對(duì)計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與思考

伊健

摘要：本文對(duì)計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和指導(dǎo)方法等方面提出了自己的觀點(diǎn)和改革方案，并付諸教學(xué)實(shí)踐，取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；能力培養(yǎng)；計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）31-0255-02

一、引言

眾所周知，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，知識(shí)更新的周期正以指數(shù)曲線的規(guī)律在縮短，特別是現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來(lái)數(shù)字化、智能化產(chǎn)品的空前繁榮。形式多樣的數(shù)字化設(shè)備和產(chǎn)品正以各種方式深入到人們生活中的各個(gè)層面。信息產(chǎn)業(yè)已成為全球的支柱產(chǎn)業(yè)，已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的助推器、倍增器和催化劑。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了最重要的地位，因此，培養(yǎng)具有適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才就成為高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革的當(dāng)務(wù)之急[1]。

“科技進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)繁榮和社會(huì)發(fā)展，從根本上取決于提高勞動(dòng)者的素質(zhì)”[2]，素質(zhì)教育一直是我國(guó)21世紀(jì)教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容之一。隨著經(jīng)濟(jì)的全球化、科技進(jìn)步和國(guó)際間人才的競(jìng)爭(zhēng)，人們對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要作用有了深刻的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)工作的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)是掌握科學(xué)知識(shí)和技能的重要手段，對(duì)計(jì)算機(jī)這門實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，硬件實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)過(guò)程中不可缺少的環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能的必修課。實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的是使學(xué)生了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，逐步掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思維和方法，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。系統(tǒng)的訓(xùn)練，可以開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力。筆者從這個(gè)目的出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)上對(duì)計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了教學(xué)研究和實(shí)踐，取得較好的教學(xué)效果。

二、課前預(yù)習(xí)

服務(wù)于計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)的硬件實(shí)驗(yàn)課程，主要有模擬電路、數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)課程。它們是計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的根基，因此，首先要突出硬件實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性：突出科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思維和基本研究方法，突出能長(zhǎng)時(shí)期發(fā)揮作用的基礎(chǔ)性內(nèi)容、基本原理等。這就要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前要充分的預(yù)習(xí)，明確實(shí)驗(yàn)的要求和內(nèi)容，查閱相關(guān)資料，熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器，或通過(guò)必要的理論計(jì)算，編寫實(shí)驗(yàn)程序，預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，做到有備而來(lái)。如“字符和數(shù)據(jù)的顯示”實(shí)驗(yàn)，首先給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)：從FIRST開始的10個(gè)單元中存放著一個(gè)字符串，結(jié)束符是“$”編寫一個(gè)程序，統(tǒng)計(jì)該字符串中字母B的個(gè)數(shù)，將結(jié)果放入COU單元[3]。

學(xué)生結(jié)合該實(shí)驗(yàn)任務(wù)分析得出，要完成實(shí)驗(yàn)所需的知識(shí)點(diǎn)有：比較指令、條件轉(zhuǎn)移指令和數(shù)據(jù)傳送指令。其中，數(shù)據(jù)傳送指令在此實(shí)驗(yàn)之前的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)反復(fù)使用過(guò)，因此學(xué)員只需根據(jù)自身情況進(jìn)行簡(jiǎn)單的回憶即可，而條件轉(zhuǎn)移指令和數(shù)據(jù)傳送指令，目前還沒有在編程實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用過(guò)，只是在理論課上聽老師講解過(guò)，因此，這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)需要學(xué)員去詳細(xì)的復(fù)習(xí)，明確各指令的使用方法，在此基礎(chǔ)上編寫出此實(shí)驗(yàn)的源程序，以便實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。加強(qiáng)預(yù)習(xí)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中增加了主動(dòng)性，減少了盲目性，思考能力和動(dòng)手能力都有了明顯提高，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生探索創(chuàng)新和積極吸取知識(shí)的習(xí)慣[4]。

三、教學(xué)環(huán)節(jié)

在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)以前通過(guò)教師講、學(xué)生聽的以傳授知識(shí)為主方式進(jìn)行的傳統(tǒng)教學(xué)方法已不能適應(yīng)當(dāng)今教學(xué)。由于學(xué)生生源整體素質(zhì)的提高，加之實(shí)驗(yàn)所需的理論知識(shí)在相關(guān)課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)，經(jīng)過(guò)充分的預(yù)習(xí)，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有自己的認(rèn)識(shí)和較好的把握。如果像“走過(guò)場(chǎng)”式的講解實(shí)驗(yàn)課，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)學(xué)生思想開小差、注意力不集中的不良現(xiàn)象，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法必須有所改變。我們的做法是集思廣義，讓學(xué)生到講臺(tái)上講解實(shí)驗(yàn)基本原理，給出自己的設(shè)計(jì)思路，或畫出主要原理圖，并簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)等。也許一個(gè)同學(xué)的想法并不成熟，但是可以從其他同學(xué)的補(bǔ)充得以完善。俗話說(shuō)得好，“三個(gè)臭皮匠，頂個(gè)諸葛亮”。不同的學(xué)生可能有不同的方法，例如在“模擬電路”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以從不同的角度設(shè)計(jì)各種各樣的電路。對(duì)這些不同的方案，最后由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，提出意見和建議并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件采用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案。

這里，教師的角色至關(guān)重要?？此朴蓪W(xué)生來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師的任務(wù)就減輕了，實(shí)則不然。首先，為了鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)言，要有鼓勵(lì)性措施，比如對(duì)主動(dòng)發(fā)言的學(xué)生，在點(diǎn)評(píng)時(shí)要進(jìn)行表?yè)P(yáng)，平時(shí)成績(jī)適當(dāng)加分，同時(shí)要照顧到所有學(xué)生，根據(jù)個(gè)體差異性，對(duì)害羞膽小的學(xué)生提前進(jìn)行溝通，力爭(zhēng)做到每個(gè)學(xué)生都有上臺(tái)發(fā)言的機(jī)會(huì)。這樣，學(xué)生在準(zhǔn)備發(fā)言的預(yù)習(xí)階段比較認(rèn)真，發(fā)言的積極性也比較高。其次，教師要適時(shí)引導(dǎo)，在不打斷學(xué)生思路的前提下對(duì)學(xué)生考慮欠缺的問(wèn)題或操作中常出現(xiàn)的問(wèn)題提出疑問(wèn)，要求學(xué)生考慮。例如，在“單片機(jī)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的實(shí)驗(yàn)中，思考某一個(gè)指令代碼的放置位置不同對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

通過(guò)這種方式教學(xué)，一方面帶動(dòng)了學(xué)生的積極主動(dòng)性[5]，拓展了知識(shí)面，加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，鍛煉了他們的語(yǔ)言表達(dá)能力，學(xué)生普遍感到收獲較大。另一方面，學(xué)生的設(shè)計(jì)方法及表達(dá)方式的閃光點(diǎn)，教師也可以借鑒和汲取，同時(shí)也提高了教師的教學(xué)水平，起到了教學(xué)相長(zhǎng)的作用。

四、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方面，要注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程，采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)方法，使學(xué)生掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要過(guò)程與基本方法。在實(shí)際操作中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或遇到困難時(shí)，教師不是替他們排除，而是先問(wèn)清楚情況，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)技能自己解決[6]，每做一個(gè)實(shí)驗(yàn)就吃透一個(gè)實(shí)驗(yàn)，不但知其然還要知其所以然。通過(guò)這種方法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于實(shí)踐、不斷創(chuàng)新的精神。

此外，教師還要善于把握細(xì)節(jié)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的加深，培養(yǎng)學(xué)生耐心、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。對(duì)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)教師的引導(dǎo)，促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中給出詳細(xì)說(shuō)明。有的學(xué)生還給出了嚴(yán)格的證明這些細(xì)節(jié)問(wèn)題是否影響測(cè)量結(jié)果，從而加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。

再者，隨著實(shí)驗(yàn)課程的深入，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行歸納、總結(jié)和對(duì)比，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)造性思維能力。如在“計(jì)算機(jī)組成原理”實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)。這種知識(shí)的遷移和運(yùn)用，富有創(chuàng)新精神，提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、靈活運(yùn)用知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

五、實(shí)驗(yàn)考核

在傳統(tǒng)的考核方式，即預(yù)習(xí)分+操作分+報(bào)告分的基礎(chǔ)上增加學(xué)生的自評(píng)分并附上評(píng)析內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)自己給出一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)，計(jì)入最后考核成績(jī)。這樣做充分體現(xiàn)了以人為本，增加學(xué)生的自信心，自己參與實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的主體地位，同時(shí)也可以通過(guò)學(xué)生的自評(píng)分，分析把握他們存在的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整教學(xué)，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果及數(shù)據(jù)處理過(guò)程，將實(shí)踐中獲取的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)升華，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析討論。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批閱中，不但要求學(xué)生掌握專業(yè)術(shù)語(yǔ)、圖形、文字符號(hào)、法定計(jì)量單位等的準(zhǔn)確使用，并能夠正確地記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制曲線和圖表，從方案設(shè)計(jì)到器件選型，從程序開發(fā)到調(diào)試等，說(shuō)明結(jié)果，撰寫合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，還要關(guān)注學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差分析及實(shí)驗(yàn)感悟，不失時(shí)機(jī)地鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案或設(shè)計(jì)更好的方案。學(xué)生的想法是豐富多彩的，對(duì)一些有創(chuàng)意的想法，教師在評(píng)語(yǔ)中應(yīng)給予支持和鼓勵(lì)，引導(dǎo)學(xué)生在好奇心的驅(qū)使下去探求創(chuàng)新之路，從而拓展硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的新視界。

六、小結(jié)及實(shí)踐思考

這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式切實(shí)可行，不僅擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，也有利于學(xué)生的心理素質(zhì)及綜合能力的培養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，對(duì)提高課程教學(xué)質(zhì)量起到了一定的積極作用，受到學(xué)生的歡迎。

由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)有限，增加了討論部分，相對(duì)地，就縮短了實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，教學(xué)中可以考慮增加一個(gè)學(xué)時(shí)的討論課，充分發(fā)揮討論課的優(yōu)勢(shì)。另外，部分學(xué)生的心理素質(zhì)不強(qiáng)，語(yǔ)言表達(dá)能力有待提高，如何采取一系列鼓勵(lì)措施，使學(xué)生大膽地走上講臺(tái)展現(xiàn)自己的才華，需要在實(shí)踐中慢慢摸索。再次，對(duì)學(xué)生提出的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)想方設(shè)法在開放性實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)，這確實(shí)會(huì)起到創(chuàng)新教育的作用。

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