計算機硬件課程教學方法的研究與實踐

劉雅琴+張凡榮

摘要：為了增強學生學習計算機硬件課程的興趣，全面提升硬件課程的教學質(zhì)量，該文從課件的制作、案例教學、任務驅動教學、實踐教學、電子網(wǎng)絡輔助教學、師資建設等幾個方面對硬件課程的教學方法進行了研究與實踐，提出了提高計算機硬件課程教學水平的一些方法，教學中采用這些方法取得了良好的效果。

關鍵詞：硬件課程；教學方法；案例教學法；網(wǎng)絡平臺

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）04-0086-03

Study and Practice on the Computer Hardware Course Teaching Method

LIU Ya-qin， ZHANG Fan-rong

（Academy of Information Technology， Luoyang Normal University， Luoyang 471022，China）

Abstract： In order to enhance the students' learning interest in computer hardware course and improve the general quality of hardware course teaching quality， this paper studies and practices hardware course teaching methods from several aspects such as courseware making， case teaching， task driving teaching， practice teaching， electronic network aided teaching and construction of teaching staff. Some new teaching methods are put forward to improve computer hardware course teaching level. It has achieved good effect using these methods in teaching.

Key words： hardware course； teaching method； case teaching； network platform

1 概述

計算機硬件課程主要包括：《數(shù)字電路》、《計算機組成原理》、《匯編語言》、《微機原理與接口技術》、《計算機組裝與維護》、《單片機原理及應用》以及《嵌入式系統(tǒng)及應用》等課程。這些硬件課程既包括基礎課程也包括應用課程，學生學完這些課程應能完成一些硬件方面的課題，可事實是許多學生對硬件的基本概念含糊不清，系統(tǒng)設計更無從談起，畢業(yè)設計很少有人做硬件，即使有也是老師指定的題目，做出的硬件效果也不盡人意。造成這一原因多方面的。第一，課程體系設置欠科學；第二，課程教學內(nèi)容僵化；第三，教學方法單一；第四，實驗環(huán)節(jié)脫離實際等。第一和第二原因已在文獻[ 1]討論過，本文就計算機硬件課程的教學方法做了一些深入的研究。

2 注重開課引導篇的講述

教師在上某一門課程的第一節(jié)課時，不要急于講授新的課程內(nèi)容，應首先進行開課引導篇的講述，在引導篇中主要講解：任課教師的介紹、教材及參考教材、教學目的，教學內(nèi)容、考核方式、輔助教學平臺等基本情況。

1） 明確教學目的

教學目的是此環(huán)節(jié)的的重點，教師一定要切中要害的闡述。學生只有明確了教學目的，才能知道為什么要學這門課，才能調(diào)動他們學習這門課的興趣。硬件系列課程的一般來說分為基礎課、應用課及提高課。針對不同的類型課程它們的教學目的有所區(qū)別。

硬件系列課程中《數(shù)字電路》和《計算機組成原理》課程為基礎課，對于基礎課要讓學生學會該課程的基本原理，為后續(xù)課程的學習打下基礎，如《數(shù)字電路》是《計算機組成原理》課的基礎課，《計算機組成原理》課程不僅是硬件課程《微機原理與接口技術》等課程的基礎，同時也是《操作系統(tǒng)》等軟件課程的基礎，同時也是計算機考研的專業(yè)課之一，對于教學型大學來說，考研是學生提高自身能力，獲取學習機會的一條重要途徑?？佳腥藬?shù)逐年增加，競爭也越來越激烈，而計算機組成原理作為考研課程這一點要強調(diào)。

應用型課程一般包括《微機原理與接口技術》和《單片機原理及應用》，對于應用課程學完該課程學生要會應用該課程的知識，能夠做出一些簡單系統(tǒng)。如學完《單片機原理及應用》，可以讓學生做一些簡單的基于單片機的課題：溫度計的設計、直流電機的驅動等[2]。

提高課程一般指《嵌入式系統(tǒng)及應用》等，對于這類課程教學目標就是直接與就業(yè)聯(lián)系，學好該課程意味著掌握了一門較高端的技術。

為了說明教學目的，教師可以演示一些小系統(tǒng)，讓學生對本門課課程產(chǎn)生興趣。

2） 了解教學內(nèi)容

羅列出這門課程的教學內(nèi)容，內(nèi)容羅列一是不要太多，二是要按照層層遞進的關系羅列。教師針對羅列的內(nèi)容進行簡單講解，目的是讓學生對這門課程所講的內(nèi)容大致有所了解。講解時一定要通俗易懂，言簡意賅，忌諱羅里啰嗦、高深莫測的講解。

3） 了解考核方式

提早告訴學生的考核方式，讓學生有目的的學習，考核方式一般分為考查和考試，考查課形式較為多樣，有大作業(yè)或隨堂筆試（可為閉卷也可以為開卷），大作業(yè)要進行公開答辯，對學生的要求較高。考試課由學校統(tǒng)一組織實行閉卷筆試。無論是考查課還是考試課都有相關的平時成績，平時成績包括：上課考勤、平時作業(yè)以及實驗。把考核形式告訴學生，學生在學習的時候就會做到心中有數(shù)，比如《單片機原理及應用》這門課為考查課，考查內(nèi)容為平時成績+期末大作業(yè)，大作業(yè)要求做出一個簡單的硬件系統(tǒng)并寫出實現(xiàn)過程，學生為了完成大作業(yè)，在課堂上就會認真聽講，課下就會查閱相關文獻為大作業(yè)做準備。硬件系列課程考查和考試的設置情況見表1：

表1 計算機硬件課程考核方式設置

[課程 考核方式 說明 數(shù)字電路 考試 平時成績占20%，筆試成績占80% 匯編語言 考查 期末上機考試，平時成績30%，期末成績70% 計算機組成原理 考試 平時成績占20%，筆試成績占80% 微機原理與接口技術 考查 期末隨堂筆試，平時成績20%，筆試成績80% 計算機組裝與維護 考查 期末大作業(yè)，平時成績50%，期末50% 單片機原理及應用 考查 期末大作業(yè)，平時成績40%，期末50% 嵌入式系統(tǒng)及應用 考查 期末大作業(yè)，平時成績30%，期末50% ]

考核方式要以轉變觀念為先導，樹立以培養(yǎng)人才及就業(yè)為導向、以能力和素質(zhì)考核為中心的考試觀念，積極探索建立新型的專業(yè)考核評價體系，充分發(fā)揮考核評價的引導和激勵作用。

3 重視多媒體電子課件的制作

多媒體課件包含文本、圖片、聲音、動畫、視頻等媒介類型。采用多媒體授課能夠節(jié)省板書的時間，加大教學內(nèi)容的信息量，使課程的內(nèi)容向廣度和深度延伸。多媒體課件中的聲音和動畫效果使得教學內(nèi)容更鮮活、更生動 更具體，從而激發(fā)學生學習的興趣。

如《計算機組成原理》課程，在講授中斷傳輸方式[3]時，如果僅僅給出靜態(tài)接口電路圖，上課時對著電路圖講解，學生的注意力可能不太集中，如果此時把中斷傳輸方式的原理做成動畫效果，隨著動畫的出現(xiàn)，再配上老師的講解，既形象又生動，這樣學生就容易理解了。

多媒體課件的制作是當前多媒體教學的一個重要組成部分，如何制作出滿意的多媒體課件呢？

首先，要求教師要熟悉教學內(nèi)容，了解學生的情況，熟悉多媒體課件制作軟件，為課件制作做準備。其次，按照“設計教學過程→寫標題→填充文字內(nèi)容→添加圖片→做動畫→超鏈接視頻”的思路制作課件，使課件條理清晰。最后，調(diào)整整個課件的顏色搭配，字體、圖片的大小，使制作出的課件賞心悅目。

課件制作過程是一個相對復雜繁瑣的過程，要求老師一定要靜下心來，用心制作。課件制作的過程包含了教學設計的過程，包含了教師講課的思路，好的課件可達到事半功倍的效果。

4 采用靈活多樣的教學方法

現(xiàn)在的學生思維活躍，照本宣科滿堂灌的教學模式很難讓學生接受，因此，采用靈活多樣的教學方法勢在必行。

4.1 多種方法調(diào)節(jié)課堂學習氣氛

計算機硬件課程大都理論性較強，學生在接受此類課程時，往往感到枯燥、乏味，所以老師要在課堂上適當?shù)恼{(diào)節(jié)課堂氣氛，可穿插講解計算機名人典故，可采用詼諧幽默的語言，可采用類比法講解知識點等。

講解名人典故，能夠激發(fā)學生努力學習、積極探索。如《計算機組成原理》在講解馮.諾依曼計算機的特點時，可介紹一下馮.諾依曼的典故，同學們在聽故事的過程中，可以受到啟發(fā)，會以名人為榜樣，樹立遠大的理想，從而會認真的學好課程。

采用詼諧幽默的語言，能夠拉近老師與同學的距離，如在講解計算機運算速度的性能指標吉普森法時，可以引用流行詞語“理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感”，指出這種算法雖然很好，但實現(xiàn)起來不容易，一語道破這種算法的優(yōu)缺點。

類比法是一種化解難點的有效方法。如單總線結構計算機的缺點是出現(xiàn)總線使用的擁堵，同學們可能覺得不太好理解，此時可聯(lián)系公路來類比，如果公路少，車多，交通就會出現(xiàn)擁堵，通過類比學生就很容易理解單總線結構計算機的缺點。

調(diào)節(jié)課堂氣氛，一定不要過，所謂不要過就是穿插的內(nèi)容要能收回來，別跑題，否則，學生聽得很熱鬧，但是真東西沒學。

4.2 案例演示教學法

當講述某些原理或方法時，教師可以設計一些案例[4]，通過對案例的講述，層層推進，最后學生很自然就能接受教師所講授的原理或方法。

例如，講授8253芯片[5]，老師可以先演示一個模仿電子琴的系統(tǒng)，優(yōu)美的音樂就調(diào)動學生學習的積極性，接著針對這樣一個系統(tǒng)，老師就可以分步驟介紹這個系統(tǒng)。第一步，講解本系統(tǒng)硬件電路連接圖，這時引入8253芯片的引腳，趁機講解這一知識點。第二步，軟件編程部分，主要講解與案例相關的8253工作方式3，重點講清工作方式3中輸入脈沖頻率、初值的設置以及初始頻率與初值及輸入頻率的關系，然后告訴同學音樂“DO、RE、MI、FA、SOL、LA、XI”七個音階都有固定的頻率，即相當于8253的輸出頻率，在本系統(tǒng)中已知輸入頻率，這樣我們就可以知道初值，從而通過編程就可以實現(xiàn)“DO、RE、MI、FA、SOL、LA、XI”的發(fā)音，即完成本系統(tǒng)的軟件設計。

通過這樣一個案例把學生學習8253芯片的積極性調(diào)動起來，此后再學習8253芯片的其他工作方式，就易如反掌。

案例教學法是一種啟發(fā)式和討論式的教學方法，它可以克服傳統(tǒng)教學中“滿堂灌”的弊病，充分調(diào)動學生學習的積極性。

4.3 任務驅動教學法

任務驅動是一種建立在構建主義教育理論基礎上的教學法，它強調(diào)學生為主體，教師為主導的作用，符合探究式的教學模式適用于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和獨立分析問題、解決問題的能力。

對計算機硬件課程來講，主要是對于某一部分的理論講完以后，講解這一理論的應用時，采用這一方法。例如，在講授8255芯片的基本理論完成后，我們可以給學生布置一個任務，讓其利用8255A芯片設計一個掃描鍵盤按鍵的系統(tǒng)，并能回顯在一個七段數(shù)碼管上。學生第一次接受這樣一個新東西，不知從哪里下手，這時老師要適當?shù)囊龑?，把這個大任務劃分為幾個小階段，每一階段給出任務內(nèi)容。本例具體實現(xiàn)如表2。

表2 任務的劃分

[任務階段 任務內(nèi)容 第一階段 系統(tǒng)硬件電路的設計 第二階段 8255A芯片的工作方式的設置 第三階段 軟件識別鍵盤的按鍵 第四階段 軟件如何實現(xiàn)在數(shù)碼管的顯示 ]

劃分任務只能是粗線條的劃分，給學生提供思路，不能劃分太細，否則就限制了學生的思維。通過這樣的任務劃分，學生的思路基本清晰，然后就可以發(fā)揮自己的能動性，提出多種不同的解決方案，甚至出現(xiàn)非常新穎的設計，這種方法也充分激發(fā)了學生的創(chuàng)造性思維。

4.4 實踐教學法

為了更好的理解硬件課程的理論知識，為了提高學生的動手能力、設計能力以及創(chuàng)新能力，實踐教學環(huán)節(jié)必不可少[6]。

1） 改善計算機硬件實驗環(huán)境

改善硬件實驗環(huán)境，一是要求學校加大實驗投資的力度，增加硬件教學設備。我們學校在2007年，更新了一些實驗設備，新建了一些實驗設備，除此之外還建立了硬件綜合性實驗室，大幅度的改善了硬件教學設備。對于每種實驗設備，都做了高標準的要求，不但能做一些驗證性實驗，而且也能做設計性和綜合性實驗。

2） 開放實驗室，開設課程設計

對應用性和提高性課開設課程設計，加大這些課程的實踐力度。對我們學院來說，主要是《單片機技術及應用》、《微機原理與接口技術》《嵌入式系統(tǒng)及應用》這三門課增設課程設計。課程設計的題目可由老師擬定也可由學生選擇感興趣的題目，題目確定之后由學生寫出設計書，老師審閱后實施。硬件的課程設計不同于軟件，對于軟件來說學生基本用電腦就可以完成，而硬件則需要除電腦外的硬件設備，為了讓學生完成課程設計，我們采取開放實驗室，給學生足夠的實踐空間。通過課程設計使學生的自學能力、研究設計能力、獨立分析問題及解決問題的能力和創(chuàng)新能力都得到了提高。

3） 鼓勵學生參加電子設計大賽

選拔對硬件感興趣的同學，組建參賽團隊，加強同學們的電子設計能力，增強同學們對硬件學習的興趣，促進硬件實踐教學的改進。

4.5 電子網(wǎng)絡輔助教學法

計算機硬件課程具有較強的抽象性，教學內(nèi)容或者難以通過課堂講授被學生理解或者是課堂上聽得津津有味，課下可能又忘了。為此，我們開發(fā)了《計算機組成原理》、《微機原理與接口技術》、《計算機組裝與維護》等多門課的網(wǎng)絡課程，每一門網(wǎng)絡課程基本包含模塊：多媒體課件、教學錄像、實驗系統(tǒng)、習題、在線測試以及在線討論等。多媒體課件模塊由電子教案、課件以及一些仿真系統(tǒng)組成；實驗系統(tǒng)模塊由實驗步驟、實驗電路圖以及模擬仿真實驗；在線討論模塊實現(xiàn)老師和學生之間的互動。通過網(wǎng)絡課程，同學們在寓教于樂中不僅可以復習老師講過的知識點，還可以預習新的內(nèi)容，同時也可以與老師互動，極大地提高了學習效率。

5 加強師資建設

當前，計算機硬件課程教師面臨問題：一是計算機專業(yè)的擴招，導致教師缺編較大，使得每位教師的教學工作量成倍增大；二是學校人事制度的改革，要求每位教師在完成教學工作量的同時要完成一定的科研任務；三是科研任務的完成是可以量化的，而教學完成的情況無法量化，成了一個十足的“良心活”。 解決這些問題，應從以下幾方面下力氣：

1） 建立健全教學評價體系，調(diào)動教師教學的積極性

教學評價的科學性、公正性對調(diào)動教師教學積極性至關重要。我們學校的教學評價采用學生評價加上系督導組的評價。學生對教師教學評價打分本是一個很有效的教學效果評價手段，但是具體操作過程由于學生考慮到不同老師的熟悉程度或怕課程成績得分不高等因素，使得具體實現(xiàn)過程中出現(xiàn)講課效果好的老師和講課效果差的老師打分上拉不開檔次。督導組打分有兩方面的缺點：一是督導組的成員不可能每節(jié)課都聽，另一方面不同的課程相差較大，他們不可能都懂。所以要改革現(xiàn)行的評價體系，對學生的打分要加以規(guī)范，保證學生打分的私密性，強調(diào)客觀打分的重要性，保證充分的打分時間，實施有效的監(jiān)督等。對督導組的要求：聽每一門老師的課程不少于三分之一，聽課的督導老師要了解該門課程。

除了建立公平公正的教學評價體系外，重獎長期堅持在教學一線的優(yōu)秀教師，充分調(diào)動教師教學的積極性。

2） 不斷學習，提高教學水平

教師要熱愛教學工作，以校訓“德高為師，學高為范”要求自己，教師要深鉆所教學科，跟蹤該學科的發(fā)展前沿，確定教學內(nèi)容，精心制作課件，用心設計教學過程，認真批改學生作業(yè)，勤于動手實踐并引導學生實踐，善于和同學們交流、互動，根據(jù)學生的情況以及時代的發(fā)展，時時調(diào)整教學方法，不斷提高自己的教學水平。

3） 建立教學團隊，以科研促教學

計算機硬件課程特點是課程之間聯(lián)系緊密，不同課程的內(nèi)容相似較多，課程內(nèi)容較多。所以，我們要建立教學團隊，一是促進教師之間的交流，確定課程的教學內(nèi)容，相互探討教學方法，做到共同提高。二是教學團隊的老師專業(yè)相近，從而確定研究方向，使得老師們在科研上有所發(fā)展，做到以科研促教學。

4） 增進與企業(yè)的聯(lián)系，增強實踐經(jīng)驗

計算機硬件課程是面向實際、具有很強實踐性與綜合性的課程，但是執(zhí)教硬件課程的教師，大都缺乏系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)驗和工程實踐經(jīng)驗，導致上課存在照本宣科的現(xiàn)象，使得課堂教學效率不高。為此，我們的教師要走出去，增進與企業(yè)的聯(lián)系，增強實踐經(jīng)驗。

6 結束語

計算機硬件包含多門課程，每一門課程都有自己的特點，根據(jù)自己多年的教學經(jīng)驗，從開課引導篇的講述、課件的制作、

靈活多樣的教學方法以及師資建設等幾個方面提出了有效的硬件課程的教學方法，通過實踐教學，取得了良好的效果，硬件課程的教學普遍得到了學生的好評。

參考文獻：

[1] 劉雅琴，雷治軍.計算機專業(yè)硬件課程體系設置和教學內(nèi)容改革[J].2011（6）：37-40.

[2] 石明江，顧亞雄.單片機原理與應用課程教學改革與實踐[J].計算機教育，2011（6）：11-13.

[3] 唐朔飛.計算機組成原理[M].第二版.北京：高等教育出版社，2008.

[4] 李文生，鄧春.案例驅動的嵌入式系統(tǒng)教學改革探索[J].計算機教育，2011（2）：22-25.

[5] 戴梅萼，史嘉權.微型機原理與技術[M]，第二版.北京：清華大學出版社，2009.

[6] 魯榮波，李宗壽， 賀宏遵，等.加快計算機硬件課程群實踐教學體系改革，提高學生實踐和創(chuàng)新能力[J].當代教育論壇，2011（2）：109-110.