SOEN 计算机 基础实践 大纲- -

课程实践教学大纲课程编号SOEN2052开课学院计算机科学与技术学院课程类别通识教育大类基础专业必修专业选修适用专业£计算机科学与技术软件工程人工智能课程名称中文计算机硬件基础课程实践英文ComprehensivePracticeofComputerHardwareFoundation学时学分学分实践学分总学时理论教学实验教学0.5是否36036（一）课程概述本课程属于软件工程专业本科生的基础课程，也是必修课程。本课程实践的主要内容包括模拟电路（二极管、三极管、MOS管、放大电路）、数字电路（逻辑门、组合电路、时序电路）、指令系统及输入输出接口等计算机硬件的课程实践。本课程实践主要培养学生计算机硬件的基本能力，包括数字模拟电路实验、汇编程序上机、调试，汇编语言软件设计，硬件接口控制实验，使学生掌握电路基本知识、指令系统、汇编语言软件设计与调试，掌握微型计算机常用的接口技术及控制方法，以提高学生对计算机硬件原理的理解。（二）课程教学目标目标1：培养学生通过实验探究计算机硬件基本原理的实践能力，学生对硬件电路的设计、分析和改进能力根据所学的电子元件二极管、三极管及MOS管的基本特性，搭建电路，完成相关电子元件的仿真调试和实际电路调试，绘制相关输入、输出特性曲线；使用基本放大电路、集成运放电路、组合电路及时序电路模块，搭建抢答电路、计数电路、加法电路及存储电路，并根据实践中问题，优化、改进电路。目标2：培养学生使用“定性+定量”方法对硬件电路进行综合分析能力通过搭建采样放大电路、模数转换电路及编写硬件嵌入式软件，获取采样数据，并对采样数据进行物理回归分析，实现对硬件电路的综合分析。目标3：培养学生在计算机硬件领域的创新能力通过对集成电路的原理实践，激发学生对计算机硬件领域的学习兴趣。目标4：培养学生在实践环节的团队意识、协同工作能力及团队领导能力通过硬件电路的分组实践环节，强化学生的团队协作意识，提升学生团队领导能力。（三）课程目标与毕业要求、指标点的对应关系毕业要求、指标点与课程教学目标的对照表如下：毕业要求指标点课程教学目标1．工程知识：具备扎实的数学、自然科学知识；掌握软件工程领域的计算、工程基础和专业知识；了解软件工程、工业领域相关工程背景知识，能将各类知识用于解决软件工程领域，尤其是工业软件领域的复杂工程问题。1-4利用系统思维能力，比较与综合分析软件系统的复杂性和优化方法；优选、设计并改进解决软件工程领域复杂工程问题的解决方案。目标1：根据所学的电子元件二极管、三极管及MOS管的基本特性，搭建电路，完成相关电子元件的仿真调试和实际电路调试，绘制相关输入、输出特性曲线；使用基本放大电路、集成运放电路、组合电路及时序电路模块，搭建抢答电路、计数电路、加法电路及存储电路，并根据实践中问题，优化、改进电路。2．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，进行抽象分析与识别、建模表达、并通过文献研究和“定性+定量”方法分析软件工程领域复杂工程问题，以获得有效结论。2-4认识到具体复杂工程问题有多种可选方案；能进一步根据约束条件，通过文献研究和“定性+定量”等方法进行分析评价寻求可替代的解决方案，获得有效结论。目标2：通过搭建采样放大电路、模数转换电路及编写硬件嵌入式软件，获取采样数据，并对采样数据进行物理回归分析，实现对硬件电路的综合分析。8．职业规范：具有良好的人文社会科学素养和社会责任感，能够在软件工程领域的工程实践中理解并遵守信息技术工程和行业职业道德和规范，履行责任。8-1了解中国国情，掌握与复杂工程实践相关的人文社会科学知识，包括历史、法律、安全、伦理等知识，理解社会主义核心价值观，具有良好的人文社会科学素养、思辨能力、处事能力和科学精神。目标3：通过对集成电路的原理实践，激发学生对计算机硬件领域的学习兴趣。9．个人与团队：能够在多学科背景下的软件工程领域工程项目团队中承担个体、团队成员以及项目负责人的角色。9-1正确认识自我和个人素养的重要性；理解多学科、多元化、多形式的协同关系；并具有主动共享信息、合作共事的团体沟通与合作的团队意识。目标4：通过硬件电路的分组实践环节，强化学生的团队协作意识，提升学生独立实践能力，培养学生团队领导能力。9-2理解团队中每个角色的含义以及角色在团队中的作用，能独立承担任务，完成分配的工程实践工作。9-4有效且包容性沟通多学科背景下团队其他成员；了解团队成员想法，并协调、组织和指挥团队成员开展复杂软件系统的设计、开发、测试、部署与维护方案。前导课程、知识结构及能力要求：本课程的先修课程包括：1.软件工程概论2.程序设计3.高等数学4.普通物理学生通过学习上述课程，应掌握计算机系统的基本理论知识。课程结构说明：本课程的内容主要包括8个部分，由理论授课、实验（另开课）和作业环节构成。这10个部分的内容是：电子器件、放大电路及集成运算放大电路、数字电路基础、组合逻辑、及时序逻辑等电路基础，还涉及了微型计算机的输入/输出系统等内容。。具体地，课程教学内容、教学环节和课程教学目标的对应关系如下。编号教学内容教学环节课程教学目标1电子元器件基础二极管、三极管、MOS管学生仿真实验、实际电路实验，教师指导和解答课程目标1、42放大电路基础基本放大电路、集成运放电路学生仿真实验、实际电路实验，教师指导和解答课程目标2、3、43组合逻辑电路加法器、译码器、比较器学生仿真实验、实际电路实验，教师指导和解答课程目标1、3、44时序逻辑电路计数器、存储器、移位寄存器学生仿真实验、实际电路实验，教师指导和解答课程目标2、3、45指令系统汇编语言学生仿真实验、实际电路实验，教师指导和解答课程目标1、46输入输出系统基本I/O、串行数据传输学生仿真实验、实际电路实验，教师指导和解答课程目标1、47输入输出系统A/D转换学生仿真实验、实际电路实验，教师指导和解答课程目标2、3、48综合实验学生仿真实验、实际电路实验，教师指导和解答课程目标1、2、3、4课程知识结构：（一）晶体二极管与三极管的基本特性（4学时）【目的要求】1.绘制二极管的伏安特性曲线，重点了解二极管正向导电的非线性特点，即电流I随电压U的变化，观察体会在各电压段呈现何种不同规律；2.绘制三极管伏安特性曲线，包括输入/输出特性曲线的绘制。学会利用特性曲线分析三极管构成的各种电路。（二）放大电路实验（4学时）【目的要求】1.计算晶体三极管的放大倍数β；2.温度采样集成运放电路搭建。（三）组合电路实验（4学时）【目的要求】1掌握组合电路相关的集成芯片的使用办法；2掌握基本逻辑门电路、加法器、译码器、比较器等集成芯片的基本原理和使用方法。（四）时序电路实验（4学时）【目的要求】1掌握时序逻辑电路相关的集成芯片的使用办法；2掌握基本触发器电路、计数器、移位寄存器等集成芯片的基本原理和使用方法；3设计抢答电路。（五）指令系统实验（4学时）【目的要求】1掌握RISC-V指令系统，理解寻址方式，理解基本指令系统，记住几个简单指令；归纳基本指令的理解方法；通过汇编环境了解指令对应的机器码，直观的基本理解助记符与机器指令的对应关系；了解GUN汇编器的基本语法；2运用RISC-V指令编写基本输入输出汇编代码。（六）输入输出系统实验（4学时）【目的要求】1运用C语言编写基本输入输出程序；2运用C语言编写串行通信程序；（七）输入输出系统实验（4学时）【目的要求】1运用C语言编写A/D程序；2设计温度采样系统，通过物理量回归分析，显示实际温度值。（八）综合实验（8学时）【目的要求】1设计一个实际系统，综合运用模拟电路、数字电路及嵌入式系统，系统具有创新性；2需要完整的需求文档、设计文档、实现方法描述、程序设计描述及系统设计总结；3体现团队协作意识。考核形式及要求：（一）课程考核要求根据对学生硬件实践的基本能力、解决问题以及硬件电路的综合分析能力、通过实验探究基本原理的能力、团队协作能力培养要求，通过学生的平时表现、实验报告完成情况和现场演示答辩情况进行综合评价。课程考核形式与教学目标的对应关系如下。编号课程教学目标考查方式与考查点占比1目标1结合实验报告和现场演示答辩，检查学生完成实验1、3、5、6、8的完成情况，且能清晰、完整、正确描述所做工作。30%2目标2结合实验报告和现场演示答辩，检查学生完成实验题2、4、7、8的完成情况，且能清晰、完整、正确描述所做工作。30%3目标3结合实验报告和现场演示答辩，检查学生完成实验2、3、4、7、8的完成情况，且能清晰、完整、正确描述所做工作。20%4目标4结合实验报告和现场演示答辩，检查学生完成实验1~8的完成情况，且能清晰、完整、正确描述所做工作。20%（二）成绩评定方法本课程实践的成绩由平时成绩（20%）和实验成绩（80%）组成。（三）成绩评定标准1、平时成绩考核与评价标准平时成绩由出勤情况和现场演示答辩情况决定，评价标准和实验教学目标的对应关系如表5所示。表5：平时成绩评价标准与课程目标对应关系编号课程目标优秀良好合格不合格1目标1按时参加课程实践；熟练掌握电路搭建方法，能正确回答老师的问题并有反思反馈。按时参加课程实践；掌握电路搭建方法，能正确回答老师的问题。按时参加课程实践；能在教师指导下完成电路搭建方法，能基本正确回答老师的问题。不能按时参加课程实践，不能完成电路搭建方法，不能正确回答问题。2目标2按时参加课程实践；对具体应用，能运用多种电路实现，并能对不同方法进行分析比较，能正确回答老师的问题并有反思反馈。按时参加课程实践；对具体应用，能运用多种电路实现，能正确回答老师的问题。按时参加课程实践；对具体应用，能在教师指导下，运用多种电路实现，能基本正确回答老师的问题。不能按时参加课程实践；对具体应用，不能用多种方法实现，不能正确回答问题。3目标3按时参加课程实践；充分掌握硬件电路设计方法，具有良好的学习积极性，能正确回答老师的问题并有反思反馈。按时参加课程实践；掌握硬件电路设计方法，具有良好的学习积极性，能正确回答老师的问题。按时参加课程实践；掌握硬件电路设计方法，学习积极性一般，能基本正确回答老师的问题。不能按时参加课程实践；对硬件缺乏学习积极性。4目标4按时参加课程实践；充分掌握硬件电路设计方法，具有良好的团队意识和团队领导力，能正确回答老师的问题并有反思反馈。按时参加课程实践；充分掌握硬件电路设计方法，具有团队意识和团队领导力，能正确回答老师的问题。按时参加课程实践；充分掌握硬件电路设计方法，具有团队意识和团队领导力，能基本正确回答老师的问题。不能按时参加课程实践；缺乏团队意识和团队领导力。2、实验报告成绩考核与评价标准实验报告成绩由实验完成情况和实验报告完成情况决定，考核标准和实验教学目标的对应关系如表6所示。表6：实验报告成绩考核标准与课程目标对应关系序号实验教学目标优秀良好合格不合格1目标1正确完成实验全部要求，并能清晰、完整、正确描述所做工作。完成实验全部要求的80%以上，并能正确描述所做工作。完成实验全部要求的60%以上，并能基本正确描述所做工作。完成实验全部要求的60%以下，或者所做工作有抄袭现象。2目标2正确完成实验全部要求，并能清晰、完整、正确描述所做工作。完成实验全部要求的80%以上，并能正确描述所做工作。完成实验全部要求的60%以上，并能基本正确描述所做工作。完成实验全部要求的60%以下，或者所做工作有抄袭现象。3目标3正确完成实验全部要求，并能清晰、完整、正确描述所做工作。完成实验全部要求的80%以上，并能正确描述所做工作。完成实验全部要求的60%以上，并能基本正确描述所做工作。完成实验全部要求的60%以下，或者所做工作有抄袭现象。4目标4正确完成实验全部要求，并能清晰、完整、正确描述所做工作。完成实验全部要求的80%以上，并能正确描述所做工作。完成实验全部要求的60%以上，并能基本正确描述所做工作。完成实验全部要求的60%以下，或者所做工作有抄袭现象。（四）课程目标的考核与评价课程目标达成度是评价课程OBE产出的一个重要环节。根据学习形成性过程，本课程实践的实验教学目标、考核占比和目标达成度如表7所示。表7：课程目标、考核占比与达成度分析表考核占比实验教学目标平时成绩实验报告成绩总评目标达成度目标10.20.8目标1达成度={0.2平时目标1成绩+0.8实验报告目标1成绩}/目标1总分目标20.20.8目标2达成度={0.2平时目标2成绩+0.8实验报告目标2成绩}/目标2总分目标30.20.8目标3达成度={0.2平时目标3成绩+0.8实验报告目标3成绩}/目标3总分目标40.20.8目标4达成度={0.2平时目标4成绩+0.8实验报告目标4成绩}/目标4总分授课方式说明：实践教学课时：36学时，每周2小时。以学生实践为主，教师集中讲授和演示、个别指导和答疑为辅。通过对模拟电路、数字电路、嵌入式系统的硬件电路分析和设计，提高学生的计算机硬件实践能力。（一）难点部分学生未熟练掌握硬件原理，不能正确搭建电路，对电路中的问题排查困难。（二）应对策略1、针对不同基础的同学，对实验要求进行分级；2、建立课程qq群，及时解答学生的问题，帮助同学解决具体问题，从而使学生具有战胜困难的信心和勇气；3、通过集中讲授环节，进行难点分解、电路演示，激发学生的学习兴趣；4、通过实践报告样例演示，实验报告汇报、面批等方法，指导学生掌握实验分析的基本方法。（三）教学手段1混合式教学。2分组实践、小组汇报。课程能力培养说明：本课程对课程教学目标的具体支撑依据如下表所示。课程教学目标支撑依据目标1：培养学生通过实