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数字世界无限精彩

1引言 众所周知,对计算机专业人才的培养应该“软硬兼施”、双管齐下。然而近年来,全国高校计算机专业的毕业生却普遍存在只重视软件知识的学习和培养,忽视对硬件知识的掌握和实践的“偏软化”现象。长此以往,不仅IT业人才会分流失衡,而且薄弱的硬件基础将形成软件开发后劲差的恶性循环。

　 因此,在注重培养学生软件能力的前提下,如何提高他们对硬件知识的兴趣,在学习扎实的硬件基础理论时进一步提高硬件设计能力,是目前计算机专业硬件课程教学研究与改革中的重点。当前更为艰巨的挑战是,如何在新的教学理念下更好地将理论与实际应用相结合,逐步培养学生的创新意识与创新思维,使学生顺利完成“乐”中始、“做”中学、“创”中成的硬件能力培养三级跳。

　 只有对硬件及软件能力两手抓,两手都要硬,使学生具备雄厚的技术基础,才能最大限度地提高学生的综合创新能力,增强我们的国际竞争力。

　 2硬件能力培养三部曲 “学以致用”是学习的最终目的。教师“教”会了知识,并不代表学生真正会运用这些知识解决实际问题。硬件能力的提高牵涉多方面因素,关键在于教有道、学有法、做有方。

　 (1)“乐”中始 实践证明,兴趣是最好的老师,是学生学习的内在因素,教师应把激发并保持学生学习兴趣作为重要任务。学生有了兴趣,就会积极、主动、愉快地去学习。教师应把学生被动地学习转变为主动地探究、交流,最大限度地让学生在课堂内外“活”起来。

　 赢在起点 学生在没有接触课程前总怀着一种好奇,并不是从一开始就排斥它,所以教师此时一定要紧紧地抓住这个切入点,建立一个良好的开端。一个教师如果能把绪论、前言讲得精彩,让学生在最初就被吸引住,那么以后的课就容易讲了,也就是所谓的“赢在第一次”。在“数字电路”的绪论中,笔者运用测量电机转速的多媒体实例,将数字电路的研究内容、应用范围及数字电路与模拟电路在实际应用中的相互联系生动传神地展现出来,紧接着再举一些具体实例,使学生明白数字技术存在于国民经济、人民生活的很多领域,大到卫星、飞船,小到智能玩具、手表……在课程一开始紧紧抓住学生的兴趣,做到学习从“乐”中始。

　 创设情境 计算机硬件教学的工程技术性较强,有丰富的资源可创设学习情境。实例使教学内容变得更加生动、灵活,如教学中可列举举重比赛成绩判定电路、自动售饮料机电路设计、旅客身高范围判定电路等相关例子。教师应以难度适当又有创新意义的工程项目为实例,与现实生活紧密相关,既包含基本的教学知识点,又融入新知识、新技术, 从而实现新的认知结构建构,使学生不断产生新的兴趣,调动学生解决问题的积极性和创造性。

　 (2)“做”中学 真正的人才并不是从书本中“教”出来的,而是在实践中历练出来的。钱伟长校长早在1957年就说过:“应当给予基础理论课足够充分的课外自学时间,使学生通过足够的独立工作,能够巩固基础理论知识,并且做到运用熟练。”掌握知识固然重要,但大学教育更提倡学习方法的掌握和解决问题能力的提高。因此要让学生从“教”中学进一步升华到“做”中学。

　 优化实验内容,引进实验新技术 未来的科技发展强调软、硬件技术的融合,因此要不断优化和更新实验内容,引进实验新技术,使学生紧跟时代潮流,了解最新技术。在逐步递进的“验证型-设计型-综合型-探索型”的多层次实践教学模式下注重加强综合型和探索型实验的训练。这类实验没有现成的模式可循,学生要灵活运用所学,独立完成从选题、查阅资料、设计、选片、连线、调试、排除故障到实现一个数字系统的全过程。这不仅培养了学生的自学能力,而且锻炼了学生发现问题、独立分析问题及解决问题的能力,也是培养创新意识与创新能力的必经之路。

　 在排除错误中学到真知 硬件实验课的主要目的之一是训练学生的动手能力。由于主、客观原因,实验过程中经常会出现电路故障,这就要求学生通过已有的知识和经验做出判断,准确查找问题所在并加以解决。在实验教学中,教师不妨有意给学生设置一些“陷阱”,让学生通过“走弯路”避免类似错误的发生。

　 课程大作业小试牛刀 在硬件课程中引入大作业是一种行之有效的教学方式。大作业属于探索型教学实践活动,可以培养学生发现问题、解决问题的能力,并促使其逐步养成良好的科学工作作风,对提高学生的综合素质具有重要意义。

　 首先,大作业促使学生自行完成知识的衔接和扩展,有利于培养自主学习能力。大作业的选题面向实际应用,有一定的挑战性,给学生留有充分发挥的空间,学生在设计的过程中能够满足个性化的需要,还要具有相应的趣味性。教师要鼓励学生敢于向难题挑战,最大限度地接触最新技术。在满足大作业基本设计要求的前提下,鼓励学生自行添加功能,为自己的作品“锦上添花”。

　 其次,课程大作业有利于培养团队合作精神。在实际工作中,很多任务都不是一个人能独立完成的,这就需要团队以集体的智慧攻克难关。学生以小组的形式完成大作业,势必遇到一些比较棘手或百思不得其解的问题,这时同学间的沟通与交流乃至合作就非常必要了,交流与讨论不仅可以使学生了解同一问题的不同解决方法,更能加深对知识的理解,自身能力也获得提高。

　 (3)“创”中成 创新是一个民族进步的不竭动力!创新意识与创新思维的培养始终是大学教育关注的重点,也是高校教学工作的着眼点和落脚点,更是培养合格人才的关键所在。因此我们要结合实际情况,借鉴中外经验,在灵活多样的基础上充分发挥优势,尽快做到与国际一流大学接轨,培养出更多的高素质优秀人才。

　 独树一帜,不拘一格 创新不拘泥于规则。国外学生的创新意识是从小培养的,贯穿于日常的学习、工作乃至娱乐之中。他们比较崇尚“另类”,不喜欢从众,特别希望自己与众不同,所以国外教育一般会给学生一个宽松的环境,没有过多的条条框框。

　 因此,我们要给予学生充分的尊重和最大的信任,鼓励学生勇于探索和尝试身边有意义的事物,积极鼓励学生寻求独树一帜、不拘一格的问题求解方式,挑战人云亦云,培养批判性思维和求异思维,让学生体现出自我来。作为大胆的尝试,我们在全院范围内开展了“年度创新计划”,设置了创新研究项目申报机制,从低年级开始逐步培养学生的动手能力和创新意识。鼓励学生在教师的指导下以小组方式合作完成项目,尤其支持学生申请自主创新立项。通过一系列教学环节的促进作用,学生在具备了浓厚兴趣及一定硬件支持的基础上,依据不同的兴趣点大胆设想,积极申报,一批硬件项目如篮球赛自动评分系统、搜救机器人等均获得了资助。

　 关注前沿,勇于挑战 站得高才能看得远,立足高起点的创新才有真正意义。必须要让学生明白,不能只满足于眼前,还应当关注本领域的发展前沿,及时了解技术、方法的最新发展动向,带动学生探索研究新问题的兴趣,具备挑战难题的信心和勇气。对前沿问题的了解,学生可以从与课程内容相关的最新研究动向入手,以分组学习、交流讨论的方式进行,最后形成专题研究报告。有了对最新技术及前沿问题的了解,才能使问题的提出立足于科学角度,保证创新价值。

　 3改进现有评价体系 “世界上没有一朵鲜花不美丽,也没有一个学生没有优点和长处”,关键是我们的评价方法和评判标准。为了激励学生学习的热情,倡导学生学会终身学习,应创建一套科学的激励机制。

　 注重过程 俗话讲,“不以成败论英雄”。与国外相比,国内普遍关注学生最后的成绩高低,而忽略对学习过程的考查。新的评价体系不应该过于看重结果,应该尽量消除分数带来的种种弊端,淡化追逐分数的心理。对学习过程的考查可以从实验操作、错误调试、大作业设计、专题研究报告、创新立项等多个方面进行,以现场操作、实物展示或分组答辩等形式完成对学习效果的评定。

　 弹性考核 由于个人基础及能力的差异,不可能所有的学生都成为精英,所以我们的评价体系应该有一定的弹性。对于获得了科技创新项目或在各类大赛中获得名次的学生,可以得到额外加分,甚至可以免于考试。而对于普通学生或能力稍差的学生,则可以选择累加式的考核方式,考核内容包括卷面成绩、实验操作、错误调试、大作业设计、专题研究报告等,卷面成绩的权重不应高于50%,同时尽量减少记忆内容的考核,增加对应用能力的考核。弹性考核不放弃普通学生,也不埋没任何一个精英,让所有学生都能得到不同程度的提高。

　 总之,要把各种考核当作一种手段,重过程、重能力,发挥考核的正面激励功能,使之服务于学生的全面发展和整体素质的全面提高。

　 4结论 经过几年的摸索和实践,本文提出的硬件教学及实践方式受到了学生的广泛好评。从2020年至今,学生对本课程的评价都是A以上,其中2020年为A,其余全部是A+,学生的硬件能力获得了很大提高,同时也带动了软件能力的进一步增强。很多学生申请的科技创新项目,如“农业灌溉系统的设计”、“搜救机器人”等,都有软、硬件的结合。

　 孔子云:“知之者不如好知者,好知者不如乐知者。”学生的思维是非常活跃的,可塑性强,在教师的正确引导下,通过“乐”中始、“做”中学、“创”中成三部曲,就能够培养学生的硬件能力,让学生通过“软硬兼施”,真正感受数字世界的无限精彩。

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