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對計算機硬件實驗教學(xué)的實踐與思考
對計算機硬件實驗教學(xué)的實踐與思考
伊健
（合肥學(xué)院，安徽合肥230601）
摘要：本文對計算機硬件實驗教學(xué)手段和指導(dǎo)方法等方面提出了自己的觀點和改革方案，并付諸教學(xué)實踐，取得較好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；能力培養(yǎng)；計算機硬件實驗
一、引言
眾所周知，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，知識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)，已成為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的助推器、倍增器和催化劑。計算機科學(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)社會發(fā)展需要的計算機專業(yè)人才就成為高校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革的當務(wù)之急[1]。
“科技進步，經(jīng)濟繁榮和社會發(fā)展，從根本上取決于提高勞動者的素質(zhì)”[2]，素質(zhì)教育一直是我國21世紀教學(xué)改革的重點內(nèi)容之一。隨著經(jīng)濟的全球化、科技進步和國際間人才的競爭，人們對實驗教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要作用有了深刻的認識。實驗教學(xué)是高等院校教學(xué)工作的重要組成部分，實驗是掌握科學(xué)知識和技能的重要手段，對計算機這門實踐性較強的學(xué)科，硬件實驗是學(xué)習(xí)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)實驗技能的必修課。實驗的教學(xué)目的是使學(xué)生了解科學(xué)實驗的全過程，逐步掌握科學(xué)實驗的思維和方法，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、研究問題、解決問題的能力。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。筆者從這個目的出發(fā)，在實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)上對計算機硬件實驗進行了教學(xué)研究和實踐，取得較好的教學(xué)效果。
二、課前預(yù)習(xí)
服務(wù)于計算機人才培養(yǎng)的硬件實驗課程，主要有模擬電路、數(shù)字邏輯、計算機組成原理、計算機接口技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用等實驗課程。它們是計算機專業(yè)教學(xué)的根基，因此，首先要突出硬件實驗的基礎(chǔ)性：突出科學(xué)實驗的思維和基本研究方法，突出能長時期發(fā)揮作用的基礎(chǔ)性內(nèi)容、基本原理等。這就要求學(xué)生在實驗前要充分的預(yù)習(xí)，明確實驗的要求和內(nèi)容，查閱相關(guān)資料，熟悉實驗原理、實驗方法以及相關(guān)的實驗儀器，或通過必要的理論計算，編寫實驗程序，預(yù)計實驗結(jié)果，寫出預(yù)習(xí)報告，做到有備而來。如“字符和數(shù)據(jù)的顯示”實驗，首先給出實驗任務(wù)：從FIRST開始的10個單元中存放著一個字符串，結(jié)束符是“$”編寫一個程序，統(tǒng)計該字符串中字母B的個數(shù)，將結(jié)果放入COU單元[3]。
學(xué)生結(jié)合該實驗任務(wù)分析得出，要完成實驗所需的知識點有：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)傳送指令在此實驗之前的實驗中已經(jīng)反復(fù)使用過，因此學(xué)員只需根據(jù)自身情況進行簡單的回憶即可，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驗中應(yīng)用過，只是在理論課上聽老師講解過，因此，這兩個知識點需要學(xué)員去詳細的復(fù)習(xí)，明確各指令的使用方法，在此基礎(chǔ)上編寫出此實驗的源程序，以便實驗課上進行調(diào)試運行。加強預(yù)習(xí)，使學(xué)生在實驗中增加了主動性，減少了盲目性，思考能力和動手能力都有了明顯提高，同時也培養(yǎng)了學(xué)生探索創(chuàng)新和積極吸取知識的習(xí)慣[4]。
三、教學(xué)環(huán)節(jié)
在教學(xué)實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)以前通過教師講、學(xué)生聽的以傳授知識為主方式進行的傳統(tǒng)教學(xué)方法已不能適應(yīng)當今教學(xué)。由于學(xué)生生源整體素質(zhì)的提高，加之實驗所需的理論知識在相關(guān)課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)，經(jīng)過充分的預(yù)習(xí)，他們對實驗原理及實驗設(shè)計有自己的認識和較好的把握。如果像“走過場”式的講解實驗課，勢必會出現(xiàn)學(xué)生思想開小差、注意力不集中的不良現(xiàn)象，因此對實驗教學(xué)方法必須有所改變。我們的做法是集思廣義，讓學(xué)生到講臺上講解實驗基本原理，給出自己的設(shè)計思路，或畫出主要原理圖，并簡述實驗步驟及注意事項等。也許一個同學(xué)的想法并不成熟，但是可以從其他同學(xué)的補充得以完善。俗話說得好，“三個臭皮匠，頂個諸葛亮”。不同的學(xué)生可能有不同的方法，例如在“模擬電路”實驗中，學(xué)生可以從不同的角度設(shè)計各種各樣的電路。對這些不同的方案，最后由教師進行點評，提出意見和建議并根據(jù)實驗室條件采用相應(yīng)的實驗方案。
這里，教師的角色至關(guān)重要�？此朴蓪W(xué)生來設(shè)計實驗方案，教師的任務(wù)就減輕了，實則不然。首先，為了鼓勵學(xué)生發(fā)言，要有鼓勵性措施，比如對主動發(fā)言的學(xué)生，在點評時要進行表揚，平時成績適當加分，同時要照顧到所有學(xué)生，根據(jù)個體差異性，對害羞膽小的學(xué)生提前進行溝通，力爭做到每個學(xué)生都有上臺發(fā)言的機會。這樣，學(xué)生在準備發(fā)言的預(yù)習(xí)階段比較認真，發(fā)言的積極性也比較高。其次，教師要適時引導(dǎo)，在不打斷學(xué)生思路的前提下對學(xué)生考慮欠缺的問題或操作中常出現(xiàn)的問題提出疑問，要求學(xué)生考慮。例如，在“單片機原理結(jié)構(gòu)設(shè)計”的實驗中，思考某一個指令代碼的放置位置不同對實驗結(jié)果的影響。
通過這種方式教學(xué)，一方面帶動了學(xué)生的積極主動性[5]，拓展了知識面，加深了對實驗的理解，鍛煉了他們的語言表達能力，學(xué)生普遍感到收獲較大。另一方面，學(xué)生的設(shè)計方法及表達方式的閃光點，教師也可以借鑒和汲取，同時也提高了教師的教學(xué)水平，起到了教學(xué)相長的作用。
四、實驗指導(dǎo)
在實驗指導(dǎo)方面，要注重實驗過程，采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)方法，使學(xué)生掌握科學(xué)實驗的主要過程與基本方法。在實際操作中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題或遇到困難時，教師不是替他們排除，而是先問清楚情況，啟發(fā)學(xué)生運用所學(xué)的理論知識及實驗技能自己解決[6]，每做一個實驗就吃透一個實驗，不但知其然還要知其所以然。通過這種方法，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、勇于實踐、不斷創(chuàng)新的精神。
此外，教師還要善于把握細節(jié)問題，引導(dǎo)學(xué)生對實驗的加深，培養(yǎng)學(xué)生耐心、嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度。對試驗中發(fā)現(xiàn)的一些細節(jié)問題，經(jīng)過教師的引導(dǎo)，促使學(xué)生在實驗報告中給出詳細說明。有的學(xué)生還給出了嚴格的證明這些細節(jié)問題是否影響測量結(jié)果，從而加深了對實驗的理解。
再者，隨著實驗課程的深入，教師要引導(dǎo)學(xué)生對學(xué)過的實驗進行歸納、總結(jié)和對比，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗和創(chuàng)造性思維能力。如在“計算機組成原理”實驗中，讓學(xué)生進行復(fù)雜模型機的設(shè)計。這種知識的遷移和運用，富有創(chuàng)新精神，提高了學(xué)生理論聯(lián)系實際、靈活運用知識和技能解決實際問題的能力。
五、實驗考核
在傳統(tǒng)的考核方式，即預(yù)習(xí)分+操作分+報告分的基礎(chǔ)上增加學(xué)生的自評分并附上評析內(nèi)容，讓學(xué)生對實驗的各個環(huán)節(jié)自己給出一個客觀的評價，計入最后考核成績。這樣做充分體現(xiàn)了以人為本，增加學(xué)生的自信心，自己參與實驗及教學(xué)的主體地位，同時也可以通過學(xué)生的自評分，分析把握他們存在的問題，及時調(diào)整教學(xué)，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。重點放在實驗測量結(jié)果及數(shù)據(jù)處理過程，將實踐中獲取的經(jīng)驗總結(jié)升華，并對結(jié)果進行分析討論。在實驗報告的批閱中，不但要求學(xué)生掌握專業(yè)術(shù)語、圖形、文字符號、法定計量單位等的準確使用，并能夠正確地記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，繪制曲線和圖表，從方案設(shè)計到器件選型，從程序開發(fā)到調(diào)試等，說明結(jié)果，撰寫合格的實驗報告，還要關(guān)注學(xué)生對實驗誤差分析及實驗感悟，不失時機地鼓勵學(xué)生改進實驗方案或設(shè)計更好的方案。學(xué)生的想法是豐富多彩的，對一些有創(chuàng)意的想法，教師在評語中應(yīng)給予支持和鼓勵，引導(dǎo)學(xué)生在好奇心的驅(qū)使下去探求創(chuàng)新之路，從而拓展硬件實驗教學(xué)創(chuàng)新的新視界。
六、小結(jié)及實踐思考
這種實驗教學(xué)模式切實可行，不僅擴大了學(xué)生的知識面，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、主動性，加強了學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)和掌握，提高了學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，對提高課程教學(xué)質(zhì)量起到了一定的積極作用，受到學(xué)生的歡迎。由于每個實驗有限，增加了討論部分，相對地，就縮短了實驗操作時間，教學(xué)中可以考慮增加一個學(xué)時的討論課，充分發(fā)揮討論課的優(yōu)勢。另外，部分學(xué)生的心理素質(zhì)不強，語言表達能力有待提高，如何采取一系列鼓勵措施，使學(xué)生大膽地走上講臺展現(xiàn)自己的才華，需要在實踐中慢慢摸索。再次，對學(xué)生提出的設(shè)計方案，應(yīng)想方設(shè)法在開放性實驗中實現(xiàn)，這確實會起到創(chuàng)新教育的作用。
參考文獻：
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[5]施德路，孟晨，于洪濤，等。 任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)在計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程中的實驗研究[J].教育探索，2009，（7 ）：26-27.
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