王 炜，井 靖，焦建华
（信息工程大学 计算机学院，河南 郑州 450001）
摘 要：提升计算机实践教学的质量对于培养和造就高水平计算机科学与技术专业人才具有重要意义。文章结合多年教学实践，探讨计算机实践教学中容易出现的现象和问题，提出“引入门、扶上马、撒开手”的“三步走”计算机专业实践教学方法，并介绍一些具体措施。
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关键词 ：实践教学；教学方法；本科生教育；三步走
第一作者简介：王炜，男，副教授，研究方向为计算机系统结构、信息安全，wang.wei@meac-skl.cn。
0 引 言
实践教学是通过理论联系实际的方式培养学生掌握科学方法和提高实践能力的重要平台。从教学功能上讲，实践教学与理论教学相辅相成，理论教学是实践教学的基础，实践教学是在理论教学基础上的融会贯通。实践教学是计算机专业教学的重要环节，能够帮助学生深入理解计算机专业的理论知识。同时，由于计算机专业的实践性很强，实践教学环节对于培养和锻炼学生的动手能力、拓展专业思维具有重要意义。实践教学的质量和水平对于计算机专业人才培养至关重要。与其他实践教学一样，计算机专业实践教学的目的是在引导学生动手的基础上，进一步加深对理论知识的理解和掌握，同时培养和锻炼分析问题、解决问题的能力。
1 重视“引入门”，激发学习动力
长期的教学经验告诉我们，实践教学能不能顺利开展下去、能不能达到教学目的，学生的学习兴趣和动力至关重要。所谓“引入门”，就是在实践教学的初始阶段，通过具体指导，手把手地帮助学生完成一个基础实验，让学生熟悉实验的软、硬件环境，充分了解和掌握实验的基本方法和基本步骤，简单体验实验成功的“快感”，激发学生进一步开展实践项目的欲望和激情。
“引入门”阶段要实现两个目的：一是激发学生的兴趣，让学生觉得即将进行的实践项目“有用”“有意思”；二是打消学生的顾虑，让学生感觉到“我能”，避免出现因“妄自菲薄”或“望而却步”而放弃的现象。
对处在入门阶段的学生而言，实践项目往往具有一定难度。例如，在计算机组成原理课程的实践教学环节，我们要求学生用硬件描述语言设计实现一个控制器，并在实验台上调试通过；在操作系统课程的实践教学环节，我们要求学生基于一段教学用操作系统源码片段，通过添加或完善其中的某些模块，实现一个小型的操作系统。这些项目不仅要求学生比较透彻地了解相关专业课程的知识，而且对其他相关知识和技能的要求也比较高，工程实践的工作量也比较大。在布置这些实践项目时，学生的第一反应往往是惊讶、惶恐，担心做不出来。
引导学生敢于尝试，不能简单地靠说教，要通过一定的步骤、方法。在教学实践过程中，我们通常的做法是设计一个与最终要求紧密联系但又相对简单的实践项目，引导学生动手完成。
例如，在计算机组成原理课程实践教学过程中，针对硬布线控制器设计这一实践教学内容，我们首先要求学生设计一个算术逻辑单元，实现简单的加、减、与、或、移位等运算。为了减轻学生的压力，我们首先给学生一个设计样例，其中已经实现了“加”操作，引导学生利用EDA平台完成样例的调试，观察设计结果的实验现象；然后要求学生根据自己的设计，增加其他操作，并尝试调试。通过这样的方式，学生不仅进一步熟悉和掌握了硬件描述语言、EDA设计等实践项目必需的技能，同时，通过设计实现基本的算术逻辑单元，让学生相信自己通过一定的努力也可以顺利实现。
通过逐步导引，让学生在不断的实践中获得成就感，从而保持对整个实践项目、整个课程的浓厚兴趣和不断探究的动力，为顺利完成教学任务打下坚实的基础。
2 强调“扶上马”，指导实践方法
所谓“扶上马”，是通过对实验内容和实验要求的合理组织，利用一定的步骤、手段和方法，引导学生综合运用所学的知识与技能，分解实验内容，设计实验步骤，掌握实验方法，创造性地完成实验项目。在该阶段，学生虽然对实验环境、实验方法和实验步骤有所了解，但对如何分析解决实验中碰到的各种问题和现象不得其法，因此，老师需要结合具体问题，协助解决。“引入门”是为了让学生“愿意做”“敢去做”，“扶上马”则是帮助学生学会“怎么做”。
好的计算机专业实践教学项目是将理论知识与实际工作相结合的典范。在教学过程中，教师一方面要引导学生深入理解和掌握相关理论知识的本质内容，避免就事论事，将实验现象与理论知识脱离开来；另一方面，需要老师有目的、有步骤地引导学生学习和运用各种实践技能，以便学生能够脱离老师的指导独立开展相关工作。恰当的指导能够帮助学生快速掌握实施实践项目的方法，并在不断实践中积累知识、锻炼能力、增长才干，从而事半功倍。
例如在汇编语言程序设计实践教学过程中，为了引导学生理解短转移跳转指令的灵活使用，我们先给学生展示一段乍看起来肯定不能正常结束的程序，要求学生通过上机实验验证该程序能否正常结束。当学生通过编译、连接、执行后，发现程序居然能够正常结束，此时，引导学生使用调试工具进行反汇编，并观察反汇编后显示的机器码与汇编代码的对应关系，体会短转移指令中包含的并不是转移的目标地址（段地址+偏移地址），而是当前地址到目标地址的偏移这一本质内涵。最后再让学生利用单步跟踪仔细观察跳转指令跳转的真正目标地址与相关标识位以及机器码之间的关系，分析不同情况下短转移指令最终转移目标的合理性和必然性。
在“扶上马”阶段，老师要跟踪学生的项目进展情况，及时发现学生在实践过程中出现的各种问题，并做出相应的指导。但要注意的是，这一阶段的教学指导重心是“帮扶”，而不是“包办”，要尽量避免直接告诉学生“应该怎么样”“不应该怎么样”或者“是什么”“不是什么”之类的结论，而是要想方设法引导学生探寻解决问题的方法。在教学实践过程中，为了避免直接告知学生问题的解决方案，我们在教学中采取“迂回”指导方式，给学生提示一些解决问题的线索，引导学生发现问题的本质并寻求解决方案。
例如，计算机组成原理课程的实践教学基于TEC-8计算机硬件综合实验平台，这是一个8位的模型计算机，其指令都是8位的。但是在 “CPU与程序执行”实验项目中，一段程序中涉及条件转移指令，其中的转移地址是由当前程序计数器PC的值与一个带符号的4位短转移偏移地址相加得到。在实验过程中，部分同学往往没注意这个偏移地址只有4位，且最高位是符号位，而误将它看成一个8位的转移地址，造成实验结果与预期结果不一致。针对这个问题，我们并不是直接指出他们错在哪里了，而是要求学生一方面从模型机的指令系统入手，具体分析与条件转移相关的各条指令的功能与执行流程；另一方面观察每一条指令具体执行过程，通过实验台上给出各相关信号（数据、地址、微操作信号），反向分析机器的实际执行情况，从而发现问题所在，并最终解决问题。
通过“扶上马”的实践教学指导方式，学生不仅学到知识、锻炼能力，而且由于解决方案是“自己”发现的，成就感很强烈，更激发了他们自主探究解决其他问题的兴趣和动力。
3 落实“撒开手”，强化动手能力
培养和训练学生的目的是使他们能够将所学的知识、技能变成自身的能力，为以后参加实际工作做好准备。因此，学生能不能做到脱离具体案例，真正学会分析问题、解决问题的思路和方法，就成为我们教学的落脚点。为了实现最终“撒开手”这一目标，在顺利“引入门”、成功“扶上马”之后，需要通过一定的方法逼迫学生主动思考，将知识与技能转化为自身的能力与素养。
在这一阶段，老师可以结合技术的最新进展或自身的科研实践，设计一些综合程度更高甚至难度稍稍超出学生能力和水平的实践项目，或者有针对性地创设一些问题，让学生尝试解决。当学生在实践过程中出现困难时，老师不要简单地告诉他应该怎么做，而是告诉他可以到哪里寻找思路，或者仅给他提出一点提示。在具体的教学实践过程中，我们主要通过灵活多变的实践教学考核方式引导学生主动思考，落实“撒开手”这一阶段目标。
为了避免学生实验过程中简单模仿他人的操作过程，或者拷贝他人程序，我们一般不通过简单的实验操作或程序运行演示的方式验收实验项目，一定要结合相关理论知识和实验目的问出几个为什么：为什么这样，为什么不那样？在回答这些问题的过程中，学生往往会出现这样或者那样的偏差，基于这些偏差，暴露出学生可能存在的认识不到位的问题。通过这种“穷追猛打”的方式，逼迫学生尝试思考实验过程中的各种现象和问题，寻求问题的解决方案。未进行项目验收的学生，通过搜集其他同学的验收情况，了解了项目验收的方法、要求后，也会在验收之前主动思考，做好相应准备。通过这种方式，即便某些同学模仿过他人的操作过程、参考了他人的程序，至少需要将这些操作过程弄清楚、把程序搞明白，这也很大程度上保证了实践教学的质量和水平。
除了提出问题逼迫学生主动思考外，我们还通过“设计故障”的方式给学生制造困难，引导学生发现问题、分析问题并寻求解决问题的方法。
例如，在计算机组成原理实践教学过程中，我们会在学生短暂离开的过程中，通过更改连线方式、更换芯片内容、变更开关状态以及更改程序或数据内容等方式改变模型机的运行状态，然后要求学生在不进行芯片与程序内容测试、不进行连线方式或开关状态比对的前提下，通过查看地址、数据微操作命令等检查模型机的运行状态，并将当前的运行状态与期望的运行状态作比较，定位模型机的故障信息，并详细说明判断的条件与依据。这种情况下，学生不仅要熟悉实验内容，而且要比较深入地了解计算机的组织与结构、计算机的工作原理，还要具有足够的细心和耐心。实践效果证明，这种“捣乱式”实验项目验收方式对于逼迫学生主动思考，追寻实验现象本质，提高学生分析问题、解决问题的能力，具有很好的效果。
当然，“撒开手”是我们对学生提升自身能力的期望，绝不是为难学生的借口。如果在落实“撒开手”过程中遇到学生实在无法圆满回答或解决老师提出的问题，老师需要回退到“扶上马”甚至“引入门”阶段，引导、帮助学生把问题彻底弄明白。
4 结 语
实践教学是计算机专业教学的重要组成部分。实践结果表明，“引入门”“扶上马”“撒开手”三步走方式既适合一门课程实践教学的组织，也可以运用于某一个实验项目的具体指导过程。下一步，我们将加大对“三步走”实践教学模式的研究和实践，争取更大程度提升计算机专业实践教学的质量和水平。
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（编辑：孙怡铭）
