計算機硬件課程體系整體優(yōu)化的理論研究與實踐探索

摘要：計算機硬件課程體系整體優(yōu)化要以培養(yǎng)計算機專業(yè)應(yīng)用型人才為根本任務(wù)，以適應(yīng)社會需求為目標，從當(dāng)前課程體系的現(xiàn)狀和存在的問題出發(fā)，通過理論研究與實踐探索，提出了多項課程體系整體優(yōu)化的措施，并通過階段性成果說明了計算機硬件課程體系整體優(yōu)化的切實可行性。

關(guān)鍵詞：計算機硬件；課程體系；整體優(yōu)化；應(yīng)用型人才

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0036-02

根據(jù)創(chuàng)新型復(fù)合人才培養(yǎng)模式，計算機類人才必須具備三大專業(yè)能力：計算思維能力（抽象思維與邏輯思維），算法設(shè)計與分析及程序設(shè)計能力，計算機系統(tǒng)的認知、分析、設(shè)計和應(yīng)用能力。[1]計算機硬件課程體系就是培養(yǎng)對計算機系統(tǒng)的認知、分析、設(shè)計和應(yīng)用能力的教學(xué)模塊。計算機硬件課程體系主要包括“電路與模擬電子技術(shù)”“數(shù)字邏輯”“匯編語言程序設(shè)計”“計算機組成原理”“單片機技術(shù)”“微機接口技術(shù)”“嵌入式系統(tǒng)”“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等課程。大部分課程是計算機專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，也是學(xué)生在計算機學(xué)科領(lǐng)域深入研究和發(fā)展的必備知識，其中“計算機組成原理”是全國碩士研究生入學(xué)統(tǒng)一考試計算機學(xué)科專業(yè)考試課程。以上充分說明了硬件課程體系在計算機專業(yè)教學(xué)中的重要性，同時也對我國高等院校的計算機硬件課程體系提出了更高的要求，因此對硬件課程體系進行整體優(yōu)化和調(diào)整是當(dāng)前計算機專業(yè)教學(xué)亟待解決的問題。

一、計算機硬件課程體系現(xiàn)狀和存在的問題

1.課程體系結(jié)構(gòu)缺乏系統(tǒng)性

硬件課程體系中的各門課程雖然教學(xué)內(nèi)容不同，教學(xué)側(cè)重點也不同，但從屬于統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)，存在一定的層次銜接關(guān)系。而很多高校在設(shè)計硬件課程體系時，受傳統(tǒng)的“重軟偏硬”思想的影響，盲目加大軟件類課程的教學(xué)學(xué)時，將人才培養(yǎng)計劃中必不可少的硬件課程孤立地安排在教學(xué)計劃中，忽略了硬件類各門課程之間的系統(tǒng)聯(lián)系，不考慮內(nèi)容的銜接與整體的優(yōu)化。在教學(xué)過程中，教師往往只孤立地注重一門課程的完整性，不重視與其他課程相互滲透的交叉關(guān)系，不注重為學(xué)生后續(xù)相關(guān)課程打下鋪墊。由于“計算機組成原理”是碩士研究生入學(xué)考試專業(yè)課程，有些高校不得不增大該門課程的教學(xué)學(xué)時，但竟沒有開設(shè)該課程的前導(dǎo)課程“數(shù)字邏輯”。而另一門前導(dǎo)課程“匯編語言”甚至安排在“計算機組成原理”后教學(xué)。課程體系結(jié)構(gòu)缺乏系統(tǒng)性，造成教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)，知識點孤立，一些課程教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，嚴重影響教學(xué)效果的提高以及計算機專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

2.學(xué)生的畏懼心理

硬件課程體系中的課程知識點多，理論性強，概念比較抽象。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不能在掌握抽象概念的同時進一步進行應(yīng)用驗證。[2]而軟件課程只需要一臺PC機，學(xué)生就能在課后對學(xué)習(xí)內(nèi)容通過編程驗證，采用直觀的方式完成作業(yè)和復(fù)習(xí)，充分調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。高等院校過于重視組織學(xué)生參加各類程序設(shè)計大賽，無形中就讓學(xué)生以為只要具備程序設(shè)計能力就達到了計算機學(xué)科人才的要求。因此學(xué)生對硬件課程不重視，孤立地記憶各個知識點，僅僅為了參加考試修滿學(xué)分才學(xué)習(xí)，一提到硬件課程就頭疼，產(chǎn)生畏懼心理。

3.課堂教學(xué)效果差

在硬件課程的教學(xué)中，由于教學(xué)大綱制訂的不合理，教師過分依賴教材進行課堂教學(xué)。教材內(nèi)容陳舊，教材的更新往往跟不上計算機硬件技術(shù)的高速發(fā)展，許多新技術(shù)新思想未能融入到課程體系中。而且現(xiàn)在高等院校課堂普遍采用多媒體教學(xué)方式，教師上課所用的教學(xué)課件僅僅就是教材的重復(fù)，教師的教學(xué)方法單一，純粹為完成教學(xué)內(nèi)容而教學(xué)，通過傳統(tǒng)的講授教學(xué)方式把知識硬灌輸給學(xué)生，課堂教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用嚴重脫節(jié)，針對性不強，學(xué)生只能被動接收孤立的知識點，無法抓住硬件課程的精髓，直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)硬件課程的積極性，最終造成學(xué)生無法對計算機系統(tǒng)形成一個整體的認識。

4.實踐教學(xué)的誤區(qū)

由于大多數(shù)高等院校由于經(jīng)費不足，計算機專業(yè)實驗設(shè)備的投資更偏重軟件類課程，而硬件課程實驗設(shè)備前期投資較大，后期的維護費用高，課程體系中的“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字邏輯”“單片機技術(shù)”等課程由于實驗設(shè)備的缺乏，更多的是將這些實驗課程安排到電信系來開設(shè)，直接導(dǎo)致理論教學(xué)同實驗教學(xué)的脫節(jié)。而“計算機組成原理”的實驗也僅僅是在實驗箱上完成，按照實驗指導(dǎo)書上的連線圖，學(xué)生只需要動手插上連接線，撥動幾個開關(guān)，通過指示燈的亮和滅記錄下結(jié)果就行了。[3]而且安排的實驗全部是驗證性實驗，對學(xué)生理論知識的理解沒有很大的幫助作用。

二、計算機硬件課程體系整體優(yōu)化的探索和實踐

針對目前我國高校計算機硬件課程體系的現(xiàn)狀和普遍存在的問題，以培養(yǎng)“三重一高”應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，可以采取以下措施對硬件課程體系進行整體優(yōu)化來有效地提高計算機技術(shù)人才培養(yǎng)的質(zhì)量，符合科學(xué)發(fā)展觀的人才培養(yǎng)模式。

1.創(chuàng)建“三重一高”應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式

“三重一高”應(yīng)用型人才培養(yǎng)的核心思想是以“重基礎(chǔ)、重技術(shù)、重能力、高素質(zhì)”為本，創(chuàng)建符合科學(xué)發(fā)展觀的人才培養(yǎng)模式。通過該人才培養(yǎng)模式能促進學(xué)生的全面發(fā)展，不斷地提升學(xué)生的思想品德、科學(xué)文化素養(yǎng)、身體素質(zhì)、心理健康、動手實踐能力以及創(chuàng)新意識。在制訂人才培養(yǎng)模式時，院校要及時關(guān)注當(dāng)前社會對計算機技術(shù)人才的需求，結(jié)合高等院校的辦學(xué)層次和自身特征，充分發(fā)揮出學(xué)生的特色，才能讓學(xué)生有更強的社會競爭力和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.優(yōu)化計算機硬件課程體系結(jié)構(gòu)

（1）修訂教學(xué)大綱。根據(jù)人才培養(yǎng)模式的要求，及時修改計算機類各專業(yè)的教學(xué)計劃，充分認識到計算機硬件課程體系在培養(yǎng)計算機技術(shù)人才的重要地位。組織承擔(dān)硬件教學(xué)課程的教師理順該課程體系中各門課程的銜接關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系，有效地整合硬件課程體系中的課程，將多門課程中重復(fù)的內(nèi)容進行有機融合，重新制訂各門課程的教學(xué)順序和教學(xué)學(xué)時，避免課程教學(xué)脫節(jié)和教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，還可以增設(shè)“硬件工程師培訓(xùn)”“嵌入式工程師培訓(xùn)”等硬件類的專業(yè)選修課程，通過分析各門課程的側(cè)重點以及授課老師的集體交流，擬定出一套能充分體現(xiàn)硬件課程系統(tǒng)化教學(xué)的教學(xué)大綱。教學(xué)大綱中可以將技術(shù)落后以及與后續(xù)課程聯(lián)系不大的內(nèi)容刪除，并及時將計算機硬件技術(shù)的發(fā)展前沿和最新成就補充進來。

（2）編寫適用教材。根據(jù)本校的教學(xué)實際情況組織教師編寫符合人才培養(yǎng)模式的硬件教材，在強調(diào)理論知識的同時，采用深入顯出的方式分析抽象的原理，并增加學(xué)科的前沿技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生去進一步深入探討。注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，使得整個課程體系中的教學(xué)過程更連貫，教學(xué)效果更好；并完成與教材配套的多媒體教學(xué)課件。該教學(xué)課件不能僅僅做成是復(fù)制教材內(nèi)容的PPT文檔，要充分體現(xiàn)多媒體輔助教學(xué)的功能，要采用多種形式來演示抽象的理論知識點。比如可以利用仿真軟件來動態(tài)演示輔助教學(xué)，還可以采用FLASH動畫效果來加深學(xué)生對知識的理解，消除對硬件課程的畏懼心理，充分調(diào)動起學(xué)習(xí)硬件課程的積極性，學(xué)習(xí)效率更高。針對一些比較重要的硬件課程，還可以編寫該課程的學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解析，幫助學(xué)生課后自學(xué)和復(fù)習(xí)。

（3）建立教學(xué)網(wǎng)站。利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源建立硬件課程網(wǎng)站，分模塊將各門課程的學(xué)習(xí)資源以開放形式提供給學(xué)生，讓學(xué)生在課后能及時補充學(xué)習(xí)內(nèi)容，獲取更多的新技術(shù)和學(xué)科的發(fā)展動向，并通過在線交流來實現(xiàn)師生間對一些核心知識點的探討。學(xué)生也可以通過該網(wǎng)站提交作業(yè)和設(shè)計報告，并向教師提問。教師也能在該網(wǎng)站獲取學(xué)生的反饋信息，及時調(diào)整教學(xué)進度，采用合適的教學(xué)手段和方法。

（4）建設(shè)課程試題庫。為了進一步提高教學(xué)質(zhì)量，科學(xué)地進行教學(xué)評價以及端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，必須嚴格遵循人才培養(yǎng)模式和教學(xué)大綱，科學(xué)建立起各門硬件課程標準化的試題庫。并且要動態(tài)地更新試題庫，通過計算機系統(tǒng)自動完成整個考試過程，真正實現(xiàn)“考教分離”。教師在教學(xué)時必須嚴格遵循該課程的教學(xué)大綱，按要求將重難點講清楚和透徹，避免考試前透題，以及改卷時送“人情分”。

（5）注重實踐環(huán)節(jié)。實踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的最好途徑，不能僅僅將實踐教學(xué)作為理論教學(xué)的附屬品，要切實把實踐教學(xué)貫穿整個硬件課程體系當(dāng)中，嚴格遵循實驗教學(xué)大綱，編寫規(guī)范的實驗指導(dǎo)書，改革實驗考核方式，引起學(xué)生對硬件實驗的重視。在注重理論知識的同時，也要培養(yǎng)動手實踐能力，提高綜合素質(zhì)。[4]一般硬件實驗設(shè)備的投資比較大，后期的維護費用也比較高，可以建立起硬件虛擬實驗室，提供給學(xué)生更多發(fā)揮創(chuàng)新潛能的機會。像“數(shù)字邏輯”“計算機組成原理”和“單片機技術(shù)”等課程將一部分驗證類實驗在實驗箱上通過連線完成，設(shè)計類和綜合類實驗可以在計算機上用“軟件”的方法來實現(xiàn)，采用EDA技術(shù)，應(yīng)用Multisim、Proteus仿真軟件、VHDL硬件描述語言，擴展學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。同時注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，充分利用實驗中心的創(chuàng)新實驗平臺，鼓勵學(xué)生參加各類硬件設(shè)計大賽、電子競賽和“大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目”。

（6）加強教師隊伍建設(shè)。注重硬件課程體系特色教學(xué)團隊建設(shè)，調(diào)整師資結(jié)構(gòu)，通過引進高層次的人才，建立學(xué)科帶頭人、師范教師與骨干教師相結(jié)合的師資隊伍。定期組織教師開展教研活動，及時發(fā)現(xiàn)課程體系中存在的問題，進一步地進行修改。注重教師的培訓(xùn)，對新進教師采用導(dǎo)師培養(yǎng)制度，并有計劃地安排教師出外學(xué)習(xí)培訓(xùn)以及參加各種學(xué)術(shù)交流會議，能獲取該學(xué)科的最新技術(shù)。鼓勵教師以團隊形式申報各類教學(xué)研究項目，有計劃地開展教學(xué)改革。

三、結(jié)語

計算機硬件課程體系整體優(yōu)化的實現(xiàn)要經(jīng)歷一個長期的過程，需要結(jié)合理論教學(xué)、實踐教學(xué)、師資培訓(xùn)、考核方式、教學(xué)模式與手段等多方面進行優(yōu)化。近兩年在湖南工學(xué)院計算機信息學(xué)院推行新的硬件課程體系以來，教學(xué)團隊在教學(xué)中通過不斷的實踐探索，采取了合理制訂應(yīng)用型人才培養(yǎng)計劃、修訂教學(xué)大綱、重新整合教學(xué)內(nèi)容、改變傳統(tǒng)的考試模式、加強實踐教學(xué)、增設(shè)創(chuàng)新實驗室等多項措施。從教師和學(xué)生提交的問卷調(diào)查表以及硬件課程考試成績統(tǒng)計等數(shù)據(jù)來看，獲得到了較好的教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生對硬件課程的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率都有了明顯的提高。另外在“三重一高”應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面獲得了比較明顯的效果，學(xué)生在各類競賽和創(chuàng)新實驗項目成績比較顯著，就業(yè)率也得到了提高。從畢業(yè)生就業(yè)的回返調(diào)查來看，用人單位普遍認為學(xué)生的動手實踐能力比較強。實踐證明對計算機硬件課程體系進行整體優(yōu)化，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的必然要求。

參考文獻：

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[3]唐建宇.計算機硬件課程教學(xué)中的若干問題分析與探討[J].福建電腦，2007，（5）：188-189.

[4]胡景春，葉水生，韓旭，等.計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)硬件教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的綜合研究與建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2010，27（3）：12-14.

（責(zé)任編輯：王意琴）