“计算机设计与实践”课程创新性实践教学探索

时间:2022-10-18 08:14:20

“计算机设计与实践”课程创新性实践教学探索

摘 要:“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节,是探索综合性、创新性实践教学模式的具体实现形式。开展实践环节的教学研究,开发真正以学生为中心的教学模式,开展设计性与创新性实践教学内容的研究,完善实践教学环境,可以锻炼学生的设计能力和动手能力,培养学生的综合能力和创新能力,提高学生的综合素质。

关键词:实践教学;自主探索;创新能力

中图分类号:G642 文献标识码:B

文章编号:1672-5913(2007)05-0016-03

1引言

目前,在全国高校计算机科学与技术专业学生的培养中,普遍存在一种现象:重软轻硬,甚至只软不硬,即只重视计算机软件方面知识的学习和培养,忽视对计算机硬件方面知识的学习和实践,特别是在硬件工程实践方面,学生得到的实践锻炼更少。在当前国内高校计算机专业本科生方面,尽管硬件课程的设置已与欧美等计算机发达国家的课程设置基本接轨,但教学知识体系和内容却不容乐观,不能适应时代的需求,与现实严重脱离,学生的学习积极性不高,学习效果不好[1]。与国外相比,我国几乎所有高校的实践教学都有一定的差距。目前很多课程都开设实验课,但一般的实验都属于验证性实验,只能教会学生一些固定的内容,照葫芦画瓢并不能启发学生的思维能力和锻炼学生的动手能力。正因为这样,很多高校都作了一些改革,希望能够改变这样的局面。近几年,我院进行了课程设计教学的探索,并首先在“计算机组成原理”这门重要的专业基础课中开设。课程设计的题目具有一定的灵活性,可以把知识比较全面地蕴藏在实际题目中,对于学生掌握书本知识是有益的。总的来说,课程设计的开设取得了不错的效果。

但是,仅靠课程设计的实践是不够的,通过课程设计,学生根据题目要求,自行设计各种部件,可以培养学生部件综合设计能力。但课程设计在整个实践教学中所占的比重不大,要想进一步提高实践教学,培养学生的系统设计能力,满足社会的需求,还需要向前继续探索和尝试,教学中的实践不应该是验证性的实践,也不仅仅是设计性的实践,而应该是综合性、创新性的实践。

2 创新性实践教学

创新性实践就是指实践的成果在功能上是已知的,而在性能、实现方法和结果形式上是未知的,不同的学生按照自己的思路进行设计,得到不同的结果,既避免了抄袭,又可以开发各自的潜能。例如,在国外的“计算机系统设计”课程上,实践的内容是CPU的设计,不同的指令集对应着不同的设计结果,也可以采用不同的设计思想。复旦大学的实践教学已经作了很大的改革,复旦大学的计算机原理实验成为独立的一门课,包含计算机部件实验和CPU设计实验。实验课程由60学时组成,包括授课12-15学时,其他的学时用于实践,授课与实践穿行。复旦大学为国内的计算机教育开了一个好头,他们的教学改革体现了理论与实践并重的思想,有利于教育的发展,有利于人才的培养。清华大学“计算机组成原理”课程共安排48学时的实验,每三名同学为一组,合作完成一个硬、软件组成相对完整的全新计算机系统的设计、实现和调试任务。这样的实践活动可以加深学生对软硬件系统在功能划分和具体实现方面之间关联的认识,还初步调整了部分学生“喜软怕硬”的心态。

复旦大学和清华大学计算机教育改革给了我们一个启示,那就是在实践教学方面加强力度是可行的。所以我院在实践教学方面亦作了一些改革,于2005年秋季学期新开设了一门实践教学课程“计算机设计与实践”,作为我校部级精品课程“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节,取代了原有的课程设计,旨在增加专业课中的实践教学力度,提高创新性实践的比重。

“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”的后续课程和重要实践环节,是探索综合性、创新性实践教学模式的具体实现形式。该课程是一门以应用实践为视角,进一步提高学生硬件方面的实际动手能力和设计能力的课程。课程采用理论和实践相结合的方法进行教学,以实践为主(18学时教学/60学时实践),旨在培养学生的综合和系统硬件设计及实现能力,培养学生掌握有关硬件设计工具的功能和用法,掌握计算机部件和CPU的设计方法和调试方法,极利于提高学生的动手能力和创新能力。

3 探索实践教学课程的教学模式

“计算机设计与实践”课程以实践教学为主,总学时78学时,其中课堂教学18学时,实践教学60学时,改变传统以课堂教学为主的教学模式,改变以教师为主体的“灌输式”的教学方法[2],采取“引、点、拨”的方式让学生独立进行实践,学生始终处于主动探索、思考的主体地位,教师由传统以教师为中心的讲解者转变为学生学习的指导者和组织者,教师在实践教学中贯穿应掌握的理论知识并引导学生将其应用到实践中。

在实践教学阶段,通过质疑引思、举例与联想、归纳与总结、启发式教学、互动式教学等方法来实现开拓创新。在实践阶段,不再拘泥于课本上解决问题的方式方法,更多地体现综合性、设计性和研究探索性,以及表现形式的多样性。培养学生理论与实践相结合的能力,提高学生自主探索能力和创新能力。

考核是监督学生学习的手段,不是目的,根据硬件课程的特点,以实验占一定比例,再以书面考试对基本知识、基本理论进行考核是最为理想的方式。“计算机设计与实践”是属于实践性为主的教学,是以平时的实践为主来进行考核的。重点解决教学过程中教师与学生的角色和地位问题和教学方法问题,以学生为主体,培养学生自主探索的能力。

4 设计实践教学内容

“计算机设计与实践”课程作为“计算机组成原理”课程的后续课程和实践环节,将计算机组成原理课程的教学内容深化到应用实践,教学过程中不仅仅传授有关硬件设计的课本知识,还将重视理论知识与实践过程的结合,实践教学内容不仅要将组成原理知识应用到实践中,还需将知识综合灵活运用,重视学生综合能力和创新能力的训练和培养。

在实践教学内容的设计上,要以创新为主线,开设一些与传统的验证性实验有本质区别的综合性、设计性和研究探索性实验,重点进行综合性、设计性和创新性教学内容的设计,根据计算机组成原理课程的理论知识,设计相应的实践内容,如利用所学习的计算机组成原理知识和硬件描述语言进行芯片级微处理器的设计、调试、模拟仿真和实际的可编程逻辑硬件实现,让学生自行设计、实现和调试,只要总体目标达到,可不作特别具体的要求,让学生多角度、多方位地思考。可为不同程度的学生提供不同难度的设计题目,学生也可根据自己的能力和兴趣自主地设计题目,培养学生科学研究的能力,使他们探索性地解决所提出的问题,培养学生的实际动手能力和创新能力,以全面提高教学质量,培养创新人才。

5完善实践教学平台,提供创新性实践教学环境

配合“计算机设计与实践”课程教学内容,设计实践教学内容,完善实践教学环境,创造自主创新性实验开发环境和实验开发平台。提供一个灵活的芯片级可编程逻辑硬件开发平台,结合实践教学内容进行实际的硬件实现,做到理论与实践的真正结合,为综合性和创新性设计的实现提供灵活的开发环境,培养学生的系统设计能力和创新能力。为更好突出对学生能力的培养,实践教学中教师与学生按1:15的比例进行实践指导,体现个性化教学思想。

建立新的开放式实践教学模式,提供创新性实践教学环境,提高学生的实践能力和创新能力。在具体实施中,可以把固定的实验时间安排改变成灵活的实验时间安排,把封闭的实验项目改变成支持自主设计的实验项目,把成批实验方式改变为满足学生个性化要求的实验方式[3]。根据学生动手能力的高低进行因材施教,进入开放实践教学的学生可以结成科研小组,采用自主选题、指导教师指定课题或项目提供课题等方式,经课程组指导教师评定后才能开始。科研小组必须在一定时期内完成一定的科研任务,并提交课题总结报告或论文。由于开放实践教学必须以课题小组形式申报课题,在培养学生创新能力的同时,还培养了学生的团队开发能力。为学生提供了自由发展的空间,可以大大激发学生的学习热情、创造激情,为其成才创造有利条件。实现“创新教育,实践教学,个性指导,能力培养”的宗旨,加强学生综合能力的培养。

6 结论

“计算机设计与实践”是一门刚刚开设的探索性实践课程。我们2005年秋开设的“计算机设计与实践”课程,得到了学生的认可,在学生中的第一次开设取得了不错的效果。这对巩固和深化课堂教学、提高学生的实践动手和科研创新能力、培养创新型人才是十分有效的。

开展实践环节的教学研究,开发真正以学生为中心的教学模式,让学生学会自主学习和主动研究,通过多种途径培养学生的自主性、探索精神、研究能力,以及与他人合作交流的能力。引导学生通过解决问题学习知识、发现知识,构建有利于创新教育的新型教学模式,由以教师为中心的逻辑讲解传授式的教学模式,转变为以学生为主体的探究发现式的教学模式。开展设计性与创新性实践教学内容的研究,完善实践教学环境,构建创新性实践教学环境和平台,培养学生理论与实践结合的能力,锻炼学生的设计能力和动手能力,培养学生的综合能力和创新能力,提高学生的综合素质。

参考文献:

[1] 赵若阳,李宁,库少平. 计算机硬件课程体系及内容改革的思考[J]. 计算机教育,2006,(3):27-29.

[2] 陈语林. 创新型“三性”实验教学模式的探索与实践[J]. 黑龙江高教研究,2005,(1):31-34.

[3] 龚声蓉,杨季文,朱巧明. 强化实践能力,培养计算机科学与技术专业工程型人才[J]. 计算机教育,2006,(2):21-24.

收稿日期:2006-10-18

作者简介:向琳(1975-),女,汉族,哈尔滨人,讲师,研究方向:移动计算、计算机系统结构。

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