【摘 要】計算機原理是計算機專業(yè)課課程體系中的專業(yè)核心主干課程，但是在其教學(xué)中存在著不足。本文采用基于FPGA技術(shù)的教學(xué)改革，將硬件描述語言和可編程邏輯器件引入計算機原理教學(xué)中，同時采用啟發(fā)教學(xué)法，來重新組織教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗教學(xué)環(huán)境，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力及創(chuàng)新意識，進而提高了教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】實驗教學(xué)；創(chuàng)新性；教學(xué)改革；FPGA

一、前言

計算機原理屬于高等學(xué)校計算機學(xué)科的一門主干核心課程，是電子信息、信息管理等學(xué)科開設(shè)的重要計算機課程，也是學(xué)生最難學(xué)習(xí)和理解的重要課程。教學(xué)的目的在使學(xué)生掌握好計算機硬件核心部件組成知識與原理的理解，提高學(xué)生對計算機硬件應(yīng)用、硬軟件開發(fā)的能力和創(chuàng)新能力。本文基于FPGA技術(shù)對教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)方法等方面進行改革研究和實施，為創(chuàng)建具有課程多元化、多層次的綜合設(shè)計創(chuàng)新型內(nèi)容教學(xué)體系，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)綜合能力做出了很多的改革，進而提高了教學(xué)的質(zhì)量。

二、目前教學(xué)存在的問題

實驗課程是建立在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，是對理論知識鞏固和延伸的教學(xué)環(huán)節(jié)，它對理論課有畫龍點睛的作用。傳統(tǒng)的計算機組成實驗教學(xué)中的不足主要表現(xiàn)在內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法單一，教學(xué)儀器設(shè)備老化。隨著近幾年學(xué)校對動手能力的重視，實驗室建設(shè)投入加大，問題有了一些好轉(zhuǎn)，但還是有一些問題存在。（一）以驗證理論的實驗為主，忽視能力培養(yǎng)；實驗教學(xué)僅作為驗證鞏固理論教學(xué)的附屬，使實驗教學(xué)缺乏設(shè)計性，綜合性，學(xué)生依葫蘆畫瓢，忽略了學(xué)生能力的培養(yǎng)。（二）實驗方法單一，缺乏思考和創(chuàng)新。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式基本為“注入式”，學(xué)生對教師的依賴性很大，只注重實驗的結(jié)果，不注重知識體系的理解，對各類實驗缺乏興趣，抄襲實驗報告及實驗結(jié)果現(xiàn)象時有發(fā)生。（三）輕視實驗教學(xué)，難以培養(yǎng)能力。多數(shù)實驗為“驗證實驗”，“示范教學(xué)”，“直觀教學(xué)”模式，這種實驗教學(xué)方式在一定程度上限制了學(xué)生主動性和積極性，不利于對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。（四）實驗設(shè)備老化，對創(chuàng)新性，設(shè)計性實驗支持不足，難以實現(xiàn)實驗的多元化，多層次的綜合設(shè)計實驗。

三、基于FPGA技術(shù)，構(gòu)建課程內(nèi)容的新體系

在充分結(jié)合計算機原理課程的基礎(chǔ)上，引入FPGA技術(shù)，對實驗內(nèi)容進行了調(diào)整?？傮w上將計算機組成實驗內(nèi)容分成四個層次：（一）驗證性實驗，它主要是以計算機中各部分功能模塊的性能驗證為主，根據(jù)實驗?zāi)康?，實驗電路，功能的實現(xiàn)來驗證計算機模塊的功能的有關(guān)原理，從而進一步鞏固所學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本理論，了解各部件的功能和使用；（二）提高性實驗，它主要是根據(jù)基本的實驗內(nèi)容和基本元件，老師針對某一應(yīng)用，講解邏輯電路，講解用VHDL編寫的程序，帶領(lǐng)學(xué)生在運用Quartus II軟件調(diào)試，仿真程序，最后匯編成機器碼下載到實驗儀器上，在實驗儀器上檢驗實驗的正確性。（三）綜合性實驗和設(shè)計性實驗，教師給出設(shè)計的目的，內(nèi)容和目標，讓學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的電路，用VHDL硬件描述語言編寫程序，運行Quartus II 軟件對程序進行調(diào)試；鎖定FPGA芯片引腳，仿真；下載到存儲芯片中，并通過運行結(jié)果分析，及時修改程序和電路，達到時間，空間上更滿意的效果。培養(yǎng)獨立思考和創(chuàng)新性思維能力。（四）研究性實驗，結(jié)合現(xiàn)有的實驗條件和儀器設(shè)備，開發(fā)和設(shè)計一些研究型實驗課題，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維能力。通過對實驗內(nèi)容進行更新和改進，不斷較少原理驗證性實驗的比重，增加學(xué)生自主設(shè)計實驗的比重，將組成原理實驗知識，實驗技能，系統(tǒng)設(shè)計和FPGA技術(shù)有機地結(jié)合，真正形成“實驗系列化，功能化”的特點。

四、改革教學(xué)方法，確保創(chuàng)新教育實施

以創(chuàng)新教育為價值目標的教學(xué)方法改革，必須結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，樹立“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，實驗為主線，能力為目的”的教學(xué)模式，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。吸取現(xiàn)代科學(xué)方法論方面的優(yōu)秀成果，突出創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)。

（一）學(xué)生為主體。學(xué)生課前自學(xué)實驗理論，儀器操作方法及實驗內(nèi)容，獨立完成實驗，培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取知識和應(yīng)用已有知識進行開拓，發(fā)展，創(chuàng)造新知識的能力。

（二）教師為主導(dǎo)。課堂上教師輔導(dǎo)學(xué)生做實驗，面對面，一對一。組成實驗是在對各種硬件有了一定的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)老師要拓展學(xué)生的好奇心，開發(fā)學(xué)生的求知欲，開發(fā)學(xué)生的潛能，使學(xué)生探索能力增強，老師要善于激發(fā)學(xué)生標新立異的思維，及時抓住學(xué)生創(chuàng)造思維的火花給予鼓勵，讓學(xué)生充分展示自己的個性天賦?，F(xiàn)在，重視學(xué)生個性發(fā)展和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思維已成廣大實驗指導(dǎo)教師的共識。

（三）實驗為主線。實驗過程兩人一組，有助于學(xué)生的相互交流，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)合作，勤于思考的能力。并使得學(xué)生相互監(jiān)督，相互探討，提高教學(xué)的有效性。

（四）能力為目的。采取每次課程都考評的方法。全程考評，制定實驗課程就的考評方法，嚴格考核制度，對實驗不及格的學(xué)生進行重修，直至達到實驗要求。全程考評有3個環(huán)節(jié)：預(yù)習(xí)抽查，現(xiàn)場操作，問題解答。

（五）采用啟發(fā)式教學(xué)法。啟發(fā)式教學(xué)法就是教師啟發(fā)學(xué)生積極思維，使他們主動地掌握知識。為了達到完美的效果，我們在課前做了充分備課，一方面吃透計算機原理的基本理論，另一方面了解其最新發(fā)展和應(yīng)用情況。在講課過程中，我們注重把所講知識用相應(yīng)的思維方法連串起來、熟練地表達出來，使學(xué)生感到這些知識是從教師大腦思維中自然流出的.從而集中注意力，跟隨教師的思維一起思考，掌握所學(xué)知識和相應(yīng)的思維方法。

五、結(jié)束

教學(xué)改革是一個不斷深化，完善的過程，計算機原理教學(xué)改革應(yīng)該沿著教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)理念，教學(xué)手段等方面繼續(xù)深入下去；結(jié)合最新技術(shù)，將計算機知識和最新技術(shù)結(jié)合起來，使得計算機教學(xué)質(zhì)量提高到一個新水平，努力培養(yǎng)出社會需要的，具有創(chuàng)新能力的人才。

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