论文关键词:实验教学 脆力培养 精品课程 教学资源
论文摘要:本文针对计算机基础课程实验教学中存在的问题，从转变教育观念及改革管理体制、加强实验教学内容、更新实验教学方法与手段等方面，探讨计算机基础实验教学改革思路，提出将实验教学从单纯的知识传授转向对学生综合能力培养的实践教学方法，供其他学校的实验教学借鉴。
精品课程建设是质量工程的重要组成部分，我校的“计算机硬件技术基础”课程于2006年被评为北京市精品课程。在课程建设中，我们在课程实验方面作了重大改革，突出了对学生动手能力、分析问题和解决问题能力的培养，取得了很好的效果。由于我国传统的教学模式，一直存在“重理论，轻实践”、“重知识传授，轻能力培养”的现象，受这种观念的影响，实验教学在高校课程体系中一直处于从属地位。无论是实验管理体系，还是实验课程的设置，都没有得到足够的重视。在提倡素质教育注重能力培养的今天，传统的实验教学模式己远远不能满足时代的要求，如何提高高校实验教学的质量，培养学生的实践能力和创新能力，是教学改革的重心。
下面就我校“计算机硬件技术基础”课程实践教学的改革作一介绍，抛砖引玉，为促进精品课程建设提供参考。
1计算机基础课程实验教学现状
计算机基础课程主要由理论课和实验两部分组成，该课程的实践性很强，旨在培养学生较强的计算机实际运用操作能力。因此，实验课与理论课在教学中应具有同等重要的作用。但是，在实际教学过程中，实验课与理论课的地位却有很大的差别。由于受传统教学观念的影响，人们往往只关心理论课的教学，在理论课上不惜投入大量的时间和精力，精心设置理论课的教学计划、教学内容，而对实验课却显得很随意，常常是由理论课老师根据自己的教学要求，随意地安排一些实验内容，实验的目的多是理论知识的简单验证。理论课老师由于要花费大量的精力准备理论课，时常无暇顾及实验课。因此，实验课实际上成了一种理论课的点缀，严重影响了实验课的教学质量。虽然随着近年高校教学的改革，实践教学中存在的问题有所改观，但在现实教育中存在的这种主观上重视，而实际上对实验、实践环节削弱，甚至以理论教学代替实践教学的现象一直都存在，主要表现在以下4个方面。
1.1没有完善的实验教学体系
在传统的教学模式中，实验课一直依附于理论课，实验教学内容、教学计划、课程设计，全部由理论教学老师根据自己的教学计划来安排，因此，时常会出现同一门课程，由于理论课教师不同，实验教学模式差别很大的现象。
1.2教学内容陈旧且学时少
近年来理论课内容日新月异，而实验课仍以传统的验证性内容为主。实验内容过于简单、验证型实验太多，缺乏综合设计型实验。加之观念上不重视，实验课课时安排较少，学生在实验课上收获不大，学生动手能力和创新开拓能力没有得到很好的培养，教学效果与期望目标有很大的差距。在教学计划的安排上，实验课时一般只占总学时的10%~20%，近几年虽然有所调整，但仍不足30%，与发达国家相差很远;随着近年来高校扩招规模的膨胀，实验条件与学生规模更不相适应，有些实验只能用演示实验代替。
1.3缺乏实验教学考核标准
在实验教学中，很多实验课不独立考核，不占学生的学分，学生的学科考试主要是看卷面成绩;学生与教师的素质评价，也是以理论课的成绩或讲课效果为依据。这种考核标准对学生的学习产生了误导作用，未能使学生认识到实践课程的重要性，上实验课也多是为了应付老师的检查，不能达到理论教学与实践教学相结合的目的。
1.4不重视实验教学队伍的建设
在传统的管理制度中，实验室常处于从属地位，隶属于教研室或者机房。实验室在体制上的附属性，导致了学校对实验室队伍建设的忽视:不重视实验室人员结构配置，高学历、高职称的实验人员较少;实验室岗位不明确;不重视对实验技术人员的培养，实验室人员的技术水平参差不齐;实验从业人员相应的职称系列、福利待遇较低，致使实验技术队伍人员流失严重。这些都极大地影响了实验教学质量。
2原因分析
前面所述的种种现象，在许多高校的计算机教学中都或多或少地存在。究其原因一般有以下2个方面。
2.1传统观念的束缚
我国“应试教育”远源流长，因循守旧的教育观念根深蒂固。传统的重理论、轻实践，重学术、轻技能，重应试、轻素质的倾向至今未能根本改观。实验教学的直观性、验证性容易被人接受，而对它的创造性、综合应用性往往未得到应有的重视。
2.2实验环境的局限
实验室的建设需要投入大量的资源，既包括实验场地，还需要完善的实验设备，这些实验环境和平台的建设，常常需要大量资金的支持。为适应经济的发展，许多新兴专业应运而生，但相应的实验教学与实验室却未能配套，无形中助长了“重理论轻实践”现象的产生。
3改革的基本思路
现代教育提倡素质教育，注重人的能力培养。要培养“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的具有创新精神和创新能力的人才，仅靠传统的从书本到书本的应试教育是远远不够的。加强实践教学对学生素质的培养，是理论教育无法替代的。
更重要的是，实践教学对培养学生严谨、求实的科学作风也有极其重要的作用。通过实验的失败与挫折，可锻炼学生的探索进取精神和坚忍不拔的毅力;通过引导学生在实验操作中发现问题并想办法解决问题，可以训练学生的实际动手技能和独立钻研精神;通过实验课给学生提供的实践平台，给了学生们充分发挥想象力的空间和加以科学验证的机会，可以有效培养和提高学生的创造能力。
因此，高校实践教育的改革和完善是非常值得研究和探讨的问题。对此，在长期的教学工作中，我们总结了以下几点改革思路和经验。
3.1转变教育思想，充分重视实践教学
转变认识，从思想上加强对实践教学的重视，是进行实践教学改革需要解决的根本问题，也是决定实践教学改革成功的关键。在实验教学改革中，必须树立以学生为主体，知识传授、能力培养和素质提高协调发展的实验教学改革理念。进一步加强构建特色鲜明、开放共享、分层次多元化的实验教学体系，不仅要理清理论教学和实验教学的关系，树立理论教学与实验教学并重的意识，还需要将实验教学内容从理论教学中剥离出来，既要摆脱理论教学对实验教学的束缚，同时在教学大纲及改革方案上又与理论课内容相互呼应、互为依托、相辅相成。要充分重视实验教师的作用，建立完善的机制，鼓励和激励实践课老师对实验课程的规划和准备，并在实际教学中不断改革教学方法，提高实践课的效益。要给学生们讲解实践课的意义和作用，使学生们充分意识到实践课在工科学习过程中的重要性，激发学生对实验课的兴趣。
3.2完善实践教学体系，优化实践课程设置
完善实践教学体制，优化实践课程设置，是提高实践教学质量的基础。如何优化课程设置，不断改革和完善实验教学内容，建立完整科学的教学体制是每一位实践教学老师需要的不断思考和总结的问题。笔者建议，以理论课为前导课程，开设相对独立的实验课程，设置系统的实验教学计划，在此基础上建立其完整的实验教学体系。
对于合理设置实验课结构，可在强调实验课之间逻辑顺序的同时，注意相互衔接，以保证学科体系、学生能力发展和社会需求三者之间的统一。设立必修、选修和自设三部分实验模块，方便学生自主选择。以基本知识学习、基本技能培养为基础，以实践能力和创新精神培养为目标，满足学生多样化的学习需求。通过设置基础型实验、专业实验、综合设计型实验、研究创新型实验为主的分层次实验教学体系，结合各专业特色和学科优势，因地制宜地完善实验教学体系。笔者认为在实验教学内容的安排上，应针对不同的学生分层次开设。比如对大一的学生可开设一些基础实验，在帮助学生理解理论原理的同时，提高学生对实践课的兴趣与重视程度;大二、大三的学生可开设专业实验或选修实验，重点加强对学生科学实验方法的培养，提高学生理论
学习与实践学习相结合的能力;大三、大四的学生开设综合设计型、研究创新型实验，让他们具备综合运用知识解决实际问题的能力，以适应社会的需要。另外，可合理增加实验课时数，优化教学内容，保留少量典型的验证型实验，增加对实际问题处理的实验，以及一些开发性实验。增设选修实验课以拓宽学生知识面，发挥个人特长。同时，利用选修实验，开设一些结合当前流行的新技术新知识的实验内容，让学生了解科学技术发展的动向，紧跟时代的步伐。
3.3加强实践教学软、硬件环境的建设
建立科学、完善、开放的实验环境是是深化实验课程体系和教学内容改革的需要，是提高实验教学质量、充分发挥实验室的育人功能和整体效益的重要手段。笔者认为实验环境建设包括硬件环境的建设和软件环境建设两部分，前者主要包括实验场地、实验仪器、实验工具的设置和提供，后者主要包括实验室的管理、实验课的考核以及网络实验平台的建设。
对于硬件实验环境建设，可以实验教学中心建设为载体，按照整体规划、重点突出、优化配置、资源共享的原则，调整实验室布局。优化资源配置，改变传统依托教研室和专业设立实验室的模式，将原来规模小、功能单一的实验室进行重组，成立实验教学基地或中心.建立校院两级实验室管理体制。中心按照学科规划，不断更新实验装备，迎合学科发展和社会需要，为学生提供先进的实验平台和仪器。同时，要加大实验室建设资金的投入，分层次、科学、合理地规划实验室的建设，可分为基础实验室、专业实验室和综合创新实验室，并配备齐全的硬件实验环境。
对于软件实验环境建设，可建立开放的实验环境，满足人才培养需求。使学生有更多的机会进行各种层次的实验，改变以往单一的以班为单位学生统一完成实验课程的传统习惯。学生在完成课程安排实验后，可根据自己的兴趣和自己的时间自主选择实验项目或自行设计的实验项目，或参与教师的科研项目，使学生得以充分发挥自身的主观能动性，进而锻炼、提高自己的实验动手能力。可设立实验室开放专项基金，用于支持实验课程外的开放实验和学生开展科技创新活动，以此激发和提高学生的学习主动性、积极性和创造性，提高学生发现问题、分析问题与解决问题的能力。同时，通过不断丰富实验室开放的内容，培养学生的动手能力和创新精神。此外，还要充分利用计算机和网络，为学生提供网络实验环境和仿真环境。教师可将实验课程如原理实验、工程实验、仿真演示实验等相关资料发布到系统上，通过校园网络学生可了解相关实验的图片、动画等讲义外的资料，另外还可通过实验预习、模拟实验操作等巩固实验知识，通过查阅系统上的资料、课后答疑等接受教师在线指导。
3.4加强实验教学队伍建设
实验教学队伍是进行实验教学和实验室管理工作的主体。实验教师素质和水平的高低，是决定实验教学质量的关键因素。合理的实验教学队伍，能有力保证创新人才培养目标的顺利实现。因此，要重视实验师资的培养，完善实验室人员配置，建立起一支专业化的实验队伍。在实验室的管理上，实现统一管理，打破实验室之间的封闭界限，优化实验设备配置，实现资源共享，提高设备的使用率。可通过加强引进和培养力度，提高实验队伍整体水平。充分结合现在大多数学校己实施的聘任制，引进高学历人员补充实验教师队伍，吸纳工程实践能力强的高职称人员到实验室兼职工作，定期组织实验室工作研讨和培训，积极开展科学研究和学术交流。通过加强培训，以此提高实验教师队伍业务水平，逐步建立一支结构合理、素质过硬、业务熟练实验教学队伍。
3.5改革实验教学方法，注重学生能力培养
实验教学方法科学与否，实验教学手段先进与否，是实验教学顺利开展、实现学生自主学习的重要保证。在实验教学改革中，我们不断改进实验教学方法，建立了以学生为中心的实验教学模式，形成以自主式、合作式、研究式为主的学习方式。
实验教学要从单纯的知识传授转向对学生综合能力的培养。在实验教学中，老师不再详细地给出实验步骤，让学生按部就班地得出实验结果，而是启发学生的思维，让学生运用己掌握的理论知识，去分析思考，自己动手动脑得出实验结果，培养他们的动手能力和创新能力。另外，引入多媒体网络教学和计算机辅助(cal)教学，也是深化实验教学改革，提高教学质量的有效途径，例如，在电子线路实验中，采用计算机辅助教学以及多媒体教学，可使实验教学过程生动、直观、多样化，学生通过计算机的模拟效果，可以动态地观察实验过程、控制实验操作以及得到实验结果，并且自己设计实验方案，充分发挥学生的创造力和想象力。通过对本科实验教学方法不断研究、改革和实践，进一步提升高校本科实验教学水平，提高本科教学质量，促进具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才的培养。
4教学实践
基于上述改革思路，我们在“计算机硬件技术基础”课程中进行了教学实践，取得了不错的效果。
“计算机硬件技术基础”课程是针对非计算机专业开设的公共基础课程，是一门理论性和实验性都很强的基础课程。课程的重点是对计算机硬件整体的了解和认识，而教学难点是如何面对不同专业知识结构和不同层次的教学对象。所以我们以实验教学示范中心建设为契机，从实验室硬件建设到课程实验体系两个角度进行了整体改革，主要采取以下做法。
4.1搭建基于硬件课程的计算机基础教学实验平台
根据计算机发展与人才培养教学的需要，我院充分利用和整合现有资源，以培养具有分析、解决问题能力的高素质人才为目标，建设了面向全校各专业的、以计算机硬件系统为平台特色的实验环境。
(1)创建开放结构的多功能硬件实验平台。该平台主要包括三部分功能:一是硬件基础展示实验区，通过按类别分层次展示历代计算机的硬件典型设备，揭开计算机内部世界，打破了学生对计算机的神秘感;二是为硬件基础实验和网络基础实验提供必要的硬件环境，支持大面积基础教学实验，开设了从基础到高级多种实验，例如微机组装实验(全部免费开放)、计算机硬件基础实验、组网实验等;三是自主研发了一批实验设备支持多种高级实验，为高层次硬件课程提供了良好的实验环境，如单片机原理与应用、计算机高级接口技术、嵌入式系统设计与开发
(2)构建创新实践平台。该平台主要是为计算机基础较好、并对计算机技术感兴趣的学生提供创新型实践的软硬件环境。其特点是由学生自主设计创新实验题目，平台为他们提供技术支持和指导教师，从而为学生营造一种学习研究的氛围，激发思维的想象力和创造力。
4.2构建理论与实验相融合的课程实验体系
以往该课程主要以课堂讲述为主，总学时一般为32学时，即28学时用于理论教学、4学时用于实验教学。在这4个实验教学中，基本上也是以观摩为主，缺少学生实际动手环节。针对课程建设和学生的需求，在此基础上进行了调整，授课学时为24:8，再加上16个课外学时，使之理论教学与实验教学的比例达到1:1。新构建的基于理论与实验教学相融合的课程实验体系，突出了教学实践环节。其实验安排分为基础实验与课程知识结合实验的两部分。基础实验重在学生基础知识的提高和学习能力的培养，课程知识实验主要是对本课程理论知识的学习掌握。学生可以根据自己的基础、专业需求和个人兴趣进行选择，提高了学生的兴趣和学习的能力，该课程实验安排如表1所示。
4.3开设实验课
为了进一步加强实践教学，2009年我院在全校范围开设了“计算机硬件实验”课程，作为“计算机硬件技术基础”的后续实验课程。由于是实验课，课程的教学环节设计更注重实践性，以培养学生的能力为主要目标，实验课安排如表2所示。
4.4教学实践
自2006年构建了计算机硬件实验平台以来，我们在2007-2009级学生中全面实施了课堂教学与实践教学相结合的综合式教学模式，全面展开硬件实验，突出了对学生综合能力的培养，提高了学生动手实践的兴趣和能力。其中，硬件基础实验“微机组装”，每届有2000多名学生参加，该实验室全天向学生免费开放:“计算机硬件实验”课程的实验有2000多名学生参加;利用自主研制的“bjtu-fxx-x实验系统”为单片机原理与应用、嵌入式系统设计与开发课程的教学提供了实验平台，使用过该实验系统的本科生近600余名;近30名本科生的毕业设计和创新活动使用了该实验环境;近300名研究生正在使用该实验环境。
设备的透明化增强了学生对计算机的直观认识，提高了学习的兴趣，促使学生积极动手参与实践，并提高了实践能力。
5总结
实验教学是提高学生动手能力，培养全面素质型人才的必要手段。针对现有实验教学中存在的问题，结合长期的教学经验和思考，本文从观念改革、实践教学体系建设、实践教师队伍建设、实验环境建设和实验方法改革等方面进行了研讨和总结。目的是加强本科实验教学改革的研究与实践。这些方法在教学实践中进行了实施和验证，取得了一定的成绩。进一步提升学校本科实验教学水平和本科教学质量，促进具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才的培养。
实验教学改革和创新是一件长期的工作，需要不断的实践、摸索、总结和完善。只有这样，才能真正提高实验教学水平，与时俱进，发挥实践教学的作用，提高教学质量，为社会培养既具有丰富的本专业知识，又具有较高的实际动手能力和技术应用水平的复合型、全面发展的人才。
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