军队院校计算机硬件工程实践教学模式研究
摘要：随着军队装备信息化建设步伐的不断加快，对学生计算机硬件工程实践能力的要求越来越高。以军队装备信息化建设的需求为牵引，针对目前军队院校学生在计算机硬件工程实践能力培养中的问题进行深入分析与探讨，构建计算机硬件课程实践教学体系，从而为军队信息化、装备信息化建设提供人才支撑。
关键词：计算机硬件；工程实践；案例教学；三层次实践平台
作者简介：韩月霞（1979-），女，河北邯郸人，石家庄军械工程学院信息工程系，讲师；李雄伟（1975-），男，河北定州人，石家庄军械工程学院信息工程系，副教授。（河北 石家庄 050003）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0151-02
随着军队装备信息化建设步伐的不断加快，计算机硬件技术在武器装备中的应用日趋广泛，对计算机硬件电路设计人才的需求越来越大，对学生计算机硬件工程实践能力的要求越来越高。因此，如何突破传统的计算机硬件教学模式，构建更加完善、高效的计算机硬件实践教学体系，进一步提高学生的工程实践能力，已成为当前军校教育的一个重要课题。本文以军队装备信息化建设的需求为牵引，针对目前军队院校学生在计算机硬件工程实践能力培养中的问题进行深入分析与探讨，提出解决问题的思路，构建计算机硬件课程实践教学体系，从而为军队信息化、装备信息化建设提供人才支撑。
一、立足工程实践能力培养，构建计算机硬件实践教学模式
我国高等工程教育侧重工程科学基础知识的传授，绝大多数学生习惯于教师的灌输式讲授知识，缺乏创新思维，从客观上导致工程教育学界的教师及其培养出来的学生工程实践经验较少，难以适应社会的需求。近年来，我国学者开始重新寻求工程教育的意义和定义，并普遍认为“工程本身是关于科学知识的开发应用以及关于技术的开发应用，它是满足社会需要的一种创造性专业”。[1]
计算机硬件技术课程是学生信息化素质培养课程体系的基础课程之一，对于学生理解信息化武器装备原理和功能、提高对武器装备的信息化技术认知能力以及工程实践能力等方面具有重要的作用，是一门实践性极强的课程。课程组遵循“工程教育”的原则，尊重“实践本质和创新特点”，[2]强调实践才是教学的根本，以解决实际问题为中心构建计算机硬件工程实践教学体系，精选工程实际案例导入教学，立足三层次阶梯式学生实践平台，全面培养学生的工程实践能力。
二、精心选取工程实际案例，激发学生的学习兴趣
先进的工程教育理念是学生主动学习、主动实践，教师则起着启发、引导和帮助学生发挥潜能、进行学习的作用。[3]在计算机硬件教学中，以工程教育理念为先导，采用案例教学法，能有效激发学生学习的内驱力，教师逐步引导学生，促使学生积极主动思维，充分发挥其创造性和智力潜能，提高学生的工程实践能力和创新能力。
1.精选工程案例
案例教学法的关键在于选择合适的案例。目前，在军队院校计算机硬件教学中，案例教学没有形成完整的体系，主要表现为案例数量不足、案例陈旧和案例与装备结合不够紧密等。为此，课程组进行了前期搜索，整理并分析了大量工程案例，从中精选出合适的教学工程案例。首先，所选案例要紧紧围绕相关知识点，不可偏离主题，在进行教学设计时针对各章节知识点将案例有机融入到理论教学中；其次，所选案例必须有代表性，具有实际工程背景。这样，学生可以面对具体的实际问题和特定的环境，有针对性地通过自主学习和思考进行设计，培养实际解决问题的能力；再次，所选案例要紧密结合军队武器装备信息化建设，使学生在案例分析实现的同时，将知识点落到军队信息化建设实际。另外，课程组还定期对案例集进行评估，剔除一些过时的案例，增加一些新的典型应用实例。这样就保证了案例的典型性、实时性及工程背景，逐步形成完整的案例体系教学。
2.案例导入教学
在教学过程中，围绕事先精选的典型案例进行讨论，注重与学生的互动，教师提出精心准备的各种问题，首先让学生思考解决问题的办法，而后教师进行适当的启发和提示，同时穿插理论讲解，还可以为学生模拟实际应用场景，使学生切身体会到知识在实际工程中的应用，有助于学生对知识的理解和认识，同时还提高了学生分析和解决问题的能力。比如，在进行定时器/计数器讲解时，以炸弹定时引爆为例，从实际问题出发引出定时器的工作原理和工作方式，极大地调动了学生的学习兴趣，学生不再是消极被动的听众，而是积极的参与者。
三、加强实践教学环节，建立三层次阶梯式的学生实践平台
实践教学是实现理论与实践相结合的第一步，也是培养学生创新能力的重要措施。课程组经过多年的教学实践，逐步建立了“基础型—提高型—创新型”三层次的学生实践平台，为学生开拓了展示自己、锻炼自己、提高自己的舞台。
1.建立课内实验平台
基础型实践平台依托于实验室。采用理论授课与动手实验相结合的方式，让学生深入理解课程内容，掌握基础理论，打牢工程实践基础，包括验证型实验、设计型实验和综合型实验。
验证型实验主要涉及课程的相关知识点，实验目的是使学生验证、理解、巩固并掌握课内所要求的基本教学内容。设计型实验是以“任务”或“课题”形式提出实验要求和具体的实验成果，综合整个课程的知识，构造一个具有实际意义的应用系统，即做一个较为复杂的设计实验。综合型实验是提供给基础较好的学生深入学习的，目的是使他们有更多的实践机会进行综合课题的设计，从而培养学生的科研能力、创新能力和工程实践能力。在实验过程中，教师要注重监控学生实验过程，及时发现实验中出现的问题和异常实验现象，引导学生积极思考、认真研究和分析问题，最终完成实验，并要求学生在实验操作中人人动手、人人动脑，培养团队协作精神，提高动手实践能力。
2.建立院内科技制作实践平台
提高型实践平台依托于学院“创新杯”科技制作竞赛和学生“五小科技制作”。课程组在学生科技制作这一重要的实践性教学环节上，就学生的实际工程应用能力培养进行了一些有益的探索，为学生精心设计科技制作主题，在实践中培养学生的创新能力。
经过多年实践，学生相继完成了以单片机为微处理器的自行车里程表、音控喷泉、越障机器人、程控木偶和武术擂台机器人的设计与实现，并取得了优异成绩。其中，自行车里程表以电磁传感器采集车轮转动信息，编程实现自行车里程的计算与显示；音控喷泉控制实现各种喷泉方式，并配合音乐旋律，最终达到较好的音控喷泉效果；越障机器人是通过传感器探测前方障碍物，控制清除障碍后以最快速度到达终点；程控木偶主题制作是采用AVR单片机，利用电机模式滚轮绕线和舵机模式力臂提线，实现了对机器人动作的控制，制作完成了“威武小麒麟”、“关云长”、“白雪公主”和“西部牛仔”主题舞蹈机器人；武术擂台机器人是通过红外测距、红外接近和灰度等传感器探测自身和对手位置，以策略编程为主，控制机器人以搏击、推挤的方式进行比赛。
3.提供国家级竞赛展示平台
创新型实践以国家级大学生竞赛为平台，采取走出去、请进来的交流方式，带领学生参加全国大学生嵌入式设计大赛和机器人大赛等全国性比赛，为学生提供展示自我能力的舞台。参加全国大学生竞赛既增强了课程的实践环节，开拓了学生的视野，增加了学生与其他高校大学生交流的机会，提高了学生的创新意识、动手能力和团队精神，同时又促进了课程体系和课程内容的改革。
经过多年努力，学生在“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛和“读者杯”全国机器人武术擂台赛中，取得全国大赛一等奖、二等奖的好成绩。在此基础上，课程组准备进一步扩大学生参加全国大赛的种类，为学生发挥自主创新能力提供广阔的舞台。参加全国大赛考查了学生对知识的综合应用能力，参赛学生在备赛时通过各种方式自主学习，提高了学生信息搜集以及对新知识的学习和综合应用能力；考查了学生的意志及分析问题、解决问题的能力，比赛中会遇到许多突发情况，需要参赛选手摆正心态，遇事要冷静，要有坚强的意志；考查了学生的应变能力及决策能力，比赛时学生要做到以不变应万变，以多种方案应对多种情况，特别是在作品现场演示时需要学生具备较强的判断和决策能力。
四、总结
未来高科技战争对军事人才的科学素养及创新能力提出了更高的要求，[4]工程实践教学对于提高新型军事人才的综合能力具有重要作用。课程组经过多年的教学实践，针对装备信息化发展对计算机硬件的需要，将“理论教学”和“实践型教学”相结合，构建计算机硬件工程实践教学体系，制订了可行性实施方案。立足三层次的学生实践平台，在完成课程实验、课程设计等实践环节的基础上，积极鼓励学生参加科技竞赛等活动，激发学生勇于探索和积极创新的精神，提高学生工程实践能力，为全面培养综合素质高、具有较强创新意识的新型军事人才服务。
参考文献：
[1]张丽娟.改革计算机硬件教学模式培养学生的工程实践能力[J].东莞理工学院学报，2008，（15）：121-124.
[2]李大奎.“计算机硬件技术基础”课程体系的改革与实践[J].计算机教育，2009，（20）：81-83.
[3]高晓清.计算机工程专业创新人才培养模式的探索与实践[J].计算机教育，2009，（24）：26-28.
[4]王红霞.关于推进军队院校立刻实践教学的几点思考[J].高等教育研究学报，2012，（3）：96-97.
（责任编辑：王祝萍）