《計算機硬件基礎》課程教學內容和教學模式改革的探討

楊素敏　張政?！】軕埂￡惱?/p>

摘 要：本文分析和研究了目前《計算機硬件基礎》課程教學內容、教學模式和實驗環(huán)節(jié)等方面對教學效果的制約，以及與計算機快速更新不相適應的因素，并對各個方面提出了相應的改革對策。

關鍵詞：計算機硬件基礎；教學內容；教學模式；網絡實驗平臺

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1673-8454（2009）10-0038-02

一、引言

《計算機硬件技術基礎》課程是培養(yǎng)學生利用計算機從事科學研究和科學開發(fā)工作的技術基礎課程之一，該課程主要介紹計算機硬件的基礎知識和基本工作原理，旨在提高學生對計算機硬件基礎知識的了解和基本工作原理的認識、掌握，對于培養(yǎng)學生的計算機硬件控制理論和動手操作能力方面具有較為重要的作用。微型計算機技術發(fā)展的一個最顯著的特點就是更新速度快，“莫爾定律”指出，集成電路上的晶體管集成度每隔18個月(或2年)就會翻一番,芯片的性能隨之提高一倍,而價格則降低一半。而《計算機硬件基礎》課程教學仍停留在Intel 80×86基礎上，與人們普遍使用的都是Pentium4平臺的微機系統(tǒng)不統(tǒng)一，出現(xiàn)學生對硬件學習不感興趣的現(xiàn)象，因此傳統(tǒng)的計算機教學內容、教學模式和實驗手段已經無法適應計算機發(fā)展的需要，必須從教學內容、教學模式和實驗環(huán)節(jié)等方面進行改革，以適應計算機的發(fā)展和學生的好奇心，增強學生對硬件課程的興趣，進而提高該課程的教學效果。

二、教學內容的改革

1.應適應新技術的發(fā)展

本課程具有更新速度快的特點，但我們的教學內容仍以Intel 80×86為基礎，教學內容幾十年不變，使學生感覺仿佛在學習歷史，課堂上講述的微機離現(xiàn)實相差太遠，而平常接觸的Pentium機卻無法學以致用，因此出現(xiàn)了“重軟件輕硬件”的情況，學生對硬件的學習不感興趣，只是為了應對考試而學。但計算機的學習具有系統(tǒng)性，只有對硬件有較好理解的基礎上，才能編寫更加高效的軟件，因此我們在講授《計算機硬件基礎》課程基本教學內容的基礎上，擴充了計算機硬件的最先進的知識，如分支預測技術、超標量執(zhí)行技術、微機的流水線操作技術、高速緩沖器技術、虛擬存儲器技術（分段存儲管理技術和分頁存儲管理技術）、浮點數(shù)據(jù)處理技術和高速總線傳輸技術等，使學生不僅掌握了基礎知識，同時激發(fā)了學生學習新知識的興趣。這樣既保證學生對基礎知識有系統(tǒng)性的理解，并與計算機及應用技術發(fā)展的最新水平和趨勢相適應，既遵循了教學管理要求，又努力體現(xiàn)了“基礎性、系統(tǒng)性、實用性和先進性”統(tǒng)一。

2.應適應不同專業(yè)的特點

由于我院非計算機類專業(yè)很多，不同專業(yè)的學習基礎差別很大，因此教學內容上應采用“寬編窄用”的內容選取原則和模塊化、結構化的內容組織原則，以具有較寬的適應面和靈活的選擇余地，利于實施于不同對象、不同層次、不同學時數(shù)的教學。如對我院“2006級電氣工程及自動化專業(yè)”的學生，由于他們已經對數(shù)電/模電內容有了全面的掌握，對電路也有一定的了解，因此只需在教學內容上重點講解芯片的構成和原理實現(xiàn)，而對其他專業(yè)的學生則要重點講解芯片的功能方面。

3.應強化實驗環(huán)節(jié)

由于硬件課程本身很抽象，較難理解，學生在學習該課程之前，對“CPU的工作原理”、“內存如何存儲數(shù)據(jù)”和“匯編語言的編程過程”都很迷茫，無論教師如何講述理論知識，學生對這些內容仍然是一團霧水，因此必須加強實驗教學，使學生在實驗中逐漸理解原理、概念，明確數(shù)據(jù)內存如何存放，實驗環(huán)節(jié)對硬件的學習至關重要。

三、教學模式的改革

1.計算機輔助教學模式的創(chuàng)新

計算機硬件課程內容龐雜、涉及面廣、概念抽象、工作原理復雜和實踐性強。學生在學習的過程中往往感到不易理解，難于掌握。很多學生學完本課程，只是通過背誦記住了幾個基本概念和原理，并沒有真正理解和掌握計算機系統(tǒng)中各個部件的組成和工作原理；沒有掌握處理器指令系統(tǒng)的精華思想和編程技巧；也沒有真正理解計算機系統(tǒng)是如何協(xié)調工作的，這不便于學生形成計算機系統(tǒng)的分析、設計、使用和維護方面的能力。因此為了提高教學效果，必須改變傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學手段，而是將文字、圖像、聲音、動畫、視頻等多類型、多種格式的多媒體形式信息進行融合，以便學生有更加直觀、形象的理解。如在講解8253/ 8254可編程計數(shù)器/定時器芯片的6種工作方式時，不是一些簡單的圖片和文字，而是采用動畫技術，當輸入控制字后，可以清晰觀察到在不同方式下OUT信號的變化，以及在門控信號GATE控制下，不同方式下的時鐘脈沖波形，這樣不僅使教學內容生動起來，而且增加了學生的注意力，使學生清晰地看到不同方式的區(qū)別，明白了各種方式的功能和適用場合。

2.講授方式靈活多樣

講授本課程時，不能采用填鴨式、滿堂灌的教學方法，仍注重啟發(fā)式，調動學生學習的積極性和主動性，如在進行實驗之前，讓學生收集相關的資料，利用學生閱讀教材、學生實驗和觀察以及實驗測定等教學方法，并在分析研究和處理資料與數(shù)據(jù)時，常采用討論、談話、問答、練習和講解等方法。另外為了提高教學效果，還常配合以多媒體工具和各種直觀教具。

3.搭建網絡實驗平臺

為了提高《計算機硬件基礎》課程的教學效果，除了開展傳統(tǒng)教學模式外，我們還搭建了網絡化實驗平臺，通過這種新型的教學方式，不僅把知識和技能傳授給學生，而且培養(yǎng)了學生的興趣，激發(fā)學生的學習積極性，培養(yǎng)學生掌握和運用知識的態(tài)度和能力，提高學生的創(chuàng)新能力和實踐動手能力，并使每個學生都能得到充分的發(fā)展。通過該平臺，可以在以下幾方面提高教學效果：（1）教員可以將多媒體信息表現(xiàn)和處理技術運用于網絡課程講解和知識學習各個環(huán)節(jié)，使網絡教學具有信息容量大、資料更新快和多向演示、模擬生動的顯著特征，這一點是有限空間、有限時間的傳統(tǒng)教學方式所無法比擬的。（2）學生也可以自主、創(chuàng)新地學習。網絡化教學打破了時空界限，只要有網絡的地方，學生就可以隨時上網學習，并可根據(jù)自己的時間自由調節(jié)自己的學習進度，避免了傳統(tǒng)教學的平均性進度原則。在我們所設計的《微型計算機接口技術》課程的網絡化教學中，學生可以通過測試系統(tǒng)對自己學習的內容進行測評，網絡系統(tǒng)給其提出建設性的學習計劃，學生隨后可以根據(jù)自己的水平和建議進行相關內容的學習。這種模式也體現(xiàn)了因材施教的原則，提高了個別化學習效果，也有利于激發(fā)學生學習的主動性。另外，學習較好的學生，也可以進行探索式的學習方式。如學生在學習相應芯片的基礎上，進一步研究分析芯片的編程結構和工作原理，掌握如何通過編程使多個芯片相互配合，設計綜合性的實驗，然后進行模擬調試。學生在此過程中建構起雄厚的知識基礎，增強了有效解決問題的能力和技巧。（3）增強了“教”與“學”之間的交互性。學生在學習中可以通過利用課件、信息資源及智力工具進行學習而產生互動，也可以通過與在線教師對話而產生互動，學生之間還可進行交流討論，實現(xiàn)實時全交互。

四、結論

總之，在《計算機硬件基礎》課程教學過程中，教師根據(jù)課程的教學任務和要求，結合教學的具體內容，以教學原則為指導，通過對教學內容和教學模式進行改革，形成了以學生為中心的生動活潑的學習局面，以先進的理論創(chuàng)造性地組織教學，充分發(fā)揮了學生的創(chuàng)造性思維學習和能動性，該課程的教學效果明顯提高。

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