试析高校计算机专业实验室开放模式的优化

□张 瀚

(山西广播电视大学 大同分校，山西 大同 037004)

在高等教育深化教学改革的大背景下，各大高校计算机专业教学也需要与时俱进。计算机实验室教学是高校培养创新型专业技术人才的关键，开放高校计算机专业实验室，不仅可以提高学生的实验次数和学习效果，也能培养学生的创新能力、协作及沟通能力，并进而为社会培养高质量且符合社会需求的人才。

一、高校计算机专业实验室教学存在的问题

实验是培养学生探索能力和实践能力的重要途径，也是培养学生创新能力、团结合作精神和科研探索能力的重要途径。学生可以利用实验室的环境，完成老师布置的实验作业，进一步深化课堂所学知识，激发学习的积极性。对计算机专业在实验教学方面存在的问题，过去已经有人进行了研究，概括起来主要有以下几点：1.填鸭式的计算机实验教学不利于培养学生的创新能力与动手能力，难以激发学生学习的主动性，更无法提高学生的综合素质和创新精神。在填鸭式的实验教学背景下，计算机专业实验教学的实质为验证性，而创新性和设计性的实验不足，学生动手能力和创新意识较差，走向社会以后难以适应社会的需求。2.计算机实验设备不能满足实验教学的需要，实验经费投入少，硬件设备更新慢，软件更新更慢。随着高等教育的扩招，以及新生专业的增加，社会对高校的计算机实验设备提出了新的要求，但一些高校的计算机实验室教学条件却严重滞后。3.计算机实验队伍欠稳定、专业技术力量薄弱。实验室技术队伍的建设，应该充分考虑人员的层次、学历与年龄，要能够适应新形势的要求，要通过对实验人员进行定期的教学培训，提高实验技术队伍水平。但目前有的高校对实验技术人员却重使用、轻培养，实验人员在学校的地位不高，实验队伍组成结构不合理，高学历、高水平的人员不愿意来，即使来了也留不住。

以上关于计算机专业实验教学存在问题的分析有相当的认识价值，需要引起高度注意。但笔者通过调查发现，计算机实验设备利用率不高也是一个需要重视的问题。目前各类高校计算机专业实验室的计算机，除了在教学中应用外，大部分还处于闲置状态。包括网络、路由器、测试设备等无法实现良好利用。在以往传统的计算机实验教学中，学生仅仅能完成专业教学大纲所要求的实验内容。实验室计算机设备的利用，除了承担课程内的实验任务外，还可以承担学生自选实验以及各种科研项目的研究等任务。高校要培养高质量的技术人才，就必须开放计算机实验室运行模式，在课程教学基本任务完成的前提下，增设加强学生综合能力锻炼的自主实验学习。

二、计算机专业实验室开放模式优化的策略

开放计算机专业实验室运行模式，能够避免传统封闭式实验教学的缺点，提高实验室内部设备和外部环境的利用效率，激发学生学习的积极性和创先、创新的意识。优化实验室应用策略无疑是十分重要的，以计算机专业作为研究对象，针对实验教学和实验管理过程中存在的问题提出解决措施，是目前高校急需解决的问题。开放式计算机实验室是指实验室开放不受正常教学进度和教学内容的影响，面向全体师生全天候开放实验室，起码保证每周一到周五全天候开放，并且为实验室配备高性能的计算机，保证学生可结合自身实际需求随时开展学习。

开放计算机实验室需要设计可靠的开放方案。计算机专业实验室配置了互联网设备可方便学生查阅资料，但这种实验室对于学习兴趣不高的学生来说，通常会变成网吧，学生尽情在网络中遨游，把原本属于自己自由支配的学习环境打破，所以说，开放实验室是一个涉及实验教学方方面面的综合性工程，必须重视各方面措施的内在联系和效果优化。

(一)开放模式优化策略的前提

计算机专业课程大致分为软件课程和硬件课程两种类型，软件课程在实验室教学的过程中偏重于语言程序的编程和各类应用软件的开发、编写；硬件课程偏重于日常比较实用的计算机软件控制系统以及嵌入式系统的开发。针对计算机软硬件所具有的特点和存在的差异，设计计算机专业实验室开放方案须采取一系列优化措施：

首先，要创新开放式实验教学模式，将教学内容结合计算机课程的学科特点，应采用纵向联接课程的方式。对于开放式实验室的课程内容设置，以选修课程作为重点，在夯实基础计算机课程教学的情况下，以基础课程理论知识点为主、拓展基础外知识点学习，通过基础外知识点学习，培养学生的研究能力和创造精神。要拓展教学思维，在开放实验室课程内容基础上，将硬件模块知识点力争贯穿于整个知识结构中。

其次，要安排好开放式实验室的教学管理。在高等学校开展计算机专业的课程安排，要结合实验课教学内容，相互统筹。开放实验室教学可以采取两种方式，即定时开放和全面开放。设置实验室机房开放可以分为三个阶段：基础阶段、提升阶段、综合阶段。前两个阶段可以定时对实验室实施开放管理模式，对综合阶段来说，一定要实施全程的开放管理模式。这种不同阶段的管理模式不仅能够帮助一些学习比较被动的学生顺利完成必修课程，同时还能对学习抱有主动性态度的学生，不断提升自身的创造力。

再次，全方面开放实验教学对于计算机专业来说，不能局限于本专业学生和教师，应当面向全校开放实验室，并且要全方位开放；开放计算机专业实验室的课程在教学上也不能局限于本专业的教师和学生，而应该向全校师生开放。特别是在综合实验室里，许多项目都是综合性的，需要不同学科的参与，我们可以鼓励跨专业、跨学科师生共同参与实验研究，进一步实现探究不同学院中计算机硬件课程和专业课程的相互衔接。为此，就需要为之设计多种具有探索型的科研实验项目。例如在农学院中，我们研究的农业生产、农业管理，在实验室里就需要农学类不同专业的学生共同参与到实验的研究当中去，让所有的学生在合作当中共同提升、有所创新。指导实验的教师必须具备充足的耐心、广泛的学识、研究的心态，不能局限于仅仅答疑解惑中，而应当将教学的重心放在注重培养学生积极思考；鼓励学生发散思维、创新思维；注重学生的能力培养和专业发展；以学生的学业进步、专业创新为教学目标来开展此项活动，在这样的实验教师的指导下才能收到真正的实验效果，做到理论联系实际，做到学以致用。

最后，对计算机专业实验要进行合理考核。高校在对学生进行实验考核过程中，需要结合各课程特点采取合理的考试方式，例如：针对软件设计类的实验考核多是以答辩形式或以论文撰写等方式开展的；对于硬件课程的实验考试就是考查学生们在实验室硬件的操作能力，并考核其实验研究成果。

(二) 开放实验室的具体措施

学校计算机专业及其他专业开放实验室的措施制定，需要从硬件和软件这两个实验角度来考虑。

首先，在软件实验室建设过程中，软件编程实际上就是语言编程，包括高级语言设计、数据结构、Java、面向对象程序设计等。在软件类课程设计中应当多进行巩固练习，例如对于数据结构实验共涉及20个项目，包括高级语言程序的相关设计、本课程的主要知识点，具有较大难度的综合训练。在实施实验过程中，教师需要合理安排20个项目知识点，并将其分别罗列。例如在训练题中有专业服务器和网络系统全程对学生的答题情况进行实时监控，教师可随时抽查学生的学习研究情况；学生也可以在不同实验室内完成自主学习，这样就大大突破了课堂学习的局限。再如对数据库应用程序设计等相关内容来说，可将大型软件项目分为多个子项目来完成。值得注意的是，在这一过程中需要注意告知学生各个子项目的知识点及其之间的相互联系，最终共同完成布置的实验项目。在这个过程中让学生们获得完整的理论知识和实践知识体系，对于日后从事软件开发可以积累宝贵的经验。

其次，建设硬件实验室对于计算机专业，主要涉及微机接口原理、嵌入式实验室开发、逻辑数字、计算机构成原理等相关内容。在硬件实验课开展过程中，需要学生准备实验箱，在课程前后使知识点构建起紧密联系，主动提高学生在实际工作、学习当中实践操作能力。目前高校在日常学习的过程中非常重视硬件实验课程设计和建设，会多方面安排学生、鼓励学生参加各类实验，尽量使得各类课程能够在实验室中进行，每位同学也能够自己动手完成，做到通过实践巩固理论知识的学习。所以硬件实验室的开放非常必要，硬件实验室必须与时代潮流接轨，跟得上科技日新月异的变化。高校须引进先进的硬件设备来提供技术支持，同时将硬件类理论知识融入学生的实验中，鼓励计算机专业学生用现有知识设计出独特的作品，从而激发和培养其创造力。

最后，计算机专业开放实验室的管理。开放实验室的管理不同于常规的教务管理，应采用新型的管理措施，才能有助于开放实验室的建设与实施[3]。在管理方面，应首先分析开放实验室使用以来发现的问题，在现有实验室管理的基础上，加以补充和完善，具体包括：

1.在使用管理方面。在课堂教学过程中，学生在老师的指导下，填写统一格式的实验项目申请表，申请经答辩和审批等环节全部合格后，可进入实验室开展相关实验学习活动。在学生自主学习环节中，学生在严格遵守学校规定的互联网及相关设备使用方法的前提条件下，通过注册账号，以及实验室管理人员的审批后才可以进行实验。此外，遵守实验室各项规章制度还表现在填写实验室规定的各类实验表，在此基础上，按照顺序进入实验室完成虚拟实验，将实验报告提交管理人员，最后进行存档。

2.在设备维护方面。实施开放式实验室后，会从一定程度上增加工作人员的工作量，对于爱好实验的学生而言，可以从他们当中选取一部分高素质学生进行设备维护培训，使其在实验设备使用过程中承担一部分的设备维护和维修工作。这一方面能够节约学校实验人力成本，另一方面，还可以提升学生的动手能力和实验管理能力。

3.在安全责任管理方面。在开放实验室中，作为指导教师可能会因忙于其他工作而在中途临时离开实验室。但学生是开放实验室的主体，在此种情况下，实验室设备在使用安全方面存在一定隐患，因此，要强化对学生的安全教育，提高学生的安全意识，确保实验设备能够实现安全运行。另外，要将每个使用计算机的人员的安全责任落实到实处，除每人必须填写安全责任书外，还包括对每天进入实验室的时间、人员姓名以及实验内容填写清楚，并安排责任人值守，确保开放实验室的安全运行。

三、计算机专业开放实验室策略的成效分析

有调研报告显示，一些高校计算机系在采用开放式实验室一系列优化策略的同时，对计算机实验室实施了全方位的综合规划和全新管理方法，经过一段时间的运行，使计算机专业的在校生受益良多，在各方面都取得了较好的成效。

从软件实验室建设来看，实验室在使用传统软件的基础上，可以进一步增加软件开放实验室的应用。过去未开放计算机实验室时，对学生讲授内容只停留在讲解课程的主要知识点方面，而学生也认为自己只需要掌握一些传统软件的常规实验，理解基础理论知识后即可完成整个学习任务。事实上这种学习模式只能够让学生掌握一些简单知识。当增设了开放实验室之后，不仅学生充分利用了这种实验环境，将课程的知识点融会贯通，而且将不同课程的同一方面联系在了一起去进行思考，找出学习内容相同与不同的地方，构建较完善的知识体系。在全面开放的实验室环境下，激发了学生对他们很感兴趣的问题的思考。他们往往会自主想尽办法去解决实验过程中遇到的问题。例如，当学生进入高年级之后就会主动与教师探讨相关软件开发的问题，提升自己的自主创新性技能。基于此，学校应该组织高年级的学生和教师一起进行一些科研项目，教师可以努力帮助、指导学生完成科研，并将科研成果开发的一系列软件或者与实验课程相关的系统，申报鉴定或在学校投入使用。一些成功的作品也能在低年级学生的实验学习中投入使用，使低年级学生受到启发，激发他们的学习兴趣和热情。特别是交叉实验室教学和课程互联的模式能够从一定程度上帮助计算机学生更好地融会贯通各知识点，使学生短期内明确自己实验的目标和方向。

从硬件课程实验室建设上来分析，重点在于传统实验课程的教学方法能够从一定程度上增加虚拟网上教学，为其提供合理的实验环境。传统硬件实验过程只能在实验室内完成，只有通过网上虚拟实验室开发才能够让学生打破时间、空间限制，登录系统即可完成实验任务。那些对于硬件感兴趣的学生，学校可组织教师对他们开展硬件学习培训，通过培训可提升学生对于硬件系统的了解度，进而使学生参与到嵌入实验室教学模式中来，能够拓宽学生的基础知识，在硬件系统开发学习中获得良好的成绩。目前高校本科生大部分学习了应用实验教学研发的产品及ARM系统嵌入式实验模式，并将项目的成果能够提供给后续学生使用。该系统从最初系统设计、焊接电路到操作系统的实现都由参加实验的学生们独立完成，该系统投入使用后获得了师生的一致好评。

四、结语

综上所述，高校计算机专业实验室开放模式的优化，不单单是时间和空间上的开放，它还涉及专业实验室的资源配置、师资力量以及科学、规范的管理制度建设。与此同时，它还应与实验教学体系、科研项目以及学科发展紧密地联系在一起，进而与学校的基本条件和实际情况相适应。开放式实验室的应用，是培养学生创新能力和实践能力的有效途径，能够从多层次、多方面培养创新型人才，在提高学生动手能力、项目开发能力以及创新性能力的同时，带动更多的计算机专业学生积极主动地参与到科研项目的研究中，进一步推动实验教学、学科建设和科研水平的提升，进而将开放式实验教学推向一个崭新的阶段。