摘要：創(chuàng)新型人才培養(yǎng)是高等教育面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)性課題。廣袤的思考空間是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。文章針對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)活動(dòng)，探索為學(xué)生創(chuàng)造思考空間的教學(xué)方法，提出在課后習(xí)題和課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為學(xué)生留出充分思考空間的教學(xué)理念，并介紹具體實(shí)施方法。

關(guān)鍵詞：思考空間；創(chuàng)新教育；教學(xué)方法；計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程

全面實(shí)施素質(zhì)教育是教育改革發(fā)展的戰(zhàn)略主題。創(chuàng)新教育是全面實(shí)施素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)。創(chuàng)新人才培養(yǎng)是高等教育面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)性課題，正日益受到教育界的重視。創(chuàng)新教育注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在教學(xué)過程中，為學(xué)生留出充分的思考空間是創(chuàng)新思維訓(xùn)練的基礎(chǔ)。

1 思考空間與創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是提出新想法的過程，并且這個(gè)新想法能夠服務(wù)于某個(gè)重要的需求，或者開啟一個(gè)具有影響力的新趨勢。創(chuàng)新思維作為一種思想活動(dòng)，具有聯(lián)想性、求異性、發(fā)散性、逆向性和綜合性的特點(diǎn)。

每個(gè)人都擁有創(chuàng)新潛能，但是這種創(chuàng)新潛力只有通過教育和創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)才有可能被開發(fā)。我們可以通過訓(xùn)練某些技能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，通常包括靈活、獨(dú)創(chuàng)、流暢、求精、集體討論、修改、想象、關(guān)聯(lián)思考和屬性列舉等。

上述技能的培養(yǎng)需要借助合適的教學(xué)載體，如為學(xué)生留出充分思考空間的習(xí)題、實(shí)驗(yàn)等精心組織的教學(xué)內(nèi)容。這里，我們特別強(qiáng)調(diào)要為學(xué)生創(chuàng)造充分的思考空間，以利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 具體教學(xué)方法

思考空間是創(chuàng)新思維的開發(fā)環(huán)境，思考空間對(duì)于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)如同土壤對(duì)于種子，它蘊(yùn)涵于開放性問題之中。我們結(jié)合計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)，提出以下4種擴(kuò)大學(xué)生思考空間的教學(xué)方法。

2.1 設(shè)計(jì)無唯一答案習(xí)題

對(duì)于創(chuàng)新思維而言，任何問題都可能存在多個(gè)答案。開放性問題不局限于唯一的答案。在某個(gè)問題的思考空間中，每一個(gè)可行的答案強(qiáng)調(diào)的是條件與結(jié)論的一致性，或者說是前提與結(jié)果的一致性。當(dāng)學(xué)生關(guān)注問題條件與結(jié)論的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，就在解決問題的靈活性方面受到了技能訓(xùn)練。

具有唯一答案的問題容易使思維陷入固化模式，妨礙創(chuàng)新能力的發(fā)揮。無唯一答案的題目強(qiáng)調(diào)在不同的前提下，會(huì)有不同的結(jié)論，有利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。比如，分析程序段在DLX模型機(jī)流水線上的執(zhí)行周期問題時(shí)，轉(zhuǎn)移條件判斷的多策略性（即在譯碼或是執(zhí)行階段判斷）會(huì)使同樣的程序段有不同的執(zhí)行周期。我們將原習(xí)題中唯一性的條件去掉，不規(guī)定是在譯碼階段判斷還是在執(zhí)行階段判斷，使學(xué)生將問題的焦點(diǎn)同時(shí)集中在條件與結(jié)論2個(gè)方面上，有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

2.2 減少模式化成分

教育模式固化會(huì)束縛創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，減少模式化成分有助于學(xué)生跳出思維定勢，給學(xué)生自主發(fā)揮的余地。我們提倡從多角度審視和解決問題，去除問題設(shè)計(jì)的格式化要求，避免千篇一律，擴(kuò)大學(xué)生的思考空間。

為此，我們?cè)谟?jì)算機(jī)性能評(píng)測實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生用2種評(píng)測軟件測試1臺(tái)計(jì)算機(jī)的性能，或者用1種評(píng)測軟件測試2臺(tái)不同計(jì)算機(jī)的性能。這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)測試軟件并未作具體要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式也未作統(tǒng)一要求，學(xué)生完全根據(jù)自己的思路組織和總結(jié)實(shí)驗(yàn)。我們匯總收到的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)學(xué)生具有較強(qiáng)的思維能力，然后選出2種具有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)組織和總結(jié)報(bào)告進(jìn)行講評(píng)，以增強(qiáng)全班學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

1）分類和層次化。

分類和層次化是體現(xiàn)創(chuàng)新的基本技能。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)心得中寫到：受到用2款軟件測試l臺(tái)計(jì)算機(jī)性能的啟發(fā)，想到分類和層次化的測試策略，在對(duì)當(dāng)前多種評(píng)測軟件進(jìn)行了解和比較之后，采用Cpu-Z獲取計(jì)算機(jī)硬件的基本參數(shù)，用3DMark測試顯卡的性能，用SuperPi測試CPU的性能，用SiSoftware Sandra測試電腦的整體性能（包括特征應(yīng)用的測試）。這是一個(gè)對(duì)多結(jié)果排序規(guī)劃的過程，體現(xiàn)了思維的整體流暢性。

2）問題求精。

問題求精強(qiáng)調(diào)關(guān)注問題產(chǎn)生的根源，是一種重要的創(chuàng)新技能。針對(duì)用1款軟件測試2臺(tái)計(jì)算機(jī)這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求，一個(gè)學(xué)生在用PCMARK評(píng)測自己的計(jì)算機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)PCMARK memorise一項(xiàng)的測試得分和同學(xué)的計(jì)算機(jī)相比有很大的差別。帶著對(duì)這個(gè)問題的疑慮，這個(gè)學(xué)生進(jìn)一步分析2臺(tái)計(jì)算機(jī)的軟硬配置信息以及memorise測試內(nèi)容，給出了結(jié)果分析報(bào)告。這是一個(gè)在比較的基礎(chǔ)上進(jìn)行求精的過程，是創(chuàng)造性思維的一個(gè)演進(jìn)過程。

2.3 加強(qiáng)多約束問題的求解引導(dǎo)

多約束問題的特征是約束條件多，而且約束條件之間沒有明顯的先后順序，或者說主次順序。大部分學(xué)生習(xí)慣在解題過程中尋找思維的起點(diǎn)，并遵循某種思維軌跡。多約束問題求解要求打破這種思維定勢，建立多線索并行思考，或者稱為多元化思維。因此，多約束問題給學(xué)生創(chuàng)造了廣袤的思維空間，是訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維的有效載體。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程有一個(gè)經(jīng)典的關(guān)于指令格式設(shè)計(jì)的題目。其中，指令長度、寄存器個(gè)數(shù)、操作碼位寬、偏移量位寬均未給定，但有一系列的限定性事實(shí)，如指令總數(shù)和每條指令的使用頻率、短指令和長指令（即2種指令長度）、短操作碼和長操作碼（即2種位寬的操作碼）、雙操作數(shù)指令和其操作數(shù)類別、存儲(chǔ)器寬度和對(duì)齊要求。很多學(xué)生都感覺對(duì)這個(gè)題目無從下手，找不到問題的突破點(diǎn)。我們?cè)诮虒W(xué)過程中，沒有從專業(yè)知識(shí)角度引導(dǎo)學(xué)生如何求解該問題，而是以思維模式的視角引導(dǎo)學(xué)生，提示學(xué)生這是一個(gè)多約束問題，需要并行考慮多限定性事實(shí)，嘗試以多元化思維求解問題。

針對(duì)學(xué)生對(duì)思維定勢依賴的問題，我們提倡以思維模式轉(zhuǎn)換取代專業(yè)知識(shí)性提示，引導(dǎo)學(xué)生不要拘泥于有序思維，而要進(jìn)行多元化思考。教學(xué)實(shí)踐表明，這種引導(dǎo)方式起到了良好的效果。

2.4 鼓勵(lì)增量性創(chuàng)新

所有科學(xué)研究都是建立在前人工作的基礎(chǔ)上并進(jìn)一步發(fā)展。創(chuàng)新可分為根本性創(chuàng)新和增量性創(chuàng)新，其劃分依據(jù)是與原有技術(shù)基礎(chǔ)的脫離程度。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中更加切實(shí)可行的是鼓勵(lì)增量性創(chuàng)新，即在已有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上實(shí)踐新的內(nèi)容，或者在已有研究的基礎(chǔ)上提出自己的想法，并付諸實(shí)踐。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上嘗試自己的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的研究和學(xué)習(xí)離不開模擬器。我們?cè)贑PU流水技術(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)選擇了WinMips64模擬器，對(duì)學(xué)生的基本要求是設(shè)計(jì)具有各類沖突爭用資源的指令序列，并在模擬器上執(zhí)行，然后觀察模擬器的執(zhí)行狀態(tài)和結(jié)果。設(shè)計(jì)具有沖突的指令序列使學(xué)生從程序執(zhí)行和硬件支持2個(gè)方面理解流水化過程的難點(diǎn)。我們對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生提出在現(xiàn)有模擬器的基礎(chǔ)上增加模擬器功能的要求，為學(xué)生留出充分的思考空間，鼓勵(lì)增量性創(chuàng)新，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3 結(jié)語

在教學(xué)過程中，挖掘能給學(xué)生創(chuàng)造充分思考空間的開放性問題是非常重要的。這需要任課教師結(jié)合科學(xué)研究的實(shí)踐過程提取和設(shè)計(jì)適合課程教學(xué)的載體。

充分的思考空間既能促使學(xué)生對(duì)同一個(gè)問題給出不同視角的答案，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教師匯總這些答案并進(jìn)行綜合講評(píng)，使學(xué)生開闊視野和分享集體的智慧，從而收到良好的教學(xué)效果。

（編輯：宋文婷）