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摘要：针对如何进行计算机硬件课程的改革与建设以适应软件工程人才培养的需求，一直是软件学院教学改苹和建设中的重要课题。该文通过作者通过近多年来的实践，对计算机硬件课程教学进行了改革和实践。
关键词：计算机硬件；基础课程；整合；改革；实践
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)04-0939-02
The Didactical Innovation and Practice of Computer Hardware Basic Course
WANG Xiao-wei, JIANG Yan
(Software College, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)
Abstract: It is an important task of how to innovate and build computer hardware course to meet the requirements of cultivating software engineer. This paper introduces the innovation of computer hardware course based on the author’s practical experiment.
Key words: computer hardware; basic course; conformity; innovation; practice
软件学院以及计算机软件类及信息工程如何进行计算机硬件课程教学，使软件学院和计算机软件类及信息工程类等学生在开发软件中具备所必需掌握的硬件知识。一直是软件学院软件学院以及计算机软件类及信息工程专业教学改革和建设中的重要环节。
这样一些专业培养计划的指导思想之一是培养学科基础厚、专业口径宽、综合能力强、整体素质高、能适应信息产业和软件产业需求的德、智、体全面发展的系统设计和开发的高级人才。为实现这一目标，我们从以下四个方面进行了教学内容和教学方法的改革和实践。本文将扼要地介绍在硬件课程改革和实践中一些做法和体会。
1 进行教材内容的整合
教材是教学之本。计算机专业硬件有三门核心课程：《计算机组成原理及系统结构》、《汇编语言程序设计》、《微型计算机原理及接口技术》，在学习完三门课程后应能具备硬件的基础知识和硬件基本开发能力，共需要约200学时，但在多年的实际教学过程中发现学生在学习完这些课程后并不具备这样的能力，而且不能很好地将这样一些内容进行进行有机的结合。这三门课程所使用的教材各自都很完善，均自成体系，但对于具有前继和后续关系的课程使用的教材而言，就会存在问题，这些教材内容有很多重复的地方，并且这些课程的内容衔接不好，学生学完之后，不能形成一个完整的硬件知识体系。有鉴于此，并结合软件学院(软件工程)和计算机软件类及信息工程学生培养目标，我们对这三门课程的内容进行了整合，力求达到内容精炼、重点突出，编写了一部《嵌入式硬件技术基础》教材。《嵌入式硬件技术基础》以80x86微处理器为主线，来阐述计算机的组成、体系结构及接口技术，并将汇编语言有机地融入到这些的技术中，编写完成的《嵌入式硬件技术基础》教材大约需要讲授120学时左右，使学生学完之后不再感到是三门独立的课程，并且会在学生的计算机专业知识体系中形成一个完整的硬件知识体系。
该教材的特点是：
1) 具有结构优化、内容精炼、重点突出的优点，基本上避免了原有三门课程之间内容重复过多的问题，体现了课程结构的合理性。
2) 教材中介绍了目前广泛使用的、成熟的硬件新技术，较好地体现了课程内容的先进性。
3) 教材各章有较多的应用举例和近200个习题，着眼于提高学生分析问题和解决问题的能力，较好地体现了课程教学的实用性。
4) 教材配有电子教案和习题解答，学生可从教学网站上下载，以方便学生课后的学习和复习。随着计算机技术迅速发展而不断出现的新器件和新部件和新技术、新知识也会在教学网站上找到。
2 实践教学的改革
实践教学的改革包括实践教学内容、实验教学方式和实践考核方式的改革。
2.1 实践教学内容
实践教学是此门课程教学环节中非常重要的教学环节，培养学生实践技能的必修课，也是培养学生科学素质和实践能力的重要途径。实践教学的内容可分为三类：验证性实践、设计性实践、综合性实践。
验证性实践是利用实验讲义，根据已经设计好的实验要求和实验步骤完成实验，测试所需数据，并对数据进行解释，验证相应理论的正确性。验证性实践是从书本理论走向实际的第一步，对学生而言是必经阶段、是基础。只有夯实基础，掌握实验基本技能，培养初步的发现问题、分析问题、解决问题的能力，才能顺利地进入到完成综合性、设计性实践的更高阶段。
设计性实践是给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，设计性实践需要学生在深刻理解理论知识的基础上，运用理论知识去解决实际问题，达到理论知识与应用实践相结合，这样的过程对于学生创新意识的培养，动手能力的培养、分析问题、解决问题的能力培养是非常重要的，只有具备了这样一些能之后才能顺利地进入到完成综合性实践的更高阶段。本课程的设计性实践有十个题目，学生可以自主选题。为检践学生在原理与接口综合应用方面分析问题与解决问题的能力，同时亦给学生提供更多、更好的训练机会，本章给出了 10 道微机硬件应用综合测试题。为完成每个试验，至少需要选用 PC 总线微机实验装置中 3 部分以上的硬件电路（还需将它们有机组合起来）并编制相应的应用软件。为了发挥每一个同学的创造能力，每一测试题除了题目外仅给出设计要求（又分基本要求与进一步要求两部分）及很少的设计提示。学生可根据设计要求，选择最合适的器件，构成最有效的硬件电路来完成。对于学有余力的学生，除了完成基本要求与进一步要求的内容外，还可对同一题选择不同的器件（而这往往总是能做到的）构成不同的硬件电路，尽情发挥和创造。
综合性实践是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。综合性实践培养学生科学素质和实践能力的最高阶段. 对每个综合设计一般只提设计的内容与要求，不給出具体的实验原理图与参考程序，学生可根据设计要求，选择最合适的器件，构成最有效的硬件电路来完成。 每个综合设计需要综合应用多种微机接口与其它单元电路 (3部分以上) 编制相应的应用软件来构成一个小的微机应用系统。实验的重点在单元电路的综合应用、软件的分析设计、软件的动态条是与硬件故障排除。可选的综合设计测试题包括：乒乓球比赛、移动靶射击比赛、反应测试仪、抢答计时器、电子琴、猜数字游戏、比赛计算器、参数可调波形发生器、模拟电梯、硬件实验装置自检。
2.2 实践教学方式
实践教学一定使学生成为实践教学的主体。长期以来，在强调对大学生能力培养的同时，确忽略了实践教学方式的改革，不仅不重视设计性和综合性实践，又容易把验证性实践摆在无关紧要的位置，验证性实践本身的特殊性，使教师只能采用单一的示范法教，学生只能机械地模仿着学。这种按部就班的方法自然对学生自觉地提高能力没什么作用。在验证性实践教学中要改变传统的教学方法，把培养学生的实践能力、观察和思维能力验证性实践能锻炼学生独立操作仪器设备的能力；培养学生了解各种仪器仪表的性能，掌握调试的基本方法的能力；根据现象运用已学知识进行分析、判断的思路告诉学生，让学生掌握思维方法。然后老师与学生一起结合实践技巧与实验现象的观察进行总结，把现象上升到理论，这样既培养实践技能又加深思维能力的培养。
实践证明，设计性和综合性实践，培养学生对实践中各种问题的观察、分析和判断能力，对学生的综合实践能力有着不可低估的作用。教学过程中，教师的启发、诱导、言行举止对学生都起着潜移默化的作用。在辅导中，教师要不断引导学生用学过的基础知识分析观察到的实验现象，扩展他们的思想，培养他们的探索和创新精神，使学生总是处于积极探索的状态中，这才能使我们的实践教学达到预期效果。
2.3 实践考核方式
对实践教学不再是上完课之后随便给成绩，而是在每次实验结束后，由任课教师通过在课堂的随机提问的结果并结合实验报告的成绩给出，并且增大实践课程在整个课程成绩中所占的比重，在此门课程中，实践成绩占总成绩的40%，以此来激励学生重视实践，达到学生的创新意识和动手能力的培养。
3 教学网络平台的建设
教学网络平台的建设包括教学网站的建设，教学资源网络的建设，相关信息资源网络的建设。
建立教学网站是一种完全跨越时空的辅助教学模式。作为一个完整的教学系统，课堂内外的教与学是两个缺一不可极其重要的教学环节。为了保证教师与学生之间必要的课外交流，解决在上课以外的时间里学生遇到的各种问题，解决教师对学生进行课外教学辅导问题，加强学生与教师的互动性，提高学习的效率，提高学生的学习兴趣，达到更好的教学效果，进行了该课程的《嵌入式硬件技术基础》教学网站的建设。除具备一般教学网站應具有的基本功能外，还具有题库系统和评价功能，学生可以在教学过程中随时进行测试，也可分若干阶段进行随机抽题测试，并能给出准确的评价。学生在学习过程中随时能发现自己所学知识的薄弱环节，从而提高学生的学习兴趣、自主学习能力及学习的主动性，同时锻炼和提高学生综合信息的利用能力，教师也会获取来自学生的反馈信息，及时调整和改进教学环节。
4 教师队伍建设
参加《嵌入式硬件技术基础》课程建设的教师队伍由老、中、青教师组成，使得该课程建设有很好的教师梯队，而且这些教师一直从事硬件课程的教学工作，具有丰富的教学经验和实践经验，使这门课程无论在理论教学还是实践教学方面，都具有非常优秀的教学团队，他们是《嵌入式硬件技术基础》课程建设非常宝贵的财富。
5 结束语
上面只是计算机硬件基础课程教学改革的一部分，如何适应新形势、新技术是这门课程需要不断进行完善的原因。下一步的工作是开发出一套《计算机硬件技术基础》实践平台，达到更好的实践效果。
参考文献：
[1] 李大奎.立足创新人才培养模式的“计算机硬件技术基础”课程体系的改革与实践[C]//大学计算机课程报告论坛论文集,2007.北京:高等教育出版社,2008.
[2] 教育部计算机科学与技术专业教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范[S].北京: 高等教育出版社,2007.
[3] 教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业实践教学体系与规范[S].北京: 清华大学出版社,2009.
关键词：计算机硬件；基础课程；整合；改革；实践
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)04-0939-02
The Didactical Innovation and Practice of Computer Hardware Basic Course
WANG Xiao-wei, JIANG Yan
(Software College, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)
Abstract: It is an important task of how to innovate and build computer hardware course to meet the requirements of cultivating software engineer. This paper introduces the innovation of computer hardware course based on the author’s practical experiment.
Key words: computer hardware; basic course; conformity; innovation; practice
软件学院以及计算机软件类及信息工程如何进行计算机硬件课程教学，使软件学院和计算机软件类及信息工程类等学生在开发软件中具备所必需掌握的硬件知识。一直是软件学院软件学院以及计算机软件类及信息工程专业教学改革和建设中的重要环节。
这样一些专业培养计划的指导思想之一是培养学科基础厚、专业口径宽、综合能力强、整体素质高、能适应信息产业和软件产业需求的德、智、体全面发展的系统设计和开发的高级人才。为实现这一目标，我们从以下四个方面进行了教学内容和教学方法的改革和实践。本文将扼要地介绍在硬件课程改革和实践中一些做法和体会。
1 进行教材内容的整合
教材是教学之本。计算机专业硬件有三门核心课程：《计算机组成原理及系统结构》、《汇编语言程序设计》、《微型计算机原理及接口技术》，在学习完三门课程后应能具备硬件的基础知识和硬件基本开发能力，共需要约200学时，但在多年的实际教学过程中发现学生在学习完这些课程后并不具备这样的能力，而且不能很好地将这样一些内容进行进行有机的结合。这三门课程所使用的教材各自都很完善，均自成体系，但对于具有前继和后续关系的课程使用的教材而言，就会存在问题，这些教材内容有很多重复的地方，并且这些课程的内容衔接不好，学生学完之后，不能形成一个完整的硬件知识体系。有鉴于此，并结合软件学院(软件工程)和计算机软件类及信息工程学生培养目标，我们对这三门课程的内容进行了整合，力求达到内容精炼、重点突出，编写了一部《嵌入式硬件技术基础》教材。《嵌入式硬件技术基础》以80x86微处理器为主线，来阐述计算机的组成、体系结构及接口技术，并将汇编语言有机地融入到这些的技术中，编写完成的《嵌入式硬件技术基础》教材大约需要讲授120学时左右，使学生学完之后不再感到是三门独立的课程，并且会在学生的计算机专业知识体系中形成一个完整的硬件知识体系。
该教材的特点是：
1) 具有结构优化、内容精炼、重点突出的优点，基本上避免了原有三门课程之间内容重复过多的问题，体现了课程结构的合理性。
2) 教材中介绍了目前广泛使用的、成熟的硬件新技术，较好地体现了课程内容的先进性。
3) 教材各章有较多的应用举例和近200个习题，着眼于提高学生分析问题和解决问题的能力，较好地体现了课程教学的实用性。
4) 教材配有电子教案和习题解答，学生可从教学网站上下载，以方便学生课后的学习和复习。随着计算机技术迅速发展而不断出现的新器件和新部件和新技术、新知识也会在教学网站上找到。
2 实践教学的改革
实践教学的改革包括实践教学内容、实验教学方式和实践考核方式的改革。
2.1 实践教学内容
实践教学是此门课程教学环节中非常重要的教学环节，培养学生实践技能的必修课，也是培养学生科学素质和实践能力的重要途径。实践教学的内容可分为三类：验证性实践、设计性实践、综合性实践。
验证性实践是利用实验讲义，根据已经设计好的实验要求和实验步骤完成实验，测试所需数据，并对数据进行解释，验证相应理论的正确性。验证性实践是从书本理论走向实际的第一步，对学生而言是必经阶段、是基础。只有夯实基础，掌握实验基本技能，培养初步的发现问题、分析问题、解决问题的能力，才能顺利地进入到完成综合性、设计性实践的更高阶段。
设计性实践是给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，设计性实践需要学生在深刻理解理论知识的基础上，运用理论知识去解决实际问题，达到理论知识与应用实践相结合，这样的过程对于学生创新意识的培养，动手能力的培养、分析问题、解决问题的能力培养是非常重要的，只有具备了这样一些能之后才能顺利地进入到完成综合性实践的更高阶段。本课程的设计性实践有十个题目，学生可以自主选题。为检践学生在原理与接口综合应用方面分析问题与解决问题的能力，同时亦给学生提供更多、更好的训练机会，本章给出了 10 道微机硬件应用综合测试题。为完成每个试验，至少需要选用 PC 总线微机实验装置中 3 部分以上的硬件电路（还需将它们有机组合起来）并编制相应的应用软件。为了发挥每一个同学的创造能力，每一测试题除了题目外仅给出设计要求（又分基本要求与进一步要求两部分）及很少的设计提示。学生可根据设计要求，选择最合适的器件，构成最有效的硬件电路来完成。对于学有余力的学生，除了完成基本要求与进一步要求的内容外，还可对同一题选择不同的器件（而这往往总是能做到的）构成不同的硬件电路，尽情发挥和创造。
综合性实践是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。综合性实践培养学生科学素质和实践能力的最高阶段. 对每个综合设计一般只提设计的内容与要求，不給出具体的实验原理图与参考程序，学生可根据设计要求，选择最合适的器件，构成最有效的硬件电路来完成。 每个综合设计需要综合应用多种微机接口与其它单元电路 (3部分以上) 编制相应的应用软件来构成一个小的微机应用系统。实验的重点在单元电路的综合应用、软件的分析设计、软件的动态条是与硬件故障排除。可选的综合设计测试题包括：乒乓球比赛、移动靶射击比赛、反应测试仪、抢答计时器、电子琴、猜数字游戏、比赛计算器、参数可调波形发生器、模拟电梯、硬件实验装置自检。
2.2 实践教学方式
实践教学一定使学生成为实践教学的主体。长期以来，在强调对大学生能力培养的同时，确忽略了实践教学方式的改革，不仅不重视设计性和综合性实践，又容易把验证性实践摆在无关紧要的位置，验证性实践本身的特殊性，使教师只能采用单一的示范法教，学生只能机械地模仿着学。这种按部就班的方法自然对学生自觉地提高能力没什么作用。在验证性实践教学中要改变传统的教学方法，把培养学生的实践能力、观察和思维能力验证性实践能锻炼学生独立操作仪器设备的能力；培养学生了解各种仪器仪表的性能，掌握调试的基本方法的能力；根据现象运用已学知识进行分析、判断的思路告诉学生，让学生掌握思维方法。然后老师与学生一起结合实践技巧与实验现象的观察进行总结，把现象上升到理论，这样既培养实践技能又加深思维能力的培养。
实践证明，设计性和综合性实践，培养学生对实践中各种问题的观察、分析和判断能力，对学生的综合实践能力有着不可低估的作用。教学过程中，教师的启发、诱导、言行举止对学生都起着潜移默化的作用。在辅导中，教师要不断引导学生用学过的基础知识分析观察到的实验现象，扩展他们的思想，培养他们的探索和创新精神，使学生总是处于积极探索的状态中，这才能使我们的实践教学达到预期效果。
2.3 实践考核方式
对实践教学不再是上完课之后随便给成绩，而是在每次实验结束后，由任课教师通过在课堂的随机提问的结果并结合实验报告的成绩给出，并且增大实践课程在整个课程成绩中所占的比重，在此门课程中，实践成绩占总成绩的40%，以此来激励学生重视实践，达到学生的创新意识和动手能力的培养。
3 教学网络平台的建设
教学网络平台的建设包括教学网站的建设，教学资源网络的建设，相关信息资源网络的建设。
建立教学网站是一种完全跨越时空的辅助教学模式。作为一个完整的教学系统，课堂内外的教与学是两个缺一不可极其重要的教学环节。为了保证教师与学生之间必要的课外交流，解决在上课以外的时间里学生遇到的各种问题，解决教师对学生进行课外教学辅导问题，加强学生与教师的互动性，提高学习的效率，提高学生的学习兴趣，达到更好的教学效果，进行了该课程的《嵌入式硬件技术基础》教学网站的建设。除具备一般教学网站應具有的基本功能外，还具有题库系统和评价功能，学生可以在教学过程中随时进行测试，也可分若干阶段进行随机抽题测试，并能给出准确的评价。学生在学习过程中随时能发现自己所学知识的薄弱环节，从而提高学生的学习兴趣、自主学习能力及学习的主动性，同时锻炼和提高学生综合信息的利用能力，教师也会获取来自学生的反馈信息，及时调整和改进教学环节。
4 教师队伍建设
参加《嵌入式硬件技术基础》课程建设的教师队伍由老、中、青教师组成，使得该课程建设有很好的教师梯队，而且这些教师一直从事硬件课程的教学工作，具有丰富的教学经验和实践经验，使这门课程无论在理论教学还是实践教学方面，都具有非常优秀的教学团队，他们是《嵌入式硬件技术基础》课程建设非常宝贵的财富。
5 结束语
上面只是计算机硬件基础课程教学改革的一部分，如何适应新形势、新技术是这门课程需要不断进行完善的原因。下一步的工作是开发出一套《计算机硬件技术基础》实践平台，达到更好的实践效果。
参考文献：
[1] 李大奎.立足创新人才培养模式的“计算机硬件技术基础”课程体系的改革与实践[C]//大学计算机课程报告论坛论文集,2007.北京:高等教育出版社,2008.
[2] 教育部计算机科学与技术专业教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范[S].北京: 高等教育出版社,2007.
[3] 教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业实践教学体系与规范[S].北京: 清华大学出版社,2009.