改革計(jì)算機(jī)硬件課程群實(shí)踐教學(xué)體系

1、改革計(jì)算機(jī)硬件課程群理論教學(xué)體系傳統(tǒng)理論教學(xué)往往缺少實(shí)用性和新穎性， 缺少個(gè)性化， 形式單調(diào)， 造成學(xué)生的動(dòng)手、獨(dú)立分析和解決問(wèn)題等才能較弱。此外，高校不斷擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)急劇增加，而理論環(huán)節(jié)由于人力、物力等限制， 相對(duì)矛盾日益突出，因此，如何在新形勢(shì)下加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的工程理論才能的培養(yǎng)，成為高校本科教育的一個(gè)重大課題。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為吉首大學(xué)重點(diǎn)建立專業(yè)，該專業(yè)將推進(jìn)理論教學(xué)改革，構(gòu)筑科學(xué)合理的理論體系，作為培育優(yōu)秀大學(xué)生的理論才能和創(chuàng)新才能的一項(xiàng)重要措施。計(jì)算機(jī)硬件理論教學(xué)屬于計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，核心課程包括電子技術(shù)根底、計(jì)算機(jī)組成原理、單片機(jī)原理與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、微型計(jì)

2、算機(jī)原理及應(yīng)用等課程，這些課程具有理論性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣且與理論聯(lián)絡(luò)嚴(yán)密等特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論知識(shí)的驗(yàn)證與穩(wěn)固的重要環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)包括根本性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)3 種類型。通過(guò)對(duì)吉首大學(xué)計(jì)算機(jī)硬件三種實(shí)驗(yàn)課程訓(xùn)練，觀測(cè)、分析實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果，找出激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)步學(xué)生的動(dòng)手才能，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)的方法和形式，為學(xué)生以后走上社會(huì)從事信息科技領(lǐng)域工作打下一個(gè)良好的根底。一、傳統(tǒng)理論教學(xué)體系存在的問(wèn)題(一) 缺乏對(duì)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)才能的培養(yǎng)傳統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)相別離的設(shè)計(jì)方法成為阻礙設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、大規(guī)模系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。系統(tǒng)平臺(tái)的搭建、軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)驗(yàn)證和軟硬件功

3、能模塊的可重用性已成為現(xiàn)階段設(shè)計(jì)方法的熱點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想成為當(dāng)務(wù)之急。傳統(tǒng)理論教學(xué)中，卻缺乏對(duì)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)才能的培養(yǎng)。(二) 缺乏對(duì)學(xué)生可編程芯片設(shè)計(jì)才能及EDA 技術(shù)的培養(yǎng)可編程芯片與EDA 技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的開(kāi)展趨勢(shì)，將可編程芯片設(shè)計(jì)及EDA 技術(shù)引入硬件課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是時(shí)代開(kāi)展的需要。而目前缺乏對(duì)學(xué)生可編程芯片設(shè)計(jì)才能及EDA 技術(shù)的培養(yǎng)。(三) 缺乏綜合性的理論課程，學(xué)生的創(chuàng)新才能發(fā)揮受限由于實(shí)驗(yàn)條件限制，原有的多數(shù)實(shí)驗(yàn)是基于純硬件邏輯設(shè)計(jì)的，只是在面包板上用器件構(gòu)建小系統(tǒng)，功能擴(kuò)展性差;并且只能開(kāi)設(shè)數(shù)量有限、技術(shù)含量較低的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無(wú)法開(kāi)展自主的綜合性設(shè)計(jì)，無(wú)法進(jìn)展創(chuàng)

4、新才能的培養(yǎng)。二、計(jì)算機(jī)硬件課程群理論教學(xué)體系改革及措施(一) 建立新的理論教學(xué)體系經(jīng)過(guò)充分調(diào)研和論證，吉首大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)首先從修改08 級(jí)教學(xué)方案入手，對(duì)課程體系中的多門(mén)課程進(jìn)展了調(diào)整，理順了各門(mén)課程間的關(guān)系，構(gòu)建了新的硬件課程體系。該課程體系橫向由必修課程、配套理論兩部分組成。必修課包括電子技術(shù)根底、組成原理、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用等課程。配套理論主要包括電子技術(shù)根底理論、計(jì)算機(jī)組員原理理論、單片機(jī)原理理論、嵌入式系統(tǒng)理論，以此就可以保證課程體系的實(shí)用性與先進(jìn)性。硬件系列課程從體系構(gòu)造縱向上劃分為三個(gè)層次：根底層、應(yīng)用層和進(jìn)步層，其課程間的關(guān)系是根底層為電子技術(shù)根

5、底與組成原理。數(shù)字電路課程雖然在教學(xué)體系上不屬于計(jì)算機(jī)硬件系列課程，但它是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的技術(shù)根底，是必修的前續(xù)課;組成原理介紹計(jì)算機(jī)的根本組成和工作原理，解決整機(jī)概念;在應(yīng)用層中，通過(guò)單片機(jī)原理與接口技術(shù)介紹應(yīng)用層的外圍接口和相關(guān)外設(shè)。進(jìn)步層為嵌入式系統(tǒng)理論課程，通過(guò)學(xué)習(xí)和理論，可以使學(xué)生比較全面地掌握嵌入式系統(tǒng)的根本概念、根本原理、根本構(gòu)造、根本分析方法、根本設(shè)計(jì)方法和性能評(píng)價(jià)方法， 并建立起嵌入式系統(tǒng)的完好概念。在硬件課程群理論教學(xué)體系建立過(guò)程中， 突出強(qiáng)調(diào)課程體系的系統(tǒng)性和完備性。從第2 學(xué)期到第7 學(xué)期硬件實(shí)驗(yàn)不斷線，層次逐步進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容銜接連接。注意各硬件理論的互相次序和互補(bǔ)，使

6、硬件理論訓(xùn)練層次化、系列化，以此來(lái)系統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)生的硬件動(dòng)手才能。同時(shí)調(diào)整各課程的開(kāi)設(shè)順序，理順每門(mén)課與前導(dǎo)課和后續(xù)課之間的關(guān)系， 從而保證硬件課程體系的系統(tǒng)性和完備性。(二) 優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容，引進(jìn)新技術(shù)，進(jìn)步計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)的效率和興趣隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的日益開(kāi)展，各種各樣的微處理器不斷更新，功能不斷增強(qiáng)，以FPGA 為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)集成技術(shù)獲得了驚人的開(kāi)展，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)也逐步成為主流。為了使學(xué)生理解最新技術(shù)，我們采取措施引入新設(shè)備、新技術(shù)，進(jìn)步硬件設(shè)計(jì)的效率和興趣。如更新組成原理和單片機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)， 通過(guò)RS232 串口與PC 機(jī)相連， 可在PC 機(jī)上編程并向系統(tǒng)裝載實(shí)驗(yàn)程序

7、， 還可在PC 機(jī)的圖形界面下進(jìn)展動(dòng)態(tài)調(diào)試并觀察實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行，使學(xué)生像設(shè)計(jì)軟件一樣來(lái)設(shè)計(jì)硬件，做到了硬件設(shè)計(jì)軟件化，大大進(jìn)步了硬件設(shè)計(jì)的效率和興趣。在計(jì)算機(jī)組成理論課程中， 將FPGA 等技術(shù)引入，用FPGA 來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜模型機(jī)。在單片機(jī)原理與接口技術(shù)理論課程中補(bǔ)充USB、網(wǎng)卡接口的應(yīng)用等內(nèi)容。在嵌入式系統(tǒng)理論課程中試驗(yàn)并行程序的運(yùn)行與任務(wù)分配調(diào)控等功能。同時(shí)為適應(yīng)當(dāng)前嵌入式芯片的迅速普及應(yīng)用，新開(kāi)設(shè)了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)。(三) 編寫(xiě)有學(xué)校特色的實(shí)驗(yàn)教材根據(jù)計(jì)算機(jī)學(xué)科開(kāi)展快的特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新，教學(xué)方法也需不斷創(chuàng)新。根據(jù)吉首大學(xué)實(shí)驗(yàn)資源以及對(duì)人才培養(yǎng)的要求，該校積極組織師資力量編寫(xiě)出一

8、系列新穎、有特色的實(shí)驗(yàn)教材和講義，并把主要內(nèi)容放在實(shí)驗(yàn)方法和技巧的指導(dǎo)上。計(jì)算機(jī)硬件課程群理論教學(xué)主要涉及到?電子技術(shù)根底?、?計(jì)算機(jī)組成原理?、?單片機(jī)原理及接口技術(shù)?、?嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用?等實(shí)驗(yàn)課程，根據(jù)各實(shí)驗(yàn)課程在大學(xué)四年教學(xué)中的地位和作用，對(duì)學(xué)生培養(yǎng)要求按時(shí)間段進(jìn)展合理分工，使整個(gè)教材的內(nèi)容形成一個(gè)統(tǒng)一整體。教材內(nèi)容按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由根本到綜合以及獨(dú)立操作才能的形成過(guò)程編寫(xiě)，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的表達(dá)從全部詳寫(xiě)到部分指導(dǎo)再到啟發(fā)性探究多層次形式表達(dá)。這樣激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣， 調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性， 進(jìn)步了學(xué)生的理論動(dòng)手才能， 使學(xué)生在根本方法和根本技能方面受到良好的訓(xùn)練。編寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)教材不是針對(duì)

9、某一詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)要求，而是具有普遍的指導(dǎo)作用，有利于學(xué)生自學(xué)。有些本卷須知和實(shí)驗(yàn)技巧以考慮題的形式出現(xiàn)，同時(shí)要求學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)考慮答復(fù)，養(yǎng)成考慮分析的習(xí)慣。(四) 改革教學(xué)方法，注重才能培養(yǎng)由于傳統(tǒng)教育觀念的影響，教師總是注重向?qū)W生灌輸知識(shí)，學(xué)生只滿足于依葫蘆畫(huà)瓢地完成一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)遇到的問(wèn)題依賴于教師解決，這樣培養(yǎng)的學(xué)生必然缺乏創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新才能，是難以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)開(kāi)展要求的。只有在教學(xué)過(guò)程中重視對(duì)學(xué)生觀察才能、動(dòng)手才能、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題才能的培養(yǎng)，使學(xué)生始終處于主動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，才能養(yǎng)成獨(dú)立考慮和積極進(jìn)取的科學(xué)精神。1.加強(qiáng)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)在實(shí)驗(yàn)課中，很多學(xué)生都是臨時(shí)才看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，再按著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

10、的內(nèi)容一點(diǎn)點(diǎn)去試，不僅導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)時(shí)間的嚴(yán)重浪費(fèi)，更重要的是導(dǎo)致了理論與理論的脫節(jié)。因此，在實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)講義，明確實(shí)驗(yàn)的要求和內(nèi)容，有的還要求查閱有關(guān)資料，更重要的是通過(guò)必要的理論計(jì)算，編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序，預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)預(yù)習(xí)的檢查采用實(shí)驗(yàn)前提問(wèn)或查閱預(yù)習(xí)報(bào)告等，預(yù)習(xí)不合格者不得進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。通過(guò)加強(qiáng)預(yù)習(xí)，可以使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中增加主動(dòng)性，減少盲目性，考慮才能和動(dòng)手才能都得到明顯進(jìn)步，同時(shí)還培養(yǎng)了學(xué)生探究創(chuàng)新和積極汲取知識(shí)的習(xí)慣。2.培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)展實(shí)驗(yàn)的才能實(shí)驗(yàn)課上，教師只對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn)及本卷須知進(jìn)展提示，然后放手讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前應(yīng)該先預(yù)習(xí)，對(duì)于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)

11、題，教師不是親自幫助檢查解決，而是因勢(shì)利導(dǎo)，給予學(xué)生必要的提示或啟發(fā)。促使他們養(yǎng)成獨(dú)立考慮的習(xí)慣。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生從不同角度觀察問(wèn)題、提出問(wèn)題，培養(yǎng)他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的才能。3.以計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)、FPGA/CPLD 技術(shù)、模擬仿真技術(shù)貫穿計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)的始終目前國(guó)內(nèi)流行的嵌入式設(shè)計(jì)方法中， FPGA/CPLD等可編程邏輯器件在絕大部分場(chǎng)合下僅作為嵌入式處理器的膠合邏輯或只是用來(lái)實(shí)現(xiàn)一些通信的簡(jiǎn)單邏輯。但隨著可編程邏輯器件工藝和開(kāi)發(fā)工具日新月異的開(kāi)展， 以FPGA 為核心的高性價(jià)比的新一代超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷呀?jīng)開(kāi)始在嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。教師在講解理論課或?qū)嶒?yàn)課過(guò)程中穿

12、插一些模擬仿真的內(nèi)容，如采用先進(jìn)的可編程器件FPGA、CPLD，在軟件控制下使用VHDL、IP 和在線系統(tǒng)編程技術(shù)對(duì)應(yīng)用做仿真。這種方法可以在虛擬的實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)，直到仿真成功，進(jìn)步了設(shè)計(jì)的效率。利用軟件的方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求，使學(xué)生發(fā)揮了自身的創(chuàng)新思維，靈敏改變硬件的邏輯和構(gòu)造，這是計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)方式的一個(gè)飛躍，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合。4.標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告通過(guò)撰寫(xiě)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生分析、概括、總結(jié)等綜合書(shū)面表達(dá)才能。實(shí)驗(yàn)報(bào)告盡量減少對(duì)講義或預(yù)習(xí)報(bào)告中已有內(nèi)容的重復(fù)，重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果及數(shù)據(jù)處理過(guò)程上，從方案設(shè)計(jì)到器件選型，從程序開(kāi)發(fā)到調(diào)試等，將理論中獲取的經(jīng)歷總結(jié)升華，并對(duì)結(jié)果進(jìn)展分

13、析討論，有些實(shí)驗(yàn)還要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)體會(huì)。報(bào)告中要求準(zhǔn)確使用專業(yè)術(shù)語(yǔ)、圖形、文字符號(hào)、法定計(jì)量單位等;有效數(shù)字計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果表達(dá)準(zhǔn)確，要?jiǎng)?wù)實(shí)事求是，不能隨意修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為今后撰寫(xiě)科研論文打下根底。5.改革考核方法實(shí)驗(yàn)考核是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的有效手段，是一種綜合性考核。教師在評(píng)判學(xué)生成績(jī)時(shí)，重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的分析才能，把學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解作為考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)提出自己的設(shè)想，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)表自己的見(jiàn)解。另外， 在課堂上安排課堂提問(wèn)和隨堂測(cè)試，在考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同時(shí)考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理相關(guān)問(wèn)題的理解程度，這樣，既隨時(shí)掌握了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的情況，也催促了學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的自覺(jué)性。在評(píng)定成績(jī)