计算机专业硬件主干课程群建设
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摘要：计算机专业是硬件与软件相结合的宽口径专业。但是长期以来，在学科建设中由于种种原因，出现了学生普遍偏软的现象。为此，2016年我们提出了建设硬件主干课程群的方案，方案实施至今，已取得了初步成效。
关键词：计算机；硬件主干课程群；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）01-0258-02
一、前言
计算机专业既涉及软件课程，又涉及很多硬件的课程。但是长期以来，因为建设硬件实验室所需的费用比较昂贵，导致高校实验设备普遍落后；因为硬件课程对学生动手能力的要求较高，导致学习兴趣普遍较低；因为教师的理论与实践结合不够充分，导致硬件课程教学滞后。基于这些原因，在学生心目中逐渐形成了软件为主、硬件为辅的学习思想。学生毕业后硬件的开发能力较差，限制了其择业的范围，也导致在软硬结合的行业中人才缺失，从另一个角度来看，也就有了比较大的就业空间。针对这一问题，我们确定将《电路与模拟电子技术》等六门计算机专业的硬件主干课程打包成群进行建设，力求硬件、软件课程同步发展，培养既具有良好的软件开发能力，又具备硬件设计能力的优秀毕业生。
计算机专业硬件课程主要有《电路与模拟电子技术》《数字电路与逻辑设计》《计算机组成与体系结构》《微型机系统与接口（含汇编）》《单片机原理与应用》《嵌入式系统及应用》等，其中前四门是必修课程，后两门为选修。如图1所示，从知识结构上来说，这几门课程从下往上相互衔接，底层课程为上层课程提供支持。最上层的单片机和嵌入式系统是应用性非常强的，作为选修课，为学生的就业服务，属于技术拓展类的课程。
二、课程内容的梳理
作为课程群中的课程，既要考虑单门课程内容的相关性、完整性，又要考虑课程间知识的逻辑联系。前期，各门课程都进行了建设，但是这些课程相互之间是独立的，学生也很难建立起整体的知识框架，普遍反映学习的内容杂乱。通过整体的规划，去除重复的内容、增加缺少的环节，使得整个课程群作为一个整体实现效益的最大化是非常必要的。课程内容关系如图2所示。
其中，有些内容关联度比较大，可以略讲。例如，计算机组成中的输入输出系统与微机接口中的重复，可以重点在组成中介绍，接口中针对16/32位机讲应用；数字逻辑中涉及到数模、模数转换，与接口中重复，放到接口中介绍；作为公共基础的数制转换部分，统一到数字电路中介紹，其他课程全部省掉。
三、教学方法和教学手段的改进
建立网络和手机端的教学资源，使学生可以随时随地投入学习。网络教学资源每学期更新一次，主要包括常规的教学资料，例如教学大纲、日历、课程视频、习题及答案以及实践内容等。手机端教学资源主要利用“云班课”建立，随课程进度更新，包括课件、重点、难点、易错点的微视频、问题的讨论、布置和提交作业等。利用讨论区经常提出问题，带动学生思考，通过提问也督促学生课前思考、预习、课后复习，有效地利用课外时间，带动学习的气氛。
四、实践教学的大幅度改革
硬件类课程的教学中，实践是特别重要的一部分。目前这几门课程都安排有实验教学环节16学时，另外开设了《数字电子技术课程设计》《计算机组成与体系结构课程设计》《微机系统与接口课程设计》。实验基本是验证性的，不能满足实践教学对学生实践能力、创新能力培养的要求。我们在如下几个方面进行了大幅度的改进。
首先，明确每一个实验的教学目的，理清该实验与其他课程实验之间的关系，不仅要求其能为本门课程服务，某些实验可以作为后续课程实验的基础。此外，有些实验是在多门课程中都会涉及的，可以综合在一门课程中做，但是设计实验指导书的时候，对涉及其他课程的知识点也需综合反映。例如，存储器实验在数字电路、微机原理与接口等课程中都会涉及，可集中到微机原理与接口中做，同时将数字电路中的触发器也一并提出、理解、复习。
其次，构建多级实验体系，包括实验、课程设计、创新设计等。首先将实验分为多种类型，包括验证性、综合性、设计性。减少验证性实验的比例，适当增加为综合性和设计性的实验。课程设计往往会涉及的内容较为广泛，可以要求学生从不同角度来分析、设计。例如，微机原理与接口技术中有采集模拟量数据相关的实验，需要用到AD转换接口、要用到模拟量的产生部分，涉及模拟电路的知识，都可以综合分析。此外，鼓励学生参加大学生创新大赛、学科竞赛等，在已有知识的基础上继续自学，完成创新性、设计性环节。
第三，建立完善的实验教学资源，包括实验指导书、网络资源平台等，通过实验指导书的建设，能够让学生提前预习、课后复习、课堂上有的放矢地实验。网络平台上提供实验的示范教学视频，使学生能够直观地看到实验的设备、运行的情况，并能够认识和学习元器件的相关知识，在课后可以利用仿真软件仿真。一些验证性实验可以采用这个方式来完成。目前EDA软件功能已比较强大，例如Multisim、Matlab、Proteus等，利用这些软件既缓解了课时不足的问题，又能提高学生的自主学习能力。通过教学视频的演示，学生能够看到各种电子元器件，不会觉得课程学起来抽象。足不出户，就能够深入学习元器件、电路板绘制、编程等知识，拓宽学生的视野，为将来的工作提供知识和技术支持。
五、师资队伍的建设
师资队伍对课程群建设的影响是非常大的。该课程群中目前有教授1名、副教授4名，讲师5名。在结构上安排比较合理，而且老中青结合，通过年长教师的带动，促使年轻教师不断进步、站稳讲台。
为与工程实践接轨，对课程群中的课程也安排有每学期8学时的工程师进课堂环节，邀请了企业高级工程师，给学生讲解课程的知识在行业的应用，拓宽视野，增加对专业和课程的了解。
六、总结
目前，我校计算机专业硬件主干课程群的建设在不断探索和积累中，通过前期的建设，已反映出很多好的现象，课堂上“低头族”减少了，提问的同学增加了，实验的独立完成率也有所提高。
作为应用型的本科院校，我们重视对学生的动手能力、工程实践能力和创新能力的培养，只有不断探索和实践，才能培养出适合本地区经济发展要求的应用型人才。
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