探索計算機硬件類課程實踐教學改革論文

我校的計算機硬件類課程包括“計算機硬件技術基礎”、“微機原理與接口技術”和“單片機/嵌入式系統設計”等，它是計算機基礎教育的核心課程，更是自動化、仿真等以電為主專業的重要必修基礎課。近年來，我們結合本校的人才培養實踐和國家級精品課程“計算機硬件技術基礎”建設，對計算機硬件類課程實踐環節教學進行改革，將實踐教學作為課程的重要內容和理論教學的延伸，建立與課程體系和課程內容改革相配套的創新型實踐教學體系，並在此基礎上，進一步探索實驗室建設和改革。

　　1.實踐教學體系改革

我校是國內最早按課內實驗、課內課程設計和課外電子設計實踐相結合建立計算機硬件實踐教學體系的高校之一。但隨着計算機技術的迅猛發展和新時期人才培養目標的變化，對計算機硬件類課程的理論和實踐教學都提出了新的要求。為此，我們結合本校人才培養實踐，對原有計算機硬件實踐教學體系和實驗內容進行不斷的完善和改革，以適應新時期創新人才培養的需要。

1) 優化實驗內容

一方面，針對課內實驗學時相對較少的現實，將課內實驗分為功能認知性和自主設計性兩類實驗。自主設計性實驗主要安排在課內時間完成，對功能認知性實驗，則在課堂上討論，鼓勵學生課外完成，以緩解實驗多和課時少的矛盾。另一方面，加強微機接口技術與各種執行機構和傳感器的聯繫，改革和完善硬件實驗內容，使之緊貼課程內容建設，具有自動化、仿真等專業應用背景。

2) 分層次和有區別開展實踐教學

我校計算機硬件類課程授課對象多，不同專業對象培養目標和教學要求均有所區別。為了適應不同對象教學需求，我們結合學校人才培養計劃，將教學對象分為電為主理工科、非電為主理工科和學歷合訓三類，在此基礎上建立分層次實踐教學體系。我們根據不同對象和專業特點，實現分層次和有區別地開展實踐教學。

( 1) 對非電為主理工科類和學歷合訓類專業，教學內容主要包括課內自主設計性實驗和微機接口與應用綜合設計。課內實驗、課內課程設計或課外電子設計實踐均以C 語言編程實現，不講授彙編語言程序設計，以滿足課時大幅減少的需求。

( 2) 對以電為主的理工科類專業，則在完成課內自主設計性實驗和微機接口與應用綜合設計的基礎上，增設一門“單片機/嵌入式系統設計”課程，以培養學生應用單片機/嵌入式系統等主流微機技術解決武器裝備信息化和自動化領域實際問題的能力。對課內實驗要求以彙編語言編程，但對課內課程設計和課外電子設計實踐則強調以彙編和C 語言混合編程，體現實際工程開發的特點。

( 3) 對課內自主設計性實驗和微機接口與應用綜合設計，不同層次教學對象的實驗內容和要求均有所不同。

3) 完善開放性實驗環境

開放型選題實驗是發揮學生主觀能動性，拓展課程基本實驗與課程設計，有效利用專業應用背景進行研究型學習的重要實踐環節我院建立了以機器人和典型武器裝備等為控制對象的創新實踐教學基地，支撐學生進行課外科技活動，如大學生創新基金項目和各級各類電子設計競賽活動等。形成一個具有自動化和仿真專業特色的，能滿足課內實驗、課程設計與課外創新實踐需要的計算機硬件技術綜合實踐教學體系。

4) 完善實踐教材

我們特別注重實踐教材的建設，先後編著出版了一系列在國內同領域有重大影響、體現素質教育創新教育思想的實踐教材，如《計算機硬件技術基礎實驗教程》、《微型計算機原理與接口技術實驗指導》和《微機原理與接口技術經典實驗案例集》。

　　2.實踐教學實施方法改革

1) 科學設計實驗內容、創新實驗模式通過科學設計實驗內容和合理安排實驗，形成由淺入深、由簡單到複雜、由被動模仿到主動設計的.實踐模式。

我們從內容上將實驗分為基本型、綜合型和探究型三類，課內實驗主要從基本型和綜合型實驗項目中選題，課程設計則主要從綜合型和探究型實驗項目中選題。

從實施安排上，我們遵循從簡單到複雜的原則，順序漸進。對原理性和單個可編程接口芯片等基本實驗，可通過對理論和實驗教材給出的案例模仿完成，並保存實驗結果; 對多芯片綜合實驗和基於控制對象的應用型實驗，可將實驗分解成多個基於單個接口芯片實現的部分，並安排在前面實驗中實現，而後在已做實驗的基礎上層層組合來完成複雜功能。

2) 適當採用合作實驗教學模式

實踐表明，對一些實際動手能力較差的學生，學生間交流可以增加他們的自信，所以在課內實踐教學中，將能力強的與相對較差的學生分為一組，利用學生間的相互交流和幫助，實現以好帶差的合作模式。這種模式強調學生間的互助，而非代替他人完成，最終實驗仍需一人一組驗收完成。

另一方面，能力強的學生往往有各自的特長，在課外電子設計實踐/競賽中，將具有不同能力優勢的學生分為一組合作攻關( 如硬件設計能力強的與軟件編程能力強的分為一組) ，可以實現優勢互補。

3) 堅持教授和主講教師參與指導實驗

這樣做的好處是，任課教師的親歷能較快、較好且較真實地發現、反饋教學中存在的問題，以便及時地微調教學進度和內容安排。教授參與指導使教學實施更有的放矢，也有利於在教學實踐中不斷改革和完善實驗內容。

4) 改革考核驗收方法

我們將實踐環節與課程考核統籌考慮、一體化設計。具體做法是，實驗根據任務要求驗收，但不直接評價給分，而是將實驗/課程設計內容納入課程考核試卷: 從已做實驗中選取一個綜合性較強、但難度適中的實驗項目作為考試題—實驗重做題，並給出硬件、軟件均有錯誤的實驗答案，要求學生從中查找並糾正錯誤。

　　3.實驗室建設改革的探索

1) 不斷提升硬件實驗平台

在實驗平台建設上，我們以改革需求牽引，改革方案驅動，堅持教授策劃，主講教師參與，採用自制和採購相結合的模式不斷提升實驗平台。我們自研了第一代PC 機硬件實驗平台; 以自研定製方式，與專業廠家合作研製了第二代PC 機硬件實驗平台、單片機控制實驗平台; 此後根據深化教學改革的需求，進一步自研定製了第三代硬件實驗平台。第三代平台融合當前主流微機開發技術，支持基於PC 開發平台，也可支持基於單片機/嵌入式開發平台開展實踐教學，同時與各種傳感器和執行機構緊密聯繫。既可滿足計算機硬件類和控制類課程實踐教學的需求，又能支持學生進行研究性和探索性學習。

2) 將科研成果轉化為教學資源

結合我校在機器人領域和武器裝備研究領域取得的科研成果，我們構建了以機器人和典型武器裝備為控制對象，具有自動化及仿真專業應用背景的創新實踐教學基地。支撐學生參加以機器人為背景的各類學科競賽，從而取得了包括CCTV 機器人大賽亞軍等一系列佳績。

3) 創新實驗教學管理模式

結合“計算機硬件技術基礎”國家精品課程建設，進一步完善計算機硬件虛擬實驗，我們開發與實踐教學改革思路相適應的實驗室管理系統。實行了“虛擬實驗準備、網上實驗預約、現場實際動手、設備自動管理、過程自動監控”的運行管理模式。實現實驗室在時間上、空間上和實驗項目上全面開放。

　　4.結語

我們在實踐教學改革中有如下進一步思考。

( 1) 針對自動化、仿真等非計算機專業應用計算機技術的特點，進一步加強與控制系列相關課程，如“自動控制原理”、“計算機控制技術”和“控制器件”等課程的統籌協調，構建控制系列和計算機硬件系列相融合的硬件實踐體系。基本設想是:結合計算機接口技術設計控制器件實驗，在“控制器件”實驗中保留一些基本原理實驗( 也可歸入微機接口基本實驗) ，而將控制器件的綜合應用結合計算機測控系統設計歸入“微機接口與應用綜合設計”課程完成。

在基於典型控制對象的綜合實踐教學平台上，應用單片機/嵌入式技術、自動控制技術和計算機控制技術，實現基於典型控制對象的自動控制系統，使“單片機/嵌入式系統設計”與“自動化系統綜合設計”相融合。

上述設想實現，將有利於在控制系列課程和硬件系列課程教學時數普遍減少的今天，大幅提高實踐教學的時效比。

2) 結合我校頂尖人才培養計劃，如“錢學森班”培養計劃，進一步實現理論教學與實踐教學的融合。在條件允許的情況下，實現小班教學，將理論教學搬到實驗室，把實驗內容作為研討案例，使教學更形象生動，從提高學生的創新思維能力和實際動手能力。