淺談計算機硬件系列課程體系改革論文

　　1 計算機硬件系列課程體系的構(gòu)建

　　近年來， 微電子技術(shù)和計算機技術(shù)得到迅猛發(fā)展， 主要體現(xiàn)在：

　�。�1）微型計算機系統(tǒng)從IBM PC /XT 發(fā)展到奔騰；

　�。�2）計算機技術(shù)與微電子技術(shù)的緊密結(jié)合， 使嵌入式計算機系統(tǒng)得到飛速發(fā)展， 也使得嵌入式片上系統(tǒng)SoC 獲得廣泛應(yīng)用；

　　（3）計算機仿真技術(shù)的快速發(fā)展， 使得電子線路的設(shè)計、分析和仿真試驗更加便捷、高效， 出現(xiàn)了許多針對不同應(yīng)用層次的EDA 軟件；

　�。�4）軟件技術(shù)的快速發(fā)展， 使得電氣與自動化專業(yè)領(lǐng)域中的大量數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)處理等工作更為方便， 算法實現(xiàn)更為容易。

　　為此， 筆者以嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用為最終目標(biāo)， 建立完整的電氣與自動化專業(yè)計算機能力培養(yǎng)體系為宗旨， 構(gòu)建了計算機硬件系列課程體系。在該系列課程體系中， 以“計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)”為基礎(chǔ)主干部分， 以其它幾門課程為應(yīng)用和提高部分， 形成一套系列化的計算機硬件教學(xué)體系。該系列課程從體系結(jié)構(gòu)上劃分為三個層次：基礎(chǔ)層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層

　　在該三層體系結(jié)構(gòu)中， 基礎(chǔ)層為“數(shù)字電子技術(shù)”課程， 該課程雖然在教學(xué)體系上不屬于計算機硬件系列課程， 但它是計算機硬件系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)， 是必修的前續(xù)課；在系統(tǒng)層中， 以“ 計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程為主， 輔之以配套的“計算機接口實驗” 和“計算機課程設(shè)計”兩門實踐性課程， 是硬件系列中最重要的課程；應(yīng)用層中， 主要以嵌入式技術(shù)為核心， 設(shè)置了“單片微機測控系統(tǒng)” 、“DSP 實用技術(shù)”以及“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計” 課程， 且每門課程都配有相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)。

　　2 改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系

　　計算機硬件系列課程建設(shè)的一個重要目的是：使電氣與自動化專業(yè)的學(xué)生在學(xué)好計算機硬件基礎(chǔ)知識的前提下， 掌握一些重要的新概念、新知識和新技術(shù)， 達(dá)到掌握計算機應(yīng)用知識的較先進(jìn)水平。為了使學(xué)生在學(xué)過該系列課程后具備較強的實際動手能力和計算機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力， 在該系列課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上體現(xiàn)出基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實用性和先進(jìn)性， 既要重視計算機硬件的基礎(chǔ)內(nèi)容， 又要結(jié)合當(dāng)今電子與計算機的`最新發(fā)展。為此， 我們對系列課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系進(jìn)行了改革創(chuàng)新。

　�。�1）“計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)”在計算機硬件系統(tǒng)

　　組成與結(jié)構(gòu)、掌握計算機應(yīng)用方法等方面為學(xué)生打下基礎(chǔ)， 也為后續(xù)專業(yè)課程的應(yīng)用提供了必不可少的計算機硬件基礎(chǔ)知識。

　　該課程在優(yōu)化原有基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上， 增加了高檔微機系統(tǒng)涉及的部分內(nèi)容， 形成由三大模塊組成的課程體系：

　�、倩�本模塊， 主要以16 位8086 為背景組成的微機系統(tǒng)作為核心內(nèi)容， 這樣可以保持較長的穩(wěn)定教學(xué)時間， 確保教學(xué)內(nèi)容的相對穩(wěn)定性和基本教學(xué)質(zhì)量；

　　②提高模塊， 重點以Pent ium 處理器為核心內(nèi)容的， 以跟上新技術(shù)發(fā)展的速度。主要講解CPU 的保護(hù)模式、Pentium 處理器的結(jié)構(gòu)、超標(biāo)量流水線體系結(jié)構(gòu)的特點、高速緩沖存儲器（Cache）和虛擬存儲器、以及現(xiàn)代PC 機的總線技術(shù)等等；

　�、蹜�(yīng)用模塊， 以微機接口技術(shù)為主要內(nèi)容， 包括中斷技術(shù)概念、Pentium 處理器的中斷機理、典型接口芯片的工作原理及應(yīng)用。課程教學(xué)既保留了國內(nèi)目前廣泛采用的16 位微機系統(tǒng)的基本內(nèi)容， 又緊跟了時代的發(fā)展， 使教學(xué)體系具有先進(jìn)性和實用性。

　�。�2）“單片微機測控系統(tǒng)”是一門實用性和應(yīng)用型很強的課程。原來只介紹MCS — 51 系列單片機的原理及其應(yīng)用。隨著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛， 筆者增加了嵌入式系統(tǒng)部分的內(nèi)容， 使學(xué)生對當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用有所了解。從課程體系上由單片機原理、單片機測控系統(tǒng)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)概述三大模塊組成。

　　（3）“DSP 實用技術(shù)”課程面向嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域（各種自動化儀器儀表、控制系統(tǒng)等）， 構(gòu)建基于DSP 的高性能嵌入式測控系統(tǒng)。教學(xué)內(nèi)容包括TMS320C2000 系列DSP 原理、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法，通過理論講授、實驗教學(xué)， 使得學(xué)生掌握先進(jìn)的DSP 技術(shù)及其應(yīng)用設(shè)計方法。

　�。�4）“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計”課程主要從拓寬學(xué)生的知識面， 提高學(xué)生的應(yīng)用能力和工程能力出發(fā)， 介紹下列主要內(nèi)容：

　　①EDA 技術(shù)的基本概念與方法；

　　②可編程邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)與原理；

　　③VHDL 語言的元素和基本描述方式；

　�、茈娮釉O(shè)計自動化軟件平臺MAXPLUS II 的使用介紹；

　�、輸�(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本方法；

　�、迶�(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的工程應(yīng)用實例。

　　3 改革課堂教學(xué)模式和教學(xué)方法， 提高教學(xué)質(zhì)量

　　計算機硬件系列課程教學(xué)內(nèi)容多， 技術(shù)發(fā)展快，而各課程學(xué)時數(shù)緊張， 這就要求我們的課堂教學(xué)， 不僅要跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿， 不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系， 而且要采用新的教學(xué)模式， 使學(xué)生更多、更好地掌握相關(guān)的知識和技能， 以提高教學(xué)效率。

　�。�1）在課堂上力求采用啟發(fā)式、互動式教學(xué)方法在課堂上教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容， 特別對一些難點部分， 不斷地以啟發(fā)方式提出問題、設(shè)置疑難， 使學(xué)生在思考中獲得知識。同時增加與學(xué)生的互動性，通過不斷提出問題、回答問題， 引導(dǎo)學(xué)生積極思考，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性， 加深對問題的理解。

　　（2）采取多種教學(xué)形式， 加強學(xué)生能力的培養(yǎng)對有些課程內(nèi)容教師先講要點， 然后可設(shè)計幾個關(guān)鍵問題， 啟發(fā)學(xué)生思維， 讓學(xué)生課后精心準(zhǔn)備，在此基礎(chǔ)上組織討論， 由教師最后進(jìn)行歸納總結(jié)。而對于一些以原理為輔、記憶和應(yīng)用為主的內(nèi)容， 則可采用以學(xué)生自學(xué)為主、教師精講、學(xué)生多練的教學(xué)方法。

　　（3）運用現(xiàn)代化教學(xué)手段， 提高教學(xué)質(zhì)量

　　教學(xué)手段是完成教學(xué)任務(wù)、實現(xiàn)教學(xué)目的的重要教學(xué)媒體， 在教學(xué)過程中靈活使用多種教學(xué)手段。由于計算機硬件系列課程中涉及的各類硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 課程內(nèi)容多， 學(xué)生不易理解， 因此開發(fā)了硬件系列相關(guān)課程的CAI 教學(xué)課件， 充分利用計算機的多媒體功能。通過動畫技術(shù)、動態(tài)模擬、圖形等手段，幫助學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容， 增大課堂信息量， 提高教學(xué)質(zhì)量。同時以課件為基礎(chǔ)， 開發(fā)硬件系列課程網(wǎng)站， 以作為課程教學(xué)的輔助手段。

　　4 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革創(chuàng)新

　　計算機硬件系列課程的重要特點之一是工程性、實踐性很強， 因此實驗教學(xué)是課程教學(xué)一個很重要的環(huán)節(jié)。學(xué)生只有通過足夠的實驗操作和一定數(shù)量的綜合設(shè)計性實驗， 才能加深理解和掌握相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)， 初步具備計算機硬件技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用能力。

　　（1）實驗內(nèi)容的改革

　　每門課在實驗內(nèi)容上都分為三個層次：驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗。這里：

　　①驗證性實驗：難度較低， 以現(xiàn)有的實驗平臺為主， 實驗程序往往是現(xiàn)成的；

　�、谠O(shè)計性實驗：要求學(xué)生在現(xiàn)有實驗平臺的基礎(chǔ)上掌握部分電路設(shè)計和程序設(shè)計的內(nèi)容及方法；

　　③綜合性實驗：要求學(xué)生具有多方面的知識， 注重所學(xué)理論知識的綜合應(yīng)用。

　�。�2）實驗方式的改革

　　在實驗方式上分為三種：基本實驗；開放性實驗；課程設(shè)計。其中：

　　①基本實驗包括驗證性實驗和簡單設(shè)計性實驗；

　�、陂_放性實驗為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好、學(xué)有余力的學(xué)生， 提供開放性實驗的條件。結(jié)合老師的科研， 布置一些與實際工程應(yīng)用有關(guān)的設(shè)計性、研究探索性或綜合應(yīng)用性實驗任務(wù)；

　　③課程設(shè)計主要是進(jìn)行綜合性實驗， 使學(xué)生能有效地將所學(xué)知識應(yīng)用于實際中。

　　5 結(jié)束語

　　構(gòu)建合理的計算機硬件課程體系， 對培養(yǎng)學(xué)生良好的計算機硬件基礎(chǔ)， 提高學(xué)生在本專業(yè)領(lǐng)域綜合應(yīng)用計算機的能力至關(guān)重要。通過計算機硬件系列課程體系建設(shè)及系列課程的教學(xué)改革實踐， 完善了課程體系， 改革了各個教學(xué)環(huán)節(jié)， 在教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實驗教學(xué)等方面做了許多工作。隨著計算機的不斷發(fā)展， 計算機硬件課程建設(shè)和教學(xué)改革是一項長期不懈的工作， 需要不斷完善。

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