計算機專業(yè)硬件主干課程群建設(shè)

荊蕾 焦來磊

摘要：計算機專業(yè)是硬件與軟件相結(jié)合的寬口徑專業(yè)。但是長期以來，在學科建設(shè)中由于種種原因，出現(xiàn)了學生普遍偏軟的現(xiàn)象。為此，2016年我們提出了建設(shè)硬件主干課程群的方案，方案實施至今，已取得了初步成效。

關(guān)鍵詞：計算機；硬件主干課程群；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）01-0258-02

一、前言

計算機專業(yè)既涉及軟件課程，又涉及很多硬件的課程。但是長期以來，因為建設(shè)硬件實驗室所需的費用比較昂貴，導致高校實驗設(shè)備普遍落后；因為硬件課程對學生動手能力的要求較高，導致學習興趣普遍較低；因為教師的理論與實踐結(jié)合不夠充分，導致硬件課程教學滯后。基于這些原因，在學生心目中逐漸形成了軟件為主、硬件為輔的學習思想。學生畢業(yè)后硬件的開發(fā)能力較差，限制了其擇業(yè)的范圍，也導致在軟硬結(jié)合的行業(yè)中人才缺失，從另一個角度來看，也就有了比較大的就業(yè)空間。針對這一問題，我們確定將《電路與模擬電子技術(shù)》等六門計算機專業(yè)的硬件主干課程打包成群進行建設(shè)，力求硬件、軟件課程同步發(fā)展，培養(yǎng)既具有良好的軟件開發(fā)能力，又具備硬件設(shè)計能力的優(yōu)秀畢業(yè)生。

計算機專業(yè)硬件課程主要有《電路與模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計》《計算機組成與體系結(jié)構(gòu)》《微型機系統(tǒng)與接口（含匯編）》《單片機原理與應(yīng)用》《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用》等，其中前四門是必修課程，后兩門為選修。如圖1所示，從知識結(jié)構(gòu)上來說，這幾門課程從下往上相互銜接，底層課程為上層課程提供支持。最上層的單片機和嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用性非常強的，作為選修課，為學生的就業(yè)服務(wù)，屬于技術(shù)拓展類的課程。

二、課程內(nèi)容的梳理

作為課程群中的課程，既要考慮單門課程內(nèi)容的相關(guān)性、完整性，又要考慮課程間知識的邏輯聯(lián)系。前期，各門課程都進行了建設(shè)，但是這些課程相互之間是獨立的，學生也很難建立起整體的知識框架，普遍反映學習的內(nèi)容雜亂。通過整體的規(guī)劃，去除重復的內(nèi)容、增加缺少的環(huán)節(jié)，使得整個課程群作為一個整體實現(xiàn)效益的最大化是非常必要的。課程內(nèi)容關(guān)系如圖2所示。

其中，有些內(nèi)容關(guān)聯(lián)度比較大，可以略講。例如，計算機組成中的輸入輸出系統(tǒng)與微機接口中的重復，可以重點在組成中介紹，接口中針對16/32位機講應(yīng)用；數(shù)字邏輯中涉及到數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換，與接口中重復，放到接口中介紹；作為公共基礎(chǔ)的數(shù)制轉(zhuǎn)換部分，統(tǒng)一到數(shù)字電路中介紹，其他課程全部省掉。

三、教學方法和教學手段的改進

建立網(wǎng)絡(luò)和手機端的教學資源，使學生可以隨時隨地投入學習。網(wǎng)絡(luò)教學資源每學期更新一次，主要包括常規(guī)的教學資料，例如教學大綱、日歷、課程視頻、習題及答案以及實踐內(nèi)容等。手機端教學資源主要利用“云班課”建立，隨課程進度更新，包括課件、重點、難點、易錯點的微視頻、問題的討論、布置和提交作業(yè)等。利用討論區(qū)經(jīng)常提出問題，帶動學生思考，通過提問也督促學生課前思考、預習、課后復習，有效地利用課外時間，帶動學習的氣氛。

四、實踐教學的大幅度改革

硬件類課程的教學中，實踐是特別重要的一部分。目前這幾門課程都安排有實驗教學環(huán)節(jié)16學時，另外開設(shè)了《數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計》《計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課程設(shè)計》《微機系統(tǒng)與接口課程設(shè)計》。實驗基本是驗證性的，不能滿足實踐教學對學生實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。我們在如下幾個方面進行了大幅度的改進。

首先，明確每一個實驗的教學目的，理清該實驗與其他課程實驗之間的關(guān)系，不僅要求其能為本門課程服務(wù)，某些實驗可以作為后續(xù)課程實驗的基礎(chǔ)。此外，有些實驗是在多門課程中都會涉及的，可以綜合在一門課程中做，但是設(shè)計實驗指導書的時候，對涉及其他課程的知識點也需綜合反映。例如，存儲器實驗在數(shù)字電路、微機原理與接口等課程中都會涉及，可集中到微機原理與接口中做，同時將數(shù)字電路中的觸發(fā)器也一并提出、理解、復習。

其次，構(gòu)建多級實驗體系，包括實驗、課程設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計等。首先將實驗分為多種類型，包括驗證性、綜合性、設(shè)計性。減少驗證性實驗的比例，適當增加為綜合性和設(shè)計性的實驗。課程設(shè)計往往會涉及的內(nèi)容較為廣泛，可以要求學生從不同角度來分析、設(shè)計。例如，微機原理與接口技術(shù)中有采集模擬量數(shù)據(jù)相關(guān)的實驗，需要用到AD轉(zhuǎn)換接口、要用到模擬量的產(chǎn)生部分，涉及模擬電路的知識，都可以綜合分析。此外，鼓勵學生參加大學生創(chuàng)新大賽、學科競賽等，在已有知識的基礎(chǔ)上繼續(xù)自學，完成創(chuàng)新性、設(shè)計性環(huán)節(jié)。

第三，建立完善的實驗教學資源，包括實驗指導書、網(wǎng)絡(luò)資源平臺等，通過實驗指導書的建設(shè)，能夠讓學生提前預習、課后復習、課堂上有的放矢地實驗。網(wǎng)絡(luò)平臺上提供實驗的示范教學視頻，使學生能夠直觀地看到實驗的設(shè)備、運行的情況，并能夠認識和學習元器件的相關(guān)知識，在課后可以利用仿真軟件仿真。一些驗證性實驗可以采用這個方式來完成。目前EDA軟件功能已比較強大，例如Multisim、Matlab、Proteus等，利用這些軟件既緩解了課時不足的問題，又能提高學生的自主學習能力。通過教學視頻的演示，學生能夠看到各種電子元器件，不會覺得課程學起來抽象。足不出戶，就能夠深入學習元器件、電路板繪制、編程等知識，拓寬學生的視野，為將來的工作提供知識和技術(shù)支持。

五、師資隊伍的建設(shè)

師資隊伍對課程群建設(shè)的影響是非常大的。該課程群中目前有教授1名、副教授4名，講師5名。在結(jié)構(gòu)上安排比較合理，而且老中青結(jié)合，通過年長教師的帶動，促使年輕教師不斷進步、站穩(wěn)講臺。

為與工程實踐接軌，對課程群中的課程也安排有每學期8學時的工程師進課堂環(huán)節(jié)，邀請了企業(yè)高級工程師，給學生講解課程的知識在行業(yè)的應(yīng)用，拓寬視野，增加對專業(yè)和課程的了解。

六、總結(jié)

目前，我校計算機專業(yè)硬件主干課程群的建設(shè)在不斷探索和積累中，通過前期的建設(shè)，已反映出很多好的現(xiàn)象，課堂上“低頭族”減少了，提問的同學增加了，實驗的獨立完成率也有所提高。

作為應(yīng)用型的本科院校，我們重視對學生的動手能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，只有不斷探索和實踐，才能培養(yǎng)出適合本地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展要求的應(yīng)用型人才。