“計算機設計與實踐”課程創新性實踐教學探索

摘 要：“計算機設計與實踐”課程作為“計算機組成原理”的后續課程和重要實踐環節，是探索綜合性、創新性實踐教學模式的具體實現形式。開展實踐環節的教學研究，開發真正以學生為中心的教學模式，開展設計性與創新性實踐教學內容的研究，完善實踐教學環境，可以鍛煉學生的設計能力和動手能力，培養學生的綜合能力和創新能力，提高學生的綜合素質。

關鍵詞：實踐教學；自主探索；創新能力

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）05-0016-03

1引言

目前，在全國高校計算機科學與技術專業學生的培養中，普遍存在一種現象：重軟輕硬，甚至只軟不硬，即只重視計算機軟件方面知識的學習和培養，忽視對計算機硬件方面知識的學習和實踐，特別是在硬件工程實踐方面，學生得到的實踐鍛煉更少。在當前國內高校計算機專業本科生方面，盡管硬件課程的設置已與歐美等計算機發達國家的課程設置基本接軌，但教學知識體系和內容卻不容樂觀，不能適應時代的需求，與現實嚴重脫離，學生的學習積極性不高，學習效果不好[1]。與國外相比，我國幾乎所有高校的實踐教學都有一定的差距。目前很多課程都開設實驗課，但一般的實驗都屬于驗證性實驗，只能教會學生一些固定的內容，照葫蘆畫瓢并不能啟發學生的思維能力和鍛煉學生的動手能力。正因為這樣，很多高校都作了一些改革，希望能夠改變這樣的局面。近幾年，我院進行了課程設計教學的探索，并首先在“計算機組成原理”這門重要的專業基礎課中開設。課程設計的題目具有一定的靈活性，可以把知識比較全面地蘊藏在實際題目中，對于學生掌握書本知識是有益的。總的來說，課程設計的開設取得了不錯的效果。

但是，僅靠課程設計的實踐是不夠的，通過課程設計，學生根據題目要求，自行設計各種部件，可以培養學生部件綜合設計能力。但課程設計在整個實踐教學中所占的比重不大，要想進一步提高實踐教學，培養學生的系統設計能力，滿足社會的需求，還需要向前繼續探索和嘗試，教學中的實踐不應該是驗證性的實踐，也不僅僅是設計性的實踐，而應該是綜合性、創新性的實踐。

2 創新性實踐教學

創新性實踐就是指實踐的成果在功能上是已知的，而在性能、實現方法和結果形式上是未知的，不同的學生按照自己的思路進行設計，得到不同的結果，既避免了抄襲，又可以開發各自的潛能。例如，在國外的“計算機系統設計”課程上，實踐的內容是CPU的設計，不同的指令集對應著不同的設計結果，也可以采用不同的設計思想。復旦大學的實踐教學已經作了很大的改革，復旦大學的計算機原理實驗成為獨立的一門課，包含計算機部件實驗和CPU設計實驗。實驗課程由60學時組成，包括授課12-15學時，其他的學時用于實踐，授課與實踐穿插進行。復旦大學為國內的計算機教育開了一個好頭，他們的教學改革體現了理論與實踐并重的思想，有利于教育的發展，有利于人才的培養。清華大學“計算機組成原理”課程共安排48學時的實驗，每三名同學為一組，合作完成一個硬、軟件組成相對完整的全新計算機系統的設計、實現和調試任務。這樣的實踐活動可以加深學生對軟硬件系統在功能劃分和具體實現方面之間關聯的認識，還初步調整了部分學生“喜軟怕硬”的心態。

復旦大學和清華大學計算機教育改革給了我們一個啟示，那就是在實踐教學方面加強力度是可行的。所以我院在實踐教學方面亦作了一些改革，于2005年秋季學期新開設了一門實踐教學課程“計算機設計與實踐”，作為我校國家級精品課程“計算機組成原理”的后續課程和重要實踐環節，取代了原有的課程設計，旨在增加專業課中的實踐教學力度，提高創新性實踐的比重。

“計算機設計與實踐”課程作為“計算機組成原理”的后續課程和重要實踐環節，是探索綜合性、創新性實踐教學模式的具體實現形式。該課程是一門以應用實踐為視角，進一步提高學生硬件方面的實際動手能力和設計能力的課程。課程采用理論和實踐相結合的方法進行教學，以實踐為主（18學時教學/60學時實踐），旨在培養學生的綜合和系統硬件設計及實現能力，培養學生掌握有關硬件設計工具的功能和用法，掌握計算機部件和CPU的設計方法和調試方法，極利于提高學生的動手能力和創新能力。

3 探索實踐教學課程的教學模式

“計算機設計與實踐”課程以實踐教學為主，總學時78學時，其中課堂教學18學時，實踐教學60學時，改變傳統以課堂教學為主的教學模式，改變以教師為主體的“灌輸式”的教學方法[2]，采取“引、點、撥”的方式讓學生獨立進行實踐，學生始終處于主動探索、思考的主體地位，教師由傳統以教師為中心的講解者轉變為學生學習的指導者和組織者，教師在實踐教學中貫穿應掌握的理論知識并引導學生將其應用到實踐中。

在實踐教學階段，通過質疑引思、舉例與聯想、歸納與總結、啟發式教學、互動式教學等方法來實現開拓創新。在實踐階段，不再拘泥于課本上解決問題的方式方法，更多地體現綜合性、設計性和研究探索性，以及表現形式的多樣性。培養學生理論與實踐相結合的能力，提高學生自主探索能力和創新能力。

考核是監督學生學習的手段，不是目的，根據硬件課程的特點，以實驗占一定比例，再以書面考試對基本知識、基本理論進行考核是最為理想的方式。“計算機設計與實踐”是屬于實踐性為主的教學，是以平時的實踐為主來進行考核的。重點解決教學過程中教師與學生的角色和地位問題和教學方法問題，以學生為主體，培養學生自主探索的能力。

4 設計實踐教學內容

“計算機設計與實踐”課程作為“計算機組成原理”課程的后續課程和實踐環節，將計算機組成原理課程的教學內容深化到應用實踐，教學過程中不僅僅傳授有關硬件設計的課本知識，還將重視理論知識與實踐過程的結合，實踐教學內容不僅要將組成原理知識應用到實踐中，還需將知識綜合靈活運用，重視學生綜合能力和創新能力的訓練和培養。

在實踐教學內容的設計上，要以創新為主線，開設一些與傳統的驗證性實驗有本質區別的綜合性、設計性和研究探索性實驗，重點進行綜合性、設計性和創新性教學內容的設計，根據計算機組成原理課程的理論知識，設計相應的實踐內容，如利用所學習的計算機組成原理知識和硬件描述語言進行芯片級微處理器的設計、調試、模擬仿真和實際的可編程邏輯硬件實現，讓學生自行設計、實現和調試，只要總體目標達到，可不作特別具體的要求，讓學生多角度、多方位地思考。可為不同程度的學生提供不同難度的設計題目，學生也可根據自己的能力和興趣自主地設計題目，培養學生科學研究的能力，使他們探索性地解決所提出的問題，培養學生的實際動手能力和創新能力，以全面提高教學質量，培養創新人才。

5完善實踐教學平臺，提供創新性實踐教學環境

配合“計算機設計與實踐”課程教學內容，設計實踐教學內容，完善實踐教學環境，創造自主創新性實驗開發環境和實驗開發平臺。提供一個靈活的芯片級可編程邏輯硬件開發平臺，結合實踐教學內容進行實際的硬件實現，做到理論與實踐的真正結合，為綜合性和創新性設計的實現提供靈活的開發環境，培養學生的系統設計能力和創新能力。為更好突出對學生能力的培養，實踐教學中教師與學生按1:15的比例進行實踐指導，體現個性化教學思想。

建立新的開放式實踐教學模式，提供創新性實踐教學環境，提高學生的實踐能力和創新能力。在具體實施中，可以把固定的實驗時間安排改變成靈活的實驗時間安排，把封閉的實驗項目改變成支持自主設計的實驗項目，把成批實驗方式改變為滿足學生個性化要求的實驗方式[3]。根據學生動手能力的高低進行因材施教，進入開放實踐教學的學生可以結成科研小組，采用自主選題、指導教師指定課題或項目提供課題等方式，經課程組指導教師評定后才能開始。科研小組必須在一定時期內完成一定的科研任務，并提交課題總結報告或論文。由于開放實踐教學必須以課題小組形式申報課題，在培養學生創新能力的同時，還培養了學生的團隊開發能力。為學生提供了自由發展的空間，可以大大激發學生的學習熱情、創造激情，為其成才創造有利條件。實現“創新教育，實踐教學，個性指導，能力培養”的宗旨，加強學生綜合能力的培養。

6 結論

“計算機設計與實踐”是一門剛剛開設的探索性實踐課程。我們2005年秋開設的“計算機設計與實踐”課程，得到了學生的認可，在學生中的第一次開設取得了不錯的效果。這對鞏固和深化課堂教學、提高學生的實踐動手和科研創新能力、培養創新型人才是十分有效的。

開展實踐環節的教學研究，開發真正以學生為中心的教學模式，讓學生學會自主學習和主動研究，通過多種途徑培養學生的自主性、探索精神、研究能力，以及與他人合作交流的能力。引導學生通過解決問題學習知識、發現知識，構建有利于創新教育的新型教學模式，由以教師為中心的邏輯講解傳授式的教學模式，轉變為以學生為主體的探究發現式的教學模式。開展設計性與創新性實踐教學內容的研究，完善實踐教學環境，構建創新性實踐教學環境和平臺，培養學生理論與實踐結合的能力，鍛煉學生的設計能力和動手能力，培養學生的綜合能力和創新能力，提高學生的綜合素質。

參考文獻：

[1] 趙若陽，李寧，庫少平. 計算機硬件課程體系及內容改革的思考[J]. 計算機教育，2006，（3）：27-29.

[2] 陳語林. 創新型“三性”實驗教學模式的探索與實踐[J]. 黑龍江高教研究，2005，（1）：31-34.

[3] 龔聲蓉，楊季文，朱巧明. 強化實踐能力，培養計算機科學與技術專業工程型人才[J]. 計算機教育，2006，（2）：21-24.

收稿日期：2006-10-18

作者簡介：向琳(1975-)，女，漢族，哈爾濱人，講師，研究方向:移動計算、計算機系統結構。