设计性实践教学中学生综合能力的培养

罗丹彦　向　琳　张　展　左德承　曲　峰

摘要结合哈尔滨工业大学计算机学院开设的“计算机设计与实践”课程的教学实践，探讨了设计性教学中如何培养学生的综合能力和创新能力。实践教学体系是与理论教学平行而又相互协调、相辅相成的。应尽可能为学生提供综合性、设计性、创造性比较强的实践环境，让每个学生经过这种实践环节的培养和训练，不仅培养学生扎实的基本技能与实践能力，而且能够提高学生的综合素质和创新能力。

关键词实践教学计算机设计与实践创新

1 教育管理的改进

1．1 培养学生的计划性能力

企业中每一个项目的开发都受到从上到下的监控，从测试到市场的监督，开发准备阶段就要制定严格的计划，规定每个阶段的具体步骤、阶段和每个步骤的完成时间，而且在计划中规定了在各个阶段需要哪些接口部门的配合或评审。学校中的科研工作在计划性方面就显得松散，对于参加项目的学生也有负面的影响，缺乏按计划完成任务的观念。

1．2 培养学生的标准化意识

标准化管理很重要。进入企业后要学的第一件事就是流程，而且要学习撰写标准化的文档，这是技术和知识代代相传的需要，也是企业能够立足的一个关键。学校中的开发多数是遵循老师的思路，开发完成后得到一个模块、一个可执行文件，但中间的过程没有记录下来。实际上，开发的结果只能用于一个项目的结题，中间的东西是思想也是经验，可以多次利用，节省重复开发的时间，所以被丢掉的东西恰恰是最宝贵的财富。有的项目本来在几年前有人做过，可是经历项目的学生毕业了，老师调走了，就不再有人知道，新的项目里还要重做，看着前人的论文并不能说明所有的问题，因为论文本身并不是一篇技术文档。结果前人走的弯路后人继续走，前人的经验没有真正留下来，过去做过的软件编码如今还要重新编写，这是巨大的浪费。如果每个项目都从需求分析报告开始，把可行性论证报告、设计规格书、总体设计报告、每个开发成员的详细设计报告、测试过程报告、测试问题汇总报告等等以标准化文档的形式创建起来，就可以留下一大笔宝贵的财富。尽管看起来在项目前期耽搁了一些时间，但这些工作不会白做，既可以作为讨论设计的依据，也可以避免设计结果与预先构想出现较大的偏差，还可以作为自上而下考核的凭据，同时为后人留下开发经验。

2 加强实践教学

大学教育不仅要求学生能牢固的掌握该课程的基础理论知识，更需要培养学生具有实际工程的设计能力和实现手段，因此在四年本科教学中，必须使学生有全方位地锻炼自己的实际动手能力的机会。在哈工大开设的计算机组成原理的课程体系中，在实践教学中设计了三个阶段：基本技能培养、部件综合设计能力的培养和系统设计能力的培养。第一阶段主要通过实验环节，结合实验台，通过验证型，设计型和综合型三种实验，进一步加深课堂教学的感性认识；第二阶段通过课程设计，学生根据题目要求，由学生自由发挥，自行设计各种部件，题目可来自实际科研项目，培养学生部件综合设计能力；第三阶段通过“计算机设计与实践”课，掌握有关计算机硬件设计的基本知识，设计CPU及利用自己设计的CPU实现CPU与存储器、CPU与I/O之间的访问，培养学生系统设计的能力。通过这些实践环节，给学生提供思考、钻研、动手实践的机会，培养学生解决实际问题的能力。

2.1 提高对实践教学的认识

实践教学是使学生更深刻理解掌握所学理论知识、训练实践能力、培养创新精神的最重要的教学环节，从校、院、系领导到教师、学生，都要像重视课堂理论教学一样地重视实践教学。学生实践能力的高低，在很大程度上决定了学生在工作岗位上创新能力的强弱。

对于综合性的实践教学，设计理论及技巧方面是比较难的，学生所掌握的知识并不能完全独立地完成教学的实验设计和实施，但在指导教师的参与下，学生通过设计及实践，不仅能够对已学知识有更深刻的理解和掌握，同时锻炼了设计能力和动手能力，对于端正学习态度及提高学习积极性都有很大的帮助。

因此，为了提高学生的重视程度，我院开设的计算机设计与实践课程设定为学位必修课。同时，成立了指导教师课程小组，在负责课程的实践教学前，指导教师先要接受课程的培训，从教师到学生均提高了对实践教学的认识和重视。实践证明，经过这些环节的实践过程，有利于对学生个性化的培养，个别学生的设计很有创新性。

2.2 设计性实践教学的几点思考

2.2.1 设计性实践教学方法探讨

“计算机设计与实践”课程的开设，实际上是研究探索性实践教学的具体表现形式。计算机设计与实践是一门以应用为视角，给计算机专业的本科生培养硬件方面的实际动手能力和思考能力的技术基础课。本课的实践学时为60学时，占课程总学时78学时的主体，旨在锻炼学生的设计能力和动手能力。课程采用理论和实践相结合的方法进行教学，以实践内容为主，但在理论教学过程中需大力引导实践中的设计思想。在实践环节中，通过实验内容逐级深入的方法，把设计思想不断向学生加以渗透，最终达到本课的教学目的。使学生通过本课的学习，能初步了解计算机部件和微处理器（CPU）的设计方法，了解计算机硬件设计的基本知识，理解系统级设计的过程和深入领会芯片级设计的层次化思想。

开展创新型综合性、设计性实践教学，实验内容涉及相关的综合知识，“计算机设计与实践”着重引导学生以整体观念看待CPU和设计CPU，并通过足够的实验学时，使学生能够亲自完成CPU的设计实践。在这门课程中，教师将扮演与课程实验不完全相同的角色并以指导教师的身份出现， 向学生渗透实践中的设计思想和工程思想，与学生进行面对面的指导与交流。学生在教师的指导下，根据给定的实验目的和实验条件，自己设计实验方案、选择实验方法、拟定实验操作程序，自己加以实现并对实验结果进行分析处理。对于比较大型的综合性、设计性和研究探索性实践教学，如最终的微处理器设计实验，只要总体目标达到，一般可不作特别具体的要求，让学生多角度、多方位地思考，培养学生进行科学研究的能力，使他们探索性地解决所提出的问题。这样有利于培养学生的学习兴趣及主动性，挖掘学生的知识潜力，有利于培养学生探索进取及创新精神，激发学生的创新意识，培养学生的创新能力，从而提高学生的综合素质。

2.2.2 设计性实践教学考核方法探讨

以实践性教学为主的课程，在教学中强调要理解原理及实现方法， 密切与实际结合起来， 不要读死书。考核评价从学生掌握基本概念和基本原理的程度以及灵活应用所学知识解决实际问题的能力等诸方面进行考核。“计算机设计与实践”考核采用报告和答辩的方式，不进行统一考试。教学环节和实践环节的考核先后分别进行，两者之和为课程的总成绩。教学环节的考核在实验环节开始之前完成，以报告形式提交。实验环节的考核包括报告和答辩两种形式。报告包括三部分：方案报告、设计报告和测试报告。方案报告包括系统设计要求、系统概述、技术方案、关键技术等内容。设计报告包括系统结构设计（含系统框图和各部件功能概述）、系统工作原理描述（工作过程简述）、外接口定义（管脚定义及功能）、系统详细设计（各部件功能详述，设计方法，VHDL程序等）、系统测试（测试方案，测试波形等）等内容。测试报告包括测试准备条件、系统功能概述、系统功能测试（每项功能作为一个部分，要包括功能描述、测试过程和期望的测试结果）。三份报告均有规定的提交时间，既有利于培养学生的计划性能力，又能培养学生的标准化意识。由指导教师根据报告和现场答辩情况及平时表现给出考核成绩，综合考察学生的综合能力。考核中，对于具有创新思想的设计，要给予鼓励，同时在成绩上有所体现，从而激发学生的创新热情。

3 结束语

对于计算机专业这样一个实践性很强的专业，学生动手能力即解决问题的能力是我们的培养目标，也就是说，“授之以鱼，不若授之以渔”。开展创新型综合性、设计性实践教学，有利于培养学生的学习兴趣，有利于激发学生的创新意识，培养学生的创新能力，从而提高学生的综合素质与能力。

必须指出，加强设计性实践教学，只是提高学生实践能力和创新能力的一个重要措施，但还不是惟一措施。为了提高学生的实践能力，我们在加强实践教学的同时，还必须加强课程设计、毕业设计、社会实践等各个实践教学环节。