新工科教育下計算機實驗室的建設與管理

段毛毛

摘要：隨著新工科教育的不斷推進，各高校越來越重視計算機實踐教學，而多數計算機實踐教學都依托于計算機實驗室進行。傳統的計算機實驗室建設與管理方案在“新工科"T問題較多，其改革勢在必行。根據中國石油大學（北京）克拉瑪依校區計算機基礎公共實驗室的建設和運行情況，從多方面入手分析其建設和管理存在的問題及其產生的根本原因，結合大數據技術提出多項改革措施，為計算機實驗室的實踐教學提供有力保證。

關鍵詞：新工科;計算機實驗室;大數據技術

中圖分類號：C642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0240-02

自2017年教育部啟動“新工科”建設以來，各個高校都在積極探索“新工科”下教育教學模式的研究和改革，旨在結合人工智能、云計算、大數據等新技術培養適應和引領新一輪科技革命和產業變革的卓越工程科技人才[1]，成為高等教育的領先者。

在新工科教育下各個學科的改革中，非常重要的一點是要加強學生實踐能力的培養，即通過各種實踐活動加深學生對理論知識的理解和掌握?，F如今除計算機學科以外，許多學科的實踐教學都以計算機實驗室為基礎，如油藏數值模擬、AutoCAD制圖、煉油化工生產仿真實訓課程等。高校實驗室正從傳統模式向多功能、綜合型、信息化方向發展[2-3]，與此同時繁重的實踐教學任務暴露出傳統計算機實驗室的諸多問題。

為了適應新工科教育的創新，保證各類計算機相關實踐教學的順利開展，計算機實驗室必須隨之進行改革。本文以中國石油大學（北京）克拉瑪依校區（簡稱校區）計算機基礎公共實驗室為例，分析新工科教育下計算機實驗室存在的諸多問題，以及對應的建設與管理方案。

1 計算機基礎公共實驗室存在的問題

由于校區新成立不久，計算機基礎公共實驗室仍在建設中，目前主要存在兩個問題，一是“亂”，二是“不穩定”，具體情況如下：

1.1 數量不足、容量小且分散

計算機基礎公共實驗室供全校區使用，屬于全天開放實驗室。校區目前完成建設的四間計算機基礎公共實驗室分為位于C5和C8教學樓，容量平均為60人/間，計劃2019年在C6教學樓新增兩間計算機基礎公共實驗室。從分布位置看，計算機基礎公共實驗室遍布校區各個教學樓，非常分散。目前，校區招生以35人為一個教學班，通常兩個教學班同時上課，而所有實驗室的最大容量均小于70人每間，不滿足課程教學需求。若同時分配兩間實驗室，則會造成其中一間實驗室機位空余量大、使用效率低。

1.2 軟硬件環境不一

由于計算機實驗室分批建成，每批的建設單位都不一樣，導致各個機房的軟硬件環境都存在較大差別。如計算機品牌有戴爾、聯想、清華同方，機型有普通臺式機、一體機，教師管理軟件有傳奇電子教室軟件、極域電子教室軟件等。此外，每個實驗室服務器的配置也存在很大差別，管理方式各不相同，有無盤管理系統，也有虛擬化管理系統。

1.3 教學、考試軟件需求不一

需要使用計算機實驗室的課程來自多個不同的專業，所需的軟件千差萬別。若在同一操作系統同時安裝所有需要使用的多類不同的軟件，會增加服務器負載，導致學生計算機運行速度緩慢，且容易產生軟件之間的沖突，造成系統運行不穩定。此外，不同應用環境對同一軟件的版本需求不一，比如全國計算機等級考試要求JDK版本為1.6，而《Java語言程序設計》課程需要的JDK版本是1.8或更高。這導致同一機房，必須根據需要反復調配軟件環境，很容易產生沖突，導致部分軟件無法正常使用。

1.4 使用人數多、使用頻率高，設備易損壞，安全性要求高

計算機硬件設備的壽命通常為3到5年，由于計算機實驗室教學任務繁重，使用人數多，使用頻率高，計算機硬件的損壞速度會加快。此外，由于部分學生不在意對設備的正常使用和維護，安全意識差，存在違規操作的現象，導致計算機設備丟失、硬件損壞，故障頻發。部分學生不當的上網方式和移動設備的交叉使用，還容易造成病毒的傳播和擴散，使一些軟件甚至硬件頻遭攻擊和破壞，增加實驗室的管理工作量，影響正常的教學活動。

1.5 實驗室管理任務重，學生缺乏管理經驗

除計算機專業老師外，計算機實驗室的管理主要依靠勤工儉學的學生，每學期約有20位固定的勤工儉學的學生參加機房運維。在每學期交替時，根據機房管理規定，對表現較差的學生進行淘汰，故存在人員的流動、變更。此外，在機房使用高峰期和課程高峰期，由于學生空閑時間較少，不能滿足實驗室值班需求，故會雇傭部分臨時值班人員，即選取在實驗室上課的部分學生負責當時的實驗室值班與管理工作。這其中，新來的勤工儉學學生和臨時值班學生，對實驗室基本情況和規則制度、管理技巧不了解，無法保證實驗室運行無誤。

2 計算機實驗室建設與管理辦法探究

為提高校區計算機基礎公共實驗室的建設和管理水平，全面保證教學工作的順利開展，必須解決計算機基礎公共實驗室的“亂”和“不穩定”。

2.1 明確分工，各司其職

針對無盤技術簡單、快捷、穩定[4-5]但是容量受限，虛擬化技術安全、高效、可擴展[5-7]的特點，可將對系統要求不高的課程，如只需使用瀏覽器和MS Office等基礎軟件的課程，安排在無盤管理模式的實驗室;而對系統要求比較高的課程，如使用AutoCAD、MATLAB、三維仿真等大型軟件的課程，將其安排在虛擬化管理模式的實驗室。在此基礎上，根據任課教師所屬院系或者上課人數，將課程均勻地安排在各個實驗室，避免某一實驗室教學任務過重，減少系統的軟件數量。此外，對于不同類型的比賽，可根據歷屆考試人數，固定考點和考試內容，減少實驗室環境的調換。

2.2 制定嚴格的規章制度，強調實驗室安全管理

俗話說“無規矩不成方圓”，計算機基礎公共實驗室的管理亦是如此。計算機基礎公共實驗室使用人員多，值班學生也多，但是負責管理的教師很少，非常容易出現各種狀況，尤其是值班不到位而影響正常教學的狀況。另外，安全問題也容易出現，如設備丟失、損壞，病毒傳播等。為此，必須制定各種嚴格的規章制度，從上到下規范上課教師與學生、管理教師和值班學生的行為。例如，對于值班學生，明確要求值班時間、值班內容及必須掌握的管理技術等，制定獎懲方案，獎懲分明，激勵值班學生認真工作，杜絕教學事故的出現?？芍贫ǖ臏蕜t可以包括了《實驗技術人員崗位職責》《值班教師崗位職責》《教師實驗守則》《學生實驗守則》《實驗室安全守則》以及《學生上機須知》等[8]。

2.3 優化實驗室建設方案

目前已有諸多類型的計算機實驗室建設方案，各有千秋，校區已建成的實驗室的軟硬件環境調整比較困難，重在管理。而未來即將建設的實驗室，在建設經費允許的情況下，盡可能地提升實驗室各類機器的硬件配置是基礎。其中最先提升的是服務器的性能，其次是交換機和學生機的性能。此外，還可以改善機房的建設模式。計算機實驗室的建設模式有三種：T模式、0模式和TOM模式[9]，其中TOM模式最優。校區可在已有實驗室的學生桌上補加電源插座使其轉換為TOM模式。對于新實驗室，合理設計學生桌和實驗室布局，方便學生使用私人筆記本電腦，減少學生實踐時對實驗室臺式計算機的影響。

2.4 總結歸納常見故障及處理方式，提升運維技能

通常，實驗室建設的廠家對實驗室提供的免費售后服務有效期為三年，三年之后學校需額外支付服務費用，數額較大。為減少計算機實驗室的運維成本，非常有必要培養技能全面的運維管理人員。對于計算機所有的軟件故障和硬件故障，如操鍵盤鼠標故障、主機故障、網絡故障等[10]，都進行詳細記錄，具體內容包括故障產生的時間、地點、原因、狀況、解決方案和處理人員等。通過日積月累，逐步形成一部完整的故障手冊，供后期培訓和運維使用。此外，對于廠家提供的各設備的使用手冊，也許要妥善保管，以便后期查閱。

2.5 基于大數據技術構建實驗室統一管理平臺

大數據技術對計算機實驗室的建設的推動作用非常大[11]，可以利用大數據技術完善計算機基礎實驗室的管理。雖然計算機基礎公共實驗室不在同一教學樓，但是其網絡相通和且均安裝有高清監控設備?；谀壳暗那闆r，完全可以基于大數據技術構建一個計算機基礎公共實驗室統一管理平臺。平臺的管理內容可以包括課程信息、人員信息、資產信息、實驗室使用情況、設備運行情況、各項規章制度和使用說明等。通過該平臺，實現各個實驗室的集中管理，方便校區內部相關人員進行信息查閱和交流，使計算機實驗室更加智能、高效、安全、開放和可靠。

3 結束語

綜上所述，在新工科的教育背景下，目前計算機基礎公共實驗室的建設與管理存在諸多問題，改革勢在必行。本文首先分析了校區計算機基礎公共實驗室在建設和管理方面存在的問題，這些問題具有一定的普遍性;然后提出了五項改革措施，其中，前四項措施已經得到實施并取得了較好的效果，但是基于大數據技術的實驗室統一管理平臺還未構建完成，需要進一步研究與建設。

參考文獻：

[1]教育部，工業和信息化部，中國工程院，關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見，2018.10.

[2]馮蛟，宗志國.探索實驗室信息管理平臺的模塊化建設[J].實驗室研究與探索，2015，34（10）：245-248.

[3]唐朝暉，吳元喜，基于虛實融合的智能實驗室開放管理系統[J].實驗技術與管理，2017，34（10）：226-229.

[4]王寧，蔡永銘，黃曉仲，等，高校計算機實驗室無盤實驗教學系統的分析[J].實驗室研究與探索，2016，35（12）：256-259.

[5]林榕，林瑜華，盤煒生，等，無盤網絡技術和云技術在實驗室建設中的應用[J].實驗技術與管理，2018，35（4）：246-250.

[6]涂勝倩，桌面虛擬化與計算機實驗室管理[J].電腦知識與技術，2019，15（10）：266-267.

[7]李慧君，王鑫，雷國華，等.高校計算機實驗室桌面虛擬化建設的研究[J].科技創新導報，2019，16（1）：208-209.

[8]吳發輝，張玲.高校計算機機房管理改革的思考[J].吉林廣播電視大學學報，2018（11）：105-106.

[9]芶小珊，王蘭，于曦，等.高校計算機專業實驗室的管理模式與探索[J]教育現代化，2017，4（29）：259-260.

[10]李偉強.高校計算機實驗室常見故障的處理與維護的要點[J].電腦知識與技術，2019，15（21）：243-244.

[11]周文亭，大數據時代高校計算機實驗室建設的變革[J].計算機產品與流通，2019（3）：195.