新工科教育下计算机实验室的建设与管理

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　　摘要：随着新工科教育的不断推进，各高校越来越重视计算机实践教学，而多数计算机实践教学都依托于计算机实验室进行。传统的计算机实验室建设与管理方案在“新工科"T问题较多，其改革势在必行。根据中国石油大学（北京）克拉玛依校区计算机基础公共实验室的建设和运行情况，从多方面入手分析其建设和管理存在的问题及其产生的根本原因，结合大数据技术提出多项改革措施，为计算机实验室的实践教学提供有力保证。
　　关键词：新工科;计算机实验室;大数据技术
　　中图分类号：C642 文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）03-0240-02
　　自2017年教育部启动“新工科”建设以来，各个高校都在积极探索“新工科”下教育教学模式的研究和改革，旨在结合人工智能、云计算、大数据等新技术培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才[1]，成为高等教育的领先者。
　　在新工科教育下各个学科的改革中，非常重要的一点是要加强学生实践能力的培养，即通过各种实践活动加深学生对理论知识的理解和掌握。现如今除计算机学科以外，许多学科的实践教学都以计算机实验室为基础，如油藏数值模拟、AutoCAD制图、炼油化工生产仿真实训课程等。高校实验室正从传统模式向多功能、综合型、信息化方向发展[2-3]，与此同时繁重的实践教学任务暴露出传统计算机实验室的诸多问题。
　　为了适应新工科教育的创新，保证各类计算机相关实践教学的顺利开展，计算机实验室必须随之进行改革。本文以中国石油大学（北京）克拉玛依校区（简称校区）计算机基础公共实验室为例，分析新工科教育下计算机实验室存在的诸多问题，以及对应的建设与管理方案。
　　1 计算机基础公共实验室存在的问题
　　由于校区新成立不久，计算机基础公共实验室仍在建设中，目前主要存在两个问题，一是“乱”，二是“不稳定”，具体情况如下：
　　1.1 数量不足、容量小且分散
　　计算机基础公共实验室供全校区使用，属于全天开放实验室。校区目前完成建设的四间计算机基础公共实验室分为位于C5和C8教学楼，容量平均为60人/间，计划2019年在C6教学楼新增两间计算机基础公共实验室。从分布位置看，计算机基础公共实验室遍布校区各个教学楼，非常分散。目前，校区招生以35人为一个教学班，通常两个教学班同时上课，而所有实验室的最大容量均小于70人每间，不满足课程教学需求。若同时分配两间实验室，则会造成其中一间实验室机位空余量大、使用效率低。
　　1.2 软硬件环境不一
　　由于计算机实验室分批建成，每批的建设单位都不一样，导致各个机房的软硬件环境都存在较大差别。如计算机品牌有戴尔、联想、清华同方，机型有普通台式机、一体机，教师管理软件有传奇电子教室软件、极域电子教室软件等。此外，每个实验室服务器的配置也存在很大差别，管理方式各不相同，有无盘管理系统，也有虚拟化管理系统。
　　1.3 教学、考试软件需求不一
　　需要使用计算机实验室的课程来自多个不同的专业，所需的软件千差万别。若在同一操作系统同时安装所有需要使用的多类不同的软件，会增加服务器负载，导致学生计算机运行速度缓慢，且容易产生软件之间的冲突，造成系统运行不稳定。此外，不同应用环境对同一軟件的版本需求不一，比如全国计算机等级考试要求JDK版本为1.6，而《Java语言程序设计》课程需要的JDK版本是1.8或更高。这导致同一机房，必须根据需要反复调配软件环境，很容易产生冲突，导致部分软件无法正常使用。
　　1.4 使用人数多、使用频率高，设备易损坏，安全性要求高
　　计算机硬件设备的寿命通常为3到5年，由于计算机实验室教学任务繁重，使用人数多，使用频率高，计算机硬件的损坏速度会加快。此外，由于部分学生不在意对设备的正常使用和维护，安全意识差，存在违规操作的现象，导致计算机设备丢失、硬件损坏，故障频发。部分学生不当的上网方式和移动设备的交叉使用，还容易造成病毒的传播和扩散，使一些软件甚至硬件频遭攻击和破坏，增加实验室的管理工作量，影响正常的教学活动。
　　1.5 实验室管理任务重，学生缺乏管理经验
　　除计算机专业老师外，计算机实验室的管理主要依靠勤工俭学的学生，每学期约有20位固定的勤工俭学的学生参加机房运维。在每学期交替时，根据机房管理规定，对表现较差的学生进行淘汰，故存在人员的流动、变更。此外，在机房使用高峰期和课程高峰期，由于学生空闲时间较少，不能满足实验室值班需求，故会雇佣部分临时值班人员，即选取在实验室上课的部分学生负责当时的实验室值班与管理工作。这其中，新来的勤工俭学学生和临时值班学生，对实验室基本情况和规则制度、管理技巧不了解，无法保证实验室运行无误。
　　2 计算机实验室建设与管理办法探究
　　为提高校区计算机基础公共实验室的建设和管理水平，全面保证教学工作的顺利开展，必须解决计算机基础公共实验室的“乱”和“不稳定”。
　　2.1 明确分工，各司其职
　　针对无盘技术简单、快捷、稳定[4-5]但是容量受限，虚拟化技术安全、高效、可扩展[5-7]的特点，可将对系统要求不高的课程，如只需使用浏览器和MS Office等基础软件的课程，安排在无盘管理模式的实验室;而对系统要求比较高的课程，如使用AutoCAD、MATLAB、三维仿真等大型软件的课程，将其安排在虚拟化管理模式的实验室。在此基础上，根据任课教师所属院系或者上课人数，将课程均匀地安排在各个实验室，避免某一实验室教学任务过重，减少系统的软件数量。此外，对于不同类型的比赛，可根据历届考试人数，固定考点和考试内容，减少实验室环境的调换。
　　2.2 制定严格的规章制度，强调实验室安全管理
　　俗话说“无规矩不成方圆”，计算机基础公共实验室的管理亦是如此。计算机基础公共实验室使用人员多，值班学生也多，但是负责管理的教师很少，非常容易出现各种状况，尤其是值班不到位而影响正常教学的状况。另外，安全问题也容易出现，如设备丢失、损坏，病毒传播等。为此，必须制定各种严格的规章制度，从上到下规范上课教师与学生、管理教师和值班学生的行为。例如，对于值班学生，明确要求值班时间、值班内容及必须掌握的管理技术等，制定奖惩方案，奖惩分明，激励值班学生认真工作，杜绝教学事故的出现。可制定的准则可以包括了《实验技术人员岗位职责》《值班教师岗位职责》《教师实验守则》《学生实验守则》《实验室安全守则》以及《学生上机须知》等[8]。 　　2.3 优化实验室建设方案
　　目前已有诸多类型的计算机实验室建设方案，各有千秋，校区已建成的实验室的软硬件环境调整比较困难，重在管理。而未来即将建设的实验室，在建设经费允许的情况下，尽可能地提升实验室各类机器的硬件配置是基础。其中最先提升的是服务器的性能，其次是交换机和学生机的性能。此外，还可以改善机房的建设模式。计算机实验室的建设模式有三种：T模式、0模式和TOM模式[9]，其中TOM模式最优。校区可在已有实验室的学生桌上补加电源插座使其转换为TOM模式。对于新实验室，合理设计学生桌和实验室布局，方便学生使用私人笔记本电脑，减少学生实践时对实验室台式计算机的影响。
　　2.4 总结归纳常见故障及处理方式，提升运维技能
　　通常，实验室建设的厂家对实验室提供的免费售后服务有效期为三年，三年之后学校需额外支付服务费用，数额较大。为减少计算机实验室的运维成本，非常有必要培养技能全面的运维管理人员。对于计算机所有的软件故障和硬件故障，如操键盘鼠标故障、主机故障、网络故障等[10]，都进行详细记录，具体内容包括故障产生的时间、地点、原因、状况、解决方案和处理人员等。通过日积月累，逐步形成一部完整的故障手册，供后期培训和运维使用。此外，对于厂家提供的各设备的使用手册，也许要妥善保管，以便后期查阅。
　　2.5 基于大數据技术构建实验室统一管理平台
　　大数据技术对计算机实验室的建设的推动作用非常大[11]，可以利用大数据技术完善计算机基础实验室的管理。虽然计算机基础公共实验室不在同一教学楼，但是其网络相通和且均安装有高清监控设备。基于目前的情况，完全可以基于大数据技术构建一个计算机基础公共实验室统一管理平台。平台的管理内容可以包括课程信息、人员信息、资产信息、实验室使用情况、设备运行情况、各项规章制度和使用说明等。通过该平台，实现各个实验室的集中管理，方便校区内部相关人员进行信息查阅和交流，使计算机实验室更加智能、高效、安全、开放和可靠。
　　3 结束语
　　综上所述，在新工科的教育背景下，目前计算机基础公共实验室的建设与管理存在诸多问题，改革势在必行。本文首先分析了校区计算机基础公共实验室在建设和管理方面存在的问题，这些问题具有一定的普遍性;然后提出了五项改革措施，其中，前四项措施已经得到实施并取得了较好的效果，但是基于大数据技术的实验室统一管理平台还未构建完成，需要进一步研究与建设。
　　参考文献：
　　[1]教育部，工业和信息化部，中国工程院，关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见，2018.10.
　　[2]冯蛟，宗志国.探索实验室信息管理平台的模块化建设[J].实验室研究与探索，2015，34（10）：245-248.
　　[3]唐朝晖，吴元喜，基于虚实融合的智能实验室开放管理系统[J].实验技术与管理，2017，34（10）：226-229.
　　[4]王宁，蔡永铭，黄晓仲，等，高校计算机实验室无盘实验教学系统的分析[J].实验室研究与探索，2016，35（12）：256-259.
　　[5]林榕，林瑜华，盘炜生，等，无盘网络技术和云技术在实验室建设中的应用[J].实验技术与管理，2018，35（4）：246-250.
　　[6]涂胜倩，桌面虚拟化与计算机实验室管理[J].电脑知识与技术，2019，15（10）：266-267.
　　[7]李慧君，王鑫，雷国华，等.高校计算机实验室桌面虚拟化建设的研究[J].科技创新导报，2019，16（1）：208-209.
　　[8]吴发辉，张玲.高校计算机机房管理改革的思考[J].吉林广播电视大学学报，2018（11）：105-106.
　　[9]芶小珊，王兰，于曦，等.高校计算机专业实验室的管理模式与探索[J]教育现代化，2017，4（29）：259-260.
　　[10]李伟强.高校计算机实验室常见故障的处理与维护的要点[J].电脑知识与技术，2019，15（21）：243-244.
　　[11]周文亭，大数据时代高校计算机实验室建设的变革[J].计算机产品与流通，2019（3）：195.
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