关键词：动手实践 创新意识 主动性学习 综合素质
实验教学是人才培养的一个重要环节，是培养学生实践能力和创新精神的重要手段。一方面，通过将理论知识应用于实践，提高学生分析问题和解决问题的能力，激发学生的学习兴趣；另一方面，通过实践中对理论知识的综合利用，培养学生的自主学习能力和创新实践能力，使其具备良好的科学素养和合作奉献精神。计算机科学是一门实践性较强的科学，同时计算机技术发展迅速，学生要在快速发展的计算机领域跟上时代发展的步伐，除了掌握扎实的专业理论知识外，还应具备较强的实践能力和创新精神。因此，实践教学在计算机专业创新人才培养中具有举足轻重的作用。
在2007年教育部下发的关于教学质量工程的文件集中体现突出创新能力培养的原则，树立具有时代特征的教育质量观，注重学生知识、能力、素质的协调发展，培养学生创新精神、实践能力、自学能力、交流能力、团队意识和社会适应能力。为了适应这种现代高等教育的基本要求并结合本学科的实际发展，学院着眼于计算机软件和硬件两个方面，从改善实践环境建设和教学管理模式入手，以开创一流的实践教学平台和探索创新环境氛围为目标，推广有利于集中现代化的教学资源优势，鼓励采用以学生为主题的主动式学习模式和创建能够吸引大学生兴趣和特长的创新实践活动环境。
我们在从事实践教学中看重以下几个方面。
一、坚持学科特色、展望前沿发展、看准切入机会、组建创新实践团队
在新世纪开始之际IT 领域接踵出现许多新技术、新方法，使我们应接不暇。2002年以来相继出现的嵌入式技术使计算机应用的软硬件领域发生了一场变革，越来越多的嵌入式系统产品开始大量上市，而大多数研发单位奇缺嵌入式技术的研发、评估和测试人员。摆在我们学校面前的人才培养需求就是能否适应嵌入式技术的飞速发展，能否把握这项新技术的发展，抓住这个机会组建新专业，创建新课程和实践平台就是一个突出的案例。2002年以裘正定教授为首的科研团队首先冲击嵌入式系统的应用前沿，以结合铁道部科技司“道岔安全监测系统”的纵向科研项目为契机，深入到工业级的ARM9内核的产品设计，并以计算机机器视觉专利算法结合嵌入式专用技术将铁路道岔转辄机缺口监测设备的先进技术正式转让给西门子信号有限公司。从而我们奠定了以ARM 硬核为基础的嵌入式系统的教师队伍和专业基础，从2004年以来我们连续4年主攻基于嵌入式软核的SOPC 设计与应用的嵌入式可重构设计方法，并连续4年在全国高校嵌入式软核设计大赛中获得大奖，而创造出全国高校SOPC 设计之最的好名声。为此我们抓住机会于2005年抢在清华之前，与美国Altera 公司合作组建了北京高校第一所SOPC/DSP联合实验室和培训中心。因而，我校的嵌入式设计与应用的教学和研发走向了一个更高的层次，并为组建一个嵌入式系统专业打下了良好的基础。我们相继开出的嵌入式系统教学与实践的课程有：“基于FPGA 的嵌入式系统设计与应用”、“可重用设计方法学”、“基于嵌入式软核的嵌入式系统设计与实践”、“现代DSP设计与应用”、“硬件系统课程设计”、“硬件综合实践”、“嵌入式操作系统－WindowsCE”等。
今年我们又联合北京六所拥有FPGA 联合实验室的高校成立了北京地区EDA/SOPC 技术研究会，为扩大、深入推广嵌入式系统技术组建了一个更大、更广范围教学研究平台。
几年来在SOPC/DSP联合实验室的大环境下，以提高学生的实践能力和增强创新素质为目标，开设了以SOPC 技术培训和基于FPGA 可重构平台的嵌入式系统设计等实践实训课程，引导学生进入开放式设计实验环境，以科研课题的活动形式，并采用参加竞赛形式及课程设计等多种训练模式，开展并尝试了学生主动学习、自我管理的培养模式，引导学生自我创新，多方面、多途径地来提高学生的综合素质。主要解决计算机应用专业的本科生动手能力的强化问题；提高此专业毕业生在适应行业应聘时的竞争能力；同时能为相关专业提供新技术培训机制和继续教育的新模式。经联合实验室锻炼后的大学生科研小组可直接进入各种有关嵌入式系统的设计大赛，展示其创新意识和动手能力的功底。我自2004年开始一直组建学生团队参加全国高校嵌入式软核处理器系统设计大赛，而且年年获奖，我校是全国唯一荣获了第一名到第三名和优胜奖的所有奖次的高校，我本人也连续3年荣获“卓越导师奖”。在我所创建的大学生竞赛团队，还曾荣获全国INTEL 杯电子设计大赛三等奖和闯入微软创新杯全球十五强的好成绩。
创新实践要有教学与科研结合的特色，对本科生的教学辅导离不开科研领域中的新技术、新算法和新发展。没有具体的引导就不可能将大学生的创新意识与实际技术可行性的有机结合，光凭同学的激情和兴趣，没有扎实的科研态度，也许很快就使学生高昂的激情烟消云散。我们的经验是将本学科的强项技术、专利技术和一大批已经成熟的博士生、硕士生的工作介绍给大学生，一方面开阔他们的眼界、扩大知识面，另一面让他们学习研究方法和课堂上所学不到技术，提高他们的综合素质。再就是指定研究生进入本科生团队，辅导具体工作，实行“掺沙子”策略，但不能大包大揽让本科生产生依赖心理。要让研究生参与课题分析、分解任务、测试验收工作和定期的实行技术交流讨论，形成良好的学术科研氛围，使本科生们了解实验室的魅力所在，这也是学生们不愿回到自己宿舍做题目的原因。正是由于这些得天独厚的条件，使我们历年参加大赛连续获奖。2007年四位大四同学参加微软创新杯的作品体现出掌纹信息处理技术和RFID 一卡通及嵌入式技术的多元组合，有着集成创新的潜力。因此，从这方面来看又是科研带动了教学模式的变革；而教学成果又促进了科研的纵深发展！
二、如何营造学生主动学习的氛围用以激发学生的各种潜在技能
几年来我们学院基本上脱掉了毕业生就业率下滑；大学生因种种原因而辍学和学生因爱好而偏废某些学科的风气最盛的帽子。这与学院自上而下倡导大学生参加创新实践和注重学生知识、能力、素质的协调发展，有效地培养学生创新精神、实践能力、自学能力、交流能力、团队意识和社会适应能力是分不开的，也是我们创新实践教学团队在学院领导下取得的一系列的成果激发了全院师生积极向上的奋进氛围所致。
所谓氛围，就是营造适合本科高年级学生和研究生设计和创作的机会和环境；积极倡导或宣传参与全国或各科协、学会的设计竞赛；尽可能地多组织一些科研小组加入教师或研究生科研项目的活动，以增加学生动手能力培养的机会。特别是对于创新实践大赛获奖的同学，应及时加以宣传和奖励，应该以奖金或奖学金来激励广大同学的参与。我们认为某种意义上这要比仅上课、学书本上知识更加主动和深刻。学校的资源利用学生创新实践活动提倡自主、独立和自我管理，这不但是能力的锻炼，而且也是综合素质的培养。以上问题的解决都是营造进取氛围的关键，解决得当我们将能赢得一个欣欣向荣、朝气蓬勃和积极向上的宽松环境。
所谓环境，一方面是要学校投入或更新教学、试验设备；另一面是要求教师加快知识更新的步伐，赶上技术发展的趋势，能及时教授或引导学生及早进入最新技术的领域。比如目前可编程器件设计领域中，最近出现的SOPC 的新理念，就是支持EDA 的研发人员从系统级的层次上设计、仿真和实现一个用户嵌入式系统研发的新技术。如果还停留在几年前可编程器件的开发、教学环境上，教授学生的研发水平仅仅是以前的器件级研发水平，根本不能适应目前高层次的系统级设计。因而，我们所培养的毕业生将必然与实际脱节。实际上，国际上许多大厂商都希望国内的高等院校能适应这种新技术的发展，主动提出与各校建立联合实验室，目的就是希望各校的毕业生能够尽早掌握新技术、新器件。这与我们建立创新实践平台的思路不谋而合，我们应该与他们及时联系，建立这样的研发、教学环境。到目前为止，我们计算机学院已组建了10个这样的校企挂钩的联合实验室或培训中心，它们为大学生的能力培养与创意培训都起到了重要的引导作用。
再就是如何塑造大学生的协作精神和培养大学生的交流能力、团队意识和社会适应能力。特别是在学生们之间发扬团队精神，组队建立联合协同作战的场合，这种独生子多年形成的“以我为中心”的坏毛病就体现出极大的阻力。但是我们也要看到进入新世纪以后的年轻人，他们朝气蓬勃、与时俱进的新特点：如喜欢新东西；接收新事物快；有较强的自我表现欲；敢想敢做的作风。在各种设计大赛中，我们体会到学生们感受最深的就要数团队协作交流的重要性。在大学生参加的设计大赛中主要是利用参加决赛的机会，一是进一步增强本科生的动手能力；二是增强同学们团队意识，培养协作精神；三是通过决赛的机会学习先进的SOPC 理念和Nios 开发平台，将我们自己的科研成果转变为实实在在的具体应用实例，最终希望决赛获奖，为学校争光。
我们所采用的策略有：
①尽量将创新题目细化为更为精细的模块化设计，要求各小组同学按模块承担开发工作。而且既要保证每个小组的总目标不变，又要使得各小组的模块和中间成果具有互换性，以解决工作量大的情况下，减少无效的开发工作。
②模块化的设计路线无疑带来对各模块之间接口协调的难度，对于大多数同学都是第一次组成团队开展研发工作，能否发挥团队的协作精神无疑是这次成败的关键。为此我们要求每一位参赛者都要坚持团队协作，发扬一定的奉献精神；坚持在最后的40天中每周各小组有两次技术讨论和协调；每10天各组之间要有一次集中交流讨论和协调；使得大家都能互相了解开发难点和进度，相互借鉴和促进。
几年的大赛经历证明这一措施不仅保证各小组及时完成了研发计划，而且能促进团队间相互协作、互帮互助夺取胜利。在2004年有一组的图像采集模块研发失败的情况下，及时借助另一小组的CCD 模块，在仅剩十几天的关键时刻将此作品成功实现，并且荣获此次设计大赛的第三名。因此，这一小组的成功，也映射出另一小组的奉献。
当然第一次参加这种活动会出现很多不协调的窘况，这就要有教师为他们组织协调和帮助，使他们了解如何协调来走出困境。另一面也要让他们认识到，每个人无论水平有多高，终究其力量有限而且不与别人交流，难免发展受限。大赛中的确有这样的同学，因嫌分工太细、协调困难而大包大揽大部分工作量，最后导致进度受到严重影响，使他最苦恼的不是任务重而是无法与他人交流、深入。通过大赛使大家真正体验团队协作研发的战场，着实感受到团队协作的重要性和树立对系统研发的信心。
改革实验/实践性教学和组织指导技能竞赛可激发大学生主动学习的积极性，能促进学生了解学科（专业）、行业现状，追踪学科（专业）前沿，及时更新教师的教学内容和引导学生进行研究性学习和创新性实验，对培养学生发现、分析和解决问题的兴趣和能力有很大好处。
由于本科生的实验课程一直是在“教师说学生做”的验证型模式下进行，有时我们不能及时了解学生的想法、志向和知识功底，硬性地指定实验指导书或实验课题致使学生不感兴趣或变相地抵制，从而不能充分发挥出学生的积极性。通过历届设计大赛我们感到主动式的学习模式与被动式的模式有本质的差别。首先是动力不同：大赛往往采用自发性的创意题目搞方案，放手让同学自己设计动手，培养他们的创新意识、实现信心和成就感。再者是责任心不同：由于是学生自己的方案和自主结合的搭档使得团队小组的组织更有效和有序。还有获取新知识的渠道是多方面的：出自主动性，学生可以由网络、新技术研讨会、杂志书籍和教师的讲授等各种渠道来获取他们想要的新知识、新技术，而且能相互主动交流。当然，这种模式要有教师的及时正确导向，否则会出现好高骛远或严重偏离正当发展趋势的情况。
比如我们2004年、2005年有关掌纹识别技术应用的设计，就是将我们实验室中有关生物特征识别技术领域中几位博士的研究最新进展和成果向本科生们灌输，并且结合目前正在兴起的SOPC 理念，引导学生利用FPGA 技术将嵌入式系统与掌纹鉴别算法的具体实现融合于一起，为生物特征识别技术走向实际应用迈出新的一步。最近，我们又引进了最新的嵌入式32位单片机设计平台，这种成本低、性能好的开放式平台非常有利于学生开展创新实验。
