摘 要：本文依據(jù)計算機專業(yè)人才培養(yǎng)模式的變革—基于校企合作的人才培養(yǎng)模式，結(jié)合計算機專業(yè)硬件課程群教學(xué)體系建設(shè)，探討計算機專業(yè)硬件課程群實驗教學(xué)體系方案，介紹集寧師范學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在計算機專業(yè)硬件課程群實踐教學(xué)體系重構(gòu)、教學(xué)體系改革的具體措施等方面的工作以及取得的成效。

關(guān)鍵詞：計算機硬件；課程群；實踐教學(xué)體系

中圖分類號：TP303-4

1 概述

在計算機類專業(yè)的課程體系中，基本可以分為兩條主線：一條是硬件課程體系；另一條是軟件課程體系。2013年，集寧師范學(xué)院對計算機類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案做了修訂，主要是基于計算機應(yīng)用方向的偏軟件專業(yè)或軟件工程專業(yè)，計算機硬件課程體系相對比較薄弱。這些專業(yè)主要培養(yǎng)軟件應(yīng)用型人才，特點是對硬件的要求雖然不如偏硬件專業(yè)，但必須有一定的扎實基礎(chǔ)。

其次學(xué)生思想上重視軟件輕視硬件。許多學(xué)生認(rèn)為：計算機硬件類課程是學(xué)習(xí)有關(guān)計算機結(jié)構(gòu)、內(nèi)部工作原理的課程，而自己的興趣是編寫程序，將來的目標(biāo)就是做一名偏軟件工程師，所以只要把相關(guān)的計算機語言掌握好就夠了，計算機硬件知識掌握得好壞無所謂，因此，在計算機硬件課程的學(xué)習(xí)中缺乏積極性。

再次計算機硬件知識不直觀，講授起來抽象、枯燥，學(xué)生學(xué)起來也有一定難度，測評中教師得分較低，教師激情低，所以計算機硬件課程的教學(xué)一直是一個比較薄弱的環(huán)節(jié)，所培養(yǎng)出來的學(xué)生硬件能力、系統(tǒng)能力較差。本文將從我校實際出發(fā)，基于服務(wù)外包方向校企合作的人才培養(yǎng)模式進行計算機硬件類課程群改革與研究。

計算機學(xué)科硬件類的核心課程包括：數(shù)字電路基礎(chǔ)、微型計算機原理及應(yīng)用、計算機組成原理、單片機原理與應(yīng)用等。這些課程具有理論性比較強、應(yīng)用范圍廣而且與實踐聯(lián)系非常緊密等特點。而計算機硬件課程的實驗、實踐教學(xué)是理論知識的鞏固、驗證。

2 計算機硬件類課程教學(xué)課程體系面臨的問題

2.1 對學(xué)生的計算機系統(tǒng)觀、系統(tǒng)能力培養(yǎng)不扎實

在以往的計算機的教學(xué)中，硬件實驗的設(shè)計和軟件程序的設(shè)計幾乎沒有關(guān)系，這成為設(shè)計與實現(xiàn)較大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)的阻礙。如何搭建有關(guān)系統(tǒng)平臺、實現(xiàn)程序與電路的協(xié)同設(shè)計、相互驗證以及軟件與硬件的功能模塊是否可重復(fù)使用已成為當(dāng)前計算機發(fā)展的關(guān)鍵問題。

2.2 對學(xué)生的EDA技術(shù)培養(yǎng)的不足

可編程芯片與EDA技術(shù)是現(xiàn)代計算機硬件電路設(shè)計的方向，把可編程芯片的設(shè)計與實現(xiàn)以及EDA技術(shù)引入計算機硬件課程實驗教學(xué)可加強學(xué)生的系統(tǒng)能力。

2.3 缺少綜合性的實驗，學(xué)生的創(chuàng)新能力發(fā)揮不佳

由于我校實驗條件的限制，原有的多數(shù)實驗是基于純硬件的。學(xué)生只能在面包板上用器件構(gòu)建小系統(tǒng)，功能擴展性太差。并且只能開設(shè)數(shù)量有限、技術(shù)含量較低的實驗，學(xué)生無法開展自主的綜合性設(shè)計，無法進行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3 實踐教學(xué)體系改革

3.1 重構(gòu)實驗教學(xué)體系

計算機硬件實驗教學(xué)過程是一個有機系統(tǒng)，其組成部分應(yīng)是課程和相關(guān)實驗內(nèi)容。根據(jù)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和社會對人才的需求需求，既要注重課程之間知識的滲透交叉，又要體現(xiàn)知識體系的邏輯性和整體性。系統(tǒng)化的實驗教學(xué)內(nèi)容能保障實驗教學(xué)的完整性和連續(xù)性，有利于提高學(xué)生的系統(tǒng)能力。

根據(jù)計算機硬件課程群建設(shè)而形成的有機課程體系及其基本規(guī)范，將實驗內(nèi)容重新整合分成四個模塊：硬件課程群中每門課程獨立的實驗?zāi)K、硬件類課程之間有邏輯關(guān)系的交叉實驗?zāi)K、功能化組合的具有一定規(guī)模的工程實訓(xùn)模塊、前沿性和創(chuàng)新性相結(jié)合的綜合實驗、實踐模塊。我們按照計算機專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)，用發(fā)展的觀點，將這些實驗?zāi)K融會貫通來共同構(gòu)建“四層三級”的實驗教學(xué)體系，如圖所示。

圖1 四層三級”的實驗教學(xué)體系圖

依據(jù)人才培養(yǎng)方案的課程要求，課題組構(gòu)建了四層實驗課程教學(xué)體系。①入門層中的數(shù)字電路基礎(chǔ)實現(xiàn)必須的時序邏輯電路、組合邏輯的系統(tǒng)設(shè)計。在此基礎(chǔ)上進一步設(shè)計具有實用功能的、比較復(fù)雜的邏輯系統(tǒng)實驗，通過這些復(fù)雜實驗使學(xué)生掌握 EDA主線設(shè)計的整個過程與方法；②基礎(chǔ)層中的計算機組成原理、微型計算機原理與應(yīng)用主要用來設(shè)計運算單元、存儲器以及存儲器擴展、中央處理單元等器件。，通過計算機的單個功能部件以及整個計算機硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計以及實踐能力。微機接口技術(shù)課程實驗用來設(shè)計計算機的輸入、輸出接口部件；③拓展層中的“單片機原理與應(yīng)用”完成諸如中斷、計數(shù)器/定時器、存儲器、并行/串行口、中斷及LED 顯示、八段數(shù)碼管和鍵盤控制等多項內(nèi)容。通過完成可編程芯片硬件連線與芯片初始化編程和應(yīng)用編程，使學(xué)生掌握單片機接口常用芯片的使用方法，從中得到收益，提高單片機應(yīng)用與開發(fā)設(shè)計能力。提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力；④提高層中的綜合設(shè)計與創(chuàng)新研究實驗，要求學(xué)生綜合運用已學(xué)方法、知識、技術(shù)進行科研開發(fā)和創(chuàng)新新技術(shù)應(yīng)用研究，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科學(xué)研究能力，比如參加教師的科研與教改課題、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，解決企業(yè)實際問題計、ACM大賽等。

依據(jù)人才培養(yǎng)方案的能力要求，課題組構(gòu)建了四級能力培養(yǎng)體系。1、基礎(chǔ)設(shè)計層突顯計算機硬件課程實驗的基礎(chǔ)性。即針對要求學(xué)生必須掌握的基本硬件知識、技能設(shè)置相應(yīng)的驗證性實驗，突出單課程實驗與單臺儀器的基礎(chǔ)訓(xùn)練。2、綜合設(shè)計層主要目的是將學(xué)生所學(xué)知識在實驗過程中進行綜合運用，在課程的基本內(nèi)容基礎(chǔ)上開設(shè)一些設(shè)計型、綜合型實驗課程。3、應(yīng)用層設(shè)計的主要目的是增加一些反映實踐問題的研究環(huán)節(jié)，以拓寬實驗內(nèi)容，并且與科研、生產(chǎn)緊密結(jié)合，進一步加強學(xué)生的創(chuàng)新思維的能力。4、探索研究層主要是為學(xué)有余力和對計算機硬件有濃厚興趣的學(xué)生提供進一步學(xué)習(xí)、研究的平臺，培養(yǎng)理論與實踐都過硬的人才，進一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識。

計算機硬件實驗教學(xué)體系應(yīng)遵循循序漸進的原則。從基礎(chǔ)研究開始，逐漸到應(yīng)用與實踐、再到創(chuàng)新的過程。在這個過程中，教師應(yīng)加強大學(xué)生從微觀到宏觀、從技能實踐訓(xùn)練到綜合實踐能力訓(xùn)練、從探索研究到創(chuàng)新實踐能力的層次化培養(yǎng)過程。

3.2 實驗、實踐教學(xué)改革具體措施

3.2.1 以“計算機的系統(tǒng)能力培養(yǎng)”為目標(biāo)

在計算機硬件課程群實驗體系改革與建設(shè)的過程中，強調(diào)硬件課程體系的完整性和系統(tǒng)性。按照人才培養(yǎng)方案，計算機硬件實驗課程從第二學(xué)期開始到第六學(xué)期不間斷，硬件實驗、實踐的相互互補，實驗、實踐內(nèi)容前后連貫銜接，而層次在逐步提高。這樣可使硬件實踐課程訓(xùn)練系列化、層次化，從而系統(tǒng)強化學(xué)生的計算機硬件的動手能力、實踐能力。同時必須要調(diào)整好各門課程的開課順序，理順每門課程與前導(dǎo)課程以及后續(xù)課程之間的相互關(guān)系，才能確保計算機硬件課程體系的完整性與系統(tǒng)性。

3.2.2 采用“軟件與硬件”相結(jié)合的實驗方式

在計算機上調(diào)用元件、器件庫、連連接線路并畫圖、編寫激勵信號的文件，確定調(diào)用參數(shù)庫、跟蹤點以及模擬程序等“軟件”的手法設(shè)計硬件電路。在數(shù)字電路、計算機組成原理、微機原理的實驗教學(xué)中采用該種模式的實驗、實踐，軟件與硬件相結(jié)合，可以加強學(xué)生對計算機基礎(chǔ)知識的理解，提高學(xué)習(xí)硬件課程的興趣，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

3.2.3 在微型計算機原理與應(yīng)用

單片機原理與應(yīng)用等課程中采用Keil+Proteus的虛擬仿真實驗平臺，可以有效提高學(xué)生計算機硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件編程與軟硬件聯(lián)合調(diào)試的能力，滿足計算機專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新需求，充分發(fā)揮計算機專業(yè)學(xué)生的主觀能動性，彌補了實驗、實踐以及工程應(yīng)用之間相互脫節(jié)的矛盾。

3.2.4 以培養(yǎng)計算機應(yīng)用型人才為目標(biāo)，構(gòu)建三層實驗、實踐教學(xué)體系

集寧師范學(xué)院正在探索計算機類應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，逐漸形成了符合本院的三層實驗、實踐教學(xué)體系。第一層次：培養(yǎng)基礎(chǔ)理論與基本操作技能。該層次內(nèi)容包括硬件課程群實驗課程教學(xué)大綱規(guī)定的必修與選修的實驗內(nèi)容；第二層次：培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計與綜合應(yīng)用能力。該層次采取整周課程設(shè)計和綜合實驗的實踐，充分利用集寧師范學(xué)院計算機應(yīng)用技術(shù)中心這一實驗教學(xué)平臺，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力；第三層次：培養(yǎng)應(yīng)用開發(fā)與創(chuàng)新實踐能力。該層次的教學(xué)以企業(yè)實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等方式進行。要求學(xué)生在校外實踐教學(xué)基地結(jié)合企業(yè)實際項目進行應(yīng)用開發(fā)。

3.2.5 強化實踐訓(xùn)練，增加工程實訓(xùn)環(huán)節(jié)

計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是集寧師范學(xué)院的第一批本科專業(yè)，于2009年開始招生。在過去四年的教學(xué)中不斷的對人才培養(yǎng)方案進行改革，已經(jīng)過四次修訂。本次修訂幅度很大，從培養(yǎng)目標(biāo)及要求、培養(yǎng)方式與學(xué)期設(shè)置、培養(yǎng)模式、課程設(shè)置等都進行了修訂。經(jīng)過長期實驗教學(xué)探索，逐步實施了“3+1”人才培養(yǎng)模式。即學(xué)生在學(xué)校內(nèi)學(xué)習(xí)三年，每年由企業(yè)教師進行多次企業(yè)化課程實訓(xùn)，一次7至10天；學(xué)生畢業(yè)前一年在企業(yè)實習(xí)，接受專業(yè)綜合實踐、實訓(xùn)。通過分層次、分階段的實訓(xùn)、實習(xí)和實踐，學(xué)生可以更全面地了解工程實際需要、掌握設(shè)計的基本方法，從而提髙分析問題、綜合實踐能力。

3.2.6 改革人才培養(yǎng)方式

2013級計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方式為服務(wù)外包培養(yǎng)方式。該模式采用系統(tǒng)化的課程學(xué)習(xí)與工程實踐相結(jié)合的人才培養(yǎng)方式，是一種多維的、全新的應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，將“企業(yè)的內(nèi)容”以“培養(yǎng)的形式”來“完成對人才的培養(yǎng)”的體系。在培養(yǎng)中堅持基礎(chǔ)扎實、思維敏捷、知識寬廣、實踐突出、實踐訓(xùn)練有素等措施，努力使學(xué)生專業(yè)知識與實踐能力、理論基礎(chǔ)與科學(xué)素養(yǎng)、職業(yè)素質(zhì)與工程訓(xùn)練平衡發(fā)展。

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作者簡介：蔡紅梅（1973-），女，碩士研究生，副教授，研究方向：計算機控制。

作者單位：集寧師范學(xué)院計算機系，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000

基金項目：集寧師范學(xué)院2013年教改課題“計算機硬件課程群建設(shè)與研究—基于服務(wù)外包方向校企合作人才培養(yǎng)模式”（項目編號：JGKT2013006）研究成果之一。