雷向東,雷振陽,袁曉莉,黃東軍

摘要：本文分析了現(xiàn)行計算機硬件課程教學存在的問題，對計算機硬件課程體系建設(shè)，教學方法，教學質(zhì)量提升，學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，虛擬化實驗和教師隊伍建設(shè)進行了探討。

關(guān)鍵詞：課程體系建設(shè)；計算機硬件；教學質(zhì)量

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）09-00××-××

在當前高校計算機專業(yè)本科生中普遍存在這樣的問題：對計算機硬件課程的學習不感興趣；認為有些計算機硬件課程很抽象，不知道怎樣才能學好；與已經(jīng)從事計算機技術(shù)開發(fā)的畢業(yè)的同學交流后，認為學校對計算機硬件課程的設(shè)置不合理，對將來從事計算機技術(shù)開發(fā)幫助不大，而對將來從事計算機技術(shù)開發(fā)幫助很大的計算機專業(yè)課程學校反而不重視，教學時間太短，沒有深入地教學；④教學方式缺乏對本科學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)。學生對計算機硬件課程的學習積極性不高，學習效果差。高校的計算機專業(yè)學生中重視軟件課程的學習，而輕視硬件課程的學習，其結(jié)果是許多學生的硬件能力比較差，不能勝任計算機硬件方面的技術(shù)設(shè)計。因此，對于如何設(shè)置計算機專業(yè)硬件課程，已成為我們要重點關(guān)注的一個問題。計算機科學與技術(shù)學科除了具有較強的科學性外，還具有較強的工程性，因此，它是一門科學性與工程性并重的學科。如何合理地調(diào)整計算機硬件課程設(shè)置，為計算機專業(yè)學生將來從事計算機硬件方面的相關(guān)技術(shù)設(shè)計奠定具有發(fā)展?jié)摿Φ幕A(chǔ)，是擺在計算機專業(yè)老師面前的一個重要問題。計算機專業(yè)學生在進行工程設(shè)計，計算機硬件技術(shù)開發(fā)時，普遍感到所掌握的計算機理論知識與實際工作能力存在不足。主要體現(xiàn)在沒有實際工作經(jīng)驗；缺乏項目的開發(fā)能力；缺乏團隊協(xié)作精神；缺乏與同事溝通方法。如何在計算機本科生教育階段培養(yǎng)和提高學生的素質(zhì)與能力，是老師重點關(guān)注的問題。

在傳統(tǒng)教學模式中，教師就是向?qū)W生傳播知識。而在現(xiàn)代教學模式中，教師不僅向?qū)W生傳播知識，更重要的是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。為培養(yǎng)21世紀計算機硬件高技術(shù)人才就必須加強學生計算機硬件創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不斷完善計算機硬件課程教學改革專業(yè)課程體系建設(shè)。

為此，本文針對當前計算機專業(yè)硬件課程設(shè)置存在的問題，根據(jù)計算機專業(yè)各研究方向?qū)τ嬎銠C硬件課程建設(shè)，構(gòu)成完整的計算機硬件課程體系建設(shè)，對本科生教學方式教學改革，培養(yǎng)本科生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新素質(zhì)進行研究。

一、計算機硬件課程體系建設(shè)

（一）充分認識計計算機硬件課程建設(shè)的重要性

計算機硬件及應(yīng)用技術(shù)已是IT領(lǐng)域不可缺少的支柱技術(shù)，已經(jīng)廣泛滲透到移動通訊、消費電子、無線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制和軍事國防等各行各業(yè)，無時無處不在影響每個現(xiàn)代人的生活。能夠綜合應(yīng)用軟件和硬件，系統(tǒng)研發(fā)的工程師成為計算機行業(yè)最為緊俏的人才，其培養(yǎng)也越來越受到高校、企業(yè)、研究機構(gòu)與培訓(xùn)中心的重視。

（二）計算機硬件課程體系建立

ACM和IEEE-CS共同推出了Computing Curricula 2001，系統(tǒng)地列出在計算機專業(yè)學生應(yīng)該掌握的課程，我們以此為藍本，并根據(jù)我院在計算機硬件研究領(lǐng)域和研究方向，建立計算機硬件課程體系中的主干課程：《計算機原理與匯編語言程序設(shè)計》，講授計算機組織和工作原理，以及匯編語言程序設(shè)計；《微型計算機原理及接口技術(shù)》，講授微型計算機的基本知識、基本組成、體系結(jié)構(gòu)和工作模式；《計算機控制》，講授計算機控制的理論知識和設(shè)計技術(shù)；《單片機與嵌入式系統(tǒng)》，講授單片機工作原理和編程方法、嵌入式系統(tǒng)基本概念和設(shè)計技術(shù)移植；《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》，講授計算機體系結(jié)構(gòu)的基本思想、基本概念、設(shè)計原理、設(shè)計方法與評價分析方法。由這5門課程構(gòu)成計算機專業(yè)硬件課程體系。

當今計算機硬件和軟件技術(shù)飛速發(fā)展，計算機專業(yè)基礎(chǔ)課程體系教學在成熟和穩(wěn)定的同時，要不斷加入新的內(nèi)容和新的技術(shù)。為此，必須對主干課程設(shè)計其課程的主線，并沿主線更新教學內(nèi)容、突出新技術(shù)。

二、改進教學方法，提高學生的創(chuàng)新能力

人類具有學習的自然傾向或?qū)W習的內(nèi)在潛能，學習是學習者內(nèi)在潛能的發(fā)揮。所以教學的任務(wù)是為學習者創(chuàng)設(shè)的一種有利于學生學習潛能發(fā)揮的情境。教師不應(yīng)該采用權(quán)威式的教學方式，不應(yīng)采用強制式的指導(dǎo)教學。教學活動是教師和學生共同活動的過程，教師在教學過程中發(fā)揮著設(shè)計，主持，調(diào)整教學過程的主導(dǎo)作用，調(diào)動學生的主動性和積極性。學生是教學過程中認識活動的主體。在教學過程中應(yīng)體現(xiàn)學生的主體地位，發(fā)揮著教師的主導(dǎo)作用。

教學內(nèi)容是課程教學的核心。由于計算機學技術(shù)飛速發(fā)展，必須把最新、最前沿計算機硬件技術(shù)充實到教學內(nèi)容中，把計算機硬件技術(shù)研究的方向與培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力結(jié)合起來，并安排到教學計劃中，使計算機硬件課程的教學內(nèi)容不斷適應(yīng)計算機技術(shù)發(fā)展，使培養(yǎng)出的大學生適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

計算機硬件和計算機軟件不是相互獨立的，而是相輔相成的。因此要加強計算機軟硬件教學之間的相互聯(lián)系。例如在《微型計算機原理及接口技術(shù)》和《單片機與嵌入式系統(tǒng)》的課程中，加入利用高級語言對硬件進行編程的實例。在《計算機原理與匯編語言程序設(shè)計》和《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》的課程中，與《操作系統(tǒng)》課程中I/O管理、內(nèi)存管理、CPU調(diào)度等知識建立關(guān)聯(lián)，使學生計算機系統(tǒng)（軟件、硬件）基本知識融會貫通。在《微型計算機原理及接口技術(shù)》課程中，加入利用高級語言對硬件進行編程的實例，既可激發(fā)學生的興趣，又可提高學生對硬件的編程能力。隨著計算機硬件軟件技術(shù)的高速發(fā)展和總線技標準的推陳出新，計算機接口技術(shù)也有了很大發(fā)展。在《微型計算機原理及接口技術(shù)》的課程教學中應(yīng)該與時俱進，跟上接口技術(shù)的發(fā)展，使其兼具先進性和實用性。因此，在《微型計算機原理及接口技術(shù)》的課程中應(yīng)該增加最新的高級接口技術(shù)，如USB接口，紅外線接口，藍牙接口。這些“高級接口”軟件設(shè)計基于Windows操作系統(tǒng)設(shè)計和方法，包括控件方式、API方式、直接I/O方式、Socket方式等。接口硬件多是采用專業(yè)公司提供的現(xiàn)成的通用或?qū)Ｓ么笠?guī)模集成電路接口芯片，并不需要用戶從低層開始設(shè)計。在講課時，對于這些“高級接口”改變了對傳統(tǒng)計算機接口技術(shù)把重點放在接口硬件設(shè)計的慣例，而著重于接口軟件的設(shè)計、接口協(xié)議的編程實現(xiàn)。

計算機硬件課程在有些知識點和內(nèi)容上相互重疊、相互補充。因此，教學過程中要特別關(guān)注知識點和內(nèi)容上教學順序和和互補性，以保證教學知識和內(nèi)容的系統(tǒng)性和完備性。

三、虛擬化計算機硬件課程實驗

采用虛擬化方式來完成計算機硬件課程實踐，一方面能夠克服以往計算機硬件課程實踐平臺的缺陷與不足，另一方面教師可以根據(jù)學生的能力和水平，設(shè)計具有不同層次，不同難度的教學實驗，以及綜合課程設(shè)計，為老師和學生提供一個跨越空間和時間的實驗平臺，從而實現(xiàn)對實驗教學環(huán)節(jié)的改革，提高學生創(chuàng)新能力。相對于傳統(tǒng)的硬件實驗平臺，虛擬實驗平臺具有以下優(yōu)勢：①為學生提供一個創(chuàng)新性實驗平臺。比如在《計算機組成原理》虛擬實驗室中，學生就可以進行CPU的組裝實驗，而這個實驗在傳統(tǒng)的硬件實驗平臺中，由于元器件的限制以及輔組支持的不足而無法開展。②為學生提供一個相關(guān)課程中算法的實踐平臺。在基于構(gòu)件化的虛擬實驗室系統(tǒng)中，學生只需實現(xiàn)核心算法的構(gòu)件即可進行試驗，其他的諸如輸入輸出等輔組構(gòu)件將由系統(tǒng)提供。③為學生提供課外自選實驗平臺。學生可以隨時隨地通過Internet訪問虛擬實驗室系統(tǒng)來進行試驗，而不必受到場地或者時間的約束。④為教師教學提供一個輔助平臺，教師在授課過程中，可以通過Internet訪問虛擬實驗室系統(tǒng)進行相關(guān)實驗，從而可以極大的豐富課堂教學，提高授課效果。⑤為學校節(jié)約實驗經(jīng)費的投入。虛擬實驗室系統(tǒng)將硬件實驗軟件化，學生可以方便、大膽的進行各種嘗試，而不必擔心硬件的損耗帶來的實驗經(jīng)費增長，同時虛擬實驗室也可以大大降低實驗場地的投入，緩解目前學校教學資源不足的矛盾。

計算機硬件課程虛擬化實踐能夠極大地提高計算機硬件課程實踐的教學水平，特別是激發(fā)了學生對計算機硬件實踐的熱情。我們在教學實踐中發(fā)現(xiàn)學生在實踐中往往有創(chuàng)新的設(shè)計。所以，計算機硬件課程虛擬化實踐提高了學生硬件設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。計算機硬件課程虛擬化實踐在計算機硬件課程實踐的教學工作中可起到重要的作用。我院開發(fā)了《計算機原理》課程虛擬實驗系統(tǒng)，在近幾年的實踐中學生普遍反映良好，達到預(yù)期目的，并在進一步完善中，將來打算推廣到其他計算機硬件課程。

四、教師隊伍的建設(shè)與教學質(zhì)量提升

知識淵博，學術(shù)水平高、教學態(tài)度端正、責任心強的教師能極大地提高教學質(zhì)量。因此，我們必須建立學術(shù)水平高、知識淵博，責任心強的從事計算機硬件課程教學的骨干教師隊伍。在授課過程中適時采用科研中的案例，結(jié)合工程經(jīng)驗講解原理，使學生在上課的過程中增加了知識，又掌握了實踐經(jīng)驗，激發(fā)學生學習的興趣，調(diào)動學生積極性，學生在實踐中掌握好理論。授課的老師必須與其研究方向相關(guān)。例如安排講授《現(xiàn)代計算機接口技術(shù)》的教師應(yīng)在計算機接口技術(shù)研究方面有顯著成就，安排講授《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》的教師應(yīng)在高性能嵌入式系統(tǒng)有豐富的研究和工程經(jīng)驗。這些教師都應(yīng)主持了重大的相關(guān)領(lǐng)域的科研項目，有科研產(chǎn)品和發(fā)明專利。大學生在學校就有了從事科研項目的經(jīng)驗，為找到好的公司，好的職業(yè)位打下良好的基礎(chǔ)，也深受公司歡迎。以高水平的科研促教學，教學與科研互為依托，協(xié)調(diào)發(fā)展，確保了教學團隊的學術(shù)水平不斷提升。

保證計算機硬件任課教師相對穩(wěn)定，并培養(yǎng)計算機硬件任課后備師資隊伍。

五、結(jié)語

為了培養(yǎng)出計算機硬件技術(shù)高素質(zhì)人才，中南大學信息科學與工程學院近年來加強了計算機硬件課程建設(shè)，取得一定的成效。主要完成覆蓋計算機硬件課程建設(shè)，構(gòu)成完整的計算機硬件課程體系建設(shè)，對計算機硬件教學方式教學改革，培養(yǎng)大學學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新素質(zhì)。

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