改革计算机硬件课程教学内容--构建科学的系列课程体系.doc

改革计算机硬件课程教学内容，构建科学的系列课程体系洪霞 李云 张炜摘 要：计算机硬件课程在内容上有较强的继承性和相关性，不同的专业方向对同一课程的要求又有不同的要求和侧重。为了搞好计算机硬件系列课程建设，从基本的课程教学指导性文件、具体的教学内容、教材建设、课程考核和实践性环节等各个方面对计算机硬件课程建设进行较为全面的阐述，构建了合理且符合实际的系列课程体系。关键词：计算机硬件课程；课程体系；实践性环节计算机硬件系列课程，如“计算机组成原理”、“微机原理及应用”、“单片机原理及应用”、“计算机系统结构”等是计算机应用专业必不可少的主干课程及其他学科专业重要的专业课程。“计算机组成原理”是一门计算机专业重要的专业基础课程，主要讲述计算机硬件的具体实现原理和方法，使学生不仅能知道计算机是如何构成的，而且知道计算机是如何工作的，在计算机专业教学过程中起着承上启下的作用。“微机原理及应用”、“单片机原理及应用”等课程是针对具体的微型计算机对象，讲解微型计算机系统的基本工作原理与使用方法，为学生把计算机应用到实际的生产控制过程，奠定扎实的理论基础和必备的应用技能。“计算机系统结构”主要研究计算机软件、硬件的功能分配，合理地组织系统的工作流程，使学生能以全局的眼光，从计算机系统的层次结构的角度，在软、硬两个方面全面地了解和掌握计算机技术。由于计算机硬件课程在内容上有较强的继承性和相关性，不同的专业方向对同一课程的要求又有不同的要求和侧重，因此要求从基本的课程教学指导性文件、具体的教学内容、教材建设、课程考核和实践等方面进行合理的设计，构建科学的系列课程体系。一、建立科学完整的教学指导文件体系(一)修订教学大纲教学大纲是课程教学指导性文件。本着“指导教学实践、明确教学目的、规划教学秩序、完善教材内容”的宗旨，使新制订的大纲具有更鲜明的专业特色。计算机硬件系列课程，既涉及到计算机系的计算机科学、计算机教育和信息管理3个专业，又涉及到电子系、电气系等各不同系别和专业方向。由于各专业人才培养的目标以及对相关课程的要求不尽相同，这就要求新大纲的制定要有专业特色。大纲的编写人员要认真查阅各专业的教学计划，充分了解先修及后续课程的情况，明确本课程的教学指导思想，力争做到充分利用有限的学时，使学生理论联系实际，扎实地掌握所学知识。对计算机科学与技术专业来说，主要考虑该系列课程如何进行分工细化，因为该系列课程都具有较强的继承性和相关性。对于不同专业方向的同门课程，要尽量使其教学大纲统一，并保持不同的专业特色。例如：“计算机组成原理”是计算机系计算机科学与计算机科学(师范)两个专业方向的必修课程，采用统一的教学大纲，而学院统考的“微型计算机原理及应用”课程在统一学时、统一考试的前提下，分计算机专业和非计算机专业，制定了两套不同的教学大纲。(二)制定课程教学规范课程教学规范是规范“教”与“学”全过程的指导性文件。制定较好的课程教学规范，能够促使教师正确处理科研与教学的关系，严格要求自身教学行为，充分发挥教师教学过程中的主导作用，使教师能认真钻研教材，及时更新教案，遵守教学纪律，尊重教学督导工作，切实稳步提高教学质量。课程教学规范的编制过程中，要吸取其他高校有关课程教学规范的精华部分，同时考虑本校学生及本专业特点和具体情况，从分析课程自身特点及知识技能结构开始，逐章逐节地明确教学重点、难点、疑点，做到详略有序，突出重点，这是改进教学方法、提高教学质量的一个重要基础环节。(三)加强教学档案的管理档案价值指档案的有用性，是主体需要和客体属性的统一和结合。档案的作用通常是指档案对人们所从事的社会实践活动的影响。教学档案详细记载了教学活动各个环节的运行、执行、发展、成果、经验和教训的有关情况，包括教学大纲、教材、教参、习题集、试卷集及试卷分析、教学进程、课程总结等。我们制定了“教学档案管理办法”、“实验室档案收集、整理办法”等制度，构建了比较完整的教学档案资料管理体系，明确了教学档案的采集、分类、整理和分析的各项要求，以保证教学各环节的档案材料完整，为今后继续更好地开展教学业务活动提供档案条件。二、开展教材研究，编写适用教材由于计算机的飞速发展，为使所学知识尽量能适应需要，在教材上，积极选择当今主流的计算机专业的教材，并做到所选教材是三年内出版的。针对信息学院学生的实际和有关教材存在的不足，教师积极参与编写和采用自编教材，如参与编写的微机原理及应用、微机原理应用实践(机械工业出版社)，就较好地弥补了清华版微型计算机原理及技术内容繁多、无习题集等缺点。自编的单片微型计算机原理及接口技术教材改变了只用8086系统作为对象机器来讲解微机原理的现象，同时还编写了计算机组成与结构(东南大学出版社)。现在所编的教材已在全院使用，特别是微机原理及应用、微机原理应用实践这套教材的出版，为全院进行“微机原理及应用”课程统考而实施的统一课时、统一大纲、统一考试的“三统”目标提供了保证，现已作为全院非计算机专业“微机原理及应用”课程的指定教材。在编写适用教材的同时，本校教师还编写了一系列的教辅材料，如计算机组成原理与程序设计指导书、微机原理实验指导书、单片机系统实验指导书等，并实现了教辅材料的及时更新。三、建设课程试题库、试卷库，实现考教分离为了提高信息学院各专业学生的计算机应用能力，适应省计算机等级考试的需要，全院有关教师组成了院“微机原理及应用”统考试题库建设项目组。首先参照省计算机等级考试的大纲和院各不同专业的实际，确定了课程的大纲、学时分配，从而第一次实现了全院同一课程、统一大纲、统一课时，并确定题库的题型、分数分布等内容，建立起了包含五大类题型、上千道题目的试题库。已经6年实施了计算机自动组卷，全院统一考试，统一阅卷，实现了真正的考教分离，并形成一整套有关统考实施的细则。从实施效果看，“微机原理及应用”课程的统考，无论是任课教师还是学生，都感到压力很大，确实激发了广大学生学习的热情，形成了一种不同专业学生相互竞争的气氛。系列课程中的“计算机组成原理”和“单片机原理及应用”课程的试卷库也已建设完成，为课程的教考分离创造了坚实的条件。四、改革课程教学内容，重视实践性环节的教学(一)改革教学内容，构建合理的课程体系计算机硬件系列课程的教学改革，首先进行内容结构变化。原来系列课程各课程问彼此自成体系，相互之间虽有重叠和交叉，但不同的任课教师往往各自制订教学计划，在有限的授课时间内，各个课程都无法讲深讲透，为此应该在系列课程之间进行内容结构上的重组、整合，形成一套衔接合理、重点突出、层次分明的课程体系。例如“计算机组成原理”和“微型计算机原理及应用”两门课程，前者讲解计算机各部分的工作原理，具有一般性，而后者是讲述微型计算机的应用技术，如果处理不好，前者将和后者有较大重叠，因此，在制定教学大纲时，就应该在“计算机组成原理”课程中着重讲述其所特有的运算器运算的实现和控制器的工作原理，而把其他有关和“微型计算机原理及应用”课程重叠较多的部分少讲或不讲，从而更加突出课程的特点，更好地使不同课程相衔接。即使对同一门课程，也要根据具体的授课对象的不同，进行适当的调整。例如“计算机组成原理”课程是计算机系计算机科学与计算机科学(师范)两个专业共同的必修课程，但由于两个专业自身的培养目标不尽相同，在授课时就需根据不同专业方向的特点作相应的调整。对于计算机教育专业应加强计算机基本工作原理的讲述，而计算机科学专业就应在讲述计算机基本工作原理的同时，侧重具体实现的方法和技术。在教学上，一方面精选经典教学内容，讲授有关计算机经典工作原理，另一方面又有意识地结合计算机的新发展，引用一些新的方法和技术，并加强对学生动手能力的培养，每门课程都要大量设置一定的实践环节和课程设计环节。(二)理论联系实际，注重实践环节过去，任课教师在教学过程中往往只重视教而不重视学，只重视教法的研究而不重视学法的改革实践，忽视学生作为学习主体的作用。因此，为了更有成效地教学，在教学上除了教师教授外，又增加演示、实验、实习讨论等新的方法，从而使教和学两方面相结合，逐步形成符合认知规律的教学方法。本系列课程属计算机硬件课程，对实践性环节的要求比一般课程要求高。计算机硬件配置了“计算机组成实验仪”、“微机实验仪”、“单片机实验仪”等门类较齐全的实验设备，使各课程的实验都能顺利开出。随着学校招生规模的不断扩大和实验器材的自然损耗，在课程建设项目实施之初，实验设备相当匮乏，其中“计算机组成实验仪”只有15台套，“微机实验仪”、“单片机实验仪”各只有18台套，且完好率较低，曾出现多名学生一套仪器的情况，从而不得不改为实验演示。配套的实验微机还是486的档次。通过这几年的建设，现已经达到每种实验仪器60台套的规模，并配备和更新了高档次的微机，为实验教学的顺利开展奠定了物质基础。较高档微机的配备和实验室环境的改善，为把专业实验室建设成“以专为主，专公兼顾”以专业实验为主，在专业实验的空档适当兼顾公共实验的实验室创造了条件。学生的实验打破了传统的验证教学模式，以培养综合能力为主要目的的综合设计实验的比例越来越高。要求学生对软、硬件全面掌握，并具有系统性认识。每次实验都要求学生做好实验前的准备，严格按照大纲要求的实验步骤规范操作，积极配合教师，实验后认真总结，努力达到实验目的。除课程的实验外，还通过课程设计、毕业设计等环节进一步提高学生的硬件综合动手能力。如“计算机组成原理”的课程设计，实现一个由学生自己确定指令系统的计算机，对指令系统的指令种类和规模不作限制，任由学生发挥。这样既能使学生深入了解计算机控制器的工作过程，又能最大限度地发挥学生的主观能动性，提高学生的实验兴趣和实验效果。(三)改革实验方法，采用先进的实验手段在“计算机组成原理”课程实验中，我们引用了基于在系统可编程技术(简称ISP)的可编程逻辑器件PLD。利用ISP技术进行计算机硬件实验，用硬件描述语言，可在微机上任意编程定制实现一些硬件电路的功能，把原来大量的硬件连接转化为微机上的软件编制。学生在课程实验的同时也掌握了新的PLD器件应用技术，对学生软、硬件综合能力的提高非常有益。(四)改革教学方法，采用现代化教辅手段采用现代化教学辅助手段，尤其采用多媒体技术制作的CAI课件，也是实现教学改革的一个重要措施。通过采用现代化的教辅手段，有助于使学生摆脱以往学习硬件知识时的枯燥感。通过一系列详细且生动直观的图文解释，使学生易于理解、掌握所学的课程知识。虽然计算机硬件系列课程由于课程的特点，并不全都适用多媒体CAI课件授课，但我们仍积极进行这方面的探索。现在该系列课程中的“计算机组成原理”、“微机原理”、“单片机原理”等课程都已经成功制作或选用了相应的多媒体CAI教学课件，通过课件把难以讲解的计算机内部结构和纷繁的工作过程，作了生动、活泼、形象、直观的演示，激发了学生的学习兴趣，达到了预期效果。所有课件都实现了上网，从而使课程教学突破了时间和空间的限制。对于实践环节，不仅实验内容上网，实验中心网站还有常用实验仪器使用以及实验视频演示等内容。五、改革课程教学，设计科学的课程体系课程建设是一项长期、细致的工作，需要不断地总结、积累和提高，我们深感这是一条求是、求实、求新、求精之路。就目前来看，针对计算机硬件系列课程，我们已建立起了完整的课程教学指导性文件，并对具体的教学内容、教材建设、课程考核和实践性环节等各个方面全面进行了建设，构建成了合理的系列课程体系。根据当前教学工作的现状和实际需要，我们认为课程建设还需进一步提高。(一)进一步加强教师队伍的建设计算机硬件知识是计算机专业知识的重要支柱之一，要使学生具有全面的计算机软硬件知识，就必须重视计算机硬件课程的建设，而课程建设的首要前提是师资队伍的建设。近年来不断扩招，学生人数急剧扩大，教师紧缺的矛盾日益突出。另外，新教师大多不愿从事计算机硬件课程的教学工作，再加上现有硬件课程教师的水平参差不齐，急需进一步学习提高，使教师紧缺的矛盾更加尖锐。要积极培养计算机硬件课程的教师队伍，同时还要加强实验人员的培养，转变现在实验人员的定位，让他们参与新的实验内容和实验手段的研究工作。(二)进一步加强实验室的建设通过近几年的建设，计算机应用实验室虽有了较大的发展，但还远远满足不了教学的需要。实验室的用房面积也不足，从而限制了进一步增加实验设备的台套数。有些课程的实验教学工作还不能完全按实际的需要开展，如学院统考的“微机原理及应用”虽统一了教学大纲，但课程实验部分由于实验室条件的限制，只能由各任课教师根据各系情况自行安排，无法实施统一的实验大纲。(三)进一步加强实验课程的建设计算机硬件系列课程是对实验环节要求较高的系列课程，为了提高学生的实际动手能力，实现工科院校的培养目标，除了加强实验室建设，添置和更新实验设备外，加强实验课程的建设，提高实验课程的实际效果也不容忽视。现在随着课程改革的实施，各课程的学时数都有一定的压缩，而本课程的实验课程都依附在课程教学之中，这样就不可避免地影响实验课程的学时数，同时由于本课程群自身的特点，因此不同课程实验存在一定的继承性，也存在一定的重叠。实验课程依课程而设置，造成了人为的分隔，对在有限的学时数下提高实验课程的教学效果不利，同时也不利于实验教学手段和实验内容的改进和提高。探索和尝试设置完全独立于理论课程的新的实验课程模式是解决上述问题的有效手段之一。参考文献：1王玉华，黄硕之计算机组成原理课虚拟实验方案J实验技术与管理，2005，22(4)：73-752罗家奇，李云，葛