計算機硬件技術課程教學分類設計研究

　　計算機硬件技術課程在人才培養中也占據了重要地位，計算機硬件技術教學模式也逐漸展開了研究。在教學中應該培養學生計算思維能力和專業應用技能，選擇微機原理和接口技術教學相結合。讓學生充分掌握計算機硬件技術課程知識，結合課程特點和定位，解決教學問題，通過教學設計和課程教學實施案例分析，創新改革效果，總結出有效的解決計算機硬件技術的教學實施方案，證明實施效果。

　　關鍵詞：課程建設,計算機硬件技術,計算思維能力,專業應用技能

　　《微機原理與接口技術》課程[1]的授課對象是高等院校各理工科專業，尤其是機械設計及其自動化、電氣控制和電子信息類專業的重要專業基礎課。該課程對于學生系統地學習和掌握計算機硬件體系結構、工作原理和專業應用具有舉足輕重的作用。該課程教學內容多、知識復雜、學習難度大、實踐性強、應用領域十分寬廣。

　　在近三十年的教學過程中，先后經歷了由國外引進、消化和國內編寫出版相關教材，尤其自21世紀以來，在精品課程建設的推動下國內編寫出版了為數不少的優秀教材。但隨著教學改革和工程應用型人才培養需求不斷加大，根據應用特點，對該課程的教學需要制定相對規范有效的課程教學實施要求，為教師教學和學生學習提供優化的實施方案和共享資源。學生通過該課程的學習，能夠系統地理解計算機硬軟件結構方面的基本知識，掌握應用系統的分析設計方法，培養學生對工程項目和復雜問題的解決能力，達到認知能力、設計能力和創新能力的全面提升。

　　1 課程特點與定位

　　1.1 課程特點

　　《微機原理與接口技術》(Principle and Interface Technology of Micro-Computer)是國內理工科大學學習與理解計算機基本組成原理與應用的基礎教學的核心課程，也是電氣信息類和機電控制類專業重要必修學科的基礎課。本課程涉及的專業基礎廣泛、概念多，理論性強并且系統完整，工程性與應用性[2]特點突出。特別是對于以應用計算機硬件為主的機械控制類專業，培養學生從硬件與軟件結合的角度思考、分析、解決本學科領域實際問題的能力，具有十分重要的意義。

　　1.2 教學定位

　　該課程教學目標是以培養計算思維能力為主線，使學生系統掌握微型計算機硬件系統的組成和工作原理，提高對微型計算機系統的理解和應用能力，啟發學生利用計算機硬件與軟件技術相結合，構建處理問題的意識和分析、解決本專業實際問題的初步能力，結合生產實踐研究與開發計算機應用系統，為將來學習和應用層出不窮的微型計算機新技術打下良好的基礎。

　　2 研究與解決的主要問題

　　2.1 研究教學體系與課程實施方案

　　基于多年的教學與實踐經驗，適應工程應用型人才培養需求，結合“學、產、研”三位一體思維意識，形成以“微機原理與接口技術”課程為試點的計算機硬件課程群教學體系和實施方案，優化實施精品課程戰略。

　　2.2 實施教學準入制度，培養主講教師隊伍

　　課程建設的核心是培養一支基礎厚實、素質過硬、水平較高的理論+實踐技能的中青年教師隊伍。多年來，我們對課程建設推行“四個一”工程，即選用或編寫一部好教材;每位青年教師要設計撰寫一本好教案;主講教師要練就一手好板書;培養與訓練一口標準的普通話。對于培養青年教師始終實施老教師傳、幫、帶的責任方式，從助課答疑、輔導實驗、兼帶實習、教案準備到試講評比，最后到站穩講臺的各環節給予具體指導訓練，全方位培養主講教師梯隊，保證課程的教學水平與質量。

　　2.3 突出教學方法與手段改革

　　課程組不間斷地進行教學經驗交流、教學方法與模式研討、教學質量檢查評比與教學效果總結，吸收與匯集優秀的教學方法與手段，在教學實踐中培育和驗證實施效果，逐步推廣至其他課程。

　　2.4 強化技能訓練，提高動手能力

　　基于強基礎、重能力和突出實用的原則，率先在學校成立工程訓練中心，吸納優秀學生開設課外創新班，聘請富有科研能力的教師或企業工程人員，以作坊形式培養學生結合工程實際選題，設計、制作和調試控制系統或產品，積極開展相關學科技能預演與孵化，學生參加各類形式的大學生科研創新競賽，取得了多項省部級競賽成果。

　　2.5 注重教材與網絡資源建設

　　在學科帶頭人的組織協調下，課程組積極參加高等院校規劃教材建設的研究與實踐，先后主編出版了《匯編語言程序設計》《計算機組成原理與系統結構》和《微機原理與接口技術》規劃教材，并獲得省部級優秀教材一、二等獎;其中主編的《微機原理與接口技術》教材入選 “十一五”國家統編教材，課程組建設的《匯編語言程序設計》《計算機組成原理》和《微機原理與接口技術》三門課程先后被評為陜西省精品課程。

　　3 課程教學設計

　　3.1 課程總體設計

　　該課程根據自身特點和授課對象的不同，總體設計主要體現出基于計算思維理念，以計算機硬件技術為主線，培養學生理解基本概念與基本原理，掌握應用基本方法技能，突出硬件與軟件相結合，理論與實踐相結合的主題原則。在課程內容的選取上，要正確處理先進性與教學規律性的關系，力求做到基礎性、系統性、科學性、實用性和先進性的統一。

　　在教學內容的組織上，應符合計算機基礎教學的固有規律、學科的內在聯系和認知規律;內容的深度和廣度應根據本課程在計算機類專業和非計算機類專業中的地位和作用，以及不同專業學生學習計算機技術的特點和需要確定，并注意與其他相關課程的聯系和銜接。在教學過程的實施中，要從提高實效[2]出發，重視改革創新、與時俱進，注重整體優化。尤其在教學方法手段上，要注意探索使用有利于學生個性化、自主性學習的啟發式、開放式、互動式教學方法，重視先進教學技術手段與傳統教學方法手段的結合，合理運用多媒體課件，適度引入網絡課程平臺等現代數字化教學手段輔助教學，力求在最小課時優先的前提下讓學生更多、更好地掌握相關的知識和技術，獲得盡可能高的教學效率，提高課程教學效時比。

　　3.2 教學內容分類設計

　　課程教學內容從體系上分為微機原理、微機接口和微機應用三大部分，共12個教學模塊，若干個知識單元。每個知識單元又涵蓋若干知識點，各知識單元和知識點均應緊密圍繞計算機硬件系統組成、工作原理及接口應用這根主線開展教學，同時注重硬件與軟件相結合，理論與實踐相結合，各知識單元和知識點的主要內容及其教學基本要求、重點難點等屬性，針對計算機硬件技術基礎知識和技能需求不同的三類專業，分別進行教學內容設計，即以電氣信息類為主的理工科類專業;非電類為主的理工科類專業;非理工科類專業。

　　對于以電氣信息類為主的理工科類專業，各知識點都應學習并較好地掌握;對于非電類理工科專業，則對原理、接口部分等一些較深層次的知識點可不作要求;對于非理工科類專業，按傳統的教學理念，一般不開設本課程，但鑒于電子信息時代計算機在各領域的應用已越來越廣泛、深入，一些交叉邊緣學科的產生往往離不開與計算機應用技術的結合，因此，為這些專業的學生開設本課程，使之對有關微機原理和微機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計算機硬件技術基礎的基本知識和思維方式。

　　3.3 實踐教學設計

　　為適應培養高素質、工程應用型和創新型人才的需要[4，6]，該課程要求學生配合理論教學完成相應實驗和技能訓練，以利于對課程概念、原理的理解和實踐能力的提升。實驗類型分為原理和性能驗證性、設計性、綜合應用性實驗三類，重在培養學生的動手能力和工程設計素養。針對不同專業的學生，在實驗內容和程度上要有所區別。對于機電信息類專業的學生而言，上述三類實驗必須達到熟練程度;對于非理工科類專業學生而言，實驗教學以做原理驗證與認知性實驗為主，達到基本認知和理解程度即可。

　　實踐教學的目的在于加深對計算機及其基本組成部分的工作原理和工作機制的理解。通過實驗教學要求學生具有應用80X86指令系統設計和調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)的性能特點和正確使用方法，并具有初步應用可編程接口芯片和數字電子技術進行I/O接口(包括接口電路和接口驅動程序)設計的能力;具有初步綜合應用微機原理和接口技術獨立分析、設計和調試一般微機應用系統的能力;加深了解常用實驗儀器、設備的基本工作原理，鞏固其正確使用方法;具備初步自行擬定實驗步驟、檢查和排除系統故障、分析和綜合實驗結果以及撰寫實驗報告的能力，養成嚴謹的科學研究態度和細致用心的工作作風，奠定工程應用技能和初步的科學研究能力。

　　4 課程教學實施案例

　　4.1 教學組織案例

　　【案例1】 電氣信息類專業教學內容的組織

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

　　【案例二】 非電氣信息類的理工科專業教學內容的組織

　　對于以非電氣信息類專業，作為一種參考方案，教學內容組織具體可見表2所示安排教學內容。

　　4.2 實踐教學內容組織案例

　　【案例一】 電氣信息類專業實驗教學內容的組織

　　對于電氣信息類為主的理工科類專業而言，可參照表3來組織實驗教學內容。

　　【案例二】 非電氣信息類專業實驗教學內容的組織

　　對非電氣信息類專業而言，可參照表4組織實驗教學內容。

　　5 結 語

　　課程建設是進行教學深化改革的關鍵，是提高教學水平與質量的重要保證。基于高等院校計算機教育教學的基本要求，針對應用型院校學生的培養要求，計算機硬件技術基礎課程按分類分層的原則，遵循“計算思維能力培養”的高等院校計算機教育教學改革方針，研究與重構計算機硬件基礎課程的教學體系與實施方案，在組織理論教學與實踐教學合適比重、改革教學方法與教學手段、強化工程教育[8]特色等方面進行了系統配套改革，并對新的研究成果進行試點。在試點改革的基礎上，進一步完善、提升與推廣研究成果，使學生的學科知識與思維能力互相促進，共同提高，進而達到培養工程技術專業人才或合格工程師的目的。

　　參考文獻

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