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教学调研：对计算机硬件实验教学的实践与思考
一、引言
众所周知，科学技术的飞速发展，知识更新的周期正以指数曲线的规律在缩短，特别是现代信息技术的飞速发展，带来数字化、智能化产品的空前繁荣。形式多样的数字化设备和产品正以各种方式深入到人们生活中的各个层面。信息产业已成为全球的支柱产业，已成为我国国民经济发展的助推器、倍增器和催化剂。计算机科学与技术在信息产业中占据了最重要的地位，因此，培养具有适应社会发展需要的计算机专业人才就成为高校计算机科学与技术专业教学改革的当务之急。
“科技进步，经济繁荣和社会发展，从根本上取决于提高劳动者的素质”，素质教育一直是我国21世纪教学改革的重点内容之一。随着经济的全球化、科技进步和国际间人才的竞争，人们对实验教学在创新人才培养中的重要作用有了深刻的认识。实验教学是高等院校教学工作的重要组成部分，实验是掌握科学知识和技能的重要手段，对计算机这门实践性较强的学科，硬件实验是学习过程中不可缺少的环节，是培养实验技能的必修课。实验的教学目的是使学生了解科学实验的全过程，逐步掌握科学实验的思维和方法，培养发现问题、分析问题、研究问题、解决问题的能力。系统的训练，可以开发学生的创造性思维和创新能力。笔者从这个目的出发，在实验教学的各个环节上对计算机硬件实验进行了教学研究和实践，取得较好的教学效果。
二、课前预习
服务于计算机人才培养的硬件实验课程，主要有模拟电路、数字逻辑、计算机组成原理、计算机接口技术、单片机原理及应用等实验课程。它们是计算机专业教学的根基，因此，首先要突出硬件实验的基础性：突出科学实验的思维和基本研究方法，突出能长时期发挥作用的基础性内容、基本原理等。这就要求学生在实验前要充分的预习，明确实验的要求和内容，查阅相关资料，熟悉实验原理、实验方法以及相关的实验仪器，或通过必要的理论计算，编写实验程序，预计实验结果，写出预习报告，做到有备而来。如“字符和数据的显示”实验，首先给出实验任务：从FIRST开始的10个单元中存放着一个字符串，结束符是“$”编写一个程序，统计该字符串中字母B的个数，将结果放入COU单元。
学生结合该实验任务分析得出，要完成实验所需的知识点有：比较指令、条件转移指令和数据传送指令。其中，数据传送指令在此实验之前的实验中已经反复使用过，因此学员只需根据自身情况进行简单的回忆即可，而条件转移指令和数据传送指令，目前还没有在编程实验中应用过，只是在理论课上听老师讲解过，因此，这两个知识点需要学员去详细的复习，明确各指令的使用方法，在此基础上编写出此实验的源程序，以便实验课上进行调试运行。加强预习，使学生在实验中增加了主动性，减少了盲目性，思考能力和动手能力都有了明显提高，同时也培养了学生探索创新和积极吸取知识的习惯。
三、教学环节
在教学实践过程中，我们发现以前通过教师讲、学生听的以传授知识为主方式进行的传统教学方法已不能适应当今教学。由于学生生源整体素质的提高，加之实验所需的理论知识在相关课程中已经学习，经过充分的预习，他们对实验原理及实验设计有自己的认识和较好的把握。如果像“走过场”式的讲解实验课，势必会出现学生思想开小差、注意力不集中的不良现象，因此对实验教学方法必须有所改变。我们的做法是集思广义，让学生到讲台上讲解实验基本原理，给出自己的设计思路，或画出主要原理图，并简述实验步骤及注意事项等。也许一个同学的想法并不成熟，但是可以从其他同学的补充得以完善。俗话说得好，“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”。不同的学生可能有不同的方法，例如在“模拟电路”实验中，学生可以从不同的角度设计各种各样的电路。对这些不同的方案，最后由教师进行点评，提出意见和建议并根据实验室条件采用相应的实验方案。
这里，教师的角色至关重要。看似由学生来设计实验方案，教师的任务就减轻了，实则不然。首先，为了鼓励学生发言，要有鼓励性措施，比如对主动发言的学生，在点评时要进行表扬，平时成绩适当加分，同时要照顾到所有学生，根据个体差异性，对害羞胆小的学生提前进行沟通，力争做到每个学生都有上台发言的机会。这样，学生在准备发言的预习阶段比较认真，发言的积极性也比较高。其次，教师要适时引导，在不打断学生思路的前提下对学生考虑欠缺的问题或操作中常出现的问题提出疑问，要求学生考虑。例如，在“单片机原理结构设计”的实验中，思考某一个指令代码的放置位置不同对实验结果的影响。
通过这种方式教学，一方面带动了学生的积极主动性，拓展了知识面，加深了对实验的理解，锻炼了他们的语言表达能力，学生普遍感到收获较大。另一方面，学生的设计方法及表达方式的闪光点，教师也可以借鉴和汲取，同时也提高了教师的教学水平，起到了教学相长的作用。
四、实验指导
在实验指导方面，要注重实验过程，采用启发式、引导式教学方法，使学生掌握科学实验的主要过程与基本方法。在实际操作中，学生发现问题或遇到困难时，教师不是替他们排除，而是先问清楚情况，启发学生运用所学的理论知识及实验技能自己解决，每做一个实验就吃透一个实验，不但知其然还要知其所以然。通过这种方法，培养学生独立思考、勇于实践、不断创新的精神。
此外，教师还要善于把握细节问题，引导学生对实验的加深，培养学生耐心、严谨的实验态度。对试验中发现的一些细节问题，经过教师的引导，促使学生在实验报告中给出详细说明。有的学生还给出了严格的证明这些细节问题是否影响测量结果，从而加深了对实验的理解。
再者，随着实验课程的深入，教师要引导学生对学过的实验进行归纳、总结和对比，培养学生的综合实验和创造性思维能力。如在“计算机组成原理”实验中，让学生进行复杂模型机的设计。这种知识的迁移和运用，富有创新精神，提高了学生理论联系实际、灵活运用知识和技能解决实际问题的能力。
五、实验考核
在传统的考核方式，即预习分+操作分+报告分的基础上增加学生的自评分并附上评析内容，让学生对实验的各个环节自己给出一个客观的评价，计入最后考核成绩。这样做充分体现了以人为本，增加学生的自信心，自己参与实验及教学的主体地位，同时也可以通过学生的自评分，分析把握他们存在的问题，及时调整教学，不断提高教学质量。重点放在实验测量结果及数据处理过程，将实践中获取的经验总结升华，并对结果进行分析讨论。在实验报告的批阅中，不但要求学生掌握专业术语、图形、文字符号、法定计量单位等的准确使用，并能够正确地记录和处理实验数据，绘制曲线和图表，从方案设计到器件选型，从程序开发到调试等，说明结果，撰写合格的实验报告，还要关注学生对实验误差分析及实验感悟，不失时机地鼓励学生改进实验方案或设计更好的方案。学生的想法是丰富多彩的，对一些有创意的想法，教师在评语中应给予支持和鼓励，引导学生在好奇心的驱使下去探求创新之路，从而拓展硬件实验教学创新的新视界。
六、小结及实践思考
这种实验教学模式切实可行，不仅扩大了学生的知识面，也有利于学生的心理素质及综合能力的培养，激发了学生学习的积极性、主动性，加强了学生对基础理论知识的学习和掌握，提高了学生的动手能力，培养了学生的创新思维和创新能力，对提高课程教学质量起到了一定的积极作用，受到学生的欢迎。由于每个实验有限，增加了讨论部分，相对地，就缩短了实验操作时间，教学中可以考虑增加一个学时的讨论课，充分发挥讨论课的优势。另外，部分学生的心理素质不强，语言表达能力有待提高，如何采取一系列鼓励措施，使学生大胆地走上讲台展现自己的才华，需要在实践中慢慢摸索。再次，对学生提出的设计方案，应想方设法在开放性实验中实现，这确实会起到创新教育的作用。
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