陳輝　李敬兆　詹林

摘要：針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，闡述計(jì)算機(jī)硬件課程之間的層次關(guān)系，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件課程在教學(xué)內(nèi)容整合、教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)方法綜合運(yùn)用以及重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行深入分析和探討，提出硬件課程體系結(jié)構(gòu)調(diào)整方案和課程整合辦法等。

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

1.背景

計(jì)算機(jī)硬件課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的重要課程，是深入了解和掌握計(jì)算機(jī)基本工作原理以及建立整個(gè)計(jì)算機(jī)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)必不可少的部分。計(jì)算機(jī)硬件類課程一方面需要對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部CPU結(jié)構(gòu)、各種寄存器、存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)以及指令的執(zhí)行過程等非常清楚，而且需要掌握和記憶的內(nèi)容較多，知識(shí)點(diǎn)也非常分散；另一方面，硬件課程的實(shí)驗(yàn)要復(fù)雜得多，需要有相應(yīng)的硬件平臺(tái)支撐，而硬件平臺(tái)一般由專門實(shí)驗(yàn)室提供，學(xué)生很難擁有自己的硬件學(xué)習(xí)平臺(tái)，無形中就疏遠(yuǎn)了硬件課程的學(xué)習(xí)，再加上沒有運(yùn)用有效的硬件課程教學(xué)方法，進(jìn)一步加劇“重軟件輕硬件”的現(xiàn)狀。因此，當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程的教學(xué)存在兩難的境地：教師難教，學(xué)生難學(xué)。如何提高計(jì)算機(jī)硬件課程的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)學(xué)生愿意學(xué)和教師樂于教，成為當(dāng)前大多高校亟待解決的問題。

2.計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程體系結(jié)構(gòu)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)的課程也在不斷調(diào)整，但涉及計(jì)算機(jī)硬件的課程相對(duì)穩(wěn)定，只是在內(nèi)容上有所更新，這給計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)帶來一定的便利，不需要大范圍地調(diào)整課程體系。

根據(jù)當(dāng)前普通高校計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程的開設(shè)情況，并結(jié)合安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃和課程設(shè)置，計(jì)算機(jī)硬件課程體系一般包括4個(gè)層次：一是前導(dǎo)課程，如電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯等；二是核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，如計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語言程序設(shè)計(jì)等；三是主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，如微機(jī)原理與接口技術(shù)（或微型計(jì)算機(jī)技術(shù)）、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等；四足高級(jí)應(yīng)用層次的課程，如DSP原理與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、CPU設(shè)計(jì)、EDA技術(shù)與應(yīng)用等。

計(jì)算機(jī)硬件課程4層體系結(jié)構(gòu)如圖1所示其中第2、3層是和計(jì)算機(jī)密切相關(guān)的，也是大多計(jì)算機(jī)專業(yè)都開設(shè)的核心課程，在課程設(shè)置上基本保持穩(wěn)定。第4層高級(jí)應(yīng)用課程與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀因各高校的具體情況而有所不同，各有其側(cè)重點(diǎn)。第2層次和第3層次課程之間的遞進(jìn)關(guān)系如圖2所示，其中，匯編語言程序設(shè)計(jì)和微機(jī)原理及接口技術(shù)課程有的學(xué)校將其合而為一，但為了突出和加強(qiáng)硬件編程，也可以單獨(dú)開設(shè)，讓學(xué)生更為深入地了解高檔微機(jī)的指令系統(tǒng)以及編程技術(shù)。

3.計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)改革探索

3.1交叉內(nèi)容合理整合

近年來，高校為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，提升學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭力，各專業(yè)新增開設(shè)了很多課程，使得其他課程的教學(xué)學(xué)時(shí)大為縮減，很難按照原有的教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行。如安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理課程由64學(xué)時(shí)縮減為48學(xué)時(shí)，計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)由48學(xué)時(shí)縮減為38學(xué)時(shí)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)由40學(xué)時(shí)縮減為26學(xué)時(shí)，在這樣大幅縮減教學(xué)課時(shí)的情況下，如何做到保證教學(xué)質(zhì)量和主要教學(xué)內(nèi)容不能減少甚至還需要增加新內(nèi)容，對(duì)任課教師提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了解決學(xué)時(shí)少和教學(xué)內(nèi)容多的矛盾，我們對(duì)硬件類主要專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了全面梳理，對(duì)不同課程中出現(xiàn)的重復(fù)內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)研究和討論，并對(duì)相關(guān)內(nèi)容的講解深度和學(xué)時(shí)作了重新安排。

在此過程中，以計(jì)算機(jī)組成原理為基礎(chǔ)，對(duì)相關(guān)課程的交叉內(nèi)容進(jìn)行梳理和整合，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）計(jì)算機(jī)組成原理課程的主要目標(biāo)是建立計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)概念，掌握構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5大部件的基本組成原理，重點(diǎn)介紹運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器以及指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因此，有關(guān)數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算規(guī)則是運(yùn)算器設(shè)計(jì)部分的重要內(nèi)容，需要詳細(xì)深入講解，在其他課程中就不再介紹。

（2）計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)部分，由于計(jì)算機(jī)組成原理針對(duì)的是計(jì)算機(jī)共性問題，側(cè)重指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此該部分內(nèi)容在其他課程的側(cè)重不同，仍需要根據(jù)課程性質(zhì)不同分別介紹；但在教學(xué)過程中學(xué)時(shí)數(shù)可以適當(dāng)縮減，如果開設(shè)了匯編語言程序設(shè)計(jì)課程，則在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程中就不需要介紹指令系統(tǒng)內(nèi)容。

（3）存儲(chǔ)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)5大組成部分之一，計(jì)算機(jī)組成原理課程對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的組成、主存儲(chǔ)器的連接和控制等都進(jìn)行系統(tǒng)而深入的介紹，因此，相關(guān)內(nèi)容其他課程中不需要介紹。

（4）輸入輸出系統(tǒng)也是計(jì)算機(jī)組成原理中重點(diǎn)內(nèi)容之一，相關(guān)內(nèi)容在微機(jī)原理與接口技術(shù)以及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程中就不需要重點(diǎn)介紹，但涉及數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌谛酒瑧?yīng)用和編程等仍需要詳細(xì)介紹。

通過對(duì)硬件基礎(chǔ)課中內(nèi)容的梳理和整合，可以節(jié)省大量的學(xué)時(shí)數(shù)，也理清了各課程之間關(guān)系，即計(jì)算機(jī)組成原理側(cè)重于運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及各部分的組成；微機(jī)原理與接口技術(shù)側(cè)重于CPU工作原理以及常用接口芯片、外圍設(shè)備與主機(jī)的接口連接方法等；計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)側(cè)重于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)、流水技術(shù)和并行處理技術(shù)等。為了進(jìn)一步打破教學(xué)過程中各課程之間的獨(dú)立性，對(duì)硬件基礎(chǔ)課程進(jìn)行捆綁式教學(xué)和研究，構(gòu)建硬件課程模塊，成立專門硬件課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，定期開展硬件課程之間的研討和交流，讓每一位任課教師清楚地知道每門課程教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)，從整體上把握課程教學(xué)的思路和各門課程之間的銜接關(guān)系、

3.2教學(xué)資源多維建設(shè)

教學(xué)資源建設(shè)是專業(yè)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，也是課程教學(xué)質(zhì)量的重要保證。教學(xué)資源建設(shè)主要包括師資、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、教材、實(shí)習(xí)基地等建設(shè)。結(jié)合安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件課程教學(xué)資源建設(shè)實(shí)踐，具體有以下幾個(gè)方面。

（1）高水平教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)：在計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)過程中，有計(jì)劃有針對(duì)性地對(duì)任課教師進(jìn)行多方面的實(shí)踐培訓(xùn)，如組織部分教師利用假期到相關(guān)的高校和企業(yè)參加硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用培訓(xùn)班；通過與一些高新技術(shù)企業(yè)建立良好合作關(guān)系，任課教師可以參與企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)等，進(jìn)一步提升教師的硬件設(shè)計(jì)和應(yīng)用水平。endprint

（2）硬件課程教學(xué)設(shè)備建設(shè)：計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)需要專門的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也是學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐的物質(zhì)基礎(chǔ)。在硬件試驗(yàn)設(shè)備方面，需要結(jié)合自身的辦學(xué)條件，有計(jì)劃有步驟地引進(jìn)和更新硬件教學(xué)設(shè)備，并充分利用現(xiàn)有的設(shè)備資源，不斷提高教師的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)水平。目前安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)硬件專業(yè)實(shí)驗(yàn)室配備有啟東東疆DJ-CPTH超強(qiáng)型計(jì)算機(jī)組成原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、西安唐都TD-MD16位和TD-PITE32位微機(jī)原理及接口技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)、北京達(dá)盛EL-DSP+ARM多功能綜合實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)硬件平臺(tái)等。實(shí)驗(yàn)室專門人員和任課教師全程參與硬件平臺(tái)建設(shè)，邀請(qǐng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠家技術(shù)人員進(jìn)行專門的技術(shù)指導(dǎo)和培訓(xùn)，在現(xiàn)有硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，自己動(dòng)手開發(fā)出一系列設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，作為學(xué)生的選做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（3）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和平臺(tái)建設(shè)：充分利用網(wǎng)絡(luò)的方便性，組織任課教師將課程的多媒體課件、難點(diǎn)問題的動(dòng)畫演示、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)、課后習(xí)題的解題思路、疑難問題解答等放置到專門的網(wǎng)站，考慮到部分考研學(xué)生的需求，開辟了考研專題欄目，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以及時(shí)和學(xué)生進(jìn)行交流，學(xué)生也可以通過郵件的方式和任課教師交流。

（4）特色精品教材建設(shè)：硬件課程教材的選取非常重要，好的教材便于學(xué)生在課下自學(xué)和復(fù)習(xí)，教師也可以將精力集中在主要和重點(diǎn)內(nèi)容的講解上；在吸收好教材精華的基礎(chǔ)上，著手組織基本功過硬的教師編寫精品教材。

（5）實(shí)踐基地建設(shè)：參與實(shí)踐是鍛煉學(xué)生真正學(xué)以致用的重要環(huán)節(jié)，通過和中國電子第八研究所、安徽徽斯特電子科技有限公司以及淮南煤礦集團(tuán)公司等建立良好合作關(guān)系，為學(xué)生創(chuàng)造更好的硬件實(shí)習(xí)環(huán)境和實(shí)習(xí)場(chǎng)所。

3.3教學(xué)方法綜合運(yùn)用

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)已經(jīng)是最為普遍的一種教學(xué)方法，要根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容充分利用好多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。除了多媒體教學(xué)方法之外，還需要探討多種有效的教學(xué)方法。首先，類比教學(xué)方法是計(jì)算機(jī)課程教學(xué)過程中的有效方法之一，通過將課本中難于理解的概念或理論與生活中的例子進(jìn)行形象化類比，能使學(xué)生不但易于理解而且記憶深刻，是一種行之有效的教學(xué)方法。其次，運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)方法可以引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，進(jìn)而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和參與度。如通過對(duì)課程內(nèi)容采用設(shè)問的方式，每引入一個(gè)新內(nèi)容，先采用設(shè)問的方式，讓學(xué)生進(jìn)行幾分鐘的思考，然后由教師通過內(nèi)容的講解來共同解答設(shè)問的問題，這樣學(xué)生會(huì)帶著問題思考和聽講，有效提高教學(xué)效果。再者，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)和聽課過程中有的放矢，聽課的目的是解決問題，如計(jì)算機(jī)組成原理課程在講解運(yùn)算器構(gòu)成部分，可以采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方法，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)多位加法器或乘法器等，在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性明顯提高。

實(shí)踐中，教學(xué)方法需要根據(jù)課程的性質(zhì)和內(nèi)容不斷地探索和創(chuàng)新，任何一門課程的教學(xué)方法都不是一成不變和唯一的，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，綜合運(yùn)用好多種教學(xué)方法能夠有效提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件課程的教學(xué)大有裨益，也是破解計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)效果不理想的有效途徑。

3.4重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)踐教學(xué)是計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，每門課程一般都配有適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)，有些課程還設(shè)有課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有效利用實(shí)驗(yàn)課時(shí)間和提高效率尤為重要。目前普遍存在的現(xiàn)狀是：對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生上課基本上是在實(shí)驗(yàn)箱上連線，運(yùn)行出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就萬事大吉，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本雷同，沒有更深入地探討實(shí)驗(yàn)的原理以及可能出現(xiàn)的問題等；對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)學(xué)生大多感到難度大，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，沒有教師的指導(dǎo)很難順利完成。改變這種現(xiàn)狀主要有以下幾個(gè)方面。

（1）任課教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課要有充分認(rèn)識(shí)：由教師在課堂上將理論課教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合起來，讓學(xué)生明白為什么上實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課的目的是什么，讓學(xué)生在上實(shí)驗(yàn)課前思考實(shí)驗(yàn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)什么問題以及解決辦法等，不至于學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室時(shí)還沒搞清楚做什么。

（2）充分利用優(yōu)秀學(xué)生資源：讓一些成績好且學(xué)有余力的學(xué)生幫助和指導(dǎo)動(dòng)手能力相對(duì)差一點(diǎn)的學(xué)生，學(xué)生之間的溝通和交流往往效果會(huì)更好。

（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合：設(shè)置一些具有創(chuàng)新和綜合性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，并盡可能和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，讓學(xué)生通過做實(shí)驗(yàn)感到實(shí)用價(jià)值和具有成就感。如在計(jì)算機(jī)接口實(shí)驗(yàn)中，可讓學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)箱的硬件資源設(shè)計(jì)一款交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)，或設(shè)計(jì)一款集環(huán)境參數(shù)采集、報(bào)警和顯示系統(tǒng)等，讓學(xué)生看到課本學(xué)到的知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中確實(shí)能夠發(fā)揮作用。

（4）增加實(shí)驗(yàn)課在課程中的考核比重：由于實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容考核比重偏小甚至不計(jì)分，導(dǎo)致部分學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課，而只關(guān)心理論課的考試成績。有效解決辦法是增加實(shí)驗(yàn)課在課程考核中的比例，比重可提高到20%～30%，實(shí)驗(yàn)考核可由教師組織分組，通過提問和答辯，其他組學(xué)生參與打分的辦法。

（5）提高學(xué)生對(duì)硬件課程學(xué)習(xí)的熱情和積極性：興趣是最好的老師，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣非常重要的一點(diǎn)是讓學(xué)生參與到科研活動(dòng)當(dāng)中，讓其感受到硬件設(shè)計(jì)成果帶來的成就感。教師可以根據(jù)自身的科研課題情況，積極吸收對(duì)課題感興趣的學(xué)生參與到課題研究中，并充分利用校級(jí)、省級(jí)和國家級(jí)科技競(jìng)賽平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與各種電子競(jìng)賽，提高學(xué)生對(duì)硬件知識(shí)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用水平，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

4.結(jié)語

筆者根據(jù)硬件課程的教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容以及實(shí)際教學(xué)過程中的體會(huì)，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)方法以及實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了初步的研究和探索，提出一些切實(shí)可行的提高教學(xué)效果的方法和措施，為高校計(jì)算機(jī)硬件課程的教學(xué)改革提供有益的參考和幫助。endprint