設(shè)計性實踐教學(xué)中學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

羅丹彥　向　琳　張　展　左德承　曲　峰

摘要結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院開設(shè)的“計算機設(shè)計與實踐”課程的教學(xué)實踐，探討了設(shè)計性教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。實踐教學(xué)體系是與理論教學(xué)平行而又相互協(xié)調(diào)、相輔相成的。應(yīng)盡可能為學(xué)生提供綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)造性比較強的實踐環(huán)境，讓每個學(xué)生經(jīng)過這種實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)和訓(xùn)練，不僅培養(yǎng)學(xué)生扎實的基本技能與實踐能力，而且能夠提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞實踐教學(xué)計算機設(shè)計與實踐創(chuàng)新

1 教育管理的改進(jìn)

1．1 培養(yǎng)學(xué)生的計劃性能力

企業(yè)中每一個項目的開發(fā)都受到從上到下的監(jiān)控，從測試到市場的監(jiān)督，開發(fā)準(zhǔn)備階段就要制定嚴(yán)格的計劃，規(guī)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(guī)定了在各個階段需要哪些接口部門的配合或評審。學(xué)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(xué)生也有負(fù)面的影響，缺乏按計劃完成任務(wù)的觀念。

1．2 培養(yǎng)學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)化意識

標(biāo)準(zhǔn)化管理很重要。進(jìn)入企業(yè)后要學(xué)的第一件事就是流程，而且要學(xué)習(xí)撰寫標(biāo)準(zhǔn)化的文檔，這是技術(shù)和知識代代相傳的需要，也是企業(yè)能夠立足的一個關(guān)鍵。學(xué)校中的開發(fā)多數(shù)是遵循老師的思路，開發(fā)完成后得到一個模塊、一個可執(zhí)行文件，但中間的過程沒有記錄下來。實際上，開發(fā)的結(jié)果只能用于一個項目的結(jié)題，中間的東西是思想也是經(jīng)驗，可以多次利用，節(jié)省重復(fù)開發(fā)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(jīng)歷項目的學(xué)生畢業(yè)了，老師調(diào)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(shù)文檔。結(jié)果前人走的彎路后人繼續(xù)走，前人的經(jīng)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(shè)計規(guī)格書、總體設(shè)計報告、每個開發(fā)成員的詳細(xì)設(shè)計報告、測試過程報告、測試問題匯總報告等等以標(biāo)準(zhǔn)化文檔的形式創(chuàng)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(shè)計的依據(jù)，也可以避免設(shè)計結(jié)果與預(yù)先構(gòu)想出現(xiàn)較大的偏差，還可以作為自上而下考核的憑據(jù)，同時為后人留下開發(fā)經(jīng)驗。

2 加強實踐教學(xué)

大學(xué)教育不僅要求學(xué)生能牢固的掌握該課程的基礎(chǔ)理論知識，更需要培養(yǎng)學(xué)生具有實際工程的設(shè)計能力和實現(xiàn)手段，因此在四年本科教學(xué)中，必須使學(xué)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(shè)的計算機組成原理的課程體系中，在實踐教學(xué)中設(shè)計了三個階段：基本技能培養(yǎng)、部件綜合設(shè)計能力的培養(yǎng)和系統(tǒng)設(shè)計能力的培養(yǎng)。第一階段主要通過實驗環(huán)節(jié)，結(jié)合實驗臺，通過驗證型，設(shè)計型和綜合型三種實驗，進(jìn)一步加深課堂教學(xué)的感性認(rèn)識；第二階段通過課程設(shè)計，學(xué)生根據(jù)題目要求，由學(xué)生自由發(fā)揮，自行設(shè)計各種部件，題目可來自實際科研項目，培養(yǎng)學(xué)生部件綜合設(shè)計能力；第三階段通過“計算機設(shè)計與實踐”課，掌握有關(guān)計算機硬件設(shè)計的基本知識，設(shè)計CPU及利用自己設(shè)計的CPU實現(xiàn)CPU與存儲器、CPU與I/O之間的訪問，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計的能力。通過這些實踐環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供思考、鉆研、動手實踐的機會，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

2.1 提高對實踐教學(xué)的認(rèn)識

實踐教學(xué)是使學(xué)生更深刻理解掌握所學(xué)理論知識、訓(xùn)練實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神的最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，從校、院、系領(lǐng)導(dǎo)到教師、學(xué)生，都要像重視課堂理論教學(xué)一樣地重視實踐教學(xué)。學(xué)生實踐能力的高低，在很大程度上決定了學(xué)生在工作崗位上創(chuàng)新能力的強弱。

對于綜合性的實踐教學(xué)，設(shè)計理論及技巧方面是比較難的，學(xué)生所掌握的知識并不能完全獨立地完成教學(xué)的實驗設(shè)計和實施，但在指導(dǎo)教師的參與下，學(xué)生通過設(shè)計及實踐，不僅能夠?qū)σ褜W(xué)知識有更深刻的理解和掌握，同時鍛煉了設(shè)計能力和動手能力，對于端正學(xué)習(xí)態(tài)度及提高學(xué)習(xí)積極性都有很大的幫助。

因此，為了提高學(xué)生的重視程度，我院開設(shè)的計算機設(shè)計與實踐課程設(shè)定為學(xué)位必修課。同時，成立了指導(dǎo)教師課程小組，在負(fù)責(zé)課程的實踐教學(xué)前，指導(dǎo)教師先要接受課程的培訓(xùn)，從教師到學(xué)生均提高了對實踐教學(xué)的認(rèn)識和重視。實踐證明，經(jīng)過這些環(huán)節(jié)的實踐過程，有利于對學(xué)生個性化的培養(yǎng)，個別學(xué)生的設(shè)計很有創(chuàng)新性。

2.2 設(shè)計性實踐教學(xué)的幾點思考

2.2.1 設(shè)計性實踐教學(xué)方法探討

“計算機設(shè)計與實踐”課程的開設(shè)，實際上是研究探索性實踐教學(xué)的具體表現(xiàn)形式。計算機設(shè)計與實踐是一門以應(yīng)用為視角，給計算機專業(yè)的本科生培養(yǎng)硬件方面的實際動手能力和思考能力的技術(shù)基礎(chǔ)課。本課的實踐學(xué)時為60學(xué)時，占課程總學(xué)時78學(xué)時的主體，旨在鍛煉學(xué)生的設(shè)計能力和動手能力。課程采用理論和實踐相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)，以實踐內(nèi)容為主，但在理論教學(xué)過程中需大力引導(dǎo)實踐中的設(shè)計思想。在實踐環(huán)節(jié)中，通過實驗內(nèi)容逐級深入的方法，把設(shè)計思想不斷向?qū)W生加以滲透，最終達(dá)到本課的教學(xué)目的。使學(xué)生通過本課的學(xué)習(xí)，能初步了解計算機部件和微處理器（CPU）的設(shè)計方法，了解計算機硬件設(shè)計的基本知識，理解系統(tǒng)級設(shè)計的過程和深入領(lǐng)會芯片級設(shè)計的層次化思想。

開展創(chuàng)新型綜合性、設(shè)計性實踐教學(xué)，實驗內(nèi)容涉及相關(guān)的綜合知識，“計算機設(shè)計與實踐”著重引導(dǎo)學(xué)生以整體觀念看待CPU和設(shè)計CPU，并通過足夠的實驗學(xué)時，使學(xué)生能夠親自完成CPU的設(shè)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(dǎo)教師的身份出現(xiàn)， 向?qū)W生滲透實踐中的設(shè)計思想和工程思想，與學(xué)生進(jìn)行面對面的指導(dǎo)與交流。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)給定的實驗?zāi)康暮蛯嶒灄l件，自己設(shè)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(xiàn)并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析處理。對于比較大型的綜合性、設(shè)計性和研究探索性實踐教學(xué)，如最終的微處理器設(shè)計實驗，只要總體目標(biāo)達(dá)到，一般可不作特別具體的要求，讓學(xué)生多角度、多方位地思考，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)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(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主動性，挖掘?qū)W生的知識潛力，有利于培養(yǎng)學(xué)生探索進(jìn)取及創(chuàng)新精神，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.2.2 設(shè)計性實踐教學(xué)考核方法探討

以實踐性教學(xué)為主的課程，在教學(xué)中強調(diào)要理解原理及實現(xiàn)方法， 密切與實際結(jié)合起來， 不要讀死書。考核評價從學(xué)生掌握基本概念和基本原理的程度以及靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力等諸方面進(jìn)行考核。“計算機設(shè)計與實踐”考核采用報告和答辯的方式，不進(jìn)行統(tǒng)一考試。教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)的考核先后分別進(jìn)行，兩者之和為課程的總成績。教學(xué)環(huán)節(jié)的考核在實驗環(huán)節(jié)開始之前完成，以報告形式提交。實驗環(huán)節(jié)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(shè)計報告和測試報告。方案報告包括系統(tǒng)設(shè)計要求、系統(tǒng)概述、技術(shù)方案、關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容。設(shè)計報告包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計（含系統(tǒng)框圖和各部件功能概述）、系統(tǒng)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(tǒng)詳細(xì)設(shè)計（各部件功能詳述，設(shè)計方法，VHDL程序等）、系統(tǒng)測試（測試方案，測試波形等）等內(nèi)容。測試報告包括測試準(zhǔn)備條件、系統(tǒng)功能概述、系統(tǒng)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(jié)果）。三份報告均有規(guī)定的提交時間，既有利于培養(yǎng)學(xué)生的計劃性能力，又能培養(yǎng)學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)化意識。由指導(dǎo)教師根據(jù)報告和現(xiàn)場答辯情況及平時表現(xiàn)給出考核成績，綜合考察學(xué)生的綜合能力。考核中，對于具有創(chuàng)新思想的設(shè)計，要給予鼓勵，同時在成績上有所體現(xiàn)，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

3 結(jié)束語

對于計算機專業(yè)這樣一個實踐性很強的專業(yè)，學(xué)生動手能力即解決問題的能力是我們的培養(yǎng)目標(biāo)，也就是說，“授之以魚，不若授之以漁”。開展創(chuàng)新型綜合性、設(shè)計性實踐教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力。

必須指出，加強設(shè)計性實踐教學(xué)，只是提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的一個重要措施，但還不是惟一措施。為了提高學(xué)生的實踐能力，我們在加強實踐教學(xué)的同時，還必須加強課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、社會實踐等各個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。