楊鑫

摘要：計算機科學(xué)與技術(shù)是當(dāng)今發(fā)展最迅速的學(xué)科之一，同時計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)也是我國工科教育中在校生最多的專業(yè)?！坝嬎銠C組成原理”等計算機硬件類課程是計算機專業(yè)的重要核心課程，也是計算機系統(tǒng)知識體系的重要組成部分，更是直接培養(yǎng)計算機硬件專業(yè)人才的重要途徑。本文對計算機硬件課程實驗教學(xué)進行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：計算機;硬件課程;實驗教學(xué)

引言

實驗課程不僅是理論課程的延續(xù)，也是其內(nèi)容的補充和提升。如果因為學(xué)生理論課程學(xué)習(xí)不夠深入而淡化實驗課程，實驗課程內(nèi)容簡單而無趣，則學(xué)生更不會主動學(xué)習(xí)該課程。如果學(xué)生理論課程學(xué)習(xí)較好，而實驗課程不夠豐富或過于枯燥，則可能會對理論課的學(xué)習(xí)起負面影響。反之，如果能合理布置實驗課程，則能使實驗課程與理論課程相互促進，使學(xué)生因興趣而主動學(xué)習(xí)，使理論與實踐共同提高。本文主要從課前操作、思政案例引入、實驗指導(dǎo)過程及課程制度激勵等方面進行分析，通過對實驗課的精心設(shè)計與布置，能很好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)計算機硬件課程的興趣，使學(xué)生積極主動地投入計算機硬件相關(guān)方向的學(xué)習(xí)與研發(fā)當(dāng)中來。

1目前現(xiàn)狀

1.1理論講解與實際操作聯(lián)系不緊密

當(dāng)前的科技制作教學(xué)以理論概念和知識點的講解為首要任務(wù)。課堂授課過程中教師首先講解各實踐電路的知識點，并以教師講授為主，學(xué)生訓(xùn)練為輔，學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)主動性和參與度不高。其次，教師在授課過程中往往忽視了對于課本知識點與實際電路之間聯(lián)系的引導(dǎo)和啟發(fā)，而以正確操作步驟的講解為主要出發(fā)點。課程實踐通常是在理論課程學(xué)習(xí)之后，先理論后實踐的教學(xué)模式造成了學(xué)生在知識理解與動手實踐之間的間隔，實踐時理論知識記憶模糊，這使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果不佳。

1.2考核方式單一

由于選題一致，實現(xiàn)方案一致，對學(xué)生科技作品的考核方式以教師的主觀評價為主。這種考核方式偏重于結(jié)果，忽視了對于學(xué)生從問題分析、方案設(shè)計、元器件選擇、邏輯設(shè)計、軟件設(shè)計、測試系統(tǒng)設(shè)計、軟硬件聯(lián)合調(diào)試、文檔編寫等，全流程工程實踐能力的引導(dǎo)、培養(yǎng)和考核，以及學(xué)生終身學(xué)習(xí)、團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。

2基于雙路互引的教學(xué)方法與手段

2.1提問引導(dǎo)

首先以原有的指令知識為基礎(chǔ)，提出“MIPS指令如何在CPU上執(zhí)行/CPU如何實現(xiàn)MIPS指令”引導(dǎo)學(xué)生思考如何將指令和硬件聯(lián)系起來。從專業(yè)知識產(chǎn)生的問題啟發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)精神和敢于探究的品德。然后，以“數(shù)據(jù)通路有哪幾類主要部件，這些部件如何構(gòu)成數(shù)據(jù)通路”的問題，啟發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生開拓創(chuàng)新的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)專注的工程師品格。最后，通過思考“我國芯片行業(yè)有哪些短板”的問題來激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)高精尖的知識，爭取自主研發(fā)掌握最新技術(shù)，為國家的硬件事業(yè)而奮斗的民族自豪感和愛國情懷。

2.2技術(shù)剖析

首先，通過剖析“CPU的設(shè)計與計算機性能的關(guān)系”一層一層地說明CPU的設(shè)計與實現(xiàn)決定了CPI和時鐘周期，從而直接影響計算機的性能，從技術(shù)分析的角度培養(yǎng)學(xué)生不怕困難和思辨的邏輯思維。其次，通過剖析CPU芯片制造工藝的技術(shù)節(jié)點標(biāo)準(zhǔn)，來解釋每一代芯片之間的“代差”，使學(xué)生明白納米工藝對于面積來說是指兩代芯片之間算力翻倍的關(guān)系，從而啟迪學(xué)生形成去除表象的思辨邏輯，引導(dǎo)其形成去偽存真的科學(xué)素養(yǎng)。

3計算機硬件課程實驗教學(xué)

3.1思政教學(xué)效果

CPU數(shù)據(jù)通路概述是計算機硬件基礎(chǔ)課程中的一個重要的知識模塊，可以將其作為思政元素融入專業(yè)知識的一個教學(xué)案例。本案例從MIPS指令開始引入，過渡到數(shù)據(jù)通路的設(shè)計，最后介紹CPU的制造與工藝，并討論中國芯片的發(fā)展現(xiàn)狀，引入華為芯片事件，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。整個課堂內(nèi)容組織邏輯清晰，以芯片的設(shè)計制造和工藝為主線，課堂講授和視頻教學(xué)相結(jié)合，融入了許多思政要素，例如精益求精的工匠精神、技術(shù)興國的愛國情懷等。從總體上來說，該思政案例教學(xué)效果良好，學(xué)生學(xué)習(xí)氛圍濃烈。

3.2多渠道、系統(tǒng)性地強化實踐教學(xué)體系

工程教育認(rèn)證尤其注重大學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。針對計算機硬件課程實踐教學(xué)，在硬件課程教學(xué)過程中進一步建立多渠道、系統(tǒng)性的實踐教學(xué)體系，為學(xué)生創(chuàng)造更完備的專業(yè)實踐平臺和更充分的專業(yè)實踐機會：（1）建立專業(yè)課程與學(xué)科競賽的學(xué)賽融合機制，鼓勵學(xué)生積極參與各類學(xué)科競賽，在專業(yè)教師認(rèn)可的前提下，支持學(xué)生在課程設(shè)計教學(xué)周以相關(guān)學(xué)科競賽項目替代專業(yè)課程設(shè)計題目，支持專業(yè)課教師指導(dǎo)學(xué)生積極參與相關(guān)學(xué)科競賽，并將競賽題目進一步延伸拓展為課程設(shè)計題目及畢業(yè)設(shè)計題目等，既為參與學(xué)科競賽的學(xué)生提供更充足的競賽準(zhǔn)備時間，又為理論教學(xué)提供了更豐富的實踐訓(xùn)練機會。（2）探索開放實驗室及口袋實驗室實踐教學(xué)模式。傳統(tǒng)的硬件課程專業(yè)實驗室多采用實驗箱作為學(xué)生實驗實踐平臺，但實驗箱不僅成本高，而且不便于攜帶和借出。為此，硬件專業(yè)課實驗平臺選用一定量的開發(fā)板替代實驗箱，既滿足專業(yè)課程的實踐教學(xué)要求，也可以隨時隨地地將開發(fā)板出借給學(xué)生進行硬件實踐訓(xùn)練，以支持學(xué)生積極參與各類學(xué)科競賽，更好地完成硬件類畢業(yè)設(shè)計。（3）探索面向本科專業(yè)教學(xué)的校企聯(lián)合實驗室實踐教學(xué)模式。目前與10余家中小企業(yè)合作建立了“長安大學(xué)信息工程學(xué)院智慧物聯(lián)”聯(lián)合實驗室。由企業(yè)提出一些需要解決的小微技術(shù)問題，并以獎學(xué)金的形式支持聯(lián)合實驗室開展相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新和課題研究，聯(lián)合實驗室指派專業(yè)課教師組織和指導(dǎo)有興趣的學(xué)生在課余開展課題研究，讓學(xué)生充分體驗專業(yè)知識如何用于解決工程實踐問題，讓專業(yè)知識學(xué)以致用。

3.3課程制度與激勵

各專業(yè)理論課程和實驗課程最大的問題就是課程知識點不能協(xié)調(diào)統(tǒng)一，學(xué)生學(xué)習(xí)到的是孤立的課程知識，不能很好地明白這些課程之間到底有什么聯(lián)系，不能立即從事相關(guān)的項目設(shè)計與開發(fā)，從而可能會認(rèn)為學(xué)習(xí)這些課程枯燥而無用。所以，應(yīng)由學(xué)院統(tǒng)一組織，各專業(yè)內(nèi)課程之間的教學(xué)內(nèi)容和實驗內(nèi)容形成統(tǒng)一規(guī)劃，使各課程教學(xué)內(nèi)容相互銜接而有序，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和設(shè)計。為了提高學(xué)生對專業(yè)前沿和背景知識的了解，為了提高學(xué)生的項目設(shè)計能力，甚至可以統(tǒng)一規(guī)劃各理論課程和實驗課程的思政元素內(nèi)容和插入方式等。設(shè)置激勵制度，鼓勵學(xué)生實驗操作和參與學(xué)科競賽等的積極性。為鼓勵學(xué)生更積極地做好實驗，可設(shè)置一些獎懲措施，如每次實驗課第一組完成實驗的可給予平時成績加分等。通過開放實驗室、DIY實驗室等提高學(xué)生的動手能力和設(shè)計能力，進而提高學(xué)生參與各種大賽的積極性。可設(shè)置獎勵措施，對參加全國性學(xué)科競賽的學(xué)生和指導(dǎo)教師根據(jù)成績分別給予形式不同的獎勵。

結(jié)束語

通過計算機硬件基礎(chǔ)課程CPU數(shù)據(jù)通路概述的課堂實例，提出一種專業(yè)知識點與思政元素互相引導(dǎo)的雙路互引教學(xué)方法與觀點，其優(yōu)勢在于使專業(yè)知識與思政元素結(jié)合得更加協(xié)調(diào)并互相交融，這種思路的意義在于，對思政元素的隱式融入專業(yè)知識進行了有益的嘗試。在未來，我們還要將本文的思想與方法運用到大數(shù)據(jù)專業(yè)的其他課程，以期能產(chǎn)生更多更好的課堂思政教學(xué)方法。

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