將創新教育融入到“計算機組成技術”教學之中

摘要：本文強調培養創新人才是高等學校教師責無旁貸的歷史責任，要求教師把創新教育融入到日常的教學工作中。指出自主創新包括三方面的含義：一是原始創新；二是集成創新；三是技術引進、消化吸收基礎上的再創新。通過“計算機組成技術”課程的教學，使學生在掌握計算機的工作原理和提高編程水平的基礎上，透過計算機產生和發展過程中大量地創新事例，讓學生感受到創新在推動技術進步中的巨大作用，從而培養起學生的創新興趣與創新意識，使學生初步掌握創新的能力與方法。

關鍵詞：計算機組成技術；自主創新；創新教育

中圖分類號：G 文獻表示碼：B

文章編號：1672-5913（2007）03-0038-03

1．引言

自主創新能力是國家競爭力的核心，而實現自主創新，關鍵在人才。只有大力加強創新教育，源源不斷地培養造就大批高素質的具有蓬勃創新精神的科技人才，才能夠為實現把我國建設成為創新型國家這一宏偉目標奠定堅實的基礎。

高等學校作為國家創新體系的重要組成部分，承擔著科教興國和人才強國的雙重使命，而其中人才強國的使命是其他行業或部門不可替代的。為此，周濟部長在教育部直屬高校工作咨詢委員會第16次全體會議做了題為“創新是高水平大學建設的靈魂”的重要講話，在講話中明確指出“把創新作為高水平大學建設的靈魂，作為高水平大學一切工作的主線。”

作為高等學校的教師，我們必須把為國家培養創新人才當作自己責無旁貸的歷史責任，自覺地把創新教育融入到日常的教學工作中，讓學生在每一門課程、每一次授課的學習過程中，都能夠欣賞到前人創新的經歷與成果，培養起創新的興趣和勇氣，初步領略到創新的思路和方法，使我們的學生在畢業走出校門時，具備基本的創新素質，成為建設創新型國家的棟梁之才。

2．自主創新的內涵和創新素質

自主創新從內容上包括三方面的含義：一是原始創新，即通過科研和開發，努力獲得更多科學發現與技術發明；二是集成創新，即通過各種相關技術成果融合匯聚，形成具有市場競爭力的產品和產業；三是技術引進、消化吸收基礎上的再創新，即在積極引進先進技術與設備的基礎上，進行充分地消化吸收，并結合實際的市場需求進行技術和產品的再創新。

實現自主創新，首先需要具有創新素質的人才，總結哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院多年的人才培養經驗，我們認為創新人才最重要的素質就是要對當前科學技術中存在的問題有鍥而不舍的求解追求和求解能力。國內外的大科學家、大發明家，如愛因斯坦、陳景潤、愛迪生等等，都是這方面突出的代表人物。

電子計算機是二十世紀人類最偉大的創新成果之一。在電子計算機的產生、發展和普及的過程，原始創新、集成創新、引進吸收再創新的事例比比皆是，無處不體現了前輩對求解科學問題的不懈努力。正是前輩們努力求解帶來的創新成果，使得電子計算機在短短六十年的時間里得到了迅猛的發展，能夠在今天以極高的性能、極低的價格、極其簡易的操作性，廣泛應用于我們生產、生活的各個方面，迅速地把人類從工業社會帶入到信息社會。這些創新的事例不正是我們大學課堂最生動、最鮮活、學生最渴求的教學內容嗎？

在當今信息社會中，計算機就如同工業社會中的發動機一樣，成為社會生活中不可或缺的基本工具。為此許多高等學校都為非計算機專業的本科學生開設了“計算機組成技術”課程。此課程對于工科學生，如同“機械原理”，是一門重要的技術基礎課。

“計算機組成技術”課程的內容主要包括：計算機的產生、發展和應用，計算機的基本結構與工作原理，計算機中信息的表示與運算，存儲器與存儲系統，計算機的輸入輸出技術與外部設備，匯編語言程序設計等[1]。

通過“計算機組成技術”課程的教學，不僅可以使學生掌握計算機的工作原理，提高編程水平，而且更重要的是通過對計算機產生和發展過程中創新事例的學習，感受到創新在推動技術進步中的巨大作用，從而培養起學生的創新興趣與創新意識，初步掌握創新的能力與方法，為將來在建設創新型國家的偉大事業中建功立業打下扎實的基礎。

3．創新教育在“計算機組成技術”課程教學中的體現

（1）通過介紹計算機的發展歷史，啟發學生的創新意識

在國內外任何一所大學“計算機組成技術”的教學內容中，計算機的發展歷史總是放在一個最突出、最重要的位置。但是如果教師在教學過程中，只是簡單地介紹計算機發展的編年史的活，學生受到的啟發和創新教育是極少的。而計算機的發明，恰恰是一個最生動的原始創新的事例。所以，任課教師一定要抓住這個事例，啟發學生的創新意識。

計算機發明的內涵，實質上是人類渴望擴大自己計算能力的表現。而用什么來擴大人類的計算能力呢？答案只有一個，那就是機器。在人類的發展歷史上，蒸汽機曾經擴大過人類的牽引能力，飛機曾經擴大過人類的飛行能力。現在要用機器來擴大人類的計算能力，這就是一個偉大的創新意識[2]。類似地，我國著名科學家吳文俊院士試圖用機器來擴大人類的數學推理能力，研究“幾何定理的機器證明”，這同樣是一個偉大的創新意識。吳院士在這一領域的原始創新得到了全世界的贊譽。

所以在介紹計算機的發展歷史時，教師一定要深刻挖掘計算機發明的內涵，并鼓勵學生提出自己的原始創新設想，從而使學生感受到“原始創新，我也行！”例如，在筆者的課堂中就有學生設想用機器來擴大人類的藝術創作能力，讓計算機來編寫小說，創作音樂。

（2）通過講授計算機運算方法的發展，培養學生對創新執著的追求

眾所周知，計算機最核心的功能就是計算，所以介紹計算機是如何實現計算，這是“計算機組成技術”最核心的教學內容之一。

雖然加減乘除對人而言是簡單的，可是要靠機器來完成，卻要涉及從算法設計到物理實現，從加快速度到降低成本等一系列問題，早期的計算機工作者為此付出了巨大的努力。

從數據的原碼表示到補碼表示，從單符號位判斷溢出到雙符號位判斷溢出，從原碼一位乘到兩位乘，從原碼除法到補碼除法，等。算法由繁到簡、由慢到快，電路由復雜到規整。這每一點改進都是計算機工作者的不懈追求問題求解的結果[3]。正是這些創新成果，才使計算機能以今天極高的性能和極低的價格進入社會生活的每一個角落，改變著我們的生活。

通過“計算機組成技術”課程的學習，學生們不難發現：創新源于對問題求解不懈的追求。

（3）在計算機輸入輸出設備的教學中，啟發學生集成創新的意識

集成創新是自主創新的又一重要體現，它同樣對計算機的發展起到極其重要的作用。教師同樣可以在“計算機組成技術”的教學內容中培養學生進行集成創新的意識與能力。

例如，目前人們使用計算機最常用的輸入設備就是鼠標。鼠標作為繼鍵盤后，新的計算機輸入設備，為人類使用計算機提供了極大的便利，讓不懂事的孩子、沒學過計算機的老人都可以輕松地使用計算機，享受到信息社會給他們帶來的快樂。因此，鼠標的發明被國際電氣與電子工程師協會(IEEE)評為計算機誕生以來最重大的事件之一。

鼠標的發明并沒有開辟一個新的學科，也沒有提出一個新的理論，但是它卻將機械、光電、計算機等許多學科的知識集成在一起。鼠標發明人道格拉斯·恩格爾巴特以其集成創新的成果于1998年獲得國際計算機界的最高獎“圖靈獎”。

早期計算機的運算結果都是通過穿孔紙帶或打印紙輸出，人們瀏覽起來很不方面。在物理學科的“陰極射線能使熒光粉發光”知識的基礎上，人們集成了電子學科、計算機學科的知識，設計實現了“陰極射線管（CRT）顯示器”來作為計算機的主要輸出設備，使得計算結果可以及時、直觀地展現在人們的眼前。

進一步結合材料學科的知識，人們設計實現了液晶顯示器，從而導致了筆記本電腦的問世。

據《科學》雜志報道，科學家們正在研究可以卷曲的柔性顯示器。將來人們就可以在衣服口袋里隨身攜帶一個很大的電腦顯示屏幕。

由此可見，要想獲得發明的成功，必須是多學科知識的交叉。而“計算機組成技術”課程的授課對象恰恰都是非計算機專業的大學本科生。所以教好“計算機組成技術”這門課，對于奠定非計算機專業本科生多學科的知識基礎，培養他們發散型的思維習慣和從自己熟悉的專業轉移到其他專業領域進行集成創新的勇氣，具有極其重要的意義。

（4）通過介紹微處理器，鼓勵學生進行再創新

技術引進消化吸收基礎上的再創新是最常見的創新活動。我們的大多數學生將來都是通過從事引進消化吸收的再創新來獲得他們事業的成功。

在二十世紀七十年代，當IBM、DEC等著名計算機公司已開發出高性能的32位處理器的時候，原先生產存儲器的Intel公司加入到了生產處理器的競爭行列。但Intel公司在引進處理器的設計、生產技術時，并不是跟隨潮流去開發高端產品，而是結合市場的需求，反其道而行之，開發了一種結構簡單、性能不高但價格極低的4位處理器——Intel 4004。正因為其簡陋，故稱之為微處理器。

但是正是這個Intel 4004，開創了微型計算機這一新領域，從此Intel公司不斷地獲得越來越大的市場份額，終于躋身世界500強。這就是創新！這就是技術引進消化吸收基礎上的再創新推動技術和產業迅速發展的最好的例子。

通過上述內容的教學，可以讓學生認識到技術引進消化吸收基礎上的再創新并不是高不可攀的。

4．結束語

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。中華民族正站在一個新的歷史起點上，已經到了必須更多地依靠增強自主創新能力和提高勞動者素質推動經濟發展的新階段。自主創新已成為時代的主旋律，崇尚創新、追求創新，也應該成為全民族的價值取向。作為“計算機組成技術”課程的任課教師，我們深深體會到教好這門課程的重要意義，有信心、有激情和我們的學生們一起深入分析、積極思考、教學相長。在大學本科教育的教與學中不斷提高自己的創新素質。以只爭朝夕的精神為建設創新型國家而努力奮斗。這樣才能無愧于祖國，無愧于時代。

參考文獻：

[1] 李東，蔣宗禮，蘇曉紅.“計算機組成技術”教學設計[J]. 科教論壇，2000，(4): 9-12.

[2] 季振洲，李東，姚鴻勛. 計算機組成技術（第二版）[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2003.

[3] 唐朔飛. 計算機組成原理[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[4] 虞有澄. 我看Intel[M]. 北京：生活范潦櫸新知三聯書店，1995.

投稿日期：2006-07-28

作者簡介：李東（1967年6月），男，博士，廣西，教授，研究方向：計算機組成與體系結構，并行計算。

蘇小紅（1966年10月），女，博士，遼寧，教授，博士生導師，研究方向：圖像處理，信息融合。