基于能力培养的计算机硬件课程教学改革的研究与实践 计算机硬件课程
时间：2019-01-27 03:29:45 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘 要]文章分析了计算机专业硬件课程设置和教学中存在的问题，根据硬件课程群中课程之间的逻辑性、系统性，提出了层次化、系列化的课程体系；提出了保证知识和能力培养连续性的实践教学课程化的教学模式。实践证明，这是培养高素质硬件设计人才的有效途径。
[关键词]硬件课程 教学改革 实践教学课程化
1.计算机专业硬件系列课程教学改革的必要性。计算机硬件知识的教与学对于高校计算机专业的重要性是不言而喻的。上世纪五十到八十年代，我国一些学校的计算机及应用专业基本上是以计算机硬件技术的教育为主，致力于计算机硬件技术专业人才的培养。近年来计算机软、硬件，特别是计算机网络快速、蓬勃地发展，我国计算机专业教育的内容、形式也都发生了很大变化，但在广大学生的学习过程中，不论是学习态度还是学习效果，都普遍出现了“重软轻硬”的倾向，在这种倾向的背后，必然隐藏着硬件课程教与学中存在的一些问题，这无疑对国内高校硬件类课程的教学提出了新的更高的要求；提高学生的综合素质，培养目标由知识型向高素质的复合型人才转变，是大学本科计算机专业教学所面临的又一新课题，在计算机硬件系列课程的教学过程中，如何根据计算机技术的高速发展进行知识的合理优化，采用什么方式更有效的进行课堂教学，如何引导学生学习硬件知识的主动性，如何进一步提高学生硬件动手能力等等，所有这些问题只有通过对计算机专业硬件系列课程进行教学改革，才能得以圆满解决。
2.目前计算机硬件系列课程教学存在的主要问题。
2.1 教材与教学内容陈旧、落后，跟不上计算机科学与技术发展的步伐。一方面，随着计算机硬件技术飞速发展，真正能反映当今世界硬件领域技术的教材太少，教学内容大多较旧，计算机硬件课程未能跟上技术的更新，其相应的实验设备和条件几乎为零；另一方面，计算机硬件知识不直观，最新的硬件知识往往包含许多较复杂的技术，讲述起来抽象、枯燥，学生较难学习和理解，因此许多教师偏向于讲述旧的知识。
2.2 学生中存在“重软轻硬”倾向，硬件动手能力较差。目前计算机教育存在着重软轻硬的倾向。很多学生对硬件课程的了解甚少，认为硬件课程只是学习计算机的内部工作原理，在计算机应用当中无关紧要，认识不到硬件技术在应用方面的重要性，再加上相应的实践环节难以保证，课程考试评价体系中对硬件实践能力的不重视，导致学生在学习中缺乏积极性。
2.3 各门课程内容衔接存在问题，教学效率不高。计算机是一个由硬件和软件组成的庞大的复杂系统，计算机知识有着很强的系统性。而在目前的教学中，硬件课程知识与软件课程知识之间缺乏足够的交叉和互补，学生无法深入理解计算机的基本工作原理及其在软件系统中的作用。另外，在硬件课程之间也缺乏充分的衔接，有些知识点重复或缺失，这些都导致了学生的知识体系不系统、结构不健全。
2.4 缺乏创新能力的培养。目前高校中开设的硬件实验课程大多以验证性实验为主，教师往往提供了实验的所有环节，大部分学生在做实验的过程中，基本上不对实验的实用性进行延伸思维，只按设定好的正确线路、程序、步骤、数据一一照做。这样的实践不利于学生创新思维的培养，成了另一种形式的理论学习通过实验达不到理论与实践相结合的目的，达不到培养学生初步科研能力的要求。
3.关于计算机硬件系列课程教学改革的思路。
3.1 改革教学内容，构建科学的、系统的计算机硬件教学体系。
3.1.1 计算机硬件系列课程教材目前存在的主要问题是知识陈旧、落后跟不上计算机科学与技术的发展步伐，这种现象在基础教材中尤为突出。为适应计算机科学与技术飞跃发展的需要，教材丛书应具有先进性和时代特征。并且每隔一二年做一次小的调整，每隔四五年重新修订出版。教材要紧跟计算机科学与技术的飞速发展是不可能的，况且知识的传授不能受教材的制约，因此，计算机硬件系列课程教学中应注重知识的更新，计算机硬件技术的发展、更新速度是惊人的，这要求教师时刻关注最新发展动态，及时了解本学科的新技术、新趋势，及时调整更新授课内容，使该课程能够反映学科的发展前沿。教师授课时注意知识点的延伸性，即从知识点最早出现的基本原理发展到目前技术状态的过程，这样可以减少学生理解的抽象性，从而提高学生的学习积极性。
3.1.2 在充分分析原计算机专业所开设的《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《操作系统》、《汇编语言程序设计》、《计算机接口技术》、《计算机体系结构》、《单片机原理》和《嵌入式操作系统及应用》等硬件课程教学内容和教学时数的基础上，剔除掉不必要和重叠的教学内容或课程，增加新的必须的教学内容或课程，构建出符合现在计算机硬件教学需要的，面向工程应用的课程体系方案和相应的教学内容。如缩减《大学物理》学时，增加((EDA技术》课程，借助EDA技术学生能完成涉及多门硬件类课程的实验，在不同的学习阶段，学生学习了相应的硬件课程后，就可以采用EDA技术，自行设计与本课程相关的实验设计或复杂应用系统设计。将EDA技术的应用贯穿于计算机硬件体系实验教学，使学生调试、验证自己的设计项目成为可能，为学生的自主实验提供广阔的发展空间，学生的自主设计能力和创新意识都得到极大提高，避免了学习的抽象、枯燥，增强学生学习硬件课程的兴趣，提高动手能力，有助于解决学生“重软轻硬”的认识问题。
3.1.3 构建新的硬件课程体系，解决硬件课程之间的衔接问题，提高教学效率。该课程体系由必修课程、选修课程及配套实践三部分组成。必修课包括“组成原理”、“接口技术”、“系统结构”等基础课程。为适应社会需求，在选修课中增加“EDA技术”、“计算机控制技术”、“嵌入式系统”等社会需求较强、实用价值高的应用性课程，同时新开了“模型机设计与组装”、“硬件综合实践”、“嵌入式系统实践”等实践课程，保证课程体系的实用性与先进性。硬件系列课程从体系结构上划分为三个层次：基础层、应用层和提高层，其课程间的关系如图1所示。基础层为“数字电路”与“组成原理”。“数字电路”课程虽然在教学体系上不属于计算机硬件系列课程，但它是计算机硬件系统的技术基础，是必修的前续课：“组成原理”介绍计算机的基本组成和工作原理，解决整机概念；以"EDA技术”的应用为基础，通过“金工电子实习”与“模型机设计与组装”两门实践课程，强化学生的硬件动手能力。在应用层中，通过“接口技术”介绍应用层的外围接口和相关外设，以“嵌入式系统”等三门实用性强的课程作为选修课，每门课程都配有相应的实验环节，并通过“硬件综合实践”、“嵌入式系统实践”强化学生对基础知识的掌握和综合应用。提高层为“系统结构”及“性能测试与分析”实践课程，通过学习和实践，能够使学生比较全面地掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构、基本分析方法、基本设计方法和性能评价方法，并建 立起计算机系统的完整概念。
3.2 改革课堂教学模式和教学方法，提高教学质量。教学实践证明，以课堂理论教学为主，实验教学为辅的培养模式，无法满足计算机硬件系列课程教学的要求，必须改造为以工程应用为目的，以项目驱动案例教学为手段的高效、实用的人才培养模式。教师先讲解相应知识的项目案例，然后设立新项目，由学生去实施和完成。比如《计算机组成原理》课程，可以设立定点运算器、时序发生器及时序分析、计数器设计、微程序控制器设计等一系列项目，采用“课外为主、课内为辅”的方式，即学生领取任务后，通过课余时间进行资料查阅、讨论、设计和实验，以及完成项目保报告书等；然后使用课内少量学时，由教师进行引导，选取部分学生报告项目完成情况，进行简短答辩和讨论。该方式既不影响课堂教学内容和教学进程，又能使学生充分利用业余时间积极、主动地学习，同时，课堂上的适当讨论也能活跃课堂气氛。通过这种项目案例教学模式可以有效地锻炼学生的自主性，提高学生学习的积极性和效率。
3.3 建立实践教学课程化的教学模式，保证硬件设计的连续性。计算机软、硬件设计能力是计算机专业本科必须具备的能力，在一般高校，很多只是注重了软件的设计能力培养，在软件类课程的开设中，保证软件设计的四年不断线，而硬件设计却很难保证。因此，在硬件课程实践教学的安排上也要保证设计不断线，使学生能真正理解计算机结构的系统性并能进行相关的设计。
我们的改革措施是去除与单一理论课程对应的课程设计等实践环节，理论课程内只保留最基本的实验，达到帮助学生理解基本理论的目的，其他实践教学内容进行系统性整合，按照学期单独设课，形成完整的实践教学系统。
3.4 建立科研导师制度。为学有余力的学生，提供一个学习和培养技术特长的机会。由硬件应用系统开发经验丰富并申请有科研课题或技术服务项目的教师担任导师，吸收对该课题有兴趣和能力的学生参加并共同完成，同时负责学生的学习规划制定和在课外直接指导学生的创新性实验、产品制作、参加电子竞赛、软件制作大赛和挑战杯比赛等。学院为特长生提供学习环境和机会，学生通过参加课题来提高自己的实践能力和工作经验，培养其浓厚的学习兴趣和学习主动性。
3.5 改革考试、考查方式。考试方法改革突破了单一的理论知识考核和传统的闭卷考试方式，实现对学生的综合能力和实训过程考核。具体要求为加大平时考核比重；注重实践操作考核；考试方法的改革将促进学生学习的自觉性和主动性。
4.结束语。对计算机硬件课程教学改革，笔者在实践中作了初步的尝试，对推进课堂教学建设，改革课程教学体系，改进教学方法，培养学生的创新精神和实践能力，提高课程的整体教学水平和教学质量起了一定的推动作用。
参考文献
1 宋人杰等，计算机专业硬件系列课程教学改革探讨[J]，东北电力大学学报，2007(5)
2 蓝红莉，项目教学法在《计算机组成原理》教学中的应用研究[J]，中国科技信息，2007(10)
3 刘文英等。基于BDA技术的计算机硬件体系实践教学探索[J]。实践教学，2008(14)
