摘要：從實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身的特性出發(fā)，基于多種因素和發(fā)展的需求，對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行梳理和重建，提出并構(gòu)建了模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。該體系具有模塊內(nèi)可循環(huán)發(fā)展及資源模塊化共享的特點(diǎn)，更符合工程教學(xué)認(rèn)證的需求。同時(shí)基于國(guó)家級(jí)一流專業(yè)的建設(shè)，提出了適用于模塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的多層級(jí)管理模式，明確了各部門及個(gè)人的責(zé)權(quán)，以及多個(gè)部門的橫、縱向聯(lián)系。隨著計(jì)算機(jī)市級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的發(fā)展，模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及多層級(jí)實(shí)驗(yàn)管理模式已應(yīng)用于專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的課內(nèi)外教學(xué)。

關(guān)鍵詞：一流專業(yè)；工程認(rèn)證；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理

一、發(fā)展現(xiàn)狀及建設(shè)目標(biāo)

對(duì)于高等院校來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)一直是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是所有工科類專業(yè)面向OBE教學(xué)理念的核心[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外各高校大力加強(qiáng)工程教育，并在各個(gè)方向上進(jìn)行了大量的實(shí)踐類教育改革[2]。其中，各高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在建設(shè)一流專業(yè)過(guò)程中，為了培養(yǎng)學(xué)生探索式學(xué)習(xí)的能力，加強(qiáng)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育[3]，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了進(jìn)一步的建設(shè)和管理。

在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)相關(guān)的課程在專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中所占比例逐年增加。為緊跟工程教育認(rèn)證的發(fā)展，以及教育部提出的新工科概念，各專業(yè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)中確立了新任務(wù)和新目標(biāo)[4]。近年來(lái)，本專業(yè)進(jìn)行了大量的實(shí)踐教學(xué)改革工作[5]，原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系急需進(jìn)行梳理和重建，相應(yīng)的管理模式也需要進(jìn)一步完善和調(diào)整。

（一）環(huán)境與發(fā)展現(xiàn)狀

目前，本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作主要由計(jì)算機(jī)市級(jí)綜合實(shí)驗(yàn)中心（以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)中心或中心）提供支持。作為天津市級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，實(shí)驗(yàn)中心是教學(xué)質(zhì)量保障體系的重要組成部分[6]。計(jì)算機(jī)市級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建立于2013年，主要包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和科研實(shí)驗(yàn)室三大部分。其中，負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科教學(xué)方向的共有9個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室及1個(gè)大學(xué)生創(chuàng)新基地，具體如圖1所示。

（二）存在問(wèn)題

目前，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系隨著逐年發(fā)展，體現(xiàn)出部分不足之處，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)管理也存在一定的問(wèn)題。一方面，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是以理論課程為主體的構(gòu)建模式，根據(jù)理論課程的前繼后續(xù)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)課程同樣采取了基礎(chǔ)課和專業(yè)課、必修課和選修課的區(qū)分方式，未能體現(xiàn)各門實(shí)驗(yàn)課程的特性，以及各課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)。另一方面，實(shí)驗(yàn)課程管理方面也有些問(wèn)題急需解決。實(shí)驗(yàn)課程需要依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，責(zé)任教師之間缺少信息互通，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的管理人員單向接收到的實(shí)驗(yàn)需求可能存在冗余，由此可能造成資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。另外，多重管理造成的責(zé)權(quán)單位不統(tǒng)一，實(shí)驗(yàn)中心和教務(wù)之間責(zé)權(quán)不明，責(zé)任教師或授課教師和實(shí)驗(yàn)管理人員的職責(zé)重疊，缺少層級(jí)管理。

（三）建設(shè)目標(biāo)

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系急需進(jìn)行整體梳理，構(gòu)建符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)特征的實(shí)驗(yàn)體系。該體系需要具備一定的穩(wěn)定性和適用性，經(jīng)得起實(shí)驗(yàn)建設(shè)過(guò)程中的迭代，個(gè)體實(shí)驗(yàn)課程或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容革新建設(shè)可循環(huán)應(yīng)用于模塊中的相關(guān)課程，能夠應(yīng)對(duì)周期性變動(dòng)的課程調(diào)整、課時(shí)增減等，當(dāng)課程、課時(shí)發(fā)生變化時(shí)依舊可以保持整體框架不變。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理方面，加強(qiáng)市級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，同時(shí)協(xié)調(diào)各部門的工作關(guān)系，根據(jù)重構(gòu)的實(shí)驗(yàn)體系明確責(zé)權(quán)，建立多級(jí)管理模式，增加信息流通，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、國(guó)家級(jí)一流學(xué)科下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

為了建設(shè)國(guó)家一流專業(yè)等工作的開展，在貫徹OBE教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，以模塊化的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行重構(gòu)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)在參考原有結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還需要考慮與教學(xué)相關(guān)的多種因素。針對(duì)每一門實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`課程，收集其實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、教學(xué)平臺(tái)等多方面信息，重構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

（一）模塊化實(shí)驗(yàn)課程體系

將目前本專業(yè)可開設(shè)的40余門實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐課程劃分為6大模塊，各模塊中均包含了多門實(shí)驗(yàn)課程，以課程組或課程特性分組命名，如圖2所示。例如，模塊2數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件開發(fā)，包含數(shù)據(jù)庫(kù)課程組的3門實(shí)驗(yàn)課，以及軟件工程類的4門課程。其與模塊1、模塊4、模塊5均為原有體系中的專業(yè)必修課，而模塊3則對(duì)應(yīng)原有的專業(yè)基礎(chǔ)課。另外，具有多個(gè)選修方向的實(shí)踐選修和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等課程，則包含在模塊6創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐中。

總體來(lái)講，模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系既結(jié)合了原有培養(yǎng)方案中對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的描述，又對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了進(jìn)一步的細(xì)分，使實(shí)驗(yàn)課程的分類更加明確細(xì)致。這樣既保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系易于在教學(xué)中推行，又從本質(zhì)上提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的作用。

（二）模塊內(nèi)循環(huán)

在模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，各模塊內(nèi)的課程在實(shí)驗(yàn)環(huán)境和授課方式上相似，以模塊3計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及語(yǔ)言為例，模塊中主要包含的是3門計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)類課程及5門語(yǔ)言類程序設(shè)計(jì)課程。這兩類課程主要是訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維及基礎(chǔ)編程能力。模塊內(nèi)課程的相似性，可以將個(gè)體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的建設(shè)拓展應(yīng)用于模塊內(nèi)的其他課程。

例如模塊3中，近年來(lái)有多個(gè)教改項(xiàng)目轉(zhuǎn)化至實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括關(guān)于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的MOOC教學(xué)、先修課[7-8]，關(guān)于C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐改革等，這些課程建設(shè)和教改項(xiàng)目促進(jìn)了模塊內(nèi)多個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展，提高了整個(gè)模塊的教學(xué)質(zhì)量，形成了有效的模塊內(nèi)循環(huán)機(jī)制。

（三）資源模塊化

模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系也對(duì)應(yīng)了資源的模塊化，模塊內(nèi)多門類型近似的課程可共享資源和平臺(tái)，避免了重復(fù)建設(shè)造成的資源浪費(fèi)。模塊化資源也更加方便進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理，當(dāng)模塊內(nèi)某課程出現(xiàn)特殊情況，急需調(diào)課或加課時(shí)，可啟用同模塊內(nèi)的其他課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。反之，某課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境出現(xiàn)故障，也可同樣在模塊內(nèi)進(jìn)行調(diào)度。

以整體模塊為單位的資源建設(shè)，避免了因個(gè)體課程內(nèi)容的變化造成的閑置或報(bào)廢，保證了模塊以及整個(gè)體系的穩(wěn)定性。目前執(zhí)行的2020版教學(xué)大綱相較于2016版壓縮了大量課時(shí)，取消了部分課程，其中不少課程包含實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。對(duì)于差異較大的兩個(gè)版本，模塊化的實(shí)驗(yàn)課程體系均可適用，并證明了新體系的穩(wěn)定性良好。

三、多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系管理

在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，教務(wù)負(fù)責(zé)課程管理，實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)環(huán)境和資源，課程組及責(zé)任教師負(fù)責(zé)提出環(huán)境需求及授課，學(xué)生負(fù)責(zé)評(píng)教?？此曝?zé)權(quán)簡(jiǎn)單明確，實(shí)則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由于實(shí)驗(yàn)課程必然需要受到實(shí)驗(yàn)環(huán)境和平臺(tái)的影響，而教務(wù)系統(tǒng)中并沒(méi)有實(shí)驗(yàn)中心各實(shí)驗(yàn)室的詳細(xì)信息，造成教務(wù)從第一步的排課就無(wú)法完成。而在選課制度之下，同班級(jí)的學(xué)生課表并不相同，實(shí)驗(yàn)中心無(wú)法得知全體學(xué)生的課表，同樣無(wú)法負(fù)擔(dān)排課的工作。這就造成實(shí)驗(yàn)課程雖然面對(duì)教務(wù)和實(shí)驗(yàn)中心的雙重管理，卻需要任課教師個(gè)人與學(xué)生私下協(xié)商，個(gè)人與實(shí)驗(yàn)中心直接對(duì)接，如此難免造成搶位或沖突，責(zé)權(quán)混亂造成的矛盾急需解決。

（一）實(shí)驗(yàn)體系的多層次管理

針對(duì)模塊化的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為了改善多重管理的責(zé)權(quán)不明的狀態(tài)，對(duì)管理體系進(jìn)行了分層，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)部門管理，一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)督的多層次管理模式，如圖3所示。多層次管理體系中對(duì)各層級(jí)間的關(guān)系，以及人員責(zé)權(quán)加以限定和明確，有效地減少了個(gè)人之間的矛盾，保證了實(shí)驗(yàn)課程的順利執(zhí)行，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系有序發(fā)展。

1.多層次的縱向關(guān)系

多層次管理模式需明確各層人員的責(zé)任和工作，各層次涉及的人員包括中心專職人員、教務(wù)工作人員、責(zé)任教師、專家、同行和學(xué)生等，基本覆蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科實(shí)驗(yàn)課程中相關(guān)的全部人員。

實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)管理其下的實(shí)驗(yàn)專職人員，以及整個(gè)實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)工作。目前，實(shí)驗(yàn)中心為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)配備了5名專職實(shí)驗(yàn)管理人員，明確了實(shí)驗(yàn)課程體系中6個(gè)模塊的責(zé)任人。模塊責(zé)任人針對(duì)所負(fù)責(zé)模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境管理、模塊化資源的調(diào)配及協(xié)調(diào)模塊內(nèi)各實(shí)驗(yàn)課程安排。

學(xué)院的教務(wù)工作人員需負(fù)責(zé)課時(shí)統(tǒng)計(jì)，課內(nèi)外一體化管理，以及匯總責(zé)任教師對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的需求等信息。部分教師有團(tuán)隊(duì)歸屬，則以團(tuán)隊(duì)形式收集。實(shí)驗(yàn)課程的責(zé)任教師負(fù)責(zé)教授實(shí)驗(yàn)課程，以及課程建設(shè)工作。

評(píng)價(jià)系統(tǒng)是相對(duì)松散的結(jié)構(gòu)，各成員之間沒(méi)有從屬關(guān)系。專家、同行和學(xué)生的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一，所采用的評(píng)價(jià)系統(tǒng)也各不相同。同行、學(xué)生和部分專家是以學(xué)期為評(píng)價(jià)周期的，實(shí)驗(yàn)中心的專家評(píng)價(jià)以年為單位，工程認(rèn)證和國(guó)家級(jí)一流專業(yè)的專家評(píng)價(jià)則可以申報(bào)年限為準(zhǔn)。

2.多層級(jí)間的橫向聯(lián)系

多層級(jí)管理中兩個(gè)管理部門和一個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)之間采用以學(xué)院教務(wù)為橋梁，以實(shí)驗(yàn)中心為主要實(shí)施單位，以工程認(rèn)證各項(xiàng)畢業(yè)要求等為考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)的工作模式。學(xué)院教務(wù)人員以實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的6大模塊為單位收集并匯總各責(zé)任教師的課程需求，傳送給實(shí)驗(yàn)中心中相應(yīng)的模塊責(zé)任人。學(xué)院教務(wù)接收并拆分各評(píng)價(jià)系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，以學(xué)期為單位反饋給各層級(jí)中的相應(yīng)工作人員。

（二）軟、硬件環(huán)境的建設(shè)

筆者所在院校的實(shí)驗(yàn)中心目前用于教學(xué)的軟、硬件資產(chǎn)共有1984.6萬(wàn)，其中用于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)的資產(chǎn)共1764.3萬(wàn)，其中以計(jì)算機(jī)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備為資產(chǎn)的主體，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室近5年資產(chǎn)增長(zhǎng)如圖4所示，圖4中顯示了近五年專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備數(shù)量增長(zhǎng)情況及資產(chǎn)的增長(zhǎng)情況，可以看出每一年均在不斷地更新和建設(shè)之中。

專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的總資產(chǎn)中，各類教學(xué)軟件也在逐年增加，目前共投入了約212.62萬(wàn)，其中以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)模塊的軟件投資比例較大，占37.4％。軟件投入雖然不高，但在各模塊中資源共享率要遠(yuǎn)高于硬件設(shè)備。隨著線上教學(xué)等授課方式的增加，未來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的軟件資產(chǎn)投入還將有所提高。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的擴(kuò)展應(yīng)用

模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及多層級(jí)實(shí)驗(yàn)管理模式已應(yīng)用于專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的課內(nèi)外教學(xué)，包括第一、第二和第四課堂。經(jīng)過(guò)對(duì)課內(nèi)、外大量課時(shí)的實(shí)際應(yīng)用，證實(shí)了教學(xué)體系和管理模式均是穩(wěn)定且適用的。

由于第一課堂的課時(shí)緊張，根據(jù)工程認(rèn)證的基本理念和專業(yè)要求，為保障教學(xué)效果，部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展出了第二課堂、第四課堂。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的大量課程均包含實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以2022學(xué)年為例，共開設(shè)實(shí)驗(yàn)相關(guān)課程32門，選課人次數(shù)共5792。開設(shè)有第二、第四課堂實(shí)驗(yàn)的課程共11門，占全年開設(shè)課程的17％，全年實(shí)驗(yàn)課程的34％。課內(nèi)、外教學(xué)的學(xué)時(shí)比例如表1所示。

隨著2020版大綱的執(zhí)行，課外的擴(kuò)展學(xué)時(shí)比例在逐年上升。由于第一課堂課時(shí)的擠壓，部分課程已將第二課堂的具體內(nèi)容寫入大綱，課外的第二課堂基本已成為選課學(xué)生的必修內(nèi)容。目前第四課堂占比只有第二課堂的一半，但其未來(lái)增長(zhǎng)速度可能會(huì)更快。近兩年由于疫情的原因，線上教學(xué)成為必選項(xiàng)，很多課程積累了不少的經(jīng)驗(yàn)和資源，其中一部分將以第四課堂的形式保留下來(lái)。相比理論課程，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程來(lái)說(shuō)，第四課堂的線上教學(xué)是更具挑戰(zhàn)的教學(xué)方式。故此中心投資了各類軟硬件配套設(shè)施，包括實(shí)驗(yàn)室直播設(shè)備、仿真軟件、在線考試系統(tǒng)等，以保證課內(nèi)外一體化實(shí)驗(yàn)課程的順利開設(shè)。

五、結(jié)語(yǔ)

面對(duì)工程認(rèn)證和一流專業(yè)的雙重建設(shè)任務(wù)，通過(guò)梳理計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的全部實(shí)驗(yàn)課程，構(gòu)建了模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并配合該體系提出了多層級(jí)的實(shí)驗(yàn)管理模式。

模塊化教學(xué)體系能夠更好地實(shí)現(xiàn)資源共享，由于模塊內(nèi)課程的相似性，塊內(nèi)課程的教研和教改項(xiàng)目推廣可應(yīng)用到更多其他的課程之中；同時(shí)資源模塊化的配置，也可規(guī)避資源的閑置與浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)兩版教學(xué)大綱的應(yīng)用，模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系保持了整體框架的穩(wěn)定性，各模塊不受課程和課時(shí)變化的影響。

結(jié)合模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，構(gòu)建了多層級(jí)的實(shí)驗(yàn)管理模式，明確了各層工作人員的具體責(zé)任，以及各級(jí)間的工作關(guān)系。該模式是以學(xué)院教務(wù)為橋梁，以實(shí)驗(yàn)中心為實(shí)施主體，幾個(gè)部門協(xié)同工作的形式，評(píng)價(jià)系統(tǒng)監(jiān)督保證教學(xué)效果。由于具體事務(wù)按模塊劃分到人，從而保證了所有實(shí)驗(yàn)課程及整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的有序運(yùn)轉(zhuǎn)。

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基金項(xiàng)目：全國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（課題編號(hào)：2020-AFCEC-108）

作者單位：中國(guó)民航大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院