高校计算机硬件系列基础课程教学改革

来源:用户上传      作者: 齐学梅

　　摘 要：本文就高校计算机硬件系列基础课程教学过程中存在的一些问题进行阐述，结合自己多年从事硬件教学的经验，提出有关解决这些问题的一些举措。经过实践证明，采取这些措施对于提高硬件系列基础课程的教学质量有一定成效。
　　关键词：硬件课程；内容衔接；优化整合；模块化
　　
　　
　　1 背景
　　计算机技术的发展是以电子技术为基础，以硬件技术为前提，这给计算机专业硬件系列基础课程内容的教学提出了更新、更高的要求。高等院校已经普遍认识到计算机专业硬件课程教学的重要性。在教学过程中，教师采用各种方式进行相关课程的教学改革，更加注重课堂教学的效果，学生学习硬件知识的主动性比以前都有所提高，这个势头令人欣喜，但是师生们共同的付出与期望回报的目标相比，还相距甚远。究其原因，课程之间内容的衔接和整体优化问题值得我们从事硬件系列基础课程教学的同行们得以深思。
　　目前高校计算机专业硬件系列基础课程主要包括：电子技术、数字逻辑、汇编语言程序设计、计算机组成原理、微机原理和接口技术等。这些课程虽然特点不同，各有侧重，但它们不仅存在前后衔接的层次关系，而且存在相互渗透的交叉关系。在教学过程中，由于过分强调某一门课的完整性和独立性，忽略了课程之间内容的衔接和整体优化[1]，这严重影响了硬件课程教学效果的提高和专业人才培养的质量，必须采取相应的措施扭转这种倾向。近几年，我们在教学过程中针对这些问题，采取了相应的对策，收到了非常好的教学效果。
　　
　　1 计算机硬件系列基础课程教学中存在的主要问题
　　1.1 课程间缺乏有机联系，学生不能驾驭整个知识体系
　　高校计算机硬件系列基础课程，学生要经过若干个学期学习，才能掌握其内容。硬件系列的每门课之间既相互联系，又相互独立，各自的内容也比较多，教师在教学过程中往往只注意到每门课的重点，而没有关注各门课之间的联系[2]。对于学生而言，对各门课的知识理解尚且不深，运用也不熟练，他们只能在每门课各自的范围内看到一个个不太完整的计算机硬件系统的模型。有的课程理论性太强而显得抽象，有的则是知识点太多而容易顾此失彼，这使得学生难以将几门课程的内容相互融会贯通，无法全面了解计算机硬件系统的组成、结构及功能。
　　1.2 过分强调各门课的完整性和独立性，部分内容交叉重复
　　计算机硬件系列课程从知识结构上看，它是构成计算机系统知识中物理结构及体系结构的完整的知识模块，在教学过程中应该从全局考虑，将其作为一个整体统一安排，而目前计算机硬件系列基础课程教学中，大多数教师存在过分强调每门课程的完整性和
　　
　　独立性，忽视了课程之间内容的衔接和知识的整体优化，导致有些教学内容重复，而有些应该讲授的内容却被忽略掉，导致教学效果不好。例如，在电子技术课程中花费大量的时间进行电路的化简、计算，却没有时间来分析二极管、三极管的特性和A/D和D/A转换的工作过程，而这些内容对计算机的后继课程是相当的重要。又如，在汇编语言程序设计课程中，教师过分强调用汇编语言如何编写复杂的循环、分支程序，如何用汇编语言来实现C中那些求最大公约数、最小公倍数以及排序、查找算法。而忽略了这门课程承担着一个重要的任务，它是为计算机组成原理、微机原理与接口技术等课程的学习提供一些基础知识，要让同学们通过这门课的学习，建立起内存的空间概念，了解指令系统如何组成，只有掌握这些知识，后继的课程学起来才能循序渐进。再如，像中断系统和存储器系统，在计算机组成原理、微机原理与接口技术、汇编语言程序设计等课程中都涉及到，而教师讲解都不完整，学生在学习过程中既感觉重复，又似懂非懂。诸如此类的问题很多，在此不一一列出。
　　1.3 硬件师资力量薄弱
　　目前，高校相当一部分计算机硬件系列基础课教师是从学校毕业直接进入高校教师队伍，他们经历读硕或读博的过程，本身接受的是精英教育，习惯从书本到书本，从理论到理论。工程实践的经历与经验较少，教师本身对工程实践经验匮乏。例如，有些从事硬件教学的教师对硬件的时钟、脉冲宽度、三态门、总线周期等基本概念及相互关系，并非全面、真正地掌握，这些直接影响硬件的课程教学，同时导致他们对教材的再处理能力下降。有的教师只能照本宣科，至于自己所讲的内容在整个课程体系中到底占据什么样的地位，有什么样的作用，都不了解。另外，学生们当初对这些年轻的高学历教师寄予厚望，实际的教学效果欠佳，严重影响了学生们的学习兴趣，自然学习硬件的积极性就下降了。
　　2 解决问题的途径
　　针对以上在硬件基础系列课程教学过程中普通存在的问题，根据我们平时在教学中的经验和体会，笔者提出以下几点建议，旨在提高硬件基础课程的教学质量，供同行们参考。
　　2.1 注重硬件课程之间的联系，对硬件系列课程内容进行整体优化
　　如果能很好地解决硬件系列基础课程内容之间衔接的问题，就可以提高授课效率，同时能改善教学效果。我们采取将相关性较强的课程组合在一起构成一些知识模块，这样能较好地解决课程内容整体优化问题。例如，将数字逻辑与电子技术合并(并非合成一门课)构成电子技术知识模块，将相关课程的教师组织在一起进行讨论，确立各门课的授课内容，构建知识的前后衔接，写出相应的教学计划和实践教学环节大纲，这样既可以使学生受到完整的电子技术综合能力设计的训练，又避免了某些内容重复讲授。又如，将汇编语言程序设计、微机原理与接口技术及计算机组成原理合并构成计算机应用技术知识模块，进行知识组合。汇编语言程序设计不再是一门独立的学科，它是计算机组成原理和微机原理与接口技术等课程的先导课程，与其他课程有着密不可分的联系，通过这三门课的教学，逐步揭示计算机硬件系统的基本工作过程。如果能从整体上把握教学，就可以让学生了解硬件系统完整的工作原理，在基础层次上彻底了解硬件系统。对于这几门课程，主要整合方式有：
　　1) 把汇编语言程序设计和计算机组成原理结合，侧重于计算机硬件的五大部件、寻址方式和指令系统的理论性教学[3]。这样有利于把计算机组成原理中介绍的一般性的知识和具体的微机系统联系起来，给学生打下牢固的理论基础。
　　2) 把汇编语言程序设计和微机原理与接口技术相结合，侧重于硬件编程能力的培养。这样有利于学生透彻地了解微机系统，并具备扎实的硬件编程能力，有利于单片机和嵌入式等后继相关课程的学习。
　　通过上述结合，对课程内容进行了精练，避免大量的内容重复，同时也解决了课时少和内容多之间的矛盾。
　　2.2 加强实践教学，拓展学生的创新思维能力和动手能力
　　计算机硬件系列课程教学由于课时的限制，我们采取在实验课上只安排一些重点实验，部分容易操作的实验由学生课后完成，实验课后组织同学进行分组集中汇报。近两年，我们将大二、大三的每个学期的最后一周安排成实践周，进行一些综合设计性训练。例如，大二的第一学期，我们会在电子技术和数字逻辑课程结束后，提出一些选题，将学生分组，让学生进行综合设计。同学们看到自己设计的表决器电路、信号灯控制系统，在Verilog HDL中的仿真结果和实际系统完全一致，产生巨大的成就感。再如，在汇编语言程序设计和计算机组成原理完成后的实践周里，我们的同学设计出了多条指令的微程序将其存到EPROM中，然后用汇编语言编写相关的应用程序，调用自己编写的微程序，看到预期的结果，他们终于明白了，为什么汇编中自己不能随心所欲地造指令格式。这些都证明了实验课和硬件理论课处于同等重要的地位。

　　学习之余，我们鼓励学生积极参加第二课堂的学习活动，组织电子设计竞赛课外活动小组，鼓励学生积极参加各种竞赛，接收本科生参与教师的科研课题，如暑期创新实验等。在近几年的电子设计大赛中，学生也收获了不少奖项。2011年10月，在安徽省“炜煌杯”大学生单片机应用技能大赛中，我院派出的6支代表队中，一支队伍取得一等奖、一支队伍取得二等奖、四支队伍取得了三等奖的好成绩，并且还荣获了最佳组织奖、团队二等奖等。
　　实践证明，上述做法对我们计算机专业学生扎实掌握计算机硬件系列课程的知识，提高他们的学习兴趣起到一个非常重要的作用。在近几年毕业论文的选题中，我们看到了一个非常喜人的现象，选择硬件课题的学生呈逐年上升的趋势，这说明学生们已经有实力控制硬件了。
　　2.3 加强师资队伍建设
　　要培养适应信息化社会所需要的创新人才，教师首先要有创新性，要对学科专业知识有独到认知与领悟，为此需要教学和科研相长。要做好一个教师，不能只研究教学法，最根本的是要把教的东西搞透，做到深入浅出，才能把课讲好讲活。教师好不好的标准，十分重要的一条是看他在科研上有没有成绩，课上有没有启发性的东西。有一流的科研，才有一流的教学水平。教师教学也不能锁定在一门课程上，甚至固定在一本书里，鼓励教师分别在硬件系列课程、软件系
　　
　　列课程中交叉上课，进而软硬件课程交叉。
　　为了提高教师自身的素质，我校鼓励教师积极申报各种纵向和横向课题，通过参与科研项目，提高自己的动手能力。另外，学校有计划地把教师送到一些开发公司、企业和科研单位，直接参与计算机产品的应用开发。例如，我们多次利用暑假派出一些教师参加由计算机实验仪器生产商组织的产品研发研讨班，通过这样的研讨，教师的视角高了，对原理的理解更透了，讲起课来不再空乏无味，因为他们有来自现场的实例，有更高层次的研发视角，同学们学习相关课程的兴趣也浓了。同时，教研组安排有实力、有经验的老教师帮助经验少的年轻教师，安排年轻教师给老教师带实验、当助教，年轻教师的业务水平提高更快。
　　要想培养出优秀的学生，这对教师提出了更高更具体的要求:
　　1) 教师应具有广泛的知识面、深厚的专业知识，在科研工作中不断地提高自己的业务能力；
　　2) 实行开放式教学模式，将单一的课堂讲授扩大到学生自学、讨论、科研和实践中；
　　3) 实行启发式和讨论式的教学方法，来激励学生的求知欲和想象力，发展学生的求异思想。这些要求都是我们教师要去身体力行的。
　　2.4 加强协作精神的培养
　　计算机学科知识和技术更新速度快，需要人与人广泛地合作与交流，为此在教学工作中，我们不论年老年少，不论知识层次如何，良好的合作与协作会使我们知识更加丰富。
　　3 结语
　　计算机技术是迄今为止发展最为迅猛的一个技术领域，这给计算机硬件系列课程的教学提出了更高更具体的要求，但计算机硬件课程的教学改革是一个系统工程，需要长期的大量的实践才能逐步达到目标。本文仅是笔者多年在计算机硬件系列基础课程的教学过程中收获的一些教学经验和体会，希望这些认识能对计算机硬件系列课程的教学改革有所帮助。
　　
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