計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)課程教學(xué)研究與實(shí)踐

龔星宇+李娜+龔尚福

摘 要：針對當(dāng)前高等教育改革的不斷深化，基于計(jì)算思維理念和工程素質(zhì)教育的需要，展開對計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)課程在人才培養(yǎng)中的定位和教學(xué)模式變革的探索、研討和實(shí)踐。以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力和專業(yè)應(yīng)用技能為主線，選擇微機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)方案進(jìn)行研究與實(shí)踐，提出在探索分類培養(yǎng)學(xué)生“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)課程”的基礎(chǔ)上，給出課程特點(diǎn)與定位、主要解決的教學(xué)問題、課程教學(xué)設(shè)計(jì)和課程教學(xué)實(shí)施案例，并對改革效果輔之于試點(diǎn)，總結(jié)出一套行之有效的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)課程教學(xué)實(shí)施模式，實(shí)踐證明實(shí)施效果良好。

關(guān)鍵詞：課程建設(shè)；計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)；計(jì)算思維能力；專業(yè)應(yīng)用技能

中圖分類號：TP3-05；C41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）12-0-03

0 引 言

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程[1]的授課對象是高等院校各理工科專業(yè)，尤其是機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化、電氣控制和電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程對于學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)、工作原理和專業(yè)應(yīng)用具有舉足輕重的作用。該課程教學(xué)內(nèi)容多、知識復(fù)雜、學(xué)習(xí)難度大、實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣。

在近三十年的教學(xué)過程中，先后經(jīng)歷了由國外引進(jìn)、消化和國內(nèi)編寫出版相關(guān)教材，尤其自21世紀(jì)以來，在精品課程建設(shè)的推動(dòng)下國內(nèi)編寫出版了為數(shù)不少的優(yōu)秀教材。但隨著教學(xué)改革和工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求不斷加大，根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)，對該課程的教學(xué)需要制定相對規(guī)范有效的課程教學(xué)實(shí)施要求，為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提供優(yōu)化的實(shí)施方案和共享資源。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠系統(tǒng)地理解計(jì)算機(jī)硬軟件結(jié)構(gòu)方面的基本知識，掌握應(yīng)用系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生對工程項(xiàng)目和復(fù)雜問題的解決能力，達(dá)到認(rèn)知能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的全面提升。

1 課程特點(diǎn)與定位

1.1 課程特點(diǎn)

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》（Principle and Interface Technology of Micro-Computer）是國內(nèi)理工科大學(xué)學(xué)習(xí)與理解計(jì)算機(jī)基本組成原理與應(yīng)用的基礎(chǔ)教學(xué)的核心課程，也是電氣信息類和機(jī)電控制類專業(yè)重要必修學(xué)科的基礎(chǔ)課。本課程涉及的專業(yè)基礎(chǔ)廣泛、概念多，理論性強(qiáng)并且系統(tǒng)完整，工程性與應(yīng)用性[2]特點(diǎn)突出。特別是對于以應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件為主的機(jī)械控制類專業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生從硬件與軟件結(jié)合的角度思考、分析、解決本學(xué)科領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力，具有十分重要的意義。

1.2 教學(xué)定位

該課程教學(xué)目標(biāo)是以培養(yǎng)計(jì)算思維能力為主線，使學(xué)生系統(tǒng)掌握微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成和工作原理，提高對微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解和應(yīng)用能力，啟發(fā)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建處理問題的意識和分析、解決本專業(yè)實(shí)際問題的初步能力，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐研究與開發(fā)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，為將來學(xué)習(xí)和應(yīng)用層出不窮的微型計(jì)算機(jī)新技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。

2 研究與解決的主要問題

2.1 研究教學(xué)體系與課程實(shí)施方案

基于多年的教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，結(jié)合“學(xué)、產(chǎn)、研”三位一體思維意識，形成以“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程為試點(diǎn)的計(jì)算機(jī)硬件課程群教學(xué)體系和實(shí)施方案，優(yōu)化實(shí)施精品課程戰(zhàn)略。

2.2 實(shí)施教學(xué)準(zhǔn)入制度，培養(yǎng)主講教師隊(duì)伍

課程建設(shè)的核心是培養(yǎng)一支基礎(chǔ)厚實(shí)、素質(zhì)過硬、水平較高的理論+實(shí)踐技能的中青年教師隊(duì)伍。多年來，我們對課程建設(shè)推行“四個(gè)一”工程，即選用或編寫一部好教材；每位青年教師要設(shè)計(jì)撰寫一本好教案；主講教師要練就一手好板書；培養(yǎng)與訓(xùn)練一口標(biāo)準(zhǔn)的普通話。對于培養(yǎng)青年教師始終實(shí)施老教師傳、幫、帶的責(zé)任方式，從助課答疑、輔導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、兼帶實(shí)習(xí)、教案準(zhǔn)備到試講評比，最后到站穩(wěn)講臺的各環(huán)節(jié)給予具體指導(dǎo)訓(xùn)練，全方位培養(yǎng)主講教師梯隊(duì)，保證課程的教學(xué)水平與質(zhì)量。

2.3 突出教學(xué)方法與手段改革

課程組不間斷地進(jìn)行教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流、教學(xué)方法與模式研討、教學(xué)質(zhì)量檢查評比與教學(xué)效果總結(jié)，吸收與匯集優(yōu)秀的教學(xué)方法與手段，在教學(xué)實(shí)踐中培育和驗(yàn)證實(shí)施效果，逐步推廣至其他課程。

2.4 強(qiáng)化技能訓(xùn)練，提高動(dòng)手能力

基于強(qiáng)基礎(chǔ)、重能力和突出實(shí)用的原則，率先在學(xué)校成立工程訓(xùn)練中心，吸納優(yōu)秀學(xué)生開設(shè)課外創(chuàng)新班，聘請富有科研能力的教師或企業(yè)工程人員，以作坊形式培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合工程實(shí)際選題，設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試控制系統(tǒng)或產(chǎn)品，積極開展相關(guān)學(xué)科技能預(yù)演與孵化，學(xué)生參加各類形式的大學(xué)生科研創(chuàng)新競賽，取得了多項(xiàng)省部級競賽成果。

2.5 注重教材與網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)

在學(xué)科帶頭人的組織協(xié)調(diào)下，課程組積極參加高等院校規(guī)劃教材建設(shè)的研究與實(shí)踐，先后主編出版了《匯編語言程序設(shè)計(jì)》《計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》和《微機(jī)原理與接口技術(shù)》規(guī)劃教材，并獲得省部級優(yōu)秀教材一、二等獎(jiǎng)；其中主編的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》教材入選 “十一五”國家統(tǒng)編教材，課程組建設(shè)的《匯編語言程序設(shè)計(jì)》《計(jì)算機(jī)組成原理》和《微機(jī)原理與接口技術(shù)》三門課程先后被評為陜西省精品課程。

3 課程教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 課程總體設(shè)計(jì)

該課程根據(jù)自身特點(diǎn)和授課對象的不同，總體設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)出基于計(jì)算思維理念，以計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)為主線，培養(yǎng)學(xué)生理解基本概念與基本原理，掌握應(yīng)用基本方法技能，突出硬件與軟件相結(jié)合，理論與實(shí)踐相結(jié)合的主題原則。在課程內(nèi)容的選取上，要正確處理先進(jìn)性與教學(xué)規(guī)律性的關(guān)系，力求做到基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、科學(xué)性、實(shí)用性和先進(jìn)性的統(tǒng)一。在教學(xué)內(nèi)容的組織上，應(yīng)符合計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的固有規(guī)律、學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系和認(rèn)知規(guī)律；內(nèi)容的深度和廣度應(yīng)根據(jù)本課程在計(jì)算機(jī)類專業(yè)和非計(jì)算機(jī)類專業(yè)中的地位和作用，以及不同專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)和需要確定，并注意與其他相關(guān)課程的聯(lián)系和銜接。在教學(xué)過程的實(shí)施中，要從提高實(shí)效[2]出發(fā)，重視改革創(chuàng)新、與時(shí)俱進(jìn)，注重整體優(yōu)化。尤其在教學(xué)方法手段上，要注意探索使用有利于學(xué)生個(gè)性化、自主性學(xué)習(xí)的啟發(fā)式、開放式、互動(dòng)式教學(xué)方法，重視先進(jìn)教學(xué)技術(shù)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法手段的結(jié)合，合理運(yùn)用多媒體課件，適度引入網(wǎng)絡(luò)課程平臺等現(xiàn)代數(shù)字化教學(xué)手段輔助教學(xué)，力求在最小課時(shí)優(yōu)先的前提下讓學(xué)生更多、更好地掌握相關(guān)的知識和技術(shù)，獲得盡可能高的教學(xué)效率，提高課程教學(xué)效時(shí)比。endprint

3.2 教學(xué)內(nèi)容分類設(shè)計(jì)

課程教學(xué)內(nèi)容從體系上分為微機(jī)原理、微機(jī)接口和微機(jī)應(yīng)用三大部分，共12個(gè)教學(xué)模塊，若干個(gè)知識單元。每個(gè)知識單元又涵蓋若干知識點(diǎn)，各知識單元和知識點(diǎn)均應(yīng)緊密圍繞計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成、工作原理及接口應(yīng)用這根主線開展教學(xué)，同時(shí)注重硬件與軟件相結(jié)合，理論與實(shí)踐相結(jié)合，各知識單元和知識點(diǎn)的主要內(nèi)容及其教學(xué)基本要求、重點(diǎn)難點(diǎn)等屬性，針對計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)知識和技能需求不同的三類專業(yè)，分別進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，即以電氣信息類為主的理工科類專業(yè)；非電類為主的理工科類專業(yè)；非理工科類專業(yè)。

對于以電氣信息類為主的理工科類專業(yè)，各知識點(diǎn)都應(yīng)學(xué)習(xí)并較好地掌握；對于非電類理工科專業(yè)，則對原理、接口部分等一些較深層次的知識點(diǎn)可不作要求；對于非理工科類專業(yè)，按傳統(tǒng)的教學(xué)理念，一般不開設(shè)本課程，但鑒于電子信息時(shí)代計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用已越來越廣泛、深入，一些交叉邊緣學(xué)科的產(chǎn)生往往離不開與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合，因此，為這些專業(yè)的學(xué)生開設(shè)本課程，使之對有關(guān)微機(jī)原理和微機(jī)接口方面一些最基本的概念、原理和方法有所熟悉和理解，能夠了解和掌握一些有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)的基本知識和思維方式。

3.3 實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

為適應(yīng)培養(yǎng)高素質(zhì)、工程應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才的需要[4，6]，該課程要求學(xué)生配合理論教學(xué)完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)和技能訓(xùn)練，以利于對課程概念、原理的理解和實(shí)踐能力的提升。實(shí)驗(yàn)類型分為原理和性能驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)三類，重在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程設(shè)計(jì)素養(yǎng)。針對不同專業(yè)的學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和程度上要有所區(qū)別。對于機(jī)電信息類專業(yè)的學(xué)生而言，上述三類實(shí)驗(yàn)必須達(dá)到熟練程度；對于非理工科類專業(yè)學(xué)生而言，實(shí)驗(yàn)教學(xué)以做原理驗(yàn)證與認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)為主，達(dá)到基本認(rèn)知和理解程度即可。

實(shí)踐教學(xué)的目的在于加深對計(jì)算機(jī)及其基本組成部分的工作原理和工作機(jī)制的理解。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生具有應(yīng)用80X86指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試匯編語言程序的能力，較熟練地掌握編輯程序、匯編程序、鏈接程序和調(diào)試程序等工具軟件的使用；掌握典型接口芯片和模擬通道器件（如ADC、DAC等）的性能特點(diǎn)和正確使用方法，并具有初步應(yīng)用可編程接口芯片和數(shù)字電子技術(shù)進(jìn)行I/O接口（包括接口電路和接口驅(qū)動(dòng)程序）設(shè)計(jì)的能力；具有初步綜合應(yīng)用微機(jī)原理和接口技術(shù)獨(dú)立分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試一般微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的能力；加深了解常用實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備的基本工作原理，鞏固其正確使用方法；具備初步自行擬定實(shí)驗(yàn)步驟、檢查和排除系統(tǒng)故障、分析和綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度和細(xì)致用心的工作作風(fēng)，奠定工程應(yīng)用技能和初步的科學(xué)研究能力。

4 課程教學(xué)實(shí)施案例

4.1 教學(xué)組織案例

【案例1】 電氣信息類專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的組織

對于以電氣信息類為主的理工科專業(yè)，作為一種參考方案，教學(xué)內(nèi)容組織具體可見表1所列的教學(xué)內(nèi)容。

【案例二】 非電氣信息類的理工科專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的組織

對于以非電氣信息類專業(yè)，作為一種參考方案，教學(xué)內(nèi)容組織具體可見表2所示安排教學(xué)內(nèi)容。

4.2 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容組織案例

【案例一】 電氣信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的組織

對于電氣信息類為主的理工科類專業(yè)而言，可參照表3來組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

【案例二】 非電氣信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的組織

對非電氣信息類專業(yè)而言，可參照表4組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

5 結(jié) 語

課程建設(shè)是進(jìn)行教學(xué)深化改革的關(guān)鍵，是提高教學(xué)水平與質(zhì)量的重要保證?；诟叩仍盒Ｓ?jì)算機(jī)教育教學(xué)的基本要求，針對應(yīng)用型院校學(xué)生的培養(yǎng)要求，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程按分類分層的原則，遵循“計(jì)算思維能力培養(yǎng)”的高等院校計(jì)算機(jī)教育教學(xué)改革方針，研究與重構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程的教學(xué)體系與實(shí)施方案，在組織理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)合適比重、改革教學(xué)方法與教學(xué)手段、強(qiáng)化工程教育[8]特色等方面進(jìn)行了系統(tǒng)配套改革，并對新的研究成果進(jìn)行試點(diǎn)。在試點(diǎn)改革的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善、提升與推廣研究成果，使學(xué)生的學(xué)科知識與思維能力互相促進(jìn)，共同提高，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)工程技術(shù)專業(yè)人才或合格工程師的目的。

參考文獻(xiàn)

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