楊雪

摘 要： 文章針對本系計算機硬件課程體系中存在的問題，提出了基于CDIO的計算機硬件融合課程教學改革思路，進行了具體實施，并對改革效果進行了總結。

關鍵詞： 計算機硬件課程 CDIO 教學改革

計算機硬件課程是計算機專業(yè)的重要課程，是深入了解和掌握計算機基本工作原理[1]、建立計算機系統(tǒng)整體認知及培養(yǎng)計算機系統(tǒng)底層編程能力必不可少的部分。

電子科技大學成都學院計算機系針對三本院校學生特點，其計算機科學與技術專業(yè)的硬件基礎課程主要設置“數字邏輯”、“計算機組成與結構”、“匯編語言”、“微機原理與接口技術”四門課程，但在實際授課中發(fā)現存在課程內容交錯重復、課程之間缺乏有機聯(lián)系、理論知識抽象化、實踐能力培養(yǎng)不足等問題，為了培養(yǎng)出基礎知識扎實[2]、具備較強實踐能力、符合CDIO國際工程教育理念的合格應用人才，迫切需要對我系的計算機硬件系列課程的課程體系進行改革優(yōu)化，結合CDIO工程教育思想提出改革方案并加以實施。

一、現有硬件課程體系及存在的問題

目前，在我系計算機科學與技術專業(yè)開設的專業(yè)基礎課程中，與硬件有關的課程主要有“數字邏輯”、“計算機組成與結構”、“匯編語言”、“微機原理與接口技術”四門課程，現有的課程體系主要存在以下問題：

（一）知識點交錯重復。

例如：計算機系統(tǒng)概述、主存儲器的邏輯設計等內容，在“計算機組成與結構”、“微機原理與接口技術”兩門課程中都有相應的介紹。又如，信息在計算機中的表示，包括數制、帶符號數的表示、定點數與浮點數、數和字符的編碼等相關內容，在“數字邏輯”、“計算機組成與結構”、“微機原理與接口技術”三門課程中都進行了介紹。

（二）課程內容相互獨立，缺乏有機聯(lián)系。

例如在“計算機組成與結構”課程中，介紹了半導體存儲器的存儲原理與存儲芯片，并就如何使用基本的存儲芯片通過字擴展、位擴展構成一定容量的主存儲器的擴展方法進行了介紹。而在“微機原理與接口技術”課程中，存儲器部分則主要側重對8086存儲器的組織結構進行介紹，包括8086存儲器的存儲地址空間、物理組織結構（奇偶庫結構）及編程結構（分段的存儲管理方式），而這些與前面在“計算機組成與結構”課程中所學到字擴展、位擴展原理之間的聯(lián)系，卻沒有充分地體現出來。

（三）理論知識抽象化。

在上述硬件課程的教學中，對于知識的講解，目前大多只停留在理論上，在課堂教學中多采用灌輸式的教學方法，將硬件系統(tǒng)的基礎知識一味地講解[2]，缺乏相應的實例，學生學習起來感覺比較抽象，造成學習興趣低迷和對于硬件知識有畏難情緒。

（四）實踐能力培養(yǎng)不足。

課程內容沒有與實際的項目或產品的制作開發(fā)過程相結合，雖安排有一定的課程實驗，但有的實驗只是對理論的驗證或形象化的加深理解，對學生的實際應用能力及進行項目或產品開發(fā)的能力鍛煉仍然不足。

二、硬件融合課程教改思路

（一）對我系的硬件基礎課程教學內容進行融合。

將原有的“數字邏輯”、“計算機組成與結構”、“匯編語言”、“微機原理與接口技術”四門課程融合為三門課程：“硬件基礎1”、“硬件基礎2”、“硬件基礎3”，重新梳理硬件基礎課程的全部知識點，去掉重復、冗余的部分，連接關聯(lián)的部分。

（二）建立課程之間的有機聯(lián)系。

在融合課程的內容安排上，“數字邏輯”的知識作為基礎進行介紹，“匯編語言”由于需要“微機原理”的知識，因此放到最后，在學生學習完“微機原理”的內容后進行介紹；而“計算機組成與結構”與“微機原理與接口技術”兩門課程的內容則放到“數字邏輯”與“匯編語言”之間進行介紹，對兩門課程的融合思路是：按照“一般與特殊”的方式建立聯(lián)系，進行內容整合。

例如，將“計算機組成與結構”與“微機原理與接口技術”兩門課程融合后的課程內容按照計算機硬件的幾大組成部分：運算器、控制器、存儲器、總線系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)進行組織，對于每一部分的教學內容。例如存儲器，先將“計算機組成與結構”中的內容作為一般性的原理進行介紹，再將“微機原理與接口技術”中的內容——8086存儲器的組織以一個具體實例的方式給出，并進行相關內容的介紹。

這樣學生通過具體的實例：8086的系統(tǒng)組織，對“計算機組成與結構”課程中所講授的一般性原理有更實例化的理解，同時也明白微型計算機這一特殊類型的計算機與其他類型計算機（如大型機、中型機等）之間的區(qū)別和聯(lián)系。

（三）引入CDIO的教學思想，強調“做中學”。

CDIO教學理念強調“做中學”，因此，在此次硬件課程的教學改革中進一步突出了實踐實訓環(huán)節(jié)，主要從以下幾個方面進行加強：

1.以章節(jié)為單位，設置課內實踐及專訓實踐。

其中課內實踐納入理論課授課內容，專訓實踐獨立于理論課，以實驗課的方式展開。例如：對于運算器一章的教學內容，設置有六個學時的專訓實踐，對運算器的組成及工作原理、算術運算和邏輯運算的運算功能進行專訓實驗。各章節(jié)的專訓實踐進一步構成三門實驗課程“硬件綜合實驗1”、“硬件綜合實驗2”和“硬件綜合實驗3”，分別與理論課程“硬件基礎1”、“硬件基礎2”和“硬件基礎3”相對應。

2.設置專門的項目實踐環(huán)節(jié)。

在硬件融合課程中，設置了專門的項目實踐環(huán)節(jié)——綜合項目開發(fā)，該環(huán)節(jié)包含理論及實踐兩個部分，理論部分對項目開發(fā)流程等工程項目開發(fā)知識進行介紹，實踐部分通過實際項目的開發(fā)，如：智能交通燈的設計與實現、電子琴的設計與實現等，要求學生對其軟、硬件進行分析和設計，并經歷一個具體項目從需求構思到設計、實現的全過程，將所學知識運用于解決實際項目開發(fā)中所遇到的問題，從而提高學生進行實際項目開發(fā)的能力和產品的制作實現能力。

3.采用CDIO的教學模式。

吸納CDIO的教學思想，轉變授課方式，具體體現在：

（1）知識講解實例化：通過實例引入教學內容或以具體的實例、案例來對知識進行講解，體現課程的實踐性，提高學生的興趣。

（2）課內課外協(xié)作化：課內組織討論，課外進行大量的調查研究，團結協(xié)作，完成探究活動。

（3）采用“做中學”的授課模式：通過課內實踐，如在課內帶領學生完成一個匯編語言程序的匯編、調試過程，讓學生在動手實踐中學到相關知識。

（4）積極開展課堂互動：要求教師在課堂教學中，必須留一定時間與學生互動，鼓勵學生提問和思考，增強學生的參與感。

三、改革具體舉措及成果

基于以上的教學改革思路，實施以下具體舉措并形成相應的成果：

（一）對上述四門硬件基礎課程的教學知識點進行整體的梳理和融合，形成新的硬件融合課程知識點體系結構。

（二）按照硬件融合課程的知識點體系，重新編寫教學大綱，并對應每一章教學大綱的任務要求，撰寫每一次課的劇本式教案。該劇本式教案在教學設計時凸顯“劇本”的特點，將課堂看做一個學生和教師共同參與的舞臺，由教師根據授課內容進行引導，學生充分參與，使學生在參與中學習知識、學會溝通、提高興趣。

（三）組織編寫了各章節(jié)專訓實踐項目的實驗指導材料和綜合項目開發(fā)的教學大綱及指導材料。

四、改革成效

以上是我系硬件融合課程教改項目的改革思路及建設成果，該教改成果已在我系2014級學生的專業(yè)課學習中得到實施。通過教學內容和教學方式的改革，學生普遍反映能更好地理解計算機硬件系統(tǒng)的原理及設計方法，工程實踐能力和團隊協(xié)作能力得到有效提高，取得較好的教學效果。

參考文獻：

[1]陳輝，李敬兆，詹林.計算機專業(yè)硬件課程教學改革探索[J].計算機教育，2014（5）.

[2]惠麗，吳玲.計算機硬件系列課程教學改革的研究與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2010（1）.

[3]何穎.基于CDIO模式的計算機硬件系列課程的改革與實踐[J].科技信息，2013（26）.