計算機硬件基礎課程教學改革與實踐

摘要：針對如何進行計算機硬件課程的改革與建設以適應軟件工程人才培養的需求，一直是軟件學院教學改蘋和建設中的重要課題。該文通過作者通過近多年來的實踐，對計算機硬件課程教學進行了改革和實踐。

關鍵詞：計算機硬件；基礎課程；整合；改革；實踐

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)04-0939-02

The Didactical Innovation and Practice of Computer Hardware Basic Course

WANG Xiao-wei， JIANG Yan

(Software College， Shenyang Normal University， Shenyang 110034， China)

Abstract: It is an important task of how to innovate and build computer hardware course to meet the requirements of cultivating software engineer. This paper introduces the innovation of computer hardware course based on the author's practical experiment.

Key words: computer hardware; basic course; conformity; innovation; practice

軟件學院以及計算機軟件類及信息工程如何進行計算機硬件課程教學，使軟件學院和計算機軟件類及信息工程類等學生在開發軟件中具備所必需掌握的硬件知識。一直是軟件學院軟件學院以及計算機軟件類及信息工程專業教學改革和建設中的重要環節。

這樣一些專業培養計劃的指導思想之一是培養學科基礎厚、專業口徑寬、綜合能力強、整體素質高、能適應信息產業和軟件產業需求的德、智、體全面發展的系統設計和開發的高級人才。為實現這一目標，我們從以下四個方面進行了教學內容和教學方法的改革和實踐。本文將扼要地介紹在硬件課程改革和實踐中一些做法和體會。

1 進行教材內容的整合

教材是教學之本。計算機專業硬件有三門核心課程：《計算機組成原理及系統結構》、《匯編語言程序設計》、《微型計算機原理及接口技術》，在學習完三門課程后應能具備硬件的基礎知識和硬件基本開發能力，共需要約200學時，但在多年的實際教學過程中發現學生在學習完這些課程后并不具備這樣的能力，而且不能很好地將這樣一些內容進行進行有機的結合。這三門課程所使用的教材各自都很完善，均自成體系，但對于具有前繼和后續關系的課程使用的教材而言，就會存在問題，這些教材內容有很多重復的地方，并且這些課程的內容銜接不好，學生學完之后，不能形成一個完整的硬件知識體系。有鑒于此，并結合軟件學院(軟件工程)和計算機軟件類及信息工程學生培養目標，我們對這三門課程的內容進行了整合，力求達到內容精煉、重點突出，編寫了一部《嵌入式硬件技術基礎》教材。《嵌入式硬件技術基礎》以80x86微處理器為主線，來闡述計算機的組成、體系結構及接口技術，并將匯編語言有機地融入到這些的技術中，編寫完成的《嵌入式硬件技術基礎》教材大約需要講授120學時左右，使學生學完之后不再感到是三門獨立的課程，并且會在學生的計算機專業知識體系中形成一個完整的硬件知識體系。

該教材的特點是：

1) 具有結構優化、內容精煉、重點突出的優點，基本上避免了原有三門課程之間內容重復過多的問題，體現了課程結構的合理性。

2) 教材中介紹了目前廣泛使用的、成熟的硬件新技術，較好地體現了課程內容的先進性。

3) 教材各章有較多的應用舉例和近200個習題，著眼于提高學生分析問題和解決問題的能力，較好地體現了課程教學的實用性。

4) 教材配有電子教案和習題解答，學生可從教學網站上下載，以方便學生課后的學習和復習。隨著計算機技術迅速發展而不斷出現的新器件和新部件和新技術、新知識也會在教學網站上找到。

2 實踐教學的改革

實踐教學的改革包括實踐教學內容、實驗教學方式和實踐考核方式的改革。

2.1 實踐教學內容

實踐教學是此門課程教學環節中非常重要的教學環節，培養學生實踐技能的必修課，也是培養學生科學素質和實踐能力的重要途徑。實踐教學的內容可分為三類：驗證性實踐、設計性實踐、綜合性實踐。

驗證性實踐是利用實驗講義，根據已經設計好的實驗要求和實驗步驟完成實驗，測試所需數據，并對數據進行解釋，驗證相應理論的正確性。驗證性實踐是從書本理論走向實際的第一步，對學生而言是必經階段、是基礎。只有夯實基礎，掌握實驗基本技能，培養初步的發現問題、分析問題、解決問題的能力，才能順利地進入到完成綜合性、設計性實踐的更高階段。

設計性實踐是給定實驗目的要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗，設計性實踐需要學生在深刻理解理論知識的基礎上，運用理論知識去解決實際問題，達到理論知識與應用實踐相結合，這樣的過程對于學生創新意識的培養，動手能力的培養、分析問題、解決問題的能力培養是非常重要的，只有具備了這樣一些能之后才能順利地進入到完成綜合性實踐的更高階段。本課程的設計性實踐有十個題目，學生可以自主選題。為檢踐學生在原理與接口綜合應用方面分析問題與解決問題的能力，同時亦給學生提供更多、更好的訓練機會，本章給出了 10 道微機硬件應用綜合測試題。為完成每個試驗，至少需要選用 PC 總線微機實驗裝置中 3 部分以上的硬件電路（還需將它們有機組合起來）并編制相應的應用軟件。為了發揮每一個同學的創造能力，每一測試題除了題目外僅給出設計要求（又分基本要求與進一步要求兩部分）及很少的設計提示。學生可根據設計要求，選擇最合適的器件，構成最有效的硬件電路來完成。對于學有余力的學生，除了完成基本要求與進一步要求的內容外，還可對同一題選擇不同的器件（而這往往總是能做到的）構成不同的硬件電路，盡情發揮和創造。

綜合性實踐是指實驗內容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關課程知識的實驗。綜合性實踐培養學生科學素質和實踐能力的最高階段. 對每個綜合設計一般只提設計的內容與要求，不給出具體的實驗原理圖與參考程序，學生可根據設計要求，選擇最合適的器件，構成最有效的硬件電路來完成。 每個綜合設計需要綜合應用多種微機接口與其它單元電路 (3部分以上) 編制相應的應用軟件來構成一個小的微機應用系統。實驗的重點在單元電路的綜合應用、軟件的分析設計、軟件的動態條是與硬件故障排除。可選的綜合設計測試題包括：乒乓球比賽、移動靶射擊比賽、反應測試儀、搶答計時器、電子琴、猜數字游戲、比賽計算器、參數可調波形發生器、模擬電梯、硬件實驗裝置自檢。

2.2 實踐教學方式

實踐教學一定使學生成為實踐教學的主體。長期以來，在強調對大學生能力培養的同時，確忽略了實踐教學方式的改革，不僅不重視設計性和綜合性實踐，又容易把驗證性實踐擺在無關緊要的位置，驗證性實踐本身的特殊性，使教師只能采用單一的示范法教，學生只能機械地模仿著學。這種按部就班的方法自然對學生自覺地提高能力沒什么作用。在驗證性實踐教學中要改變傳統的教學方法，把培養學生的實踐能力、觀察和思維能力驗證性實踐能鍛煉學生獨立操作儀器設備的能力；培養學生了解各種儀器儀表的性能，掌握調試的基本方法的能力；根據現象運用已學知識進行分析、判斷的思路告訴學生，讓學生掌握思維方法。然后老師與學生一起結合實踐技巧與實驗現象的觀察進行總結，把現象上升到理論，這樣既培養實踐技能又加深思維能力的培養。

實踐證明，設計性和綜合性實踐，培養學生對實踐中各種問題的觀察、分析和判斷能力，對學生的綜合實踐能力有著不可低估的作用。教學過程中，教師的啟發、誘導、言行舉止對學生都起著潛移默化的作用。在輔導中，教師要不斷引導學生用學過的基礎知識分析觀察到的實驗現象，擴展他們的思想，培養他們的探索和創新精神，使學生總是處于積極探索的狀態中，這才能使我們的實踐教學達到預期效果。

2.3 實踐考核方式

對實踐教學不再是上完課之后隨便給成績，而是在每次實驗結束后，由任課教師通過在課堂的隨機提問的結果并結合實驗報告的成績給出，并且增大實踐課程在整個課程成績中所占的比重，在此門課程中，實踐成績占總成績的40%，以此來激勵學生重視實踐，達到學生的創新意識和動手能力的培養。

3 教學網絡平臺的建設

教學網絡平臺的建設包括教學網站的建設，教學資源網絡的建設，相關信息資源網絡的建設。

建立教學網站是一種完全跨越時空的輔助教學模式。作為一個完整的教學系統，課堂內外的教與學是兩個缺一不可極其重要的教學環節。為了保證教師與學生之間必要的課外交流，解決在上課以外的時間里學生遇到的各種問題，解決教師對學生進行課外教學輔導問題，加強學生與教師的互動性，提高學習的效率，提高學生的學習興趣，達到更好的教學效果，進行了該課程的《嵌入式硬件技術基礎》教學網站的建設。除具備一般教學網站應具有的基本功能外，還具有題庫系統和評價功能，學生可以在教學過程中隨時進行測試，也可分若干階段進行隨機抽題測試，并能給出準確的評價。學生在學習過程中隨時能發現自己所學知識的薄弱環節，從而提高學生的學習興趣、自主學習能力及學習的主動性，同時鍛煉和提高學生綜合信息的利用能力，教師也會獲取來自學生的反饋信息，及時調整和改進教學環節。

4 教師隊伍建設

參加《嵌入式硬件技術基礎》課程建設的教師隊伍由老、中、青教師組成，使得該課程建設有很好的教師梯隊，而且這些教師一直從事硬件課程的教學工作，具有豐富的教學經驗和實踐經驗，使這門課程無論在理論教學還是實踐教學方面，都具有非常優秀的教學團隊，他們是《嵌入式硬件技術基礎》課程建設非常寶貴的財富。

5 結束語

上面只是計算機硬件基礎課程教學改革的一部分，如何適應新形勢、新技術是這門課程需要不斷進行完善的原因。下一步的工作是開發出一套《計算機硬件技術基礎》實踐平臺，達到更好的實踐效果。

參考文獻：

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