摘要：本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外關(guān)于本科計(jì)算機(jī)專業(yè)辦學(xué)的研究成果與當(dāng)前的教學(xué)實(shí)際，提出了一種軟件開(kāi)發(fā)方向的應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件基礎(chǔ)課程改革方案。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)專業(yè)；硬件課程；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913（2007）04-0026-04

我國(guó)目前從清華、北大等重點(diǎn)大學(xué)，到一些剛從?？茣x升到本科的院校都開(kāi)設(shè)有本科層次的計(jì)算機(jī)專業(yè)。各學(xué)校的師資力量、辦學(xué)水平和辦學(xué)能力差別很大，計(jì)算學(xué)科涵蓋的范圍也越來(lái)越廣，十年前就形成的統(tǒng)一的“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”課程體系已不能適應(yīng)所有學(xué)校的教學(xué)定位。這種認(rèn)識(shí)體現(xiàn)在IEEE-CS/ACM組織的CC2005(Computing Curriculum 2005)中。CC2005將計(jì)算學(xué)科分成至少包含5個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分：計(jì)算機(jī)科學(xué)（Computer Science-CS）、計(jì)算機(jī)工程（Computer Engineering-CE）、軟件工程（Software Engineering-SE）、信息系統(tǒng)（Information System-IS）和信息技術(shù)（Information Technology-IT）。教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)在《中國(guó)計(jì)算機(jī)本科專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告》一文中也提出以“培養(yǎng)規(guī)格分類”為核心思想的計(jì)算機(jī)專業(yè)發(fā)展的建議，鼓勵(lì)不同的學(xué)校根據(jù)社會(huì)的需求和自身的實(shí)際情況為學(xué)生提供不同類型（研究型或者說(shuō)科學(xué)型、工程型包括計(jì)算機(jī)工程和軟件工程、應(yīng)用型或者稱信息技術(shù)型）的教學(xué)計(jì)劃和培養(yǎng)方案（但要達(dá)到本科水平），認(rèn)為一個(gè)學(xué)校在其中一種類型上通過(guò)評(píng)估合格，就被認(rèn)為“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)辦得合格。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才或者稱信息技術(shù)型人才按照IEEE-CS/ACM的解釋就是：適應(yīng)政府、事業(yè)單位、企業(yè)、學(xué)校和各種組織的信息化需求的人才。他們的具體工作例如有：信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備的安裝維護(hù)、網(wǎng)站設(shè)計(jì)與維護(hù)、多媒體資源的開(kāi)發(fā)、電子商務(wù)等等。應(yīng)用型本科院校即是培養(yǎng)此類高等人才的學(xué)校，各學(xué)校又在綜合分析辦學(xué)能力與社會(huì)需求的基礎(chǔ)上確定有更具體的培養(yǎng)方向，如網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、動(dòng)漫、控制等方向，總的來(lái)說(shuō)可歸結(jié)為偏軟件或偏硬件的某方面應(yīng)用。從社會(huì)需求、辦學(xué)設(shè)施投入、專業(yè)設(shè)置（很多學(xué)校已經(jīng)有電子類、控制類的專業(yè)）等因素綜合考慮大多學(xué)校都培養(yǎng)有偏軟件開(kāi)發(fā)方向的應(yīng)用人才。

我們?cè)诰C合分析了國(guó)際國(guó)內(nèi)的研究成果與此類學(xué)校的教學(xué)實(shí)際的基礎(chǔ)上提出了軟件開(kāi)發(fā)方向的應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件基礎(chǔ)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容改革措施。

1 應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生硬件知識(shí)的需求量

目前在計(jì)算學(xué)科教育方面最有代表性和影響力的工作依然是IEEE-CS/ACM組織的Computing Curricula研究工作。

IEEE-CS/ACM組織的CC2005列出計(jì)算學(xué)科學(xué)生要學(xué)習(xí)的40個(gè)計(jì)算機(jī)類知識(shí)域和18個(gè)非計(jì)算機(jī)類知識(shí)域（如數(shù)學(xué)知識(shí)、電路知識(shí)、管理知識(shí)等），并用表格說(shuō)明它目前列出的5個(gè)獨(dú)立計(jì)算機(jī)專業(yè)（即計(jì)算機(jī)科學(xué)CS、計(jì)算機(jī)工程CE、軟件工程SE、信息系統(tǒng)IS和信息技術(shù)IT）應(yīng)對(duì)各個(gè)知識(shí)域?qū)嵤┑姆萘浚ǚ肿畲笾祄ax與最小值min），份量輕重分0（最輕級(jí)）到5級(jí)（最重級(jí)）。如表1所示，列出了其中的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)域。

從表1中我們可以看出除了計(jì)算機(jī)工程，其它四個(gè)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)的要求都可以不用太深重。

2應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程的實(shí)施現(xiàn)狀

培養(yǎng)應(yīng)用型本科生，要求各院校根據(jù)本科生的培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)院擁有的教學(xué)資源和社會(huì)對(duì)人才的需求來(lái)制定培養(yǎng)計(jì)劃并給予可行的實(shí)施方案，并不要求所有學(xué)校千篇一律。沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)模式，又要使培養(yǎng)出的學(xué)生有自己的特色、能被社會(huì)廣泛認(rèn)可，各學(xué)校每年都在為如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)對(duì)計(jì)算學(xué)科如此眾多的知識(shí)域進(jìn)行取舍、整合，制定出一個(gè)契合培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)計(jì)劃而探索。其中制定目標(biāo)為培養(yǎng)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)人才的教學(xué)計(jì)劃時(shí)的一個(gè)突出難點(diǎn)就是硬件課程設(shè)置及其教學(xué)內(nèi)容的選擇。硬件知識(shí)體系非常豐富，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)非常困難，基于培養(yǎng)方向，講解硬件知識(shí)的課程必須有但所占比例不能太高，所以我們?cè)谏倭康慕虒W(xué)時(shí)間應(yīng)向?qū)W生傳輸哪些硬件知識(shí)、如何介紹才能使學(xué)生感到學(xué)有所用？

我們調(diào)查了一些定位于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的一般本科院校、民營(yíng)大學(xué)、獨(dú)立學(xué)院，如寧波工程學(xué)院、浙江萬(wàn)里學(xué)院、浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院。這些學(xué)校的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的硬件課程設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容基本還是參照CCC2002(China Computing Curriculum 2002)，即開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)（包括電路與電子、數(shù)字電路、模擬電路）、計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語(yǔ)言、微機(jī)原理與接口技術(shù)這幾門課。很多學(xué)校在制定新的教學(xué)計(jì)劃時(shí)也在此之上進(jìn)行了改革，如寧波工程學(xué)院。該校的計(jì)算機(jī)本科教育定位于培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)漫方向（偏向這些方向的軟件設(shè)計(jì)）的高級(jí)應(yīng)用人才，因此制定的2005級(jí)教學(xué)計(jì)劃大大減少了硬件課程的教學(xué)時(shí)數(shù)，只安排了計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)（64學(xué)時(shí)）、微機(jī)原理與接口（64學(xué)時(shí)）、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)（48學(xué)時(shí)）3門課。

回望過(guò)去的計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)用型本科生（偏軟件設(shè)計(jì)方向）的幾門硬件課程教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：

（1）作為應(yīng)用型人才，學(xué)生就業(yè)后幾乎沒(méi)有人有機(jī)會(huì)構(gòu)造計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。許多教學(xué)內(nèi)容會(huì)讓他們感到?jīng)]有學(xué)習(xí)的必要從而喪失學(xué)習(xí)的熱情。如時(shí)序信號(hào)的控制、總線的使用控制等。

（2）很多教學(xué)內(nèi)容陳舊，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，對(duì)學(xué)生缺少吸引力。如大多數(shù)學(xué)校依然僅以8086和DOS操作系統(tǒng)為平臺(tái)來(lái)講解微機(jī)原理。

（3）有些內(nèi)容在多門課中重復(fù)出現(xiàn)，使學(xué)生以為學(xué)過(guò)，降低注意力，并對(duì)課程設(shè)置產(chǎn)生不滿情緒。如數(shù)制在數(shù)字電路、匯編語(yǔ)言、組成原理課中均要講到，雖然各門課講解的側(cè)重點(diǎn)不同，但學(xué)生會(huì)產(chǎn)生誤解，影響學(xué)習(xí)效果。

（4）各門課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)沒(méi)有統(tǒng)一整理實(shí)施。如數(shù)字電路與組成、組成與體系結(jié)構(gòu)、匯編與接口等，使學(xué)生知識(shí)的增長(zhǎng)沒(méi)有漸進(jìn)性、系統(tǒng)性。

（5）與軟件技術(shù)知識(shí)聯(lián)系的不夠。如與C語(yǔ)言、操作系統(tǒng)等軟件課程學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)調(diào)的不夠，使得學(xué)生沒(méi)有形成完整的知識(shí)體系，即軟硬件知識(shí)融會(huì)貫通。例如要使學(xué)生知道計(jì)算機(jī)如何實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言中的變量定義、指針、循環(huán)、過(guò)程調(diào)用和返回，如何用操作系統(tǒng)提供的接口改變硬件的工作等。

3軟件開(kāi)發(fā)方向的應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程改革方案

無(wú)論是IEEE-CS/ACM的研究結(jié)果，還是畢業(yè)生的工作實(shí)際都證明：培養(yǎng)軟件開(kāi)發(fā)方向的應(yīng)用型人才不需要介紹太深?yuàn)W的關(guān)于計(jì)算機(jī)硬件構(gòu)造方面的知識(shí)，硬件知識(shí)的教學(xué)應(yīng)占較少的比例。如何用較少的學(xué)時(shí)系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)的硬件工作原理，再如何引導(dǎo)學(xué)生用學(xué)到的硬件原理為實(shí)際應(yīng)用服務(wù)是我們確定改革方案的立足點(diǎn)。

為了克服學(xué)時(shí)少而課程內(nèi)容涉及面廣及以前教學(xué)中存在的問(wèn)題，我們將立足應(yīng)用，從軟件開(kāi)發(fā)人才最需要建立的系統(tǒng)理念來(lái)改革硬件基礎(chǔ)課程教學(xué)計(jì)劃與教學(xué)內(nèi)容，即我們將硬件基礎(chǔ)課程整合為兩門主干課程——計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論。我們列出的這兩門課程的教學(xué)計(jì)劃參考表，如表2所示。

計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容將電路與電子、數(shù)字電路的知識(shí)進(jìn)行整合。從表1中我們看到CC2005的研究結(jié)果是電子、電路知識(shí)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)方向的應(yīng)用型人才來(lái)說(shuō)可以不學(xué)，數(shù)字電路的知識(shí)要求也很低。我們認(rèn)為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生還是應(yīng)該掌握必要的電路和數(shù)字電子技術(shù)的基本理論、基本方法和基本技能，有了這些知識(shí)，學(xué)生才能對(duì)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)有更深的理解，才能拓展他們以后自己學(xué)習(xí)、應(yīng)用計(jì)算機(jī)的深度和廣度。本門課程教學(xué)基本內(nèi)容包括：直流電路基本概念和分析方法、正弦交流電路的分析、電路的過(guò)渡過(guò)程、半導(dǎo)體器件、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、邏輯門電路、組合邏輯電路、集成觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖波形的產(chǎn)生與整形、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。理論教學(xué)大約70學(xué)時(shí)左右，再配幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)使用常用電子儀器、能設(shè)計(jì)調(diào)試簡(jiǎn)單的組合邏輯電路。理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排在一個(gè)學(xué)期就可完成。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論的教學(xué)內(nèi)容將是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語(yǔ)言、接口技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)這幾門課程的部分內(nèi)容與其在應(yīng)用上的延伸。本門課程介紹的是單機(jī)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)方面的硬件知識(shí)由網(wǎng)絡(luò)課程介紹。由于本門課教學(xué)內(nèi)容太多，安排在連續(xù)的幾個(gè)學(xué)期上，與其它專業(yè)課程一起逐步提升學(xué)生的認(rèn)識(shí)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程的宗旨是用一種不同的方式向?qū)W生介紹計(jì)算機(jī)。突出計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)的基礎(chǔ)性、

系統(tǒng)性、先進(jìn)性，從應(yīng)用和編寫程序的角度來(lái)講解系統(tǒng)，并采用這樣的過(guò)濾方法，只討論那些影響用戶級(jí)的硬件性能。具體體現(xiàn)在下列幾點(diǎn)：

（1）面對(duì)紛繁復(fù)雜的硬件知識(shí)，以必需、夠用為理念來(lái)選擇計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容。如不需要學(xué)生會(huì)設(shè)計(jì)復(fù)雜的邏輯電路，但要能理解基本的邏輯門電路、組合邏輯電路；不需要學(xué)生掌握各種存儲(chǔ)器的物理實(shí)現(xiàn)，但要了解他們的基本原理與性能，理解計(jì)算機(jī)的分級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和虛擬存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)；教學(xué)中要適當(dāng)?shù)C(jī)內(nèi)部和芯片內(nèi)部的具體實(shí)現(xiàn)，而強(qiáng)化外部接口和應(yīng)用。

（2）按照部件實(shí)現(xiàn)原理、整機(jī)結(jié)構(gòu)、微機(jī)實(shí)例的認(rèn)知規(guī)律來(lái)安排教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)講解計(jì)算機(jī)部件最本質(zhì)的原理，結(jié)合實(shí)驗(yàn)著重加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中一些典型邏輯功能部件的認(rèn)識(shí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理奠定必要的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論（一）介紹計(jì)算機(jī)整機(jī)各功能部件工作原理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論（二）、（三）教學(xué)內(nèi)容是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論（一）中講解的信息表示、指令系統(tǒng)、CPU功能結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器訪問(wèn)機(jī)制等在PC機(jī)上實(shí)例化，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論（三）最后講解計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口問(wèn)題。教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一規(guī)劃，相互銜接，避免重復(fù)。如有關(guān)數(shù)制、碼制及轉(zhuǎn)換與算術(shù)邏輯運(yùn)算概念等安排在計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)的開(kāi)始部分講解，計(jì)算機(jī)中數(shù)等信息編碼及實(shí)現(xiàn)原理在計(jì)算機(jī)導(dǎo)論（一）中詳細(xì)講解，后面用到時(shí)簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一下即可。再如有關(guān)中斷、接口控制方面的內(nèi)容統(tǒng)一放在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論（三）的最后介紹。

（3）改革陳舊的與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，保持教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性與實(shí)用性。如大多數(shù)學(xué)校依然僅以8086和DOS操作系統(tǒng)為平臺(tái)來(lái)講解微機(jī)原理。陳舊的教學(xué)內(nèi)容難以引起學(xué)生的興趣，必須結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用平臺(tái)來(lái)講解。匯編語(yǔ)言這部分內(nèi)容，在學(xué)習(xí)完基本指令之后就應(yīng)該介紹Windows操作系統(tǒng)下的Win32編程環(huán)境，但由于現(xiàn)在很少用匯編編寫應(yīng)用程序，所以并不要求學(xué)生編出復(fù)雜的算法窗口程序，匯編的學(xué)習(xí)只是讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)指令、操作系統(tǒng)如何使用控制硬件的底層原理。課程教學(xué)中一定要在介紹學(xué)科基本原理思想和基本方法技術(shù)的基礎(chǔ)上及時(shí)向?qū)W生傳遞一些新的學(xué)科技術(shù)及應(yīng)用信息，包括新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品等。比如講解部件時(shí)要介紹新推出了什么CPU 類型，其中采用了什么新技術(shù)，市面上又出現(xiàn)了什么新型存儲(chǔ)器芯片和外設(shè)，有什么特點(diǎn)，CPU技術(shù)指標(biāo)中出現(xiàn)的FSB、倍頻、多媒體指令集等代表什么含義等等。

（4）與軟件知識(shí)緊密結(jié)合，從運(yùn)行程序、編寫程序的角度來(lái)講解計(jì)算機(jī)硬件。我們培養(yǎng)的是軟件開(kāi)發(fā)方向的應(yīng)用型人才，所以我們要在講解硬件結(jié)構(gòu)的同時(shí)要強(qiáng)調(diào)其與軟件的關(guān)系。如通過(guò)指令、程序的執(zhí)行過(guò)程來(lái)介紹計(jì)算機(jī)各部件；通過(guò)硬件知識(shí)、匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)明指令、程序?qū)τ布氖褂每刂品椒?，了解操作系統(tǒng)如何管理控制計(jì)算機(jī)硬件，如何用操作系統(tǒng)提供的接口控制硬件的工作等等，從而深刻理解控制硬件的各層軟件系統(tǒng)。計(jì)算系統(tǒng)導(dǎo)論的實(shí)驗(yàn)也以程序設(shè)計(jì)為主。

4后記

本改革方案將傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程進(jìn)行了整合，各學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容既相關(guān)又獨(dú)立，考核時(shí)完全可以在每個(gè)學(xué)期考核該學(xué)期學(xué)習(xí)的內(nèi)容，最后再布置一個(gè)綜合的設(shè)計(jì)任務(wù)。這樣的課程設(shè)置方式對(duì)軟件開(kāi)發(fā)方向的學(xué)生來(lái)講既有鮮明的體系特色，又有良好的實(shí)用性，非常利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

采用本改革方案還涉及一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，如教材的選擇?，F(xiàn)在還沒(méi)有一本切合本方案的教材，教師可以將自己的教案寫詳細(xì)些印發(fā)給學(xué)生，再向他們多推薦一些參考書，如由中國(guó)電力出版社出版由美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Randal E. Bryant編寫的書，譯名為《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》、由電子工業(yè)出版社出版由羅云彬編寫的《Windows環(huán)境下32位匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》等等。再如有人會(huì)提出對(duì)于打算考研究生的學(xué)生這樣的課程設(shè)置是否會(huì)不利?，F(xiàn)在很多本科學(xué)校都以每屆學(xué)生中考上研究生的人數(shù)來(lái)宣傳自己的教學(xué)質(zhì)量，而如計(jì)算機(jī)組成原理這樣的課程又是很多高校研究生的必考科目，這也是現(xiàn)在許多普通本科院校一直保留這些課程的重要原因。我們要清楚地認(rèn)識(shí)到應(yīng)用型本科的主要目的是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，對(duì)于少數(shù)特殊情況完全可以在已學(xué)到的基本知識(shí)的基礎(chǔ)上憑這些學(xué)生的自學(xué)或通過(guò)選修課、導(dǎo)師制這樣的一些方式解決。

本方案在每次實(shí)施中可能還會(huì)出現(xiàn)其它問(wèn)題，我們還將繼續(xù)在實(shí)踐中探索完善本方案。

參考文獻(xiàn)：

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投稿日期：2006-05-12

作者簡(jiǎn)介：張紅梅（1971.8-），女（漢族），四川人，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)教育、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。