文章編號：1672-5913(2008)08-0032-02

摘要：本文結(jié)合本校硬件類課程教學(xué)改革中的體會和經(jīng)驗(yàn)，提出通過課堂教學(xué)-實(shí)驗(yàn)-課外科技活動三者有機(jī)結(jié)合，依靠學(xué)科知識競賽、校企合作等形式，提高硬件類課程教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)改革方法。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)專業(yè)；硬件類課程；教學(xué)改革；硬件實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

計(jì)算機(jī)硬件類課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的重要組成部分。提升硬件類課程質(zhì)量對于提高學(xué)生實(shí)踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，增強(qiáng)其競爭力起著很重要的作用。我校計(jì)算機(jī)專業(yè)設(shè)置的硬件類課程主要包括：數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、VHDL與計(jì)算機(jī)硬件模塊設(shè)計(jì)和嵌入式計(jì)算系統(tǒng)。本文結(jié)合學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件類課程教學(xué)改革中的體會和經(jīng)驗(yàn)，探討了課堂教學(xué)－實(shí)驗(yàn)－課外科技活動三位一體的教學(xué)改革新思路。該思路在本校實(shí)際硬件類課程教學(xué)實(shí)踐中得到了應(yīng)用，并取得了良好的階段性成果。

1課堂教學(xué)－實(shí)驗(yàn)－課外科技活動有機(jī)結(jié)合

課堂教學(xué)是老師向?qū)W生傳授知識的重要途徑，但不是唯一的途徑。對于硬件類課程來說，僅僅靠課堂教學(xué)顯然是不夠的，只有通過各種實(shí)驗(yàn)手段才能使學(xué)生加深對理論知識的理解，掌握計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)和軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的基本方法，訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生硬件設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力以及認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)。

目前，社會上對加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的呼聲越來越高，教育行政部門對實(shí)踐教學(xué)的重視程度也越來越高，各專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中實(shí)踐環(huán)節(jié)的比重也有所提升。為了加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，新的教學(xué)計(jì)劃中除了課程實(shí)驗(yàn)以外，還增加了一些單獨(dú)設(shè)課、單獨(dú)計(jì)算學(xué)分的課程設(shè)計(jì)。所有硬件類的實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)均有課程的主講教師親自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、親自參與實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)，避免了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與課堂教學(xué)完全脫節(jié)，將實(shí)驗(yàn)任務(wù)簡單地交給實(shí)驗(yàn)員了事的現(xiàn)象。

我們希望通過精心設(shè)計(jì)的硬件類實(shí)驗(yàn)將實(shí)用性、技術(shù)的前沿性和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的趣味性很好地結(jié)合，與課程的內(nèi)容有很好的對應(yīng)性，具有鮮明的特點(diǎn)和極強(qiáng)的針對性。

隨著實(shí)踐教學(xué)改革的深入進(jìn)行，硬件類實(shí)驗(yàn)課正在由“驗(yàn)證”型向“驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、綜合、創(chuàng)新”結(jié)合型方向轉(zhuǎn)變。近年來，硬件類課群的老師們在實(shí)踐教學(xué)改革方面做了許多有益嘗試。例如：將硬件描述語言VHDL、先進(jìn)的EDA開發(fā)工具和技術(shù)引入計(jì)算機(jī)學(xué)科本科生教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中；提出了將微機(jī)的主板作為實(shí)驗(yàn)硬件平臺，使微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)在微機(jī)主板及外設(shè)的框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)的全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。我們還在嵌入式計(jì)算系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，按照驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、案例綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等三個(gè)層次逐漸培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)應(yīng)用程序和驅(qū)動程序的能力。針對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的多樣性，采用驅(qū)動程序屏蔽的方法，給學(xué)生提供一致的應(yīng)用程序編程接口，利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備共性的部分開設(shè)基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，針對各種外設(shè)開發(fā)出實(shí)驗(yàn)樣例程序，如液晶屏、觸摸屏、小鍵盤和攝像頭等，由學(xué)生自由組合成綜合性實(shí)驗(yàn)。對于實(shí)驗(yàn)設(shè)備選配件以及未開發(fā)的部分，允許學(xué)生自主命題，申請器件進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。

根據(jù)因材施教的思想，我們計(jì)劃將未來的硬件類實(shí)驗(yàn)分成不同的層次，面向不同的對象。保證必做實(shí)驗(yàn)的水平和質(zhì)量；提高選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和種類，給學(xué)生更多的選擇和發(fā)展空間；同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生以兩至三個(gè)人為一小組的形式搞創(chuàng)新活動，自主命題和設(shè)計(jì)方案，開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)，為參加學(xué)科知識競賽鍛煉隊(duì)伍和積累素材。

在完成教學(xué)計(jì)劃設(shè)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上，吸引對硬件比較感興趣、動手能力強(qiáng)的學(xué)生盡早地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，以學(xué)生的創(chuàng)新性課外科技活動帶動硬件類課程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提升。

2以學(xué)科知識競賽為切入點(diǎn)開展創(chuàng)新活動

近年來，隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的不斷發(fā)展，每年均會有一些由國內(nèi)外知名企業(yè)舉辦的電子設(shè)計(jì)或嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽，這些競賽有一個(gè)共同特點(diǎn)，即自主命題，不設(shè)限制，由2～3名學(xué)生組隊(duì)，在主辦方提供的競賽專用軟硬件平臺上進(jìn)行課題開發(fā)設(shè)計(jì)。比賽一般歷時(shí)四～五個(gè)月，通常分為提交設(shè)計(jì)方案—審核入圍—完成設(shè)計(jì)方案—現(xiàn)場演示答辯等多個(gè)環(huán)節(jié)。每次比賽都會吸引來自全國各大高校的數(shù)百支隊(duì)伍攜其創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)參加比賽，競爭十分激烈。

由于這些賽事是企業(yè)組織的競賽活動，所以往往要求參賽的題目有創(chuàng)意并具有實(shí)用價(jià)值，能夠充分發(fā)揮主辦方提供的軟硬件開發(fā)套件本身資源的作用。

這類競賽對于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)非常有利。僅以入圍參賽必須要通過的第一步“提交設(shè)計(jì)方案”環(huán)節(jié)為例，要求學(xué)生提交一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方案文檔，其中內(nèi)容包括：需求分析、可行性分析、設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析、系統(tǒng)的框架、功能的描述、實(shí)現(xiàn)的方法、進(jìn)度預(yù)估、經(jīng)費(fèi)預(yù)算等。文檔要求思路清晰、任務(wù)明確、結(jié)構(gòu)合理。整個(gè)競賽過程就是一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)過程，這樣的競賽活動對學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)和鍛煉作用都很大的，從某種意義上來說，整個(gè)參賽的過程重于最后是否得獎(jiǎng)的結(jié)果。

我們以這些競賽活動為切入點(diǎn)，組織有一定硬件基礎(chǔ)、動手能力較強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，開展研究和創(chuàng)新活動，使學(xué)生能親手觸摸到現(xiàn)今高速發(fā)展的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)主流應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。目前，我們注意在硬件類課程的教學(xué)過程中，宣講計(jì)算機(jī)硬件的重要性，介紹嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用前景和各種針對大學(xué)生的競賽活動，爭取從大三甚至大二的學(xué)生中發(fā)現(xiàn)對硬件感興趣的學(xué)生，重點(diǎn)培養(yǎng)并鼓勵(lì)他們參加各種競賽活動。

嵌入式課外科技活動開展半年多以來，已初步看到一些效果。例如，我們組織了5個(gè)隊(duì)參加了Altera公司2007年NIOS II嵌入式處理器設(shè)計(jì)大賽(中國區(qū))，有2個(gè)隊(duì)進(jìn)入復(fù)賽，最終有一個(gè)隊(duì)進(jìn)入決賽，獲得優(yōu)秀獎(jiǎng)。2007年底，我們還組織了9個(gè)隊(duì)報(bào)名參加周立功單片機(jī)公司和Actel公司聯(lián)合舉辦的第一屆Actel杯中國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，現(xiàn)有3個(gè)隊(duì)的設(shè)計(jì)方案入選參賽，目前競賽正在進(jìn)行中。

3校企合作是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成功的重要基礎(chǔ)

目前，許多國內(nèi)外著名廠商都非常重視自身產(chǎn)品的宣傳力度，尤其重視各高校學(xué)生這些未來潛在的客戶。如美國Altera公司的大學(xué)計(jì)劃近年來在中國的高校中就非常具有影響力，Altera公司為學(xué)校提供免費(fèi)或優(yōu)惠的軟件和硬件實(shí)驗(yàn)平臺，召開一年一度的全國教師會議，組織嵌入式處理器設(shè)計(jì)大賽和論文大賽，無疑為廣大教師和學(xué)生提供了良好的學(xué)習(xí)和交流機(jī)會。Altera公司還通過建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室及培訓(xùn)中心的形式加強(qiáng)校企合作，全方位支持各高校開設(shè)可編程邏輯器件課程及相關(guān)科研項(xiàng)目，為推動中國高校學(xué)科建設(shè)、為社會輸送優(yōu)秀的可編程邏輯技術(shù)人才做出了很大的貢獻(xiàn)。

加強(qiáng)校企合作是一件十分有意義的事情，校企合作是高校生存與發(fā)展的需要，對學(xué)校辦學(xué)水平、學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量等方面的提高起著重要的作用。通過校企合作，我們能夠知道企業(yè)需要什么樣的人才，學(xué)生具有什么樣的素質(zhì)才能更有競爭力。作為一所以理工科為主的學(xué)校，更應(yīng)重視與國內(nèi)外知名企業(yè)的合作，最近我們與Altera公司建立了EDA/SOPC聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，這是Altera公司2008年建立的第一個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。希望通過這個(gè)良好的開端使我校計(jì)算機(jī)硬件類課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)邁上一個(gè)新臺階。

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The Triune Reform Method of Teaching， Experiments and Technological Campaigns to Push

an Effect on Hardware courses

JIANG Ben-shan，WANG Juan，MA Zhong-mei

(School of Computer Science and Technology ， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081，China)

Abstract: According to the experience in computer hardware course reform of Beijing Institute of Technology， this paper introduced a new way to push an effect on computer hardware courses， which was a triune reform method composed of teaching， experiments and technological campaigns.

Key words: Computer major， Hardware courses，teaching reform， Hardware experiments