雨

(哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，黑龙江哈尔滨 150001)

0 引言

随着国家经济的不断发展，社会对人才的培养提出了更高的要求，从原来的单一知识结构和单一技能的服务型人才培养转向理论与实际并重的高素质创新型人才培养［1］，而高校实验室是培养学生具有实践能力和创新精神的重要场所，实验教学是人才培养体系中教育基础实施体系的重要组成部分，要培养一流的人才，就必须依靠一流的实验室提供基础支撑条件［2-4］。因此，教育部和财政部将实验教学示范中心建设作为高等学校本科教学质量评估和教学改革工程(教高［2007］1号)的重要内容。

为加强实验教学建设，计算机科学与技术学院在2002年成立计算机科学与技术实验教学中心，并在2007年9月被批准为国家级实验教学示范中心建设单位。中心根据计算机科学与技术学科特点，确立了“夯实基础、面向应用、培养能力、鼓励创新”的实验教学指导思想，采取分类、分层次的实验教学模式、多元化的实验教学方法和实验教学手段，构建了一套先进的、与国际接轨的、有哈工大特色的实验教学体系。通过完善的实验室管理体制，建立高素质的实验教学队伍，为创新型人才的培养提供了坚实的基础。

1 创新型人才培养为目标的实验教学改革

根据“国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2021)”，中心将学生的实践创新能力培养作为核心关键，坚持“以学生为中心”的实验教学理念，围绕创新型人才培养为目标进行一系列的实验教学改革，解决了由于实验教学中观念落后导致的诸多不合理问题［5-6］;建立了分类、分层次、开放式的实验教学体系［7］;并探索了个性化、多元化的教学方法［8-9］以及计算机软、硬件结合的一体化实验方式［10］，使实验教学体系更加科学化、系统化、国际化，更具特色。

1.1 分类、分层次、开放式的实验教学体系

依据计算机学科的特点和实验教学指导思想，中心从计算机实验课程角度设立了四个实验系列:硬件系列、软件系列、软件工程系列和网络工程系列;从实验的深度难度和学习知识的阶段开设了四个层次的实验:基本型实验、综合设计型实验、研究创新型实验和企业实践型实验。建立了以创新型人才培养为目标的分类、多层次开放式的实验教学体系。

不同系列的实验配备相对应的实验课程，例如:硬件系列课程包括数字逻辑、计算机组成原理和体系结构等;软件系列课程包括计算机程序设计、数据结构与算法、编译原理等;软件工程系列课程主要面向软件工程专业而设的实验课程，如软件工程、系统分析与设计等;网络工程系列面向软件工程专业和信息安全专业的实验课程，如网络安全，网络协议设计等。基本型实验是基础，培养学生对理论知识的掌握和应用;综合设计型实验是关键，培养学生综合应用某门和某几门课程理论知识解决一个中小型问题的能力;研究创新型实验是引导学生参加教师的科研创新实践，培养学生的创新意识和能力;而企业实践型实验是将学生直接送到企业实习基地参加实际项目开发研究，培养学生的实战能力和团队合作精神。

中心在加强对综合性、设计性实验要求的同时，突出强调了以实际工程为内容的开放式实验。如嵌入式设计与实践课程中的“LCD触摸屏实验”要求编写工业现场普遍使用的LCD的驱动程序，开放式的“制作基于触摸屏的科学计算器”实验，要求学生自拟计算器的显示图案和功能;开放式的“GPS通信实验”是对实际GPS导航设备的模拟和分析，学生可自选GPS的某一种通信协议。

1.2 个性化、多元化的实验教学方法

实行创新学分制，启动实施本科生创新能力提升计划，为学生提供个性化的实践平台。启动实施本科生创新能力提升计划，分阶段开展多种形式的课外实践教学活动。借鉴国外大学的成功经验，设立创新学分，在大一组织Yearly Project年度项目，大二、大三组织学生俱乐部和各类竞赛活动，并专门开设了硬件设计与实践和软件设计与实践系列项目学习课程，针对学生的项目需求举办各类专题讲座，将实验教学内容向深度和广度延伸，使学生可通过多种渠道获得创新学分。计算机专业学生在大四到研究中心进行毕业实习和毕业设计，软件工程专业学生除了安排学生企业实训并进行各种职业认证之外，还在大四组织学生到企业进行为期1年的工业实习和毕业设计，促进了学生知识、能力、素质的协调发展(见图1)。

图1 个性化、多元化的实验教学方法

学生自拟开放性的感兴趣的实验题目，既实现了实验个性化的目标，也增强了学生对实验设计的参与度，让学生在一定程度上可以“我的实验我做主”，培养学生的工程实践能力和项目管理能力。

改革实验结果的验收方法，实验成绩评定以满足基本要求为起点，对实验有创新的同学适当加分。将学生在线讨论与交流的表现计入平时实验成绩，统筹考核实验过程与实验结果。在实验考核中，实施诚信素质教育，加强过程监督。利用开发的雷同报告检测系统，对学生提交的实验程序、课程报告和论文进行雷同检测。在实施个性化实验指导时，聘用博士生和参加ACM竞赛的本科生作TA，每15人配备1名实验指导教师或TA。

1.3 软、硬件结合的一体化的实验方式

引入现代技术，融合多种方式辅助实验教学和实验教学考核，实验教学手段更加丰富，实验教学管理更加科学。

基于Moodle开发了交互式网络教学平台(乐学网)，基于搜索引擎和文本去重技术，开发了中文报告雷同检测系统，同时还开发了程序在线评测和代码雷同检测两个插件，中心开设的C语言程序设计和软件设计与实践等许多课程，都利用乐学网的上述功能进行实验程序的提交与在线自动评测，改变了传统的教师手工批阅和评分的实验模式，对提高实验教学质量起到了支撑和促进作用。为真实考核学生的实验动手能力，完全取消了笔试，研制的基于程序理解技术的编程题考试自动评分系统，解除了教师阅卷负担，避免了人情分，使成绩评定更客观公正。

平台开放不仅体现在资源开放，更需要建立交叉学科间学术交流的平台，体现高性能计算平台开放、交流、共享的重要特色［11］。为了适应这一形势，在更新“计算机组成原理”、“计算机设计与实践”、“数字逻辑设计”、“嵌入式系统设计与实践”实验台的过程中，引入了基于FPGA的开放性实验平台，增加了对硬件描述语言和FPGA的支持，提高了硬件实验平台的灵活性，使学生可更好地自主设计创新性实验并在实验台上进行实现和验证。

为了与国际接轨，中心还为留学生和交流生开设了双语实验课程，并进行了双语实验教学课程录像。

2 完善的实验室管理体制

示范中心将以创新型人才培养为教学目标，在定位明确之后，建立了科学的示范中心运行机制和管理模式［12］，以保证实验教学资源的合理分配和稳定的实验室队伍建设。

2.1 实验中心组织结构

计算机科学与技术实验教学中心采用校院两级管理体制，并实行中心主任负责制。学校教务处统筹教学任务和教学资源的利用，实验中心负责教学任务的具体落实。实验中心下设软件实验中心、硬件实验中心、软件工程实验室和网络工程实验室和大学生创新实验室，中心结构组织如图2所示。中心负责人由有着丰富的教学科研实践经验的教授级博士生导师担任。中心师资队伍由专职实验教师、兼职实验教师和实验技术人员三部分组成。

图2 实验示范中心组织结构示意图

2.2 高素质实验队伍的建设

实验教师队伍是实验教学中重要的组成部分［13］，学校重视实验教学队伍建设，强调理论教学与实验教学相结合，建立一支年龄、学历、学缘、职称结构合理、教学水平高、爱岗敬业且相对稳定的实验教学队伍。

为提高和稳定实验教学师资队伍，学校和学院采取了一系列的措施，如采用实验室人员单独评定职称和实验室人员单独聘岗，解决以往实验教学与理论教学回报不平衡问题。同时，中心采取适当引进和在职提高的做法，每年都有实验室人员的岗前培训，以提高其管理水平，中心支持年轻教师继续深造，提高学术和业务水平，近5年已选派8名年轻教师到国外知名大学学习相关课程的课堂教学和实验教学。坚持青年教师和实验人员的导师制度，新开课教师试讲和实验指导教师培训、考核制度，提高了教师和教辅人员的业务能力和管理水平。

为提高实验教学质量，中心采取了示范教学、集体备课、督导组跟踪听课、学生调查等一系列的促教、评教方法，对评分在良以下的实验教师要求停课提高，2年内仍不能保证教学效果者调离。

3 建设成效及示范辐射

经过5年的改革、探索和实践，示范中心在实验教学、教学成果、辐射示范等方面成效显著。

(1)实验教学。利用建设经费支持实验教学改革、实验教学研究，创新示范课程建设、ACM创新基地建设、年度创新项目开展、示范中心网站建设，共有27个项目立项。本专业学生100%受益，其他专业大一、大二学生90%受益。

(2)教学成果。5年累计承担教学研究项目61项，其中国家级10项，省级12项;获得教学成果奖12项，其中国家级2项，省级9项，市级1项。发表教学研究论文91篇，撰写实验教材8本，研制在线作业测评和考试等教学自动化系统3个，接待其它院校教师来访500余人次，在国内外90余所高校产生良好反响。教师累计参加国内外教学研讨149人次。学生参加创新实践活动累计获奖610项。

(3)示范辐射。开展由学生“自主选题、自主设计、自主实验”的Yearly Project年度计划项目，被《计算机教育》杂志作特约专题报道多次，加强了中心的示范辐射作用。中心研制的“C语言编程题考试自动评分系统”，被国防科技大学、北京邮电大学等国内近百所高校试用。出版实验教材8本，校内印刷实验教材9本，被国内80余所高校采用。开发的具有作业在线评测和雷同评判功能的交互式网络教学平台，日均页面浏览超万次，访问者来自96个国家和地区;免费服务300余门课程。接待国内外其他高校来访累计570人次，为100余所高校教师提供课程培训超过400人次，受到广泛好评。

4 结语

在“十二五”期间，作为计算机类国家级实验教学示范中心，在实验教学模式、教学方法和实验室管理等方面有其较成熟的地方，起到了示范辐射作用，供兄弟单位借鉴［14-15］。中心将继续围绕创新型人才培养的主体目标，重点完善与之相适应的实验教学培养体系。依托国家一级重点学科，大力加强科研成果向实验教学的转化，与国际接轨，建设学生自主学习与实验平台，把计算机实验教学示范中心建设成为“国内一流的实验教学基地和工程创新能力培育基地”。

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