改革计算机硬件课程群实践教学体系

1、改革计算机硬件课程群理论教学体系传统理论教学往往缺少实用性和新颖性， 缺少个性化， 形式单调， 造成学生的动手、独立分析和解决问题等才能较弱。此外，高校不断扩招，学生人数急剧增加，而理论环节由于人力、物力等限制， 相对矛盾日益突出，因此，如何在新形势下加强对学生的工程理论才能的培养，成为高校本科教育的一个重大课题。计算机科学与技术专业为吉首大学重点建立专业，该专业将推进理论教学改革，构筑科学合理的理论体系，作为培育优秀大学生的理论才能和创新才能的一项重要措施。计算机硬件理论教学属于计算机类专业教学的重要组成部分，核心课程包括电子技术根底、计算机组成原理、单片机原理与应用、嵌入式系统应用、微型计

2、算机原理及应用等课程，这些课程具有理论性强、应用范围广且与理论联络严密等特点。计算机硬件实验教学是理论知识的验证与稳固的重要环节，计算机硬件实验包括根本性实验、验证性实验、综合设计性实验3 种类型。通过对吉首大学计算机硬件三种实验课程训练，观测、分析实验的现象和结果，找出激发学生的学习兴趣，进步学生的动手才能，强化学生的创新意识的方法和形式，为学生以后走上社会从事信息科技领域工作打下一个良好的根底。一、传统理论教学体系存在的问题(一) 缺乏对学生系统设计才能的培养传统的硬件设计和软件设计相别离的设计方法成为阻碍设计和实现复杂、大规模系统的关键因素。系统平台的搭建、软硬件的协同设计验证和软硬件功

3、能模块的可重用性已成为现阶段设计方法的热点。培养学生具有系统设计的思想成为当务之急。传统理论教学中，却缺乏对学生系统设计才能的培养。(二) 缺乏对学生可编程芯片设计才能及EDA 技术的培养可编程芯片与EDA 技术是现代电子设计的开展趋势，将可编程芯片设计及EDA 技术引入硬件课程实验教学中是时代开展的需要。而目前缺乏对学生可编程芯片设计才能及EDA 技术的培养。(三) 缺乏综合性的理论课程，学生的创新才能发挥受限由于实验条件限制，原有的多数实验是基于纯硬件逻辑设计的，只是在面包板上用器件构建小系统，功能扩展性差;并且只能开设数量有限、技术含量较低的实验，学生无法开展自主的综合性设计，无法进展创

4、新才能的培养。二、计算机硬件课程群理论教学体系改革及措施(一) 建立新的理论教学体系经过充分调研和论证，吉首大学计算机科学与技术专业首先从修改08 级教学方案入手，对课程体系中的多门课程进展了调整，理顺了各门课程间的关系，构建了新的硬件课程体系。该课程体系横向由必修课程、配套理论两部分组成。必修课包括电子技术根底、组成原理、单片机原理与接口技术、嵌入式系统及应用等课程。配套理论主要包括电子技术根底理论、计算机组员原理理论、单片机原理理论、嵌入式系统理论，以此就可以保证课程体系的实用性与先进性。硬件系列课程从体系构造纵向上划分为三个层次：根底层、应用层和进步层，其课程间的关系是根底层为电子技术根

5、底与组成原理。数字电路课程虽然在教学体系上不属于计算机硬件系列课程，但它是计算机硬件系统的技术根底，是必修的前续课;组成原理介绍计算机的根本组成和工作原理，解决整机概念;在应用层中，通过单片机原理与接口技术介绍应用层的外围接口和相关外设。进步层为嵌入式系统理论课程，通过学习和理论，可以使学生比较全面地掌握嵌入式系统的根本概念、根本原理、根本构造、根本分析方法、根本设计方法和性能评价方法， 并建立起嵌入式系统的完好概念。在硬件课程群理论教学体系建立过程中， 突出强调课程体系的系统性和完备性。从第2 学期到第7 学期硬件实验不断线，层次逐步进步，实验内容衔接连接。注意各硬件理论的互相次序和互补，使

6、硬件理论训练层次化、系列化，以此来系统强化学生的硬件动手才能。同时调整各课程的开设顺序，理顺每门课与前导课和后续课之间的关系， 从而保证硬件课程体系的系统性和完备性。(二) 优化理论教学内容，引进新技术，进步计算机硬件设计的效率和兴趣随着计算机硬件技术的日益开展，各种各样的微处理器不断更新，功能不断增强，以FPGA 为代表的数字系统现场集成技术获得了惊人的开展，嵌入式系统设计也逐步成为主流。为了使学生理解最新技术，我们采取措施引入新设备、新技术，进步硬件设计的效率和兴趣。如更新组成原理和单片机原理与接口技术实验平台， 通过RS232 串口与PC 机相连， 可在PC 机上编程并向系统装载实验程序

7、， 还可在PC 机的图形界面下进展动态调试并观察实验的运行，使学生像设计软件一样来设计硬件，做到了硬件设计软件化，大大进步了硬件设计的效率和兴趣。在计算机组成理论课程中， 将FPGA 等技术引入，用FPGA 来设计复杂模型机。在单片机原理与接口技术理论课程中补充USB、网卡接口的应用等内容。在嵌入式系统理论课程中试验并行程序的运行与任务分配调控等功能。同时为适应当前嵌入式芯片的迅速普及应用，新开设了嵌入式系统设计课程设计。(三) 编写有学校特色的实验教材根据计算机学科开展快的特点，教学内容需要不断更新，教学方法也需不断创新。根据吉首大学实验资源以及对人才培养的要求，该校积极组织师资力量编写出一

8、系列新颖、有特色的实验教材和讲义，并把主要内容放在实验方法和技巧的指导上。计算机硬件课程群理论教学主要涉及到?电子技术根底?、?计算机组成原理?、?单片机原理及接口技术?、?嵌入式系统及应用?等实验课程，根据各实验课程在大学四年教学中的地位和作用，对学生培养要求按时间段进展合理分工，使整个教材的内容形成一个统一整体。教材内容按照由简单到复杂、由根本到综合以及独立操作才能的形成过程编写，对实验步骤的表达从全部详写到部分指导再到启发性探究多层次形式表达。这样激发了学生的实验兴趣， 调动了学生的积极性， 进步了学生的理论动手才能， 使学生在根本方法和根本技能方面受到良好的训练。编写的实验教材不是针对

9、某一详细的实验要求，而是具有普遍的指导作用，有利于学生自学。有些本卷须知和实验技巧以考虑题的形式出现，同时要求学生在预习时考虑答复，养成考虑分析的习惯。(四) 改革教学方法，注重才能培养由于传统教育观念的影响，教师总是注重向学生灌输知识，学生只满足于依葫芦画瓢地完成一个个实验，实验遇到的问题依赖于教师解决，这样培养的学生必然缺乏创新意识和创新才能，是难以适应科学技术开展要求的。只有在教学过程中重视对学生观察才能、动手才能、分析问题和解决问题才能的培养，使学生始终处于主动学习的状态，才能养成独立考虑和积极进取的科学精神。1.加强预习环节在实验课中，很多学生都是临时才看实验指导书，再按着实验指导书

10、的内容一点点去试，不仅导致了实验时间的严重浪费，更重要的是导致了理论与理论的脱节。因此，在实验前要求学生预习实验讲义，明确实验的要求和内容，有的还要求查阅有关资料，更重要的是通过必要的理论计算，编写实验程序，预计实验结果。对预习的检查采用实验前提问或查阅预习报告等，预习不合格者不得进实验室做实验。通过加强预习，可以使学生在实验中增加主动性，减少盲目性，考虑才能和动手才能都得到明显进步，同时还培养了学生探究创新和积极汲取知识的习惯。2.培养学生独立进展实验的才能实验课上，教师只对实验内容中的重点和难点及本卷须知进展提示，然后放手让学生做实验。学生在进入实验室前应该先预习，对于在实验过程中出现的问

11、题，教师不是亲自帮助检查解决，而是因势利导，给予学生必要的提示或启发。促使他们养成独立考虑的习惯。同时引导学生从不同角度观察问题、提出问题，培养他们分析问题和解决问题的才能。3.以计算机辅助教学技术、FPGA/CPLD 技术、模拟仿真技术贯穿计算机硬件实验的始终目前国内流行的嵌入式设计方法中， FPGA/CPLD等可编程逻辑器件在绝大部分场合下仅作为嵌入式处理器的胶合逻辑或只是用来实现一些通信的简单逻辑。但随着可编程逻辑器件工艺和开发工具日新月异的开展， 以FPGA 为核心的高性价比的新一代超大规模可编程逻辑器件已经开始在嵌入式产品设计中发挥出越来越重要的作用。教师在讲解理论课或实验课过程中穿

12、插一些模拟仿真的内容，如采用先进的可编程器件FPGA、CPLD，在软件控制下使用VHDL、IP 和在线系统编程技术对应用做仿真。这种方法可以在虚拟的实验室里设计，直到仿真成功，进步了设计的效率。利用软件的方法，结合实验内容要求，使学生发挥了自身的创新思维，灵敏改变硬件的逻辑和构造，这是计算机硬件实验方式的一个飞跃，是实验教学与实际应用的结合。4.标准实验报告通过撰写科学的实验报告，培养学生分析、概括、总结等综合书面表达才能。实验报告尽量减少对讲义或预习报告中已有内容的重复，重点放在实验测量结果及数据处理过程上，从方案设计到器件选型，从程序开发到调试等，将理论中获取的经历总结升华，并对结果进展分

13、析讨论，有些实验还要求写出实验体会。报告中要求准确使用专业术语、图形、文字符号、法定计量单位等;有效数字计算、数据处理及结果表达准确，要务实事求是，不能随意修改实验数据。通过书写实验报告的训练，培养学生严谨的科学态度，为今后撰写科研论文打下根底。5.改革考核方法实验考核是保证实验教学质量的有效手段，是一种综合性考核。教师在评判学生成绩时，重点考察学生对实验问题的分析才能，把学生对实验原理的理解作为考核学生实验报告的重点，鼓励学生对实验提出自己的设想，对实验现象发表自己的见解。另外， 在课堂上安排课堂提问和随堂测试，在考核学生实验结果的同时考核学生对实验原理相关问题的理解程度，这样，既随时掌握了学生实验的情况，也催促了学生学习实验的自觉性。在评定成绩