傅 籬

摘要:本文對普通本科院校計算機專業(yè)硬件類課程教學(xué)中存在的問題進行深入分析,針對如何提高計算機硬件課程教學(xué)的質(zhì)量、解決硬件課程教學(xué)中所存在的問題,進行了積極的探索。

關(guān)鍵詞:計算機硬件;課程教學(xué);興趣;實踐

中圖分類號:G642 文獻標(biāo)識碼:B

一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的。因此,計算機硬件知識的教與學(xué)對于高校計算機專業(yè)的重要性是不言而喻的。但是在目前普通本科院校,計算機專業(yè)學(xué)生中普遍存在著軟件類課程的學(xué)習(xí)的興趣大于硬件類課程的學(xué)習(xí),也就是我們常說的“重軟輕硬”。

在這種現(xiàn)象的下面,必然隱藏著硬件課程教學(xué)中的一些問題,如何準(zhǔn)確的找到這些問題,分析其存在的根源,進而在硬件課程教學(xué)中解決這些問題,筆者進行了初步的探索和實踐,同時在教學(xué)活動中取得了不錯的效果,得到學(xué)生的好評。本文針對計算機硬件課程教學(xué)過程中存在的問題,進行深入分析。

1存在問題及分析

目前,大學(xué)計算機專業(yè)開設(shè)的計算機硬件類課程主要有基礎(chǔ)課程中的“數(shù)字電子技術(shù)”、“模擬電子技術(shù)”,專業(yè)課程中的“匯編語言” 、“計算機組原理”、“微機原理與接口技術(shù)”,以及后面的“計算機體系結(jié)構(gòu)”、“嵌入式系統(tǒng)”等課程。

這些課程雖然各有特點,各有側(cè)重,但是又有密切的聯(lián)系。在教與學(xué)中也存在一些共同的問題,影響計算機硬件類課程教學(xué)的效果和質(zhì)量。通過多年的計算機硬件類課程的教學(xué),我覺得問題主要存在于以下幾個方面。

1.1學(xué)生的問題

硬件類的課程內(nèi)容是和計算機應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)以及工廠生產(chǎn)實際密切相關(guān)的,從計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)上看,計算機硬件開發(fā)是計算機系統(tǒng)最底層的開發(fā)。從電路圖的設(shè)計到電路板的制作;從實際集成電路、電子元件的安裝、焊接,到匯編語言監(jiān)控程序的設(shè)計;都需要學(xué)生有較強的實際動手能力和匯編語言程序的設(shè)計開發(fā)能力。

現(xiàn)在我們高等學(xué)校的學(xué)生大多是從學(xué)校到學(xué)校應(yīng)屆畢業(yè)生,絕大多數(shù)學(xué)生沒有任何社會生產(chǎn)的實際經(jīng)驗。加之目前我們的中學(xué)教育基本上是應(yīng)試教育,學(xué)生的動手能力差,對工廠電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程沒有任何了解,使得學(xué)生根本不適應(yīng)硬件類課程的學(xué)習(xí)。更多的學(xué)生習(xí)慣于做題、解題,根據(jù)公式定理進行理論推導(dǎo),這是目前高校理工類學(xué)生普遍存在的問題。

學(xué)生喜歡軟件類課程學(xué)習(xí)、畏懼硬件類課程學(xué)習(xí)的第二個原因是感到軟件類課程學(xué)習(xí)更有趣。通過計算機軟件類課程學(xué)習(xí)后,大多數(shù)學(xué)生往往能實現(xiàn)一個簡單的應(yīng)用軟件開發(fā),這樣學(xué)生很容易產(chǎn)生成就感,也就有進一步學(xué)習(xí)的動力。而且,軟件類課程學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方法和中學(xué)的數(shù)學(xué)和物理的學(xué)習(xí)方法相對接近,比如算法的學(xué)習(xí),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)。對于實驗條件要求相對簡單,只要有一臺個人計算機就可以學(xué)習(xí)編程,進行大部分的軟件類課程實驗和學(xué)習(xí)。

其實硬件類的課程學(xué)習(xí)和軟件類課程學(xué)習(xí)相比較,也有它的特點和吸引學(xué)生的地方,關(guān)鍵在于我們?nèi)绾我龑?dǎo)學(xué)生。比如我們平時生活中的家用電器、汽車、霓虹彩燈、音樂噴泉、有很多的地方都采取了計算機控制?？梢赃@么講,只要稍微復(fù)雜一點的電子產(chǎn)品都采用了計算機控制,都要涉及計算機硬件知識。但是這些,我們的學(xué)生往往不能認識和感受到。加上學(xué)生們一般是不可能擁有硬件實驗設(shè)備,學(xué)校的相關(guān)資源也有限。所以,本來看得見、摸得著的十分有趣的硬件設(shè)計,在學(xué)生眼里變成了抽象、空洞的理論上的“說教”。幾門硬件課程學(xué)習(xí)下來,不僅沒有學(xué)到相應(yīng)的硬件知識,反而對計算機硬件產(chǎn)生了畏懼心理。

也就是說,學(xué)生要設(shè)計一個計算機硬件產(chǎn)品的困難遠遠大于設(shè)計出一個軟件產(chǎn)品。不管是從學(xué)校的客觀條件,還是學(xué)生對硬件知識的掌握。而硬件知識的真正掌握又必須通過一個個硬件類產(chǎn)品設(shè)計才能較為完整理解。

1.2教師的問題

目前,地方普通高等學(xué)校的一線教師,大多是學(xué)校畢業(yè)的碩士研究生。有些教師有過課題科研的經(jīng)驗,但大多數(shù)教師缺乏一個計算機應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)過程的實踐,尤其是硬件產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗。這樣,他們對計算機硬件知識的了解,也就遠遠不及對軟件知識的了解。一些做過課題或者有科研項目經(jīng)驗的教師由于種種原因很少在本科教學(xué)的第一線,即便在第一線上課,由于也不太會愿意在本科教學(xué)活動中花費太多的時間。

我們前面所說的幾門硬件類課程,分別在不同的學(xué)期進行開設(shè)。所以每門課程的教師在教學(xué)中,只會強調(diào)本課程的教學(xué)重點和難點,而不會顧及各門課程之間的聯(lián)系。學(xué)生更加只是看到本課程中的內(nèi)容,不太容易看到各課程之間的關(guān)系、以及如何在實際硬件產(chǎn)品開發(fā)中綜合應(yīng)用這些課程的知識,無法了解一個完整的計算機硬件系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。

各門課程之間的有機聯(lián)系不夠,是學(xué)生無法駕馭整個硬件系統(tǒng)知識體系的一個重要原因,導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因和教師的能力不足是密切相關(guān)的。

1.3教材與實驗的問題

計算機技術(shù)不斷飛速發(fā)展,硬件技術(shù)也日新月異,當(dāng)前計算機硬件教學(xué)的教材內(nèi)容老化的現(xiàn)象比較嚴重,和新技術(shù)結(jié)合的不夠密切。這種現(xiàn)象幾乎存在于所有的計算機類教材,尤其以硬件教材更為明顯。比如:《微機原理與接口技術(shù)》教材內(nèi)容十多年沒有大的變化;大多數(shù)《匯編語言》教材也一直是講8086指令系統(tǒng)的程序設(shè)計。教材中當(dāng)代的最新計算機技術(shù)內(nèi)容一般都是用一章簡單介紹。學(xué)生普遍感覺教材知識陳舊,沒有興奮點。

另外軟件類課程的教材在結(jié)構(gòu)上不斷進行探索與改革,許多教材采用“案例教學(xué)法”、“任務(wù)驅(qū)動法”來編寫教材。但是硬件類課程的教材編寫方法上基本還是原來教學(xué)結(jié)構(gòu),很少出現(xiàn)新的編寫方法。同時要設(shè)計一個計算機硬件類產(chǎn)品,需要涉及幾乎所有的硬件課程內(nèi)容,目前還沒有一本這樣的從總體上把握的教材出現(xiàn),教材缺乏整體性。

計算機硬件教學(xué)中實驗課也難以發(fā)揮應(yīng)有的作用,由于課時和客觀條件的限制,大多數(shù)硬件類的實驗課程都是驗證性實驗,綜合性和設(shè)計性實驗很少。對于學(xué)生來說,驗證性實驗?zāi)軌虼偈箤W(xué)生對某個基本教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。但驗證性實驗的確難以讓學(xué)生全面掌握計算機硬件知識,更談不上用這些知識進行一個計算機硬件系統(tǒng)的設(shè)計。以“微機原理與接口技術(shù)”課程為例,我們一般的實驗也就是對某個芯片做功能驗證實驗,但是如何把這塊芯片根據(jù)需要用于某個計算機硬件產(chǎn)品中卻無法做到,而這點對學(xué)生來講卻是十分重要的。

2提高硬件教學(xué)質(zhì)量的探索

2.1激發(fā)學(xué)生興趣

學(xué)生學(xué)習(xí)的最好刺激就是對所學(xué)知識的興趣。但是怎樣才能使學(xué)生產(chǎn)生主動和有意義的學(xué)習(xí),使得學(xué)生“愛學(xué)”、“樂學(xué)”呢?

筆者每次在講“微機原理與接口技術(shù)”課程第一堂課時,總是帶三樣?xùn)|西:一張計算機硬件應(yīng)用產(chǎn)品的電路圖;一塊根據(jù)這張電路圖設(shè)計的印刷電路板,以及用這塊電路板做好的電子產(chǎn)品實物。在課堂上告訴學(xué)生,我們通過“數(shù)字電子技術(shù)”、“微機原理與接口技術(shù)”等硬件課程的學(xué)習(xí),就可以設(shè)計出一個電子產(chǎn)品的電路圖,然后按照電路圖我們可以設(shè)計出印刷電路板,接著把電子元件安裝和焊接好,通過軟件調(diào)試,一個按照自己設(shè)計的計算機硬件產(chǎn)品就完成了。這樣學(xué)生的注意力一下就會被吸引住,同時激發(fā)出好奇心。

選這樣的產(chǎn)品原則是要簡單、有趣、可在課堂上演示。比如:“LED燈顯示控制器”:通過不同的按鍵,LED燈的顯示方式不斷變化;“電機工作方式控制器”:通過不同的工作方式的改變,電機的轉(zhuǎn)速、方向不斷改變。看到這一個個實際的電子產(chǎn)品,學(xué)生的興趣很快就激發(fā)起來。他們覺得復(fù)雜的計算機硬件產(chǎn)品其實離他們并不遠。一旦他們產(chǎn)生興趣,就會自覺地參與到課堂教學(xué)中來。這點筆者感受特別深。

2.2整體把握與知識點學(xué)習(xí)

在一門課程的學(xué)習(xí)過程中,我們的教學(xué)活動都是按照每個章節(jié)來進行的,這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主要注意力都在每個章節(jié)的知識點上,缺乏對整個課程的總體把握。比如“微機原理與接口技術(shù)”課程,在講授“微處理器”一章時就介紹微處理器的引腳、內(nèi)部寄存器等,講授“存儲器”一章時就介紹存儲器的類型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、譯碼方式等……,做實驗時也是就本章的知識點來做一個驗證實驗。這樣學(xué)生就不知道如何把CPU、存儲器、接口芯片,這些一個個的部件組成一個實際的計算機硬件系統(tǒng),或者如何根據(jù)實際開發(fā)需要選用哪種型號的CPU?選用多大容量的存儲器?采用什么樣的接口接入鍵盤、顯示器的輸入輸出設(shè)備等。

針對這種情況,筆者設(shè)計了一個基本的“微機應(yīng)用系統(tǒng)”,由8086CPU、6116RAM、2764EPROM、8255接口芯片接入4*4的鍵盤、8位發(fā)光二極管組成。把它做成一個通電后能演示的計算機硬件產(chǎn)品。這個小的硬件系統(tǒng)其實就包括“微機原理與接口技術(shù)”主要內(nèi)容:CPU、存儲器、接口、輸入、輸出設(shè)備。

講完每個章節(jié),就結(jié)合這個“微機應(yīng)用系統(tǒng)”講這個部件在這個系統(tǒng)中的應(yīng)用,這樣把一個實際的計算機硬件系統(tǒng)貫穿于整個課程教學(xué)中。等到整個課程講完,留出一、二次課把整個系統(tǒng)的設(shè)計原理和工作過程進行講解,并且設(shè)問:如果不用8086CPU采用其他型號的CPU如何設(shè)計;如果不用6116RAM采用2114RAM應(yīng)該如何設(shè)計;鍵盤改變、發(fā)光二極管采用16位如何設(shè)計……這些問題都在學(xué)生的能力范圍,稍微經(jīng)過努力就能做到。這樣學(xué)生不僅是學(xué)習(xí)每章的知識,而且能夠把每章的知識點結(jié)合成一個完整的計算機硬件系統(tǒng)。使得對整門課程有一個整體把握。

如果老師通過更換程序芯片使得整個系統(tǒng)的工作過程改變,發(fā)光二極管顯示不同的變化。我們還可以讓學(xué)生形象的知道“軟件與硬件的關(guān)系”,“低級語言與高級語言的區(qū)別”等學(xué)生掌握起來較為困難的概念。通過一個“微機應(yīng)用系統(tǒng)”,使得學(xué)生對不同課程之間的聯(lián)系和相互關(guān)系得以充分理解,逐步培養(yǎng)學(xué)生駕馭整個計算機硬件系統(tǒng)知識的能力。

為了消除學(xué)生對硬件學(xué)習(xí)的畏懼心理,我以一塊最新的PC機主板為例,告訴學(xué)生,PC機的主板也是一個“微機應(yīng)用系統(tǒng)”,也是由CPU、存儲器、輸入、輸出接口組成,只不過和我們設(shè)計的基本的“微機應(yīng)用系統(tǒng)”相比,CPU性能更好、存儲器容量更大、外設(shè)也更復(fù)雜。但是不管如何復(fù)雜都是由基本的微機技術(shù)組合而成,也不是高不可攀。這樣學(xué)生通過先部件、后整體,部件和整體在整個課程教學(xué)中始終相結(jié)合的教學(xué)模式,比較完整全面了解計算機硬件系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、功能,消除了對計算機硬件設(shè)計的神秘感和畏懼感。

通過這種宏觀和微觀相結(jié)合教學(xué)模式,我感到學(xué)生對硬件學(xué)習(xí)的積極性和熱情都極大提高,教學(xué)效果、實驗的效果也明顯提高。好的硬件產(chǎn)品實例能通過師生、生生之間雙向和多向互動,促使學(xué)生的積極思考,拓寬學(xué)生的思路,提高教學(xué)效率。

2.3努力提高教師素質(zhì)

教學(xué)質(zhì)量的提高,教師是關(guān)鍵。梅貽琦先生所謂 “大學(xué)者,非大樓也,乃大師也”之言,告訴我們大學(xué)中教師的重要性。我們要培養(yǎng)一流的學(xué)生就必須有一流的教師。對計算機硬件課程教學(xué)而言,教師自己要教好學(xué)生,自己必須有計算機硬件產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗,要對整個硬件產(chǎn)品開發(fā)的全過程有一個基本了解,最好能有計算機硬件工廠、公司合作的工作經(jīng)驗,這樣才能把一些空洞和抽象的理論變成一個個實實在在的計算機硬件產(chǎn)品。自己有了這些實踐,才有教好學(xué)生的基礎(chǔ)。

高等教育教學(xué)和基礎(chǔ)教育教學(xué)的區(qū)別就是:高等教育教學(xué)必須和科研、產(chǎn)品開發(fā)相結(jié)合。一方面科研開發(fā)是高校教學(xué)的創(chuàng)新的基礎(chǔ);另一方面,高校教學(xué)及教學(xué)創(chuàng)新本身也是一種科研,而且必須成為科研。因此,一流的教師必然是一個有創(chuàng)新研究成果的科研人員。

3結(jié)束語

計算機硬件類課程教學(xué)是一個需要不斷探索和實踐的領(lǐng)域。如何完善計算機硬件課程教學(xué)體系、調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,使他們具有強烈的參與意識和求知欲望,提高學(xué)生的綜合能力是一項系統(tǒng)工程,需要長期、大量的實踐才能逐步達到目標(biāo),有些體制性的問題也需要全社會的共同努力。本文僅僅是根據(jù)自己平時在教學(xué)一線的心得體會進行的一定程度的探討,致力于分析一些和硬件課程教學(xué)相關(guān)問題和提出解決這些問題的途徑。同時把自己的一些教學(xué)經(jīng)驗,拋磚引玉,供大家參考。

參考文獻:

[1] 胡淑珍. 教學(xué)技能[M]. 長沙:湖南師范大學(xué)出版社,1996.

[2] 蔣雪巖. 當(dāng)前課堂教學(xué)模式之整治[J]. 教育藝術(shù),2005(3):12-13.

[3] 潘瑜. 論計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的素質(zhì)教育[J]. 淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報:社會科學(xué)版,2000,1(3):133-135.