趙若陽(yáng)　李　寧　庫(kù)少平

在當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)本科生方面，盡管硬件課程的設(shè)置已與歐美等計(jì)算機(jī)發(fā)達(dá)國(guó)家的課程設(shè)置基本接軌，但教學(xué)知識(shí)體系和內(nèi)容卻不容樂(lè)觀，不能適應(yīng)時(shí)代的需求，與現(xiàn)實(shí)嚴(yán)重脫離，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果差。

本文對(duì)計(jì)算機(jī)硬件課程體系及內(nèi)容中存在的問(wèn)題和不足進(jìn)行了分析和討論，提出了一些教改思路和方法。

一、當(dāng)前硬件課程體系中存在的問(wèn)題

目前硬件教學(xué)中主要存在的問(wèn)題是：教材知識(shí)相對(duì)落后，學(xué)生無(wú)法學(xué)以致用，即教材無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)條件差，學(xué)生無(wú)法鍛煉實(shí)踐能力，教師更無(wú)法鼓勵(lì)和激發(fā)其創(chuàng)新能力；學(xué)生電子技術(shù)方面的理論基礎(chǔ)較差，其對(duì)硬件的分析理解能力受到一定限制，學(xué)習(xí)困難較大?？傮w上講，目前國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)的狀況不容樂(lè)觀，重視這一問(wèn)題，改革相應(yīng)的教學(xué)體系和內(nèi)容是非常必要的。導(dǎo)致當(dāng)前狀況的原因是多方面的，總的來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)方面。

首先，在認(rèn)識(shí)和條件方面，國(guó)內(nèi)的計(jì)算機(jī)教育存在著重軟輕硬和急功近利的傾向。由于基礎(chǔ)軟件教學(xué)實(shí)施起來(lái)相對(duì)容易，實(shí)用性強(qiáng)，設(shè)備投資較小，有立竿見影之效果，甚至學(xué)生通過(guò)自己購(gòu)買的微機(jī)即可完成多數(shù)軟件課程的學(xué)習(xí)；而硬件課程的教學(xué)實(shí)施比較困難，設(shè)備投資大，通常每門課程需要配備專門的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，相應(yīng)輔助設(shè)備（如示波器等）的價(jià)格相對(duì)昂貴，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)工作量較大，對(duì)實(shí)驗(yàn)室輔導(dǎo)和維護(hù)人員的要求也比較高。限于各方面的條件，國(guó)內(nèi)多數(shù)高校在硬件課程及實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)方面都明顯不足，這導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)硬件課程在教學(xué)上的不足。

其次，硬件知識(shí)特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容落后。從客觀上來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)存在不直觀，講述起來(lái)抽象、枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)不太容易的現(xiàn)象。其中，“計(jì)算機(jī)組成原理”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”這兩門課程的內(nèi)容比較抽象，一般教材都與實(shí)際聯(lián)系不緊密，再加上現(xiàn)有硬件實(shí)驗(yàn)的可視性差、直觀性差，致使學(xué)生對(duì)硬件知識(shí)的理解存在困難。而“微型計(jì)算機(jī)原理”、“計(jì)算機(jī)外部設(shè)備”等課程的教材內(nèi)容過(guò)于陳舊，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，教學(xué)效果較差。

再次，課程缺乏足夠的系統(tǒng)性。計(jì)算機(jī)是一個(gè)由硬件和軟件組成的龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)知識(shí)有著很強(qiáng)的系統(tǒng)性。而在目前的教學(xué)中，硬件課程知識(shí)與軟件課程知識(shí)之間缺乏足夠的交叉和互補(bǔ)，學(xué)生無(wú)法深入理解計(jì)算機(jī)的基本工作原理及其在軟件系統(tǒng)中的作用。另外，在硬件課程之間也缺乏充分的銜接，有些知識(shí)點(diǎn)重復(fù)，有些知識(shí)點(diǎn)缺失，這些都導(dǎo)致了學(xué)生的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)不健全。

最后，缺乏足夠的實(shí)踐訓(xùn)練。計(jì)算機(jī)應(yīng)用是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生必須具備足夠的動(dòng)手實(shí)踐能力和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力才能滿足社會(huì)要求。而在計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)時(shí)間嚴(yán)重不足，絕大多數(shù)學(xué)生不具備基本電路設(shè)計(jì)、調(diào)試和實(shí)現(xiàn)的能力。一方面是實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)施的嚴(yán)重缺乏，另一方面是課程考試評(píng)價(jià)體系（包括社會(huì)各類計(jì)算機(jī)考試評(píng)價(jià)體系）中對(duì)硬件實(shí)踐能力的不重視。

根據(jù)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)體系中存在的一些主要問(wèn)題，改革教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性、加強(qiáng)教學(xué)體系的系統(tǒng)性、增加并提高實(shí)踐教學(xué)知識(shí)和內(nèi)容已成為國(guó)內(nèi)各高校計(jì)算機(jī)專業(yè)迫在眉睫的任務(wù)。

二、提高硬件知識(shí)的先進(jìn)性

由于計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展非常迅猛，而國(guó)內(nèi)多數(shù)高校的主要教學(xué)內(nèi)容基本還停留在十年前的水準(zhǔn),尤其是“微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)”的課程內(nèi)容，基本是以8086/8088 CPU為主體進(jìn)行講述，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室使用的卻都是CPU為Pentium Ⅲ 以上的微機(jī)；學(xué)生在高級(jí)編程中希望了解分頁(yè)分段存儲(chǔ)管理技術(shù)，而教學(xué)中卻只講述分段內(nèi)存管理技術(shù)。因此，學(xué)生會(huì)對(duì)教學(xué)的內(nèi)容感到疑惑、反感甚至是厭惡。

許多客觀條件原因限制計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)內(nèi)容的更新。其一，計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展太快，真正能反映當(dāng)今世界微機(jī)領(lǐng)域新技術(shù)的微機(jī)原理教材太少，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件幾乎沒(méi)有。其二，最新的硬件知識(shí)往往包含許多較復(fù)雜的技術(shù)，學(xué)生較難學(xué)習(xí)和理解，由于組織和實(shí)施教學(xué)的難度非常大，許多教師偏向于講述舊的知識(shí)。其三，新知識(shí)的過(guò)快更新給許多教師帶來(lái)了巨大的工作量和工作壓力，熟悉并掌握新的教學(xué)知識(shí)和內(nèi)容往往需要幾年時(shí)間的摸索和實(shí)踐，因此教師往往跟不上新技術(shù)的發(fā)展。

要解決這個(gè)問(wèn)題，首先要改進(jìn)計(jì)算機(jī)硬件教材。計(jì)算機(jī)硬件的教材應(yīng)是先進(jìn)的、能反映目前世界微機(jī)領(lǐng)域內(nèi)硬件新技術(shù)、新成就的知識(shí)。例如“微機(jī)原理及接口技術(shù)”的教材至少應(yīng)涵蓋目前世界上微機(jī)領(lǐng)域內(nèi)最先進(jìn)的知識(shí)及技術(shù)，像分支轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)技術(shù)、超標(biāo)量執(zhí)行技術(shù)、微機(jī)的流水線操作技術(shù)、高速緩沖存儲(chǔ)器技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)（分段存儲(chǔ)管理技術(shù)和分頁(yè)存儲(chǔ)管理技術(shù)）、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、高速總線傳輸技術(shù)等。正是這些技術(shù)，為微型計(jì)算機(jī)提供了卓越的性能，并構(gòu)成了各種高性能軟件的載體。

考慮到教學(xué)安排的層次性和循序漸進(jìn)的要求，可以在教材中有選擇地加入部分舊的知識(shí)結(jié)構(gòu)。例如“微機(jī)原理”教材可以將8086/8088 CPU作為模型機(jī)，刪除那些過(guò)于陳舊的知識(shí)，用8086CPU的結(jié)構(gòu)和基本外圍電路為學(xué)生建立微型計(jì)算機(jī)的概念，然后引入當(dāng)前的一些新技術(shù)和知識(shí)。

由于歷史原因，國(guó)內(nèi)多數(shù)高校微機(jī)原理教學(xué)均以Intel公司的處理器為講述對(duì)象，而歐美等國(guó)一般以Motorola、Alpha或MIPS處理器作為講述對(duì)象。從技術(shù)的先進(jìn)性上講，前者不如后者，如果希望與國(guó)際接軌，部分有條件的高?？梢钥紤]直接采用國(guó)外著名教材。

三、保持教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性

硬件和軟件知識(shí)是相輔相成的，它們都包含豐富的知識(shí)和先進(jìn)的技術(shù)。計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)必須對(duì)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、組成及其核心技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的描述，以使學(xué)生能學(xué)到先進(jìn)的硬件知識(shí)。硬件知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生理解計(jì)算機(jī)軟件的工作有著非常大的幫助，尤其是系統(tǒng)軟件和底層軟件。而學(xué)到計(jì)算機(jī)軟件知識(shí)后，再學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)，會(huì)對(duì)軟件的載體——硬件、硬件組成、硬件的工作原理以及軟件是怎樣依附于硬件的全過(guò)程有一個(gè)飛躍的認(rèn)識(shí)。只有這樣，學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識(shí)才能達(dá)到一個(gè)完美的統(tǒng)一，他們才能學(xué)到計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)知識(shí)，而不是殘缺的計(jì)算機(jī)知識(shí)，最終達(dá)到對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件基本知識(shí)的融會(huì)貫通。

而目前計(jì)算機(jī)軟硬件教學(xué)之間卻基本分離，教師之間缺乏足夠的溝通。學(xué)生盡管學(xué)習(xí)了一些計(jì)算機(jī)硬件接口知識(shí)，但在使用高級(jí)語(yǔ)言對(duì)硬件進(jìn)行編程時(shí)卻無(wú)從下手；盡管學(xué)習(xí)了操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等課程，卻不知道在嵌入式系統(tǒng)如何應(yīng)用相關(guān)理論。當(dāng)需要綜合運(yùn)用軟硬件知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題時(shí)，多數(shù)學(xué)生都是一籌莫展。這些都說(shuō)明，在計(jì)算機(jī)教學(xué)體系中軟硬件課程間的結(jié)合存在問(wèn)題，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)缺乏完整性和系統(tǒng)性。

因此，必須在軟硬件課程的教學(xué)內(nèi)容中進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇┎?。例如“操作系統(tǒng)”課程中的CPU調(diào)度、內(nèi)存管理與“計(jì)算機(jī)組成原理”和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程中的許多知識(shí)都密不可分，在理論課程教學(xué)中提及相應(yīng)課程知識(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生思考，建立必要的知識(shí)關(guān)聯(lián)。在“微機(jī)原理及接口技術(shù)”的課程中，可以加入一些利用高級(jí)語(yǔ)言對(duì)硬件進(jìn)行編程的實(shí)例，既可激發(fā)學(xué)生的興趣，又可提高學(xué)生對(duì)硬件的編程能力。

另外，計(jì)算機(jī)硬件課程之間還存在重疊和互補(bǔ)的關(guān)系，教學(xué)中也應(yīng)注意相互次序和互補(bǔ)，以保證教學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)性和完備性。

四、增強(qiáng)實(shí)踐與設(shè)計(jì)任務(wù)的要求

計(jì)算機(jī)專業(yè)本科階段的實(shí)踐教學(xué)主要包含課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)踐、專業(yè)專題訓(xùn)練、綜合訓(xùn)練，這些對(duì)學(xué)生理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了重要作用，也為其將來(lái)的工作和研究奠定了基礎(chǔ)。而目前計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)中實(shí)踐教學(xué)的時(shí)間過(guò)少，而且驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占絕大多數(shù)，造成學(xué)生硬件動(dòng)手能力普遍低下，其創(chuàng)造力無(wú)法得到訓(xùn)練。其中的客觀原因是學(xué)校缺乏足夠的物質(zhì)條件和經(jīng)費(fèi)，比如許多普通高校的硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)施缺乏，甚至不能應(yīng)付基本的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，根本沒(méi)有條件開展自主創(chuàng)新性實(shí)踐活動(dòng)；而其中的主觀原因是實(shí)踐能力在考試評(píng)價(jià)體系中所占比例過(guò)小，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的工作積極性不高，指導(dǎo)能力也有限。另外，部分理論教學(xué)教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師之間缺乏足夠的交流與溝通?？偟膩?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)高校的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)與國(guó)外相比，差距非常明顯。