计算机硬件技术基础课程实验改革

1、 计算机硬件技术基础课程实验改革 嵩 天，李凤霞(北京理工大学 计算机学院，北京 100081)摘 要：针对计算机硬件技术基础课程陈旧的实验教学现状，结合北京理工大学2010年度教学改革实践，以计算机硬件新发展为基础，提出一套能够激发学生兴趣的课程实验方案，同时探讨实验课时比例、实验方案选取和学生反馈等内容，实践分析为后续课程实验改革提供参考意见。Keys：计算机硬件技术；教学改革；实验教学计算机硬件技术基础课程是普通高等学校理工科专业的一门重要计算机技术基础课程，也适合非理工科的其他专业学生选修。早在2006年，教育部高教司就明确提出了该课程是针对大学非计算机专业理工类本科生设置的6门典型核

2、心课程之一。它是学生学习和掌握计算机硬件基础知识、了解计算机硬件发展、熟悉硬件原理及接口技术的主要课程。1 课程现状和问题分析根据教育部关于计算机基础教育“三个层次”的教学思想，计算机硬件技术基础由微型计算机原理和微机接口技术等课程整合而来，因此自2006年以来，该课程的教学内容和实践环节一直延续着原有课程的体系。与此同时，计算机硬件在过去的50年里以摩尔定律(晶体管的集成度每18个月翻1番)高速发展，以CPU为代表的计算机硬件更新换代十分迅速，新的接口层出不穷，使该课程的教学内容和实践环节与学生成长和熟悉的环境严重脱节1-2，具体表现在以下3个方面：第一，课程内容过于专业，教学要求和学生基础

3、有一定差距。微型计算机原理和微机接口技术等课程主要针对大三或大四学生开设，而以这两门课程内容为基础的计算机硬件技术基础课程主要面向大一和大二学生，目的是进行计算机基础教育。由于面向群体不同，原有课程内容和实践环节过于专业，不适合计算机硬件入门级教学。我们随机选取了高等教育出版社、机械工业出版社和中国铁道出版社2005年之后出版(含再版)的5本教材。经过统计，3本教材以较多篇幅介绍Intel 8086系列处理器指令和接口结构，其中4本含有较多的汇编语言知识。然而，Intel 8086和汇编语言等知识对于低年级非计算机专业学生过于深奥和枯燥，非计算机专业低年级学生很难理解。第二，课程内容过于陈旧，

4、实验环节无法吸引学生们的兴趣。我们调研了国内多所高校相关课程的教学状况，课程实验方案主要包括两种，即结合计算机硬件实验箱和利用PC机进行拆装实验。基于实验箱的课程实验往往以DOS、汇编语言、8255a、数码管显示和数模转换等实验为主，这些内容继承了微型计算机原理的实验内容，对于大一和大二学生来说，离他们熟悉的硬件环境较远，缺少趣味。以PC机为平台的计算机拆装类实验一般会受到学生的欢迎，具有一定吸引力，但计算机拆装较为浅显，与课程内容结合效果不足，不能使学生对计算机硬件的原理有深入理解。尽管如此，考虑到学生的兴趣，将PC机作为入门级实验平台应是课程实验改革的方向。 第三，计算机基础课程的性质使课

5、程无法照顾到各专业的需求。传统教学和实验内容不区分学生的专业属性，对于理工科专业来说，课程实验难度较低，缺乏学习兴趣；对于非理工科专业来说，课程实验难度较高，无暇关注更深入内容。为此，课程实验改革应该考虑学生的专业特点，实验为基本实验和可选实验，因材(专业)施教3-4。实践教学是高等教育课程的重要组成部分，实践教学应努力贯彻以学生为主体，教师为主导，坚持知识传授、能力培养、素质教育协调发展的实验教学理念。结合计算机硬件技术基础课程的实际情况，课程实验教学改革势在必行。2 教学改革内容北京理工大学计算机公共基础课教学团队(国家级教学团队)在充分调研该课程讲授现状的基础上，于2010年度开展了教学

6、改革。核心思想是以克服学生对硬件的恐惧心理为目的，以计算机硬件经典技术和新发展为主要内容，辅助开放和自由的实验教学平台，重点在于改革课程实验内容。基于上述思想，课程实验的改革从3个方面开展：教学组织、实验方案和实验场地。首先，在教学组织上，我们增大了实验比例，占到整个学时的25%。同时，教学内容以“基本概念+基本部件”方式组织，如表1的第2-6章。例如，第3章内容为“存储系统与存储器”，其中存储系统是基本概念，学生理解起来有一些抽象，需要课堂讲授；而存储器则是基本部件，可以采取实践教学，学生在实验中认识硬盘、Flash存储器、光存储器等设备，更容易将存储系统和实际硬件有机关联起来，取得更好的教

7、学效果。其次，在课程实验方案上，考虑到大一、大二学生对硬件的陌生程度，我们采取了“基本实验+提高实验”的模式。基本实验的目的是让学生对计算机硬件有基本的熟悉，克服对硬件的畏惧心理。提高实验的目的则是结合某一章节内容，通过题目引导和激发学生的兴趣，调动他们的积极性，使其深入了解计算机硬件，部分候选方案如表2所示。最后，为了达到实践教学目的，依托学校的支持，我们建立了能够同时为120人提供实验的场地，并在课程授课期间同步向学生自由开放。3 课程实验改革实践以北京理工大学2010年度的教学为实验样本，学生来源于大一和大二两个年级，共计122名，其中包含34名大一学生和88名大二学生。学生分布在36个

8、专业，共12个学院，以理工科专业为主，如图1所示。该课程以全校公选课形式提供，限制人数为120人(额外2人为留学生)，共32学时，包含8个课程实验学时。结合课程实验改革内容，我们向全体学生发放了无记名调查问卷，全部学生提交了有效问卷，我们获得了一批有价值的反馈信息。对于课程学时和实验课程学时问题，大一与大二学生的反馈建议如图2所示。由图可以看出，如果计算机硬件技术基础安排在大一下学期，学生只学过计算机基础课程，对硬件知识学习的渴望比较强烈，32个学时相对较少。如果安排在大二下学期，学生会比较有针对性地听课，32个学时较为合理。图3给出了学生针对实验学时的反馈意见，横坐标是实验学时数，纵坐标是人

9、数。可见，75%的学生们希望实验学时在811之间，即实验课时占到总课时的25%34%。针对一些高校开展的“计算机拆装”实验，我们对学生的支持度进行了调查。有100%的大一学生和98%的大二学生认为“计算机拆装”实验很有必要，得到了学生的广泛支持，实验效果如图4所示。从图4可以看出，计算机硬件技术基础课程实验应该以学生常见的PC机及扩展实验组成，这就指明了该课程实验改革的方向。由于实验场地建设等问题，本次教改实践让学生选择完成1项基本实验和1项提高实验。对于全部课程实验方案安排，请学生就欢迎程度排序，结果如表3所示。从表3可以看出，在基本实验方案中，“计算机拆装”和“计算机硬件故障诊断”实验最受

10、学生欢迎。此外，“操作系统安装”和“网络连通性测试”等与学生密切相关的实验也很受欢迎。从基本实验方案的设计初衷上来看，上述内容达到了预期效果，有效地激发了学生的学生兴趣，并帮助其克服了对硬件的恐惧心理。在提高实验方案中，“U盘高级操作”和“硬盘数据的恢复”与生活比较贴近，最受学生欢迎。此外，由于大部分学生是理工科类学生，从未来专业发展角度讲，“驱动程序设计”和“单片机开发”也得到了学生支持。这样的实验内容涵盖较多，在该课程中能够帮助学生建立基本的概念即可。而一些传统实验，例如“串行通信建立和测试”、“8086指令集实验”等，没有激发学生的学习兴趣。 应该说，这两个实验的专业性更强，但对于大一、

11、大二学生来说，专业性强的实验不容易让学生掌握基本原理和规律，不利于学生克服畏难心理。4 结语针对计算机硬件技术基础课程，结合北京理工大学2010年度教学改革实践，我们认为实验课时占总课时30%左右时的教学效果最好。在课程实验中，以PC机为主的硬件实验受到了学生欢迎。除了一些高校开展的“计算机拆装”实验外，更多实验得到了实践。从反馈效果来看，本文提出的实验方案能够有效调动学生的积极性，具有良好的效果。注：本课程相关教学内容、教学课件通过互联网开放。 Reference：1 陈立刚,徐晓红,彭学锋.“计算机硬件技术基础”课程创新教学改革的实践J. 电气电子教学学报,2009(9):109-112.

12、2 樊友洪,邓韧,张敏. 非计算机专业“计算机硬件技术基础”课程教学实践探索J. 高教论坛,2009(2):75-77.3 杨素敏,张政保,寇应展.计算机硬件基础课程教学内容和教学模式改革的探讨J. 中国教育信息化,2009(10):38-39.4 邹逢兴. 关于创新计算机硬件技术基础课程教学的实践和思考J. 计算机教育,2004(2):81.Innovation in the Experiments for Computer Hardware FundamentalsSONG Tian, LI Feng-xia(School of Computer Science, Beijing Inst

13、itute of Technology, Beijing 100081, China)Abstract: To improve the out-of-date experiments of Computer Hardware Fundamentals, based on the new trend of computer hardware, this paper presents a set of novel course experimental proposals to motivate the interests of students, according to the practice in Beijing Institute of Technology in 2010. This paper also discusses the ratio of experimental hours, experiment contents and the feedback of students. The conclusions give suggestions to further innovations of this cours