基于創新人才培養模式下的《計算機結構與組織》課程實驗環節課程設計

楊 瀟/上海電力學院

基于創新人才培養模式下的《計算機結構與組織》課程實驗環節課程設計

楊 瀟/上海電力學院

《計算機結構與組織》課程是上海電力學院國際交流學院電氣工程及其自動化專業培養計劃中的一門學科基礎課，多年來，學生持續反映課程理論性強、知識較抽象，理論教學效果不理想。為了改變這一現狀，上海電力學院以教改項目的形式開展該課程的配套實驗課程建設，經過項目組為期兩年的建設，完成了“基于創新人才培養模式下的《計算機結構與組織》課程實驗環節課程設計”的全部工作，取得了良好的實踐效果。

創新；實驗；課程設計

《計算機結構與組織》課程是上海電力學院國際交流學院電氣工程及其自動化專業（中外合作辦學）學生培養計劃中的一門學科基礎課，在多年的教學過程中，很多學生反映該們課程理論性強、知識較抽象，純理論教學的效果不理想。為了改變這一現狀，讓學生更好地理解和學習相關知識，自2014年開始，國際交流學院結合國家創新人才培養的理念，以教改項目的形式組織建設配套實驗課程。項目組通過組織學生問卷調查等方式征求學生意見、研究英國合作大學相關課程的實驗教學模式、制定課程教學大綱、組織授課、編訂實驗指導書等步驟，完成了實驗課程的建設工作。

一、問卷調查，征求學生對于實驗內容和方式的意見

教學的目的是為了讓學生牢固和熟練地掌握所學知識，哪些內容難于理解、通過怎樣的方式才能讓大家更容易理解，這些問題學生最有發言權，因此，我們設計了調查問卷，學院2013、2014級240余位同學參與了調查。項目組經過整理歸類，找到了學生學習過程中的知識難點，項目組邀請多年來參與這門課程授課的老師一起召開專題研討會，大家集思廣益，經過研究討論，結合學生提出的建議，我們歸納了9大迫切需要通過實驗環節幫助學生學習的內容。

二、研究和學習英方合作大學相關課程的實驗教學模式

國家倡導在高校培養創新創業人才，培養學生的創新創業精神，對于中外合作辦學項目而言，我們要充分利用中外合作辦學這個平臺，引進外方在創新創業人才培養方面的先進經驗和教學模式。因此，項目組翻閱了英方合作大學相關課程實驗教學的教學大綱、講義，此外，一位該門課程的授課教師（也是項目組成員）利用赴英方大學學習進修的機會，重點關注和參與了相關實驗課程。結合資料和學習體會，項目組針對上階段總結的9大內容設計實驗過程，以確保我們的實驗過程能提起學生的學習興趣、能培養學生的創新能力、能提高學生的動手實踐能力、能有助于學生對理論內容的理解。

三、組織授課，不斷修正和完善實驗內容和教學模式

為了驗證前期工作的效果，2014年10至12月份，課題組針對2013級學生開展實驗教學，共進行3部分實驗，每次實驗分6批次進行，共計進行實驗18批次，參與實驗的學生555人次。此次實驗結束后，我們通過發放問卷調查表和召開學生座談會的方式收集學生反饋意見，了解學生對于實驗效果的評價。經過對學生意見建議的總結和分析，結合授課過程中的感悟與思考，課題組調整了部分實驗內容，著力改進了部分實驗方法。2015年10至11月，我們又針對2014級學生開展實驗教學，共進行4部分實驗，每次實驗分4批次，共計進行實驗16批次，參與實驗的學生404人次。通過此次實驗過程，驗證了經過修正和完善的實驗內容和教學模式，為實驗指導書內容的最終確定打下了堅實的實踐基礎。

四、以培養學生創新意識、提高學生實踐動手能力為目標制定教學大綱

課程的教學大綱是一門課程的靈魂，課程的內容、目的等都要通過教學大綱得以確定和規范。該實驗課程的開設除了幫助學生學習和理解理論知識的目的之外，我們希望通過這門實驗課程培養學生的創新意識、提高學生的實踐動手能力，因此，在進行課程教學大綱的編寫過程中，我們著重進行了以下工作：

1.突出啟發式教學。

現行的很多實驗課都是這樣一種上課模式“講理論—講實驗步驟—學生自己動手實驗—實驗點評”，這種模式讓學生養成了“等著聽、照著做”的實驗課上課習慣，使得學生喪失了學習的主動性。為了改變這一局面，我們的教學大綱突出了實驗與理論知識點之間的關系，強調了每一部分實驗設置的原因。比如對于第一部分實驗“計算機硬件組裝與調試”，在教學大綱中我們突出“電氣工程及其自動化專業的學生整體缺少計算機相關基礎知識，很多同學不認識主板、內存、CPU、硬盤等硬件，沒見過數據連接線，理論課程前兩章的計算機基礎知識純理論的講解只能讓學生各自發揮自己的想象，本次試驗的目的就是要讓學生通過拆裝機親眼看看這些計算機硬件……”。此外對于任課老師，我們強調避免“管家式教學”，不能把所有的實驗步驟都清楚地展示給學生，而是將重點放在“注意事項”上，在保證實驗器材和學生人身安全的前提下，我們只告訴學生拆機要拆到什么程度、裝好的標準是什么就可以了，實驗過程中，對于學生提出的問題，老師要引導學生自己尋找答案，而不是直接告訴學生該怎樣做。

2.注重知識擴展。

創新，一方面要有與時俱進的思想，另一方面要求廣闊的知識面。教師對于知識的教授不能只局限于課本，要結合理論前沿、行業需求、學術動態作出相應的發散和延展。在本門課程的教學大綱編訂過程中，我們立足理論課程教材的知識難點研究實驗內容，在實驗講解部分，我們注重對理論知識的拓展，如，在“電路模擬及仿真”實驗部分，大綱中不僅包含了簡單的邏輯門，還拓展到對大規模集成電路內容的講解，讓學生知道簡單的邏輯門是基礎，但在現實生活中，計算機系統、各種電子設備都使用的是大規模集成電路。又如，理論課程教材中以“一位二進制加法電路”為主要講解內容，實驗教學大綱中，這只是最基礎的驗證實驗，我們拓展了“全加器”、“減法器”、“十六進制加法器”等內容，通過這種拓展，讓學生靈活運用所學知識，通過設計不同功能的電路擴展知識面。

五、以實驗教學大綱為指導，編寫實驗指導書

在實驗指導書的編寫過程中，我們閱讀和借鑒了10余本同類型的實驗指導書的內容，從以下幾個方面著手編寫：

1.實驗的目的和與理論知識的關系。

實驗的目的突出了實驗本身和相關理論知識的關系，讓學生明白這部分實驗是為何而設置的，理論知識是如何通過實驗得以驗證的。

2.實驗注意事項。

實驗指導書注重培養學生的安全意識，注意事項強調學生的責任意識，引導學生樹立保護實驗器材、保證自身安全的嚴謹實驗態度。

3.實驗步驟。

指導書中的實驗步驟改變了以往追求詳盡的習慣，力求精簡，避免過于細節的描述讓學生養成過度依賴和不主動思考的習慣。

4.實驗數據記錄。

設計實驗記錄紙，讓學生在實驗過程中對關鍵數據、關鍵步驟做到及時記錄，培養學生在實驗結果與預期出現偏差時分析實驗記錄的習慣。

5.實驗報告。

實驗報告刪除了以往要求書寫“實驗依據”的內容，增加“實驗收獲”部分，讓學生能夠更加自由地談一談自己的實驗心得體會。