教學調研：對計算機硬件實驗教學的實踐與思考
一、引言
眾所周知，科學技術的飛速發展，知識更新的周期正以指數曲線的規律在縮短，特別是現代信息技術的飛速發展，帶來數字化、智能化產品的空前繁榮。形式多樣的數字化設備和產品正以各種方式深入到人們生活中的各個層面。信息產業已成為全球的支柱產業，已成為我國國民經濟發展的助推器、倍增器和催化劑。計算機科學與技術在信息產業中占據了最重要的地位，因此，培養具有適應社會發展需要的計算機專業人才就成為高校計算機科學與技術專業教學改革的當務之急。
“科技進步，經濟繁榮和社會發展，從根本上取決于提高勞動者的素質”，素質教育一直是我國21世紀教學改革的重點內容之一。隨著經濟的全球化、科技進步和國際間人才的競爭，人們對實驗教學在創新人才培養中的重要作用有了深刻的認識。實驗教學是高等院校教學工作的重要組成部分，實驗是掌握科學知識和技能的重要手段，對計算機這門實踐性較強的學科，硬件實驗是學習過程中不可缺少的環節，是培養實驗技能的必修課。實驗的教學目的是使學生了解科學實驗的全過程，逐步掌握科學實驗的思維和方法，培養發現問題、分析問題、研究問題、解決問題的能力。系統的訓練，可以開發學生的創造性思維和創新能力。筆者從這個目的出發，在實驗教學的各個環節上對計算機硬件實驗進行了教學研究和實踐，取得較好的教學效果。
二、課前預習
服務于計算機人才培養的硬件實驗課程，主要有模擬電路、數字邏輯、計算機組成原理、計算機接口技術、單片機原理及應用等實驗課程。它們是計算機專業教學的根基，因此，首先要突出硬件實驗的基礎性：突出科學實驗的思維和基本研究方法，突出能長時期發揮作用的基礎性內容、基本原理等。這就要求學生在實驗前要充分的預習，明確實驗的要求和內容，查閱相關資料，熟悉實驗原理、實驗方法以及相關的實驗儀器，或通過必要的理論計算，編寫實驗程序，預計實驗結果，寫出預習報告，做到有備而來。如“字符和數據的顯示”實驗，首先給出實驗任務：從FIRST開始的10個單元中存放著一個字符串，結束符是“$”編寫一個程序，統計該字符串中字母B的個數，將結果放入COU單元。
學生結合該實驗任務分析得出，要完成實驗所需的知識點有：比較指令、條件轉移指令和數據傳送指令。其中，數據傳送指令在此實驗之前的實驗中已經反復使用過，因此學員只需根據自身情況進行簡單的回憶即可，而條件轉移指令和數據傳送指令，目前還沒有在編程實驗中應用過，只是在理論課上聽老師講解過，因此，這兩個知識點需要學員去詳細的復習，明確各指令的使用方法，在此基礎上編寫出此實驗的源程序，以便實驗課上進行調試運行。加強預習，使學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，同時也培養了學生探索創新和積極吸取知識的習慣。
三、教學環節
在教學實踐過程中，我們發現以前通過教師講、學生聽的以傳授知識為主方式進行的傳統教學方法已不能適應當今教學。由于學生生源整體素質的提高，加之實驗所需的理論知識在相關課程中已經學習，經過充分的預習，他們對實驗原理及實驗設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，勢必會出現學生思想開小差、注意力不集中的不良現象，因此對實驗教學方法必須有所改變。我們的做法是集思廣義，讓學生到講臺上講解實驗基本原理，給出自己的設計思路，或畫出主要原理圖，并簡述實驗步驟及注意事項等。也許一個同學的想法并不成熟，但是可以從其他同學的補充得以完善。俗話說得好，“三個臭皮匠，頂個諸葛亮”。不同的學生可能有不同的方法，例如在“模擬電路”實驗中，學生可以從不同的角度設計各種各樣的電路。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實驗室條件采用相應的實驗方案。
這里，教師的角色至關重要。看似由學生來設計實驗方案，教師的任務就減輕了，實則不然。首先，為了鼓勵學生發言，要有鼓勵性措施，比如對主動發言的學生，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生，根據個體差異性，對害羞膽小的學生提前進行溝通，力爭做到每個學生都有上臺發言的機會。這樣，學生在準備發言的預習階段比較認真，發言的積極性也比較高。其次，教師要適時引導，在不打斷學生思路的前提下對學生考慮欠缺的問題或操作中常出現的問題提出疑問，要求學生考慮。例如，在“單片機原理結構設計”的實驗中，思考某一個指令代碼的放置位置不同對實驗結果的影響。
通過這種方式教學，一方面帶動了學生的積極主動性，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，學生普遍感到收獲較大。另一方面，學生的設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水平，起到了教學相長的作用。
四、實驗指導
在實驗指導方面，要注重實驗過程，采用啟發式、引導式教學方法，使學生掌握科學實驗的主要過程與基本方法。在實際操作中，學生發現問題或遇到困難時，教師不是替他們排除，而是先問清楚情況，啟發學生運用所學的理論知識及實驗技能自己解決，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，培養學生獨立思考、勇于實踐、不斷創新的精神。
此外，教師還要善于把握細節問題，引導學生對實驗的加深，培養學生耐心、嚴謹的實驗態度。對試驗中發現的一些細節問題，經過教師的引導，促使學生在實驗報告中給出詳細說明。有的學生還給出了嚴格的證明這些細節問題是否影響測量結果，從而加深了對實驗的理解。
再者，隨著實驗課程的深入，教師要引導學生對學過的實驗進行歸納、總結和對比，培養學生的綜合實驗和創造性思維能力。如在“計算機組成原理”實驗中，讓學生進行復雜模型機的設計。這種知識的遷移和運用，富有創新精神，提高了學生理論聯系實際、靈活運用知識和技能解決實際問題的能力。
五、實驗考核
在傳統的考核方式，即預習分+操作分+報告分的基礎上增加學生的自評分并附上評析內容，讓學生對實驗的各個環節自己給出一個客觀的`評價，計入最后考核成績。這樣做充分體現了以人為本，增加學生的自信心，自己參與實驗及教學的主體地位，同時也可以通過學生的自評分，分析把握他們存在的問題，及時調整教學，不斷提高教學質量。重點放在實驗測量結果及數據處理過程，將實踐中獲取的經驗總結升華，并對結果進行分析討論。在實驗報告的批閱中，不但要求學生掌握專業術語、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據，繪制曲線和圖表，從方案設計到器件選型，從程序開發到調試等，說明結果，撰寫合格的實驗報告，還要關注學生對實驗誤差分析及實驗感悟，不失時機地鼓勵學生改進實驗方案或設計更好的方案。學生的想法是豐富多彩的，對一些有創意的想法，教師在評語中應給予支持和鼓勵，引導學生在好奇心的驅使下去探求創新之路，從而拓展硬件實驗教學創新的新視界。
六、小結及實踐思考
這種實驗教學模式切實可行，不僅擴大了學生的知識面，也有利于學生的心理素質及綜合能力的培養，激發了學生學習的積極性、主動性，加強了學生對基礎理論知識的學習和掌握，提高了學生的動手能力，培養了學生的創新思維和創新能力，對提高課程教學質量起到了一定的積極作用，受到學生的歡迎。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，教學中可以考慮增加一個學時的討論課，充分發揮討論課的優勢。另外，部分學生的心理素質不強，語言表達能力有待提高，如何采取一系列鼓勵措施，使學生大膽地走上講臺展現自己的才華，需要在實踐中慢慢摸索。再次，對學生提出的設計方案，應想方設法在開放性實驗中實現，這確實會起到創新教育的作用。
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