設計性實踐教學中學生綜合能力的培養

羅丹彥　向　琳　張　展　左德承　曲　峰

摘要結合哈爾濱工業大學計算機學院開設的“計算機設計與實踐”課程的教學實踐，探討了設計性教學中如何培養學生的綜合能力和創新能力。實踐教學體系是與理論教學平行而又相互協調、相輔相成的。應盡可能為學生提供綜合性、設計性、創造性比較強的實踐環境，讓每個學生經過這種實踐環節的培養和訓練，不僅培養學生扎實的基本技能與實踐能力，而且能夠提高學生的綜合素質和創新能力。

關鍵詞實踐教學計算機設計與實踐創新

1 教育管理的改進

1．1 培養學生的計劃性能力

企業中每一個項目的開發都受到從上到下的監控，從測試到市場的監督，開發準備階段就要制定嚴格的計劃，規定每個階段的具體步驟、階段和每個步驟的完成時間，而且在計劃中規定了在各個階段需要哪些接口部門的配合或評審。學校中的科研工作在計劃性方面就顯得松散，對于參加項目的學生也有負面的影響，缺乏按計劃完成任務的觀念。

1．2 培養學生的標準化意識

標準化管理很重要。進入企業后要學的第一件事就是流程，而且要學習撰寫標準化的文檔，這是技術和知識代代相傳的需要，也是企業能夠立足的一個關鍵。學校中的開發多數是遵循老師的思路，開發完成后得到一個模塊、一個可執行文件，但中間的過程沒有記錄下來。實際上，開發的結果只能用于一個項目的結題，中間的東西是思想也是經驗，可以多次利用，節省重復開發的時間，所以被丟掉的東西恰恰是最寶貴的財富。有的項目本來在幾年前有人做過，可是經歷項目的學生畢業了，老師調走了，就不再有人知道，新的項目里還要重做，看著前人的論文并不能說明所有的問題，因為論文本身并不是一篇技術文檔。結果前人走的彎路后人繼續走，前人的經驗沒有真正留下來，過去做過的軟件編碼如今還要重新編寫，這是巨大的浪費。如果每個項目都從需求分析報告開始，把可行性論證報告、設計規格書、總體設計報告、每個開發成員的詳細設計報告、測試過程報告、測試問題匯總報告等等以標準化文檔的形式創建起來，就可以留下一大筆寶貴的財富。盡管看起來在項目前期耽擱了一些時間，但這些工作不會白做，既可以作為討論設計的依據，也可以避免設計結果與預先構想出現較大的偏差，還可以作為自上而下考核的憑據，同時為后人留下開發經驗。

2 加強實踐教學

大學教育不僅要求學生能牢固的掌握該課程的基礎理論知識，更需要培養學生具有實際工程的設計能力和實現手段，因此在四年本科教學中，必須使學生有全方位地鍛煉自己的實際動手能力的機會。在哈工大開設的計算機組成原理的課程體系中，在實踐教學中設計了三個階段：基本技能培養、部件綜合設計能力的培養和系統設計能力的培養。第一階段主要通過實驗環節，結合實驗臺，通過驗證型，設計型和綜合型三種實驗，進一步加深課堂教學的感性認識；第二階段通過課程設計，學生根據題目要求，由學生自由發揮，自行設計各種部件，題目可來自實際科研項目，培養學生部件綜合設計能力；第三階段通過“計算機設計與實踐”課，掌握有關計算機硬件設計的基本知識，設計CPU及利用自己設計的CPU實現CPU與存儲器、CPU與I/O之間的訪問，培養學生系統設計的能力。通過這些實踐環節，給學生提供思考、鉆研、動手實踐的機會，培養學生解決實際問題的能力。

2.1 提高對實踐教學的認識

實踐教學是使學生更深刻理解掌握所學理論知識、訓練實踐能力、培養創新精神的最重要的教學環節，從校、院、系領導到教師、學生，都要像重視課堂理論教學一樣地重視實踐教學。學生實踐能力的高低，在很大程度上決定了學生在工作崗位上創新能力的強弱。

對于綜合性的實踐教學，設計理論及技巧方面是比較難的，學生所掌握的知識并不能完全獨立地完成教學的實驗設計和實施，但在指導教師的參與下，學生通過設計及實踐，不僅能夠對已學知識有更深刻的理解和掌握，同時鍛煉了設計能力和動手能力，對于端正學習態度及提高學習積極性都有很大的幫助。

因此，為了提高學生的重視程度，我院開設的計算機設計與實踐課程設定為學位必修課。同時，成立了指導教師課程小組，在負責課程的實踐教學前，指導教師先要接受課程的培訓，從教師到學生均提高了對實踐教學的認識和重視。實踐證明，經過這些環節的實踐過程，有利于對學生個性化的培養，個別學生的設計很有創新性。

2.2 設計性實踐教學的幾點思考

2.2.1 設計性實踐教學方法探討

“計算機設計與實踐”課程的開設，實際上是研究探索性實踐教學的具體表現形式。計算機設計與實踐是一門以應用為視角，給計算機專業的本科生培養硬件方面的實際動手能力和思考能力的技術基礎課。本課的實踐學時為60學時，占課程總學時78學時的主體，旨在鍛煉學生的設計能力和動手能力。課程采用理論和實踐相結合的方法進行教學，以實踐內容為主，但在理論教學過程中需大力引導實踐中的設計思想。在實踐環節中，通過實驗內容逐級深入的方法，把設計思想不斷向學生加以滲透，最終達到本課的教學目的。使學生通過本課的學習，能初步了解計算機部件和微處理器（CPU）的設計方法，了解計算機硬件設計的基本知識，理解系統級設計的過程和深入領會芯片級設計的層次化思想。

開展創新型綜合性、設計性實踐教學，實驗內容涉及相關的綜合知識，“計算機設計與實踐”著重引導學生以整體觀念看待CPU和設計CPU，并通過足夠的實驗學時，使學生能夠親自完成CPU的設計實踐。在這門課程中，教師將扮演與課程實驗不完全相同的角色并以指導教師的身份出現， 向學生滲透實踐中的設計思想和工程思想，與學生進行面對面的指導與交流。學生在教師的指導下，根據給定的實驗目的和實驗條件，自己設計實驗方案、選擇實驗方法、擬定實驗操作程序，自己加以實現并對實驗結果進行分析處理。對于比較大型的綜合性、設計性和研究探索性實踐教學，如最終的微處理器設計實驗，只要總體目標達到，一般可不作特別具體的要求，讓學生多角度、多方位地思考，培養學生進行科學研究的能力，使他們探索性地解決所提出的問題。這樣有利于培養學生的學習興趣及主動性，挖掘學生的知識潛力，有利于培養學生探索進取及創新精神，激發學生的創新意識，培養學生的創新能力，從而提高學生的綜合素質。

2.2.2 設計性實踐教學考核方法探討

以實踐性教學為主的課程，在教學中強調要理解原理及實現方法， 密切與實際結合起來， 不要讀死書。考核評價從學生掌握基本概念和基本原理的程度以及靈活應用所學知識解決實際問題的能力等諸方面進行考核。“計算機設計與實踐”考核采用報告和答辯的方式，不進行統一考試。教學環節和實踐環節的考核先后分別進行，兩者之和為課程的總成績。教學環節的考核在實驗環節開始之前完成，以報告形式提交。實驗環節的考核包括報告和答辯兩種形式。報告包括三部分：方案報告、設計報告和測試報告。方案報告包括系統設計要求、系統概述、技術方案、關鍵技術等內容。設計報告包括系統結構設計（含系統框圖和各部件功能概述）、系統工作原理描述（工作過程簡述）、外接口定義（管腳定義及功能）、系統詳細設計（各部件功能詳述，設計方法，VHDL程序等）、系統測試（測試方案，測試波形等）等內容。測試報告包括測試準備條件、系統功能概述、系統功能測試（每項功能作為一個部分，要包括功能描述、測試過程和期望的測試結果）。三份報告均有規定的提交時間，既有利于培養學生的計劃性能力，又能培養學生的標準化意識。由指導教師根據報告和現場答辯情況及平時表現給出考核成績，綜合考察學生的綜合能力。考核中，對于具有創新思想的設計，要給予鼓勵，同時在成績上有所體現，從而激發學生的創新熱情。

3 結束語

對于計算機專業這樣一個實踐性很強的專業，學生動手能力即解決問題的能力是我們的培養目標，也就是說，“授之以魚，不若授之以漁”。開展創新型綜合性、設計性實踐教學，有利于培養學生的學習興趣，有利于激發學生的創新意識，培養學生的創新能力，從而提高學生的綜合素質與能力。

必須指出，加強設計性實踐教學，只是提高學生實踐能力和創新能力的一個重要措施，但還不是惟一措施。為了提高學生的實踐能力，我們在加強實踐教學的同時，還必須加強課程設計、畢業設計、社會實踐等各個實踐教學環節。