計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程實驗改革

1、 計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程實驗改革 嵩 天，李鳳霞(北京理工大學(xué) 計算機學(xué)院，北京 100081)摘 要：針對計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程陳舊的實驗教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合北京理工大學(xué)2010年度教學(xué)改革實踐，以計算機硬件新發(fā)展為基礎(chǔ)，提出一套能夠激發(fā)學(xué)生興趣的課程實驗方案，同時探討實驗課時比例、實驗方案選取和學(xué)生反饋等內(nèi)容，實踐分析為后續(xù)課程實驗改革提供參考意見。Keys：計算機硬件技術(shù)；教學(xué)改革；實驗教學(xué)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程是普通高等學(xué)校理工科專業(yè)的一門重要計算機技術(shù)基礎(chǔ)課程，也適合非理工科的其他專業(yè)學(xué)生選修。早在2006年，教育部高教司就明確提出了該課程是針對大學(xué)非計算機專業(yè)理工類本科生設(shè)置的6門典型核

2、心課程之一。它是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計算機硬件基礎(chǔ)知識、了解計算機硬件發(fā)展、熟悉硬件原理及接口技術(shù)的主要課程。1 課程現(xiàn)狀和問題分析根據(jù)教育部關(guān)于計算機基礎(chǔ)教育“三個層次”的教學(xué)思想，計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)由微型計算機原理和微機接口技術(shù)等課程整合而來，因此自2006年以來，該課程的教學(xué)內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)一直延續(xù)著原有課程的體系。與此同時，計算機硬件在過去的50年里以摩爾定律(晶體管的集成度每18個月翻1番)高速發(fā)展，以CPU為代表的計算機硬件更新?lián)Q代十分迅速，新的接口層出不窮，使該課程的教學(xué)內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)與學(xué)生成長和熟悉的環(huán)境嚴重脫節(jié)1-2，具體表現(xiàn)在以下3個方面：第一，課程內(nèi)容過于專業(yè)，教學(xué)要求和學(xué)生基礎(chǔ)

3、有一定差距。微型計算機原理和微機接口技術(shù)等課程主要針對大三或大四學(xué)生開設(shè)，而以這兩門課程內(nèi)容為基礎(chǔ)的計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程主要面向大一和大二學(xué)生，目的是進行計算機基礎(chǔ)教育。由于面向群體不同，原有課程內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)過于專業(yè)，不適合計算機硬件入門級教學(xué)。我們隨機選取了高等教育出版社、機械工業(yè)出版社和中國鐵道出版社2005年之后出版(含再版)的5本教材。經(jīng)過統(tǒng)計，3本教材以較多篇幅介紹Intel 8086系列處理器指令和接口結(jié)構(gòu)，其中4本含有較多的匯編語言知識。然而，Intel 8086和匯編語言等知識對于低年級非計算機專業(yè)學(xué)生過于深奧和枯燥，非計算機專業(yè)低年級學(xué)生很難理解。第二，課程內(nèi)容過于陳舊，

4、實驗環(huán)節(jié)無法吸引學(xué)生們的興趣。我們調(diào)研了國內(nèi)多所高校相關(guān)課程的教學(xué)狀況，課程實驗方案主要包括兩種，即結(jié)合計算機硬件實驗箱和利用PC機進行拆裝實驗。基于實驗箱的課程實驗往往以DOS、匯編語言、8255a、數(shù)碼管顯示和數(shù)模轉(zhuǎn)換等實驗為主，這些內(nèi)容繼承了微型計算機原理的實驗內(nèi)容，對于大一和大二學(xué)生來說，離他們熟悉的硬件環(huán)境較遠，缺少趣味。以PC機為平臺的計算機拆裝類實驗一般會受到學(xué)生的歡迎，具有一定吸引力，但計算機拆裝較為淺顯，與課程內(nèi)容結(jié)合效果不足，不能使學(xué)生對計算機硬件的原理有深入理解。盡管如此，考慮到學(xué)生的興趣，將PC機作為入門級實驗平臺應(yīng)是課程實驗改革的方向。 第三，計算機基礎(chǔ)課程的性質(zhì)使課

5、程無法照顧到各專業(yè)的需求。傳統(tǒng)教學(xué)和實驗內(nèi)容不區(qū)分學(xué)生的專業(yè)屬性，對于理工科專業(yè)來說，課程實驗難度較低，缺乏學(xué)習(xí)興趣；對于非理工科專業(yè)來說，課程實驗難度較高，無暇關(guān)注更深入內(nèi)容。為此，課程實驗改革應(yīng)該考慮學(xué)生的專業(yè)特點，實驗為基本實驗和可選實驗，因材(專業(yè))施教3-4。實踐教學(xué)是高等教育課程的重要組成部分，實踐教學(xué)應(yīng)努力貫徹以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，堅持知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學(xué)理念。結(jié)合計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程的實際情況，課程實驗教學(xué)改革勢在必行。2 教學(xué)改革內(nèi)容北京理工大學(xué)計算機公共基礎(chǔ)課教學(xué)團隊(國家級教學(xué)團隊)在充分調(diào)研該課程講授現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，于2010年度開展了教學(xué)

6、改革。核心思想是以克服學(xué)生對硬件的恐懼心理為目的，以計算機硬件經(jīng)典技術(shù)和新發(fā)展為主要內(nèi)容，輔助開放和自由的實驗教學(xué)平臺，重點在于改革課程實驗內(nèi)容。基于上述思想，課程實驗的改革從3個方面開展：教學(xué)組織、實驗方案和實驗場地。首先，在教學(xué)組織上，我們增大了實驗比例，占到整個學(xué)時的25%。同時，教學(xué)內(nèi)容以“基本概念+基本部件”方式組織，如表1的第2-6章。例如，第3章內(nèi)容為“存儲系統(tǒng)與存儲器”，其中存儲系統(tǒng)是基本概念，學(xué)生理解起來有一些抽象，需要課堂講授；而存儲器則是基本部件，可以采取實踐教學(xué)，學(xué)生在實驗中認識硬盤、Flash存儲器、光存儲器等設(shè)備，更容易將存儲系統(tǒng)和實際硬件有機關(guān)聯(lián)起來，取得更好的教

7、學(xué)效果。其次，在課程實驗方案上，考慮到大一、大二學(xué)生對硬件的陌生程度，我們采取了“基本實驗+提高實驗”的模式。基本實驗的目的是讓學(xué)生對計算機硬件有基本的熟悉，克服對硬件的畏懼心理。提高實驗的目的則是結(jié)合某一章節(jié)內(nèi)容，通過題目引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動他們的積極性，使其深入了解計算機硬件，部分候選方案如表2所示。最后，為了達到實踐教學(xué)目的，依托學(xué)校的支持，我們建立了能夠同時為120人提供實驗的場地，并在課程授課期間同步向?qū)W生自由開放。3 課程實驗改革實踐以北京理工大學(xué)2010年度的教學(xué)為實驗樣本，學(xué)生來源于大一和大二兩個年級，共計122名，其中包含34名大一學(xué)生和88名大二學(xué)生。學(xué)生分布在36個

8、專業(yè)，共12個學(xué)院，以理工科專業(yè)為主，如圖1所示。該課程以全校公選課形式提供，限制人數(shù)為120人(額外2人為留學(xué)生)，共32學(xué)時，包含8個課程實驗學(xué)時。結(jié)合課程實驗改革內(nèi)容，我們向全體學(xué)生發(fā)放了無記名調(diào)查問卷，全部學(xué)生提交了有效問卷，我們獲得了一批有價值的反饋信息。對于課程學(xué)時和實驗課程學(xué)時問題，大一與大二學(xué)生的反饋建議如圖2所示。由圖可以看出，如果計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)安排在大一下學(xué)期，學(xué)生只學(xué)過計算機基礎(chǔ)課程，對硬件知識學(xué)習(xí)的渴望比較強烈，32個學(xué)時相對較少。如果安排在大二下學(xué)期，學(xué)生會比較有針對性地聽課，32個學(xué)時較為合理。圖3給出了學(xué)生針對實驗學(xué)時的反饋意見，橫坐標(biāo)是實驗學(xué)時數(shù)，縱坐標(biāo)是人

9、數(shù)?？梢?，75%的學(xué)生們希望實驗學(xué)時在811之間，即實驗課時占到總課時的25%34%。針對一些高校開展的“計算機拆裝”實驗，我們對學(xué)生的支持度進行了調(diào)查。有100%的大一學(xué)生和98%的大二學(xué)生認為“計算機拆裝”實驗很有必要，得到了學(xué)生的廣泛支持，實驗效果如圖4所示。從圖4可以看出，計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程實驗應(yīng)該以學(xué)生常見的PC機及擴展實驗組成，這就指明了該課程實驗改革的方向。由于實驗場地建設(shè)等問題，本次教改實踐讓學(xué)生選擇完成1項基本實驗和1項提高實驗。對于全部課程實驗方案安排，請學(xué)生就歡迎程度排序，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，在基本實驗方案中，“計算機拆裝”和“計算機硬件故障診斷”實驗最受

10、學(xué)生歡迎。此外，“操作系統(tǒng)安裝”和“網(wǎng)絡(luò)連通性測試”等與學(xué)生密切相關(guān)的實驗也很受歡迎。從基本實驗方案的設(shè)計初衷上來看，上述內(nèi)容達到了預(yù)期效果，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)生興趣，并幫助其克服了對硬件的恐懼心理。在提高實驗方案中，“U盤高級操作”和“硬盤數(shù)據(jù)的恢復(fù)”與生活比較貼近，最受學(xué)生歡迎。此外，由于大部分學(xué)生是理工科類學(xué)生，從未來專業(yè)發(fā)展角度講，“驅(qū)動程序設(shè)計”和“單片機開發(fā)”也得到了學(xué)生支持。這樣的實驗內(nèi)容涵蓋較多，在該課程中能夠幫助學(xué)生建立基本的概念即可。而一些傳統(tǒng)實驗，例如“串行通信建立和測試”、“8086指令集實驗”等，沒有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 應(yīng)該說，這兩個實驗的專業(yè)性更強，但對于大一、

11、大二學(xué)生來說，專業(yè)性強的實驗不容易讓學(xué)生掌握基本原理和規(guī)律，不利于學(xué)生克服畏難心理。4 結(jié)語針對計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程，結(jié)合北京理工大學(xué)2010年度教學(xué)改革實踐，我們認為實驗課時占總課時30%左右時的教學(xué)效果最好。在課程實驗中，以PC機為主的硬件實驗受到了學(xué)生歡迎。除了一些高校開展的“計算機拆裝”實驗外，更多實驗得到了實踐。從反饋效果來看，本文提出的實驗方案能夠有效調(diào)動學(xué)生的積極性，具有良好的效果。注：本課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課件通過互聯(lián)網(wǎng)開放。 Reference：1 陳立剛,徐曉紅,彭學(xué)鋒.“計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程創(chuàng)新教學(xué)改革的實踐J. 電氣電子教學(xué)學(xué)報,2009(9):109-112.

12、2 樊友洪,鄧韌,張敏. 非計算機專業(yè)“計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)實踐探索J. 高教論壇,2009(2):75-77.3 楊素敏,張政保,寇應(yīng)展.計算機硬件基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式改革的探討J. 中國教育信息化,2009(10):38-39.4 鄒逢興. 關(guān)于創(chuàng)新計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)的實踐和思考J. 計算機教育,2004(2):81.Innovation in the Experiments for Computer Hardware FundamentalsSONG Tian, LI Feng-xia(School of Computer Science, Beijing Inst

13、itute of Technology, Beijing 100081, China)Abstract: To improve the out-of-date experiments of Computer Hardware Fundamentals, based on the new trend of computer hardware, this paper presents a set of novel course experimental proposals to motivate the interests of students, according to the practice in Beijing Institute of Technology in 2010. This paper also discusses the ratio of experimental hours, experiment contents and the feedback of students. The conclusions give suggestions to further innovations of this cours