高校計算機硬件系列基礎(chǔ)課程教學(xué)改革

　　摘 要：本文就高校計算機硬件系列基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中存在的一些問題進行闡述，結(jié)合自己多年從事硬件教學(xué)的經(jīng)驗，提出有關(guān)解決這些問題的一些舉措。經(jīng)過實踐證明，采取這些措施對于提高硬件系列基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量有一定成效。
　　關(guān)鍵詞：硬件課程；內(nèi)容銜接；優(yōu)化整合；模塊化
　　
　　
　　1 背景
　　計算機技術(shù)的發(fā)展是以電子技術(shù)為基礎(chǔ)，以硬件技術(shù)為前提，這給計算機專業(yè)硬件系列基礎(chǔ)課程內(nèi)容的教學(xué)提出了更新、更高的要求。高等院校已經(jīng)普遍認識到計算機專業(yè)硬件課程教學(xué)的重要性。在教學(xué)過程中，教師采用各種方式進行相關(guān)課程的教學(xué)改革，更加注重課堂教學(xué)的效果，學(xué)生學(xué)習(xí)硬件知識的主動性比以前都有所提高，這個勢頭令人欣喜，但是師生們共同的付出與期望回報的目標相比，還相距甚遠。究其原因，課程之間內(nèi)容的銜接和整體優(yōu)化問題值得我們從事硬件系列基礎(chǔ)課程教學(xué)的同行們得以深思。
　　目前高校計算機專業(yè)硬件系列基礎(chǔ)課程主要包括：電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、匯編語言程序設(shè)計、計算機組成原理、微機原理和接口技術(shù)等。這些課程雖然特點不同，各有側(cè)重，但它們不僅存在前后銜接的層次關(guān)系，而且存在相互滲透的交叉關(guān)系。在教學(xué)過程中，由于過分強調(diào)某一門課的完整性和獨立性，忽略了課程之間內(nèi)容的銜接和整體優(yōu)化[1]，這嚴重影響了硬件課程教學(xué)效果的提高和專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量，必須采取相應(yīng)的措施扭轉(zhuǎn)這種傾向。近幾年，我們在教學(xué)過程中針對這些問題，采取了相應(yīng)的對策，收到了非常好的教學(xué)效果。
　　
　　1 計算機硬件系列基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的主要問題
　　1.1 課程間缺乏有機聯(lián)系，學(xué)生不能駕馭整個知識體系
　　高校計算機硬件系列基礎(chǔ)課程，學(xué)生要經(jīng)過若干個學(xué)期學(xué)習(xí)，才能掌握其內(nèi)容。硬件系列的每門課之間既相互聯(lián)系，又相互獨立，各自的內(nèi)容也比較多，教師在教學(xué)過程中往往只注意到每門課的重點，而沒有關(guān)注各門課之間的聯(lián)系[2]。對于學(xué)生而言，對各門課的知識理解尚且不深，運用也不熟練，他們只能在每門課各自的范圍內(nèi)看到一個個不太完整的計算機硬件系統(tǒng)的模型。有的課程理論性太強而顯得抽象，有的則是知識點太多而容易顧此失彼，這使得學(xué)生難以將幾門課程的內(nèi)容相互融會貫通，無法全面了解計算機硬件系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)及功能。
　　1.2 過分強調(diào)各門課的完整性和獨立性，部分內(nèi)容交叉重復(fù)
　　計算機硬件系列課程從知識結(jié)構(gòu)上看，它是構(gòu)成計算機系統(tǒng)知識中物理結(jié)構(gòu)及體系結(jié)構(gòu)的完整的知識模塊，在教學(xué)過程中應(yīng)該從全局考慮，將其作為一個整體統(tǒng)一安排，而目前計算機硬件系列基礎(chǔ)課程教學(xué)中，大多數(shù)教師存在過分強調(diào)每門課程的完整性和
　　
　　獨立性，忽視了課程之間內(nèi)容的銜接和知識的整體優(yōu)化，導(dǎo)致有些教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，而有些應(yīng)該講授的內(nèi)容卻被忽略掉，導(dǎo)致教學(xué)效果不好。例如，在電子技術(shù)課程中花費大量的時間進行電路的化簡、計算，卻沒有時間來分析二極管、三極管的特性和A/D和D/A轉(zhuǎn)換的工作過程，而這些內(nèi)容對計算機的后繼課程是相當(dāng)?shù)闹匾Ｓ秩纾趨R編語言程序設(shè)計課程中，教師過分強調(diào)用匯編語言如何編寫復(fù)雜的循環(huán)、分支程序，如何用匯編語言來實現(xiàn)C中那些求最大公約數(shù)、最小公倍數(shù)以及排序、查找算法。而忽略了這門課程承擔(dān)著一個重要的任務(wù)，它是為計算機組成原理、微機原理與接口技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)提供一些基礎(chǔ)知識，要讓同學(xué)們通過這門課的學(xué)習(xí)，建立起內(nèi)存的空間概念，了解指令系統(tǒng)如何組成，只有掌握這些知識，后繼的課程學(xué)起來才能循序漸進。再如，像中斷系統(tǒng)和存儲器系統(tǒng)，在計算機組成原理、微機原理與接口技術(shù)、匯編語言程序設(shè)計等課程中都涉及到，而教師講解都不完整，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中既感覺重復(fù)，又似懂非懂。諸如此類的問題很多，在此不一一列出。
　　1.3 硬件師資力量薄弱
　　目前，高校相當(dāng)一部分計算機硬件系列基礎(chǔ)課教師是從學(xué)校畢業(yè)直接進入高校教師隊伍，他們經(jīng)歷讀碩或讀博的過程，本身接受的是精英教育，習(xí)慣從書本到書本，從理論到理論。工程實踐的經(jīng)歷與經(jīng)驗較少，教師本身對工程實踐經(jīng)驗匱乏。例如，有些從事硬件教學(xué)的教師對硬件的時鐘、脈沖寬度、三態(tài)門、總線周期等基本概念及相互關(guān)系，并非全面、真正地掌握，這些直接影響硬件的課程教學(xué)，同時導(dǎo)致他們對教材的再處理能力下降。有的教師只能照本宣科，至于自己所講的內(nèi)容在整個課程體系中到底占據(jù)什么樣的地位，有什么樣的作用，都不了解。另外，學(xué)生們當(dāng)初對這些年輕的高學(xué)歷教師寄予厚望，實際的教學(xué)效果欠佳，嚴重影響了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，自然學(xué)習(xí)硬件的積極性就下降了。
　　2 解決問題的途徑
　　針對以上在硬件基礎(chǔ)系列課程教學(xué)過程中普通存在的問題，根據(jù)我們平時在教學(xué)中的經(jīng)驗和體會，筆者提出以下幾點建議，旨在提高硬件基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量，供同行們參考。
　　2.1 注重硬件課程之間的聯(lián)系，對硬件系列課程內(nèi)容進行整體優(yōu)化
　　如果能很好地解決硬件系列基礎(chǔ)課程內(nèi)容之間銜接的問題，就可以提高授課效率，同時能改善教學(xué)效果。我們采取將相關(guān)性較強的課程組合在一起構(gòu)成一些知識模塊，這樣能較好地解決課程內(nèi)容整體優(yōu)化問題。例如，將數(shù)字邏輯與電子技術(shù)合并(并非合成一門課)構(gòu)成電子技術(shù)知識模塊，將相關(guān)課程的教師組織在一起進行討論，確立各門課的授課內(nèi)容，構(gòu)建知識的前后銜接，寫出相應(yīng)的教學(xué)計劃和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)大綱，這樣既可以使學(xué)生受到完整的電子技術(shù)綜合能力設(shè)計的訓(xùn)練，又避免了某些內(nèi)容重復(fù)講授。又如，將匯編語言程序設(shè)計、微機原理與接口技術(shù)及計算機組成原理合并構(gòu)成計算機應(yīng)用技術(shù)知識模塊，進行知識組合。匯編語言程序設(shè)計不再是一門獨立的學(xué)科，它是計算機組成原理和微機原理與接口技術(shù)等課程的先導(dǎo)課程，與其他課程有著密不可分的聯(lián)系，通過這三門課的教學(xué)，逐步揭示計算機硬件系統(tǒng)的基本工作過程。如果能從整體上把握教學(xué)，就可以讓學(xué)生了解硬件系統(tǒng)完整的工作原理，在基礎(chǔ)層次上徹底了解硬件系統(tǒng)。對于這幾門課程，主要整合方式有：
　　1) 把匯編語言程序設(shè)計和計算機組成原理結(jié)合，側(cè)重于計算機硬件的五大部件、尋址方式和指令系統(tǒng)的理論性教學(xué)[3]。這樣有利于把計算機組成原理中介紹的一般性的知識和具體的微機系統(tǒng)聯(lián)系起來，給學(xué)生打下牢固的理論基礎(chǔ)。
　　2) 把匯編語言程序設(shè)計和微機原理與接口技術(shù)相結(jié)合，側(cè)重于硬件編程能力的培養(yǎng)。這樣有利于學(xué)生透徹地了解微機系統(tǒng)，并具備扎實的硬件編程能力，有利于單片機和嵌入式等后繼相關(guān)課程的學(xué)習(xí)。
　　通過上述結(jié)合，對課程內(nèi)容進行了精練，避免大量的內(nèi)容重復(fù)，同時也解決了課時少和內(nèi)容多之間的矛盾。
　　2.2 加強實踐教學(xué)，拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和動手能力
　　計算機硬件系列課程教學(xué)由于課時的限制，我們采取在實驗課上只安排一些重點實驗，部分容易操作的實驗由學(xué)生課后完成，實驗課后組織同學(xué)進行分組集中匯報。近兩年，我們將大二、大三的每個學(xué)期的最后一周安排成實踐周，進行一些綜合設(shè)計性訓(xùn)練。例如，大二的第一學(xué)期，我們會在電子技術(shù)和數(shù)字邏輯課程結(jié)束后，提出一些選題，將學(xué)生分組，讓學(xué)生進行綜合設(shè)計。同學(xué)們看到自己設(shè)計的表決器電路、信號燈控制系統(tǒng)，在Verilog HDL中的仿真結(jié)果和實際系統(tǒng)完全一致，產(chǎn)生巨大的成就感。再如，在匯編語言程序設(shè)計和計算機組成原理完成后的實踐周里，我們的同學(xué)設(shè)計出了多條指令的微程序?qū)⑵浯娴紼PROM中，然后用匯編語言編寫相關(guān)的應(yīng)用程序，調(diào)用自己編寫的微程序，看到預(yù)期的結(jié)果，他們終于明白了，為什么匯編中自己不能隨心所欲地造指令格式。這些都證明了實驗課和硬件理論課處于同等重要的地位。
　　
　　學(xué)習(xí)之余，我們鼓勵學(xué)生積極參加第二課堂的學(xué)習(xí)活動，組織電子設(shè)計競賽課外活動小組，鼓勵學(xué)生積極參加各種競賽，接收本科生參與教師的科研課題，如暑期創(chuàng)新實驗等。在近幾年的電子設(shè)計大賽中，學(xué)生也收獲了不少獎項。2011年10月，在安徽省“煒煌杯”大學(xué)生單片機應(yīng)用技能大賽中，我院派出的6支代表隊中，一支隊伍取得一等獎、一支隊伍取得二等獎、四支隊伍取得了三等獎的好成績，并且還榮獲了最佳組織獎、團隊二等獎等。
　　實踐證明，上述做法對我們計算機專業(yè)學(xué)生扎實掌握計算機硬件系列課程的知識，提高他們的學(xué)習(xí)興趣起到一個非常重要的作用。在近幾年畢業(yè)論文的選題中，我們看到了一個非常喜人的現(xiàn)象，選擇硬件課題的學(xué)生呈逐年上升的趨勢，這說明學(xué)生們已經(jīng)有實力控制硬件了。
　　2.3 加強師資隊伍建設(shè)
　　要培養(yǎng)適應(yīng)信息化社會所需要的創(chuàng)新人才，教師首先要有創(chuàng)新性，要對學(xué)科專業(yè)知識有獨到認知與領(lǐng)悟，為此需要教學(xué)和科研相長。要做好一個教師，不能只研究教學(xué)法，最根本的是要把教的東西搞透，做到深入淺出，才能把課講好講活。教師好不好的標準，十分重要的一條是看他在科研上有沒有成績，課上有沒有啟發(fā)性的東西。有一流的科研，才有一流的教學(xué)水平。教師教學(xué)也不能鎖定在一門課程上，甚至固定在一本書里，鼓勵教師分別在硬件系列課程、軟件系
　　
　　列課程中交叉上課，進而軟硬件課程交叉。
　　為了提高教師自身的素質(zhì)，我校鼓勵教師積極申報各種縱向和橫向課題，通過參與科研項目，提高自己的動手能力。另外，學(xué)校有計劃地把教師送到一些開發(fā)公司、企業(yè)和科研單位，直接參與計算機產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)。例如，我們多次利用暑假派出一些教師參加由計算機實驗儀器生產(chǎn)商組織的產(chǎn)品研發(fā)研討班，通過這樣的研討，教師的視角高了，對原理的理解更透了，講起課來不再空乏無味，因為他們有來自現(xiàn)場的實例，有更高層次的研發(fā)視角，同學(xué)們學(xué)習(xí)相關(guān)課程的興趣也濃了。同時，教研組安排有實力、有經(jīng)驗的老教師幫助經(jīng)驗少的年輕教師，安排年輕教師給老教師帶實驗、當(dāng)助教，年輕教師的業(yè)務(wù)水平提高更快。
　　要想培養(yǎng)出優(yōu)秀的學(xué)生，這對教師提出了更高更具體的要求:
　　1) 教師應(yīng)具有廣泛的知識面、深厚的專業(yè)知識，在科研工作中不斷地提高自己的業(yè)務(wù)能力；
　　2) 實行開放式教學(xué)模式，將單一的課堂講授擴大到學(xué)生自學(xué)、討論、科研和實踐中；
　　3) 實行啟發(fā)式和討論式的教學(xué)方法，來激勵學(xué)生的求知欲和想象力，發(fā)展學(xué)生的求異思想。這些要求都是我們教師要去身體力行的。
　　2.4 加強協(xié)作精神的培養(yǎng)
　　計算機學(xué)科知識和技術(shù)更新速度快，需要人與人廣泛地合作與交流，為此在教學(xué)工作中，我們不論年老年少，不論知識層次如何，良好的合作與協(xié)作會使我們知識更加豐富。
　　3 結(jié)語
　　計算機技術(shù)是迄今為止發(fā)展最為迅猛的一個技術(shù)領(lǐng)域，這給計算機硬件系列課程的教學(xué)提出了更高更具體的要求，但計算機硬件課程的教學(xué)改革是一個系統(tǒng)工程，需要長期的大量的實踐才能逐步達到目標。本文僅是筆者多年在計算機硬件系列基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中收獲的一些教學(xué)經(jīng)驗和體會，希望這些認識能對計算機硬件系列課程的教學(xué)改革有所幫助。
　　
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