基于创新人才培养模式下的《计算机结构与组织》课程实验环节课程设计

【摘 要】《计算机结构与组织》课程是上海电力学院国际交流学院电气工程及其自动化专业培养计划中的一门学科基础课，多年来，学生持续反映课程理论性强、知识较抽象，理论教学效果不理想。为了改变这一现状，上海电力学院以教改项目的形式开展该课程的配套实验课程建设，经过项目组为期两年的建设，完成了“基于创新人才培养模式下的《计算机结构与组织》课程实验环节课程设计”的全部工作，取得了良好的实践效果。

【关键词】创新；实验；课程设计

《计算机结构与组织》课程是上海电力学院国际交流学院电气工程及其自动化专业（中外合作办学）学生培养计划中的一门学科基础课，在多年的教学过程中，很多学生反映该们课程理论性强、知识较抽象，纯理论教学的效果不理想。为了改变这一现状，让学生更好地理解和学习相关知识，自2014年开始，国际交流学院结合国家创新人才培养的理念，以教改项目的形式组织建设配套实验课程。项目组通过组织学生问卷调查等方式征求学生意见、研究英国合作大学相关课程的实验教学模式、制定课程教学大纲、组织授课、编订实验指导书等步骤，完成了实验课程的建设工作。

一、问卷调查，征求学生对于实验内容和方式的意见

教学的目的是为了让学生牢固和熟练地掌握所学知识，哪些内容难于理解、通过怎样的方式才能让大家更容易理解，这些问题学生最有发言权，因此，我们设计了调查问卷，学院2013、2014级240余位同学参与了调查。项目组经过整理归类，找到了学生学习过程中的知识难点，项目组邀请多年来参与这门课程授课的老师一起召开专题研讨会，大家集思广益，经过研究讨论，结合学生提出的建议，我们归纳了9大迫切需要通过实验环节帮助学生学习的内容。

二、研究和学习英方合作大学相关课程的实验教学模式

国家倡导在高校培养创新创业人才，培养学生的创新创业精神，对于中外合作办学项目而言，我们要充分利用中外合作办学这个平台，引进外方在创新创业人才培养方面的先进经验和教学模式。因此，项目组翻阅了英方合作大学相关课程实验教学的教学大纲、讲义，此外，一位该门课程的授课教师（也是项目组成员）利用赴英方大学学习进修的机会，重点关注和参与了相关实验课程。结合资料和学习体会，项目组针对上阶段总结的9大内容设计实验过程，以确保我们的实验过程能提起学生的学习兴趣、能培养学生的创新能力、能提高学生的动手实践能力、能有助于学生对理论内容的理解。

三、组织授课，不断修正和完善实验内容和教学模式

为了验证前期工作的效果，2014年10至12月份，课题组针对2013级学生开展实验教学，共进行3部分实验，每次实验分6批次进行，共计进行实验18批次，参与实验的学生555人次。此次实验结束后，我们通过发放问卷调查表和召开学生座谈会的方式收集学生反馈意见，了解学生对于实验效果的评价。经过对学生意见建议的总结和分析，结合授课过程中的感悟与思考，课题组调整了部分实验内容，着力改进了部分实验方法。2015年10至11月，我们又针对2014级学生开展实验教学，共进行4部分实验，每次实验分4批次，共计进行实验16批次，参与实验的学生404人次。通过此次实验过程，验证了经过修正和完善的实验内容和教学模式，为实验指导书内容的最终确定打下了坚实的实践基础。

四、以培养学生创新意识、提高学生实践动手能力为目标制定教学大纲

课程的教学大纲是一门课程的灵魂，课程的内容、目的等都要通过教学大纲得以确定和规范。该实验课程的开设除了帮助学生学习和理解理论知识的目的之外，我们希望通过这门实验课程培养学生的创新意识、提高学生的实践动手能力，因此，在进行课程教学大纲的编写过程中，我们着重进行了以下工作：

1.突出启发式教学。

现行的很多实验课都是这样一种上课模式“讲理论―讲实验步骤―学生自己动手实验―实验点评”，这种模式让学生养成了“等着听、照着做”的实验课上课习惯，使得学生丧失了学习的主动性。为了改变这一局面，我们的教学大纲突出了实验与理论知识点之间的关系，强调了每一部分实验设置的原因。比如对于第一部分实验“计算机硬件组装与调试”，在教学大纲中我们突出“电气工程及其自动化专业的学生整体缺少计算机相关基础知识，很多同学不认识主板、内存、CPU、硬盘等硬件，没见过数据连接线，理论课程前两章的计算机基础知识纯理论的讲解只能让学生各自发挥自己的想象，本次试验的目的就是要让学生通过拆装机亲眼看看这些计算机硬件……”。此外对于任课老师，我们强调避免“管家式教学”，不能把所有的实验步骤都清楚地展示给学生，而是将重点放在“注意事项”上，在保证实验器材和学生人身安全的前提下，我们只告诉学生拆机要拆到什么程度、装好的标准是什么就可以了，实验过程中，对于学生提出的问题，老师要引导学生自己寻找答案，而不是直接告诉学生该怎样做。

2.注重知识扩展。

创新，一方面要有与时俱进的思想，另一方面要求广阔的知识面。教师对于知识的教授不能只局限于课本，要结合理论前沿、行业需求、学术动态作出相应的发散和延展。在本门课程的教学大纲编订过程中，我们立足理论课程教材的知识难点研究实验内容，在实验讲解部分，我们注重对理论知识的拓展，如，在“电路模拟及仿真”实验部分，大纲中不仅包含了简单的逻辑门，还拓展到对大规模集成电路内容的讲解，让学生知道简单的逻辑门是基础，但在现实生活中，计算机系统、各种电子设备都使用的是大规模集成电路。又如，理论课程教材中以“一位二进制加法电路”为主要讲解内容，实验教学大纲中，这只是最基础的验证实验，我们拓展了“全加器”、“减法器”、“十六进制加法器”等内容，通过这种拓展，让学生灵活运用所学知识，通过设计不同功能的电路扩展知识面。

五、以实验教学大纲为指导，编写实验指导书

在实验指导书的编写过程中，我们阅读和借鉴了10余本同类型的实验指导书的内容，从以下几个方面着手编写：

1.实验的目的和与理论知识的关系。

实验的目的突出了实验本身和相关理论知识的关系，让学生明白这部分实验是为何而设置的，理论知识是如何通过实验得以验证的。

2.实验注意事项。

实验指导书注重培养学生的安全意识，注意事项强调学生的责任意识，引导学生树立保护实验器材、保证自身安全的严谨实验态度。

3.实验步骤。

指导书中的实验步骤改变了以往追求详尽的习惯，力求精简，避免过于细节的描述让学生养成过度依赖和不主动思考的习惯。

4.实验数据记录。

设计实验记录纸，让学生在实验过程中对关键数据、关键步骤做到及时记录，培养学生在实验结果与预期出现偏差时分析实验记录的习惯。

5.实验报告。

实验报告删除了以往要求书写“实验依据”的内容，增加“实验收获”部分，让学生能够更加自由地谈一谈自己的实验心得体会。

六、结束语

一门实验课程的设计是一个系统的工程，实验内容的选择、教学大纲的制定、实验指导书的编写，每一个过程都需要设计者以学生为本深入研究、仔细衡量，只有经得实践检验和得到学生认可的实验设计才是成功的。

参考文献：

[1]李学干.计算机系统结构[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2]斯托林.计算机结构与组织[M]，北京：高等教育出版社，2009.

[3]白中英，杨春武.计算机组织与结构题解、题库、实验[M].北京：科学出版社，2004.

课题项目：

本文是上海电力学院2014年度教改项目结题论文（项目编号：A-2014-014）。

作者简介：

杨潇：（1983.10―）男，籍贯甘肃省环县，上海电力学院国际交流学院综合科科长，助理研究员，电子信息工程专业工学学士，研究方向为教育学和民俗学。