計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺存在的不足和改進(jìn)策略分析

田雅涵

摘要：計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，能夠提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力，使學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平得到大幅度的提升。然而在計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺中仍然存在著一些不足之處，例如實(shí)驗(yàn)器材與教材之間缺乏關(guān)聯(lián)性，實(shí)驗(yàn)器材的設(shè)計(jì)不規(guī)范等等，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)無法達(dá)成預(yù)期的效果，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的學(xué)習(xí)。本文將論述計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺的不足之處，并提出針對性的改進(jìn)策略，以充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)平臺的作用，從而提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)硬件；實(shí)驗(yàn)平臺；改進(jìn)策略

一、計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺的不足

1.實(shí)驗(yàn)器材與教材嚴(yán)重脫節(jié)

在高校教育中，實(shí)驗(yàn)平臺是計(jì)算機(jī)教學(xué)中不可或缺的設(shè)施，能夠幫助學(xué)生快速理解計(jì)算機(jī)的理論知識，并將理論知識和實(shí)踐技能融合到一起，建立完善的計(jì)算機(jī)知識體系。然而在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課上經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器與教材描述的相差甚遠(yuǎn)，器材的型號、規(guī)格都不符合教學(xué)要求，無法進(jìn)行與之相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生不能通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證所學(xué)的知識，也不知道器材的具體操作方式，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)課程形同虛設(shè)。

2.實(shí)驗(yàn)形式過于單一

有些生產(chǎn)廠家為了迎合學(xué)校的要求，獲得更多的經(jīng)濟(jì)利益，生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)器材在型號和規(guī)格上都與教材一模一樣，但是這些器材的功能受到了極大的限制，只能夠做書本上要求的固定的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，以便于學(xué)生驗(yàn)證書本上的知識內(nèi)容。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭^于枯燥、乏味，很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且嚴(yán)重桎梏了學(xué)生的想象力和創(chuàng)新能力，學(xué)生的知識也不能得到深化和擴(kuò)展。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理

計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)課程是以由淺入深的形式進(jìn)行設(shè)置，先是計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課，再是計(jì)算機(jī)硬件專業(yè)課，這兩類課程的設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的兩極分化現(xiàn)象。計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)只需要學(xué)生接通電路或者是測量物體獲得數(shù)據(jù)即可，對于學(xué)生來說這樣的實(shí)驗(yàn)太過簡單，沒有動手練習(xí)的必要。而計(jì)算機(jī)硬件專業(yè)實(shí)驗(yàn)課又需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路，繪制電路圖，完成整個(gè)電路的制作，這又超出了學(xué)生現(xiàn)有的能力范圍，因此學(xué)生的動手能力始終無法得到提高。

二、計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺的改進(jìn)探討

1.硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)提倡學(xué)生自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備

計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為簡單，所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備制作原理也易于掌握，學(xué)生可以嘗試運(yùn)用所學(xué)知識自行制作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，鍛煉自身的實(shí)踐技能。例如模擬電路實(shí)驗(yàn)中的晶體管共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)較為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)需要掌握放大電路的構(gòu)成，探索放大器性能的影響因素，并學(xué)會測試不同電壓下的內(nèi)外電阻。以往該實(shí)驗(yàn)中有完整的實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生只需要將電路連接好，為電路通電，調(diào)節(jié)外部電阻和內(nèi)部電阻，就能夠分析出影響放大器性能的關(guān)鍵因素。這種實(shí)驗(yàn)形式大多數(shù)學(xué)生都可以輕而易舉的完成，但是從中取得的收獲也十分有限。

教師可以讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)中需要的電路，加大實(shí)驗(yàn)的難度。這就要求學(xué)生學(xué)好電路圖的相關(guān)知識，知道如何將各個(gè)元件精確的組裝到一起，使各個(gè)零件都能發(fā)揮作用。開始的時(shí)候?qū)W生會不知道該從何處下手，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生，從選擇元件開始，到完成電路設(shè)計(jì)為止，讓學(xué)生領(lǐng)悟到自制設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)。焊接元件的過程教師應(yīng)該在旁邊進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，檢驗(yàn)學(xué)生對元件的了解程度，是否能夠?qū)λ性M(jìn)行正確的焊接等等。電路做好后再按照標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行操作，從而完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。

通過自制設(shè)備，學(xué)生會對所學(xué)的知識更加熟悉，并將其靈活運(yùn)用到實(shí)踐中，有助于自身知識的積累和沉淀，還能為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)生在日后經(jīng)常需要獨(dú)立解決工作上的各類問題，很多問題都需要過硬的實(shí)踐能力，所以提前訓(xùn)練學(xué)生的動手能力，讓學(xué)生掌握正確的操作方式和操作技巧，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力來說有著十分重要的意義。

2.硬件專業(yè)實(shí)驗(yàn)基于模塊化設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)硬件專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的難度較基礎(chǔ)課程有了顯著的提高，是對計(jì)算機(jī)知識進(jìn)行的拓展和延伸，使學(xué)生的專業(yè)技能能夠很好的滿足企業(yè)的崗位需求。由于計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課對學(xué)生的實(shí)踐能力要求較高，如果仍然按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)讓學(xué)生制作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只會徒增學(xué)生的心理負(fù)擔(dān)，使學(xué)生覺得計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)太難，自己不能學(xué)會，甚至?xí)?dǎo)致大多數(shù)學(xué)生放棄計(jì)算機(jī)硬件的學(xué)習(xí)。所以在專業(yè)實(shí)驗(yàn)中可以采用驗(yàn)證理論的方式，讓學(xué)生能夠熟練操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備即可，使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中獲得滿足感，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而采用模塊化的實(shí)驗(yàn)平臺對實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充和完善，讓學(xué)生進(jìn)行拓展仿真練習(xí)，賦予了硬件專業(yè)實(shí)驗(yàn)生活化、創(chuàng)新化的特點(diǎn)，學(xué)生會從實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中領(lǐng)會解決實(shí)際問題的能力。

以數(shù)字信號處理課程的快速傅里葉變換（簡稱m）及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)的目的是加深對傅里葉變換的理解，應(yīng)用m對信號進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)序列的線性卷積和相關(guān)，通過DFT把信號從時(shí)間域變換到頻率域，來研究組成信號的頻譜成分和變化規(guī)律。基本思想是把原始的N點(diǎn)序列，依次分解成一系列的短序列。充分利用DFT計(jì)算式中指數(shù)因子所具有的對稱性質(zhì)和周期性質(zhì)，進(jìn)而求出這些短序列相應(yīng)的DFT并進(jìn)行適當(dāng)組合，達(dá)到刪除重復(fù)計(jì)算，減少乘法運(yùn)算和簡化結(jié)構(gòu)的目的。

實(shí)驗(yàn)室一般使用基于DSP的實(shí)驗(yàn)箱完成fft實(shí)驗(yàn)，通過裝載fft.c程序，演示m算法，并對連續(xù)信號進(jìn)行頻譜分析。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅熟悉m算法原理和應(yīng)用，而且對A/D采樣過程、采樣定理、DSP芯片和CCS開發(fā)環(huán)境都有更深入的了解。教師應(yīng)根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)正確啟發(fā)學(xué)生，指出不同的計(jì)算機(jī)語言都可以實(shí)現(xiàn)fft算法。通過對學(xué)生的引導(dǎo)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，學(xué)生在獨(dú)立的探索中學(xué)到技能，提高自信心，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本目的。

總結(jié)：計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)是學(xué)生理解和驗(yàn)證所學(xué)知識的重要方式，也是學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)課程。為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺的教學(xué)改革勢在必行。高校應(yīng)該摒棄傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)—設(shè)備一體化原則，在硬件基礎(chǔ)課程中讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)并制作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生創(chuàng)造更多動手實(shí)踐的機(jī)會。同時(shí)在硬件專業(yè)課程中應(yīng)使用模塊化的實(shí)驗(yàn)平臺，讓學(xué)生自己開發(fā)軟件程序，使硬件和軟件真正的結(jié)合到一起，從而促進(jìn)學(xué)生計(jì)算機(jī)水平的全面提高。