中国教育

西安交通大学  冯博琴 顾刚 赵英良

　　计算机基础教育是面向非计算机专业的计算机教学，其教学的基本目标是培养学生具备一定的计算机基础知识，掌握相关的软硬件技术，以及利用计算机解决本专业领域中的问题的能力。达到这个目标的关键是要按照“以人为本，传授知识，培养能力，提高素质，协调发展”的教育理念来组织教学。我们以为，要使学生的计算机知识、能力、素质协调发展，关键要抓住能力培养，它既是知识的活化，又是素质的原生态。计算机基础教学所开设的课程都是实践性很强的课程，计算机知识的掌握与能力的培养在很大程度上有赖于学生上机实验。加强实验教学环节，有利于培养学生上机动手能力、解决实际问题能力以及知识综合运用能力等。实验教学在计算机基础教学中起着不可替代作用。在计算机基础教学中，理论教学与实验教学互为依存条件。不能简单地认为计算机基础实验教学只是辅助性的教学，是配合理论教学的，这就大错特错了。计算机基础实验教学实际上有着丰富的内涵和作用。计算机基础实验教学对于培养学生两个能力，尤其是在研究创新能力和意识的培养方面有着不可取代的作用。实验教学是整个计算机基础教学的“纲”和“灵魂”，只有它才能使整个计算机基础教学做到“授人以鱼，更要教人以渔”。实验教学对于每个大学生的终身学习和主动应用计算机起着至关重要的作用。因此还可以说，实验教学决定了某些课程或整个计算机基础教学的成败。

　　目前，计算机基础实验教学中还存在许多问题，如师生对实验教学的认识不足，考核重知识、轻能力，习惯于纸上谈兵；教学内容选取脱离各个专业领域应用方向，实用性较差；教学组织过于模仿计算机专业教学，实验教学与理论教学比重不适合计算机基础教学的特征与目标；教学方法手段简单老套，上课和实验照“片”宣科，师生交流、网络化教学、各种不同类型数字资源利用等都有不同层次的减弱；教学内容更新缓慢，讲授的技术方法往往不是当时的主流技术方法；实验教学队伍建设相对偏弱，重使用，轻培养，教师自身素质提高远远不能适应计算机基础教学；实验教学环境建设普遍存在重硬件，轻软件和资源；等等。由于实验教学改革相对滞后，严重影响了学生能力的培养，教育部高等教育司张尧学司长在实验教学示范中心工作会议上说：“学生动手实践能力培养是弱项，也是提高高等教育教学质量的重中之重”。

　　下面结合2006年我校计算机基础实验教学示范中心的申报，介绍在“以培养学生实践能力、创新能力为核心”的实验教学观念指导下的一些改革措施与体会。

　　1．构建“以学生为中心”的分类分层次培养的实验教学体系

　　经过多年的计算机基础实验教学的探索与实践，逐步形成了适合西安交通大学计算机实验教学的分类分层次体系与内容。实践表明，这样的体系有利于学生两个能力的培养。实验教学分类分层的主要根据是学科差别和学生特点。

　　(1)根据学科差别，合理分类教学

　　我校各个学院对大学生计算机应用能力和水平的具体要求尽管差异较大，但仔细分析各个学科学生今后应用计算机的基本方向，在基础教学这个层面上，还是可以将它们分为三大类——人文类、管医类和理工类，每个大类的学院之间的要求比较相近。人文类重点培养学生对信息的综合处理能力和数据库系统应用能力；管医类要求学生能熟练使用专业软件，重点培养学生对数据库应用系统的开发能力和多媒体信息检索、利用的能力；理工类重点培养学生具有潜在的应用软件系统的开发能力和多媒体信息处理能力。

　　(2)针对学生的特点，采取分层次培养

　　根据学生自身水平以及今后发展目标等不同情况，我们规划了分层次培养，提出以下两个层次的培养方案：基本型培养方案面向一般学生，强调基本概念和基本原理、方法的掌握；目标定位在使绝大部分学生通过学习，能够掌握该课程领域的基本知识和技能。开放型培养方案面向优秀学生，除掌握基本概念、原理和方法，教学方法以开放式项目的开发、研究为驱动，考核采用递交设计、实现报告,现场测评和答辩验收。每个学生可以根据自身发展需要和实际水平，灵活机动地选择、定制合适的实验教学学习方案，切实提高自身计算机水平，提高应用计算机解决问题的能力。

　　根据分类分层培养框架，目前大学计算机基础、程序设计语言、软件基础、微机原理与接口技术、计算机网络等五门主干课程共开设实验296个，其中基本验证型实验89个，综合设计型实验80个，研究创新型实验127个，分别占总数的30%、27%、43%。例如国家精品课程计算机网络共开设基本型5个，综合型5个，创新型21个。

　　基本型和设计型实验属于第一个培养层次，是所有学生必须掌握的计算机知识和技能；创新型实验属于第二个培养层次，面向学有余力的优秀学生，培养他们的创新精神和动手能力。

　　2．改革实验教学方法与手段，强化能力培养

　　信息技术的发展为实验教学方法与手段的不断变革提供了基础。十年来，我们从黑板教学变革到投影仪，进而变革到网络+多媒体教学。但更重要的是实验教学理念创新变革，将信息技术整合到实验教学的各个过程中。

　　我们早在1996年就提出并实现了两个转移：①计算机类课程应由以教师为中心向以学生主动学习为主转移；②计算机类课程应从课堂面授向学生在实验室操作转移。为了真正实现两个转移，除了教学体系、教学环境等方面改革外，与此同时，在实验教学方法与手段方面相应提出了“精讲多练，考教分离，机试为主”的方针。“精讲”要求教师讲出内容的精髓；“多练”要使学生练习有目标、有实效；“机考”要充分发挥考试指挥棒的导向作用，促使学生不得不下功夫在实验室里做练习和实验，从而提高学生计算机实际应用能力和水平。

　　十年来，将计算机基础教学中的所有课程都大幅度压缩课内学时，增加实验学时。例如，C语言课和计算机文化基础课的理论授课时数与实验上机时数比例为1:3，讲课10学时，上机30学时；C++课程是1:1。

　　1996年研制机考系统，实现出题、成卷、考试、阅卷过程的自动化管理。目前，我校大多数课程测评学生知识掌握程度都采取在计算机进行实测，根据解决问题的实际效果客观评判，而不是纸上谈兵。机考题目都是由大量的应用操作题目所组成，每道应用操作题目根据课程的知识点和技能点编制而成，体现了某一种计算机技能和方法，如WEB服务器建立、数据库应用系统开发、声音和图像信息的处理方法等技能。多年实践证明，在计算机上考试可以比较客观地考核学生动手能力。

　　多年来，我们在实验教学手段方面采取虚实结合方针，开发新型实验平台与系统，构建虚拟与现实结合的实验平台。所谓虚实结合，主要指除了建立高品质的实际实验平台外，还开发了实验环境模拟软件进行辅助教学，它克服了传统实验模式的弊端，突出了实验教学的主体内容。学生把被动式实验行为变为主动式实验行为。例如，中心自主研发“PDM集成实验平台”，该平台将程序设计、数据库应用和多媒体应用三门课程实验平台集成在一起，克服了传统的C/S模式下实验方式诸多弊端。

　　3．更新实验教学内容，探索持续发展之路

　　发展式的实验教学是计算机基础实验教学的特征和规律。计算机学科发展变化日新月异，是其他学科所无法相比的。只有根据不同时期计算机科学和技术的发展，紧紧跟踪新技术、新方法、新理论，不断更新课程教学大纲、教材、实验环境，促进教学内容的重组和体系的更新，使学生学到当前主流技术，才能够真正强化实际应用能力的培养，造就应用型、实用型的计算机人才。

　　为了及时体现各个时期的主流技术，自1990年以来，根据计算机技术的发展和需求变化，在实验教学内容、教材、实验平台已进行了三次重大升级换代。下表是根据计算机主流技术变化所创建的实验平台状况：

下表是我校第一门计算机课程根据计算机主流技术变化，实验教学内容的三次重大改革：

　　在跟踪计算机技术发展改革实验教学中，我们始终贯彻“基础、实用、新型、能力”八字方针。“基础”是指将计算机科学技术中的一些最基本的基础理论、基本应用技术方法和常见软件工具、平台的基本操作方法纳入课程教学内容。“实用”对于非计算机专业学生来说，学计算机的目的是使学生把计算机作为工具解决专业问题。目前，计算机软件工具和平台品种繁多，层出不穷，都纳入课程教学显然是不可能的。因此必须在基础性之上，选取实用的理论知识和基本应用技术。“新型”是指尽可能采用新理论、新技术、新方法、新工具，计算机技术的显著特点是更新换代频率较高，因此尽可能同步更新教学内容。“能力”是指学生应用计算机解决实际问题的能力，这是课程的根本目标。在教学内容取舍和组织上都以是否有助于学生能力的提高为标准。

　　4．以人为本，创建“计算机基础实验教学大环境”

　　“工欲善其事,必先利其器”。环境建设是推进实验教学改革的基础。在实验教学环境建设与改革过程的不同阶段中，我们提出并实现了下列三个目标：

　　1996年提出机房的建设目标是：“为学生提供比较充足、使用方便、高品质机时”，为全面贯彻实施“精讲多练，考教分离，机试为主”的方针提供了坚实基础。在这个目标驱动下，实现了当时提出的计算机基础教学的“两个转移”。

　　2000年提出“构建计算机基础实验教学平台，贯彻实施分类分层次培养方案”。在这个目标驱动下，最早建设了数字化网络资源平台，并大面积应用于本科生实验教学，实现了教学和实验的网络化，课堂和实验室功能在时间和空间上都得到大幅度扩张和增强，实验教学质量大大提高。

　　2004年提出“以人为本，创建计算机基础实验教学大环境，强化学生创新能力培养”。

　　“计算机基础实验教学大环境”由三部分组成：

　　一是由软硬件及其网络构成的数字化实验教学平台, 包括计算机网络平台、开放软件平台和硬件实验平台。特别是我们在国内率先建设了计算机基础教学的网络硬件实验室和多媒体实验室，拓宽了实验范围，为学生能力培养提供了更大的空间。

　　“大环境”的第二部分是在平台上创建丰富的资源，包括由网络课件、视频录像、实验工具软件、实验指导、试题库、实验平台、优秀作业、电子教材等构成的多媒体数字资源，还包括教师队伍、实验人员及行政人员等人力资源。资源建设是“大环境”建设的核心，已形成了“更新快、种类全、集成高、应用广” 的特色。

　　“大环境”的第三部分是在“平台”和“资源”上开展设计、实验、答疑、提交报告、测评等教学活动。丰富的教学资源方便学生学习和教师备课；网上答疑系统实现学生不限时间、地点答疑；引入的电子教室实现教学安排、学习、作业布置与提交、评价与反馈、教学调查等教学活动的一体化。教学活动是构建“大环境”的目的。

　　这样的“大环境”是开放的、共享的。学生可以到实验室做实验，也可以通过网络进行模拟实验，学生的心得、问题、答案、作品也可以共享。它不仅为学生施展才能提供了广阔的舞台，也为教师教学研究提供有利条件，有利于发挥教师主导作用，有利于实现以人为本的个性化实验教学，强化学生解决实际问题能力的培养。

　　5．加强自身建设，提高队伍素质

　　师资队伍建设是加强自身建设的重要内容，是实现学生能力培养的关键，其目标是建设一支素质较高、热爱计算机实验教学、相对稳定的师资队伍。计算机技术发展迅速、知识淘汰率高，而计算机人才发展空间大，基础性的实验教学岗位并不具有吸引人才的优势，因此队伍建设是一个值得研究的问题。

　　我们经过十年的探索，使师资队伍的质量和人数实现了跨越式的发展，采取的办法主要有以下三个方面：

　　(1)采取自我孵化、引进、留住骨干三条措施壮大队伍。为教学实验人员营造良好的工作、学习和发展的空间，为每个愿意通过努力而求个人发展和事业有成的人提供环境和条件。针对中心成立初期计算机人才非常紧缺的现实，我们采取的是“实事求是，千方百计留住人才”的策略，对人才只提“完成教学任务，响应中心指令”的宽松要求，留住了所有骨干。而在2004年之后，师资状况大为好转，我们要求教师必须把主要精力放在学校，完成中心布置的所有任务，包括各种“义务”。几年来，中心先后引进了13人，均具有博士、硕士学位或高级职称，没有一人“跳槽”。

　　(2)把认真细致的思想工作和赏罚分明的激励机制有机结合，鼓励教师在教学实验岗位上不断进取。中心明确宣布，我们要用好各种大小政策，把出国进修、国内交流、参与教学科研项目、教材编写、晋升机会、奖金分配等落实到为中心建设做出贡献的人员，中心不仅考核本职工作，还看在教学工作量规定之外的非量化、工资中不体现的工作，鼓励不仅教学好，而且积极投身实验教学改革的人。近年来，有3人通过在职学习取得博士学位，25人获得各级教学成果奖，获奖及受奖励和表彰的人员占全部实验教学人员的82.1%。奖金的分配改“福利”为“激励”，拉开了差距，起到激励的作用。

　　(3)依靠计算机学科的支持，提升师资队伍素质。建立稳定师资队伍的关键是牢固树立“以人为本，教学以教师为本”的教育理念。以教师为本不仅是尊师重教，依靠教师搞好教学，而且要培养教师，不断提升他们的业务水平。建立一支相对稳定的高素质队伍的困扰主要来自从事基础课、偏重实验教学的“低层次”，在学校各种晋升中处于劣势。提高这些老师自身的‘含金量’已刻不容缓，其有效的办法是适当融入到计算机学科中去。我中心参与了计算机系的计算机学科建设，我们有博导、硕导11人，共指导博、硕士研究生60人；8名年轻教师通过在本单位攻博提高学历层次，40岁以下的教师均有硕士学历；5名教师获得出国进修机会；参与了计算机学科“985工程”建设，独立承担子项目。这些举措使得年轻教师在中心有一定的发展空间，对稳定队伍起到了重要作用。

　　6．积极开展研究创新实验，培养学生创新能力

　　深化实验教学改革的核心是培养学生实践和创新能力。创新能力的培养需要给学生一个自由的空间。我们在各门课程中还安排了课程设计、大作业和课外实验，由学生自主选题、在教师的指导下主要利用课外时间完成。实验教学要求学生自己分解任务、安排分工和规划进度等。由于没有标准的和现成的答案，学生在实验过程中需要自行查找资料、设计实验方案、交流讨论、探索规律、撰写实验报告。这些活动为学生自主式、合作式、研究式的学习和创新提供了充分空间。

　　研究创新型实验以延续学生的学习热情、进一步激发学生的创新潜能为目标。实验参考选题具有趣味性、先进性和实用性。例如“微机原理与接口技术”课程的创新实验，将电梯调度模拟、压缩/解压缩、温度测量等与工程、实际应用密切联系。“软件基础”的创新实验将网络编程与应用、数据库应用系统开发、专题网站的创建、多媒体编程与应用等紧密跟踪现代软件开发技术。“大学计算机基础”课程的视频制作实验，学生可以制作自己的DV短片，非常具有挑战性和吸引力，也很能展现学生的创造力。

　　为肯定学生在实验过程所做的努力和得到的结果，我们综合其实验报告、实验结果演示、答辩等环节进行评价。为激励学生参与研究创新实验，实验成绩占课程总成绩的比例由20%提高到50%，优秀作品在创新网站上展出，对特别优秀的，经过答辩组老师的评议，其成绩可直接作为该课程的成绩，免予期末考试（人数在5％以内）。

　　为支持开放创新实验活动，我们为学生创造了良好的实验环境：专门建立了“学生创新机房”，为学生提供自由机时；由精通专门技术的教师担任指导教师。中心还建立了创新活动网站，为优秀作品提供了一个展示平台，也为学生提供了相互学习的机会。

　　我们从2001年开始，在“软件基础”课程中开展研究创新型实验，目前已扩展到所有课程，累计5000多人参加，有326件优秀作品在创新网站上展出。

　　7．结论

　　综合前面的观点，我们认为，实验教学的建设是一项系统工程。提高实验教学质量的关键是不断加强自身建设；深化实验教学改革的核心是培养学生实践和创新能力；推进实验教学改革的基础是建立计算机实验教学大环境；实施实验教学的载体是实验教学体系和内容；加速实验教学改革的催化剂是实验教学手段和方法的改革；实验教学改革的重要标志是出版高水平的实验教材。