“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程體系的改革與實(shí)踐

李大奎 周惠巍 朱鳴華 馬洪連 呂蕾蕾

摘要:本文介紹了大連理工大學(xué)非電類專業(yè)“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程在精英人才培養(yǎng)模式理念下的課程體系建設(shè),從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)和成績(jī)?cè)u(píng)定等諸多方面進(jìn)行了探討,對(duì)高等理工科學(xué)校的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)教學(xué)具備一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞:教學(xué)改革;案例教學(xué);硬件基礎(chǔ)

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1引言

當(dāng)今社會(huì)對(duì)于熟練掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的復(fù)合型人才的需求日趨旺盛,熟練掌握計(jì)算機(jī)的通才極為緊缺。為滿足社會(huì)的需要,培養(yǎng)出適應(yīng)新世紀(jì)我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)需要的具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的高素質(zhì)人才,在高等院校加強(qiáng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)勢(shì)在必行。

基于通識(shí)教育的大類培養(yǎng),實(shí)施精英教育是大連理工大學(xué)提出的教學(xué)改革指導(dǎo)方針?！坝?jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程是培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)從事科學(xué)研究和科技開發(fā)工作的技術(shù)基礎(chǔ)課程。1997年教育部高教司頒發(fā)“加強(qiáng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)工作的幾點(diǎn)意見”以來(lái),我校便開始執(zhí)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)三個(gè)層次的課程體系,“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程成為面向全校非電類專業(yè)開設(shè)的第二層次計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)類課程之一。2003年教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)又下發(fā)“關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)的意見”(以下簡(jiǎn)稱“意見”),把“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”列為重點(diǎn)核心課程,并提出了教學(xué)基本要求。

“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”是大連理工大學(xué)非電類理工科專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)限選課程。本課程是一門面向應(yīng)用的、實(shí)踐性和綜合性的通識(shí)教育課程。本課程主要講授計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)和方法,教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)知識(shí)解決本專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域中問題的能力,使其能成為具有較強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力和科研開發(fā)能力的應(yīng)用復(fù)合型人才。培養(yǎng)學(xué)生利用軟硬件相結(jié)合的方法分析解決本專業(yè)領(lǐng)域的思維方式,從而為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的后續(xù)課程,學(xué)習(xí)和應(yīng)用相關(guān)方面的新知識(shí)、新技術(shù)打下必要的基礎(chǔ)。

2立足創(chuàng)新能力培養(yǎng),構(gòu)建“硬件”教學(xué)課程體系

“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”作為非電類專業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)類核心課程之一,其教學(xué)改革應(yīng)符合精英人才培養(yǎng)這一目標(biāo)?！坝?jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程包含了眾多的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本方法,而且具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性和實(shí)踐性。該課程對(duì)于強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、工程實(shí)踐能力、開發(fā)創(chuàng)新能力具有特別重要的意義。任課教師不能只“教”計(jì)算機(jī)的硬件知識(shí),還應(yīng)特別重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。課程組的任課教師根據(jù)這一思路,充分借鑒了國(guó)內(nèi)外相關(guān)高校成功的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)了以基于通識(shí)教育的精英人才培養(yǎng)模式為導(dǎo)向的“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程體系。從教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容、授課方式、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核體系等方面全方位構(gòu)建計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)教學(xué)體系。經(jīng)過近四年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐,該門課程取得了良好的教學(xué)成果,獲得了學(xué)生的好評(píng)。

3重視教材建設(shè)和教學(xué)內(nèi)容的及時(shí)更新

根據(jù)高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)2003年提出的指導(dǎo)意見中的教材建設(shè)要求,對(duì)于典型核心課程的教材,要強(qiáng)調(diào)教材的基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性,突出基本概念、基本技術(shù)與方法的講解。要使教材能反映計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展,特別是對(duì)于教材中一些技術(shù)性、應(yīng)用性的內(nèi)容更應(yīng)如此,要讓學(xué)生能學(xué)到一些先進(jìn)的開發(fā)工具和開發(fā)方法。要編寫一些具有專業(yè)特色的計(jì)算機(jī)教材。教材內(nèi)容不是一般性地講解計(jì)算機(jī)的技術(shù)與方法,而是將它們與專業(yè)應(yīng)用有機(jī)結(jié)合。要重視案例課程的教材研究,教材從內(nèi)容到結(jié)構(gòu)要能反映案例課程的特點(diǎn)。

根據(jù)“意見”精神,課程組的任課教師編撰了高等教育出版社最新出版的“十一五”規(guī)劃教材《微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)》,以目前在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的80x86系列微機(jī)為例,系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)的硬件技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí),并通過對(duì)計(jì)算機(jī)中相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的介紹,體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的最新水平與趨勢(shì)。

結(jié)合教材內(nèi)容,重新調(diào)整了教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容,學(xué)時(shí)安排參見表1,教學(xué)學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)。

“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容涉及常用邏輯元器件、CPU、指令系統(tǒng)、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、常用外部設(shè)備和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等諸多內(nèi)容,較為繁雜,課程組的任課教師本著少而精、知識(shí)面寬、知識(shí)新等原則,刪繁就簡(jiǎn),一是適時(shí)修改教學(xué)大綱,使之盡量符合新的學(xué)科技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀;二是體現(xiàn)在每次具體講課內(nèi)容中,可及時(shí)傳遞一些新的學(xué)科技術(shù)及應(yīng)用信息,強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)知識(shí)、基本思想、基本方法和基本技能的培養(yǎng)。在保持課程內(nèi)容系統(tǒng)性的前提下,主要選用和總結(jié)具有一般性、普遍性意義的內(nèi)容。并在今后的課程講授中,實(shí)時(shí)追蹤最新計(jì)算機(jī)發(fā)展技術(shù),及時(shí)補(bǔ)充到課堂教學(xué)中。

4啟發(fā)式的案例教學(xué)方法

計(jì)算機(jī)硬件課程的特點(diǎn)是包括多門計(jì)算機(jī)相關(guān)課程,體系龐大,內(nèi)容繁雜,而且大部分知識(shí)枯燥抽象,晦澀難懂。計(jì)算機(jī)硬件的工作原理與人的思維和行為方式“格格不入”,學(xué)生對(duì)抽象的指令和復(fù)雜的硬件電路很不適應(yīng)。如果教學(xué)方法不合理,學(xué)生往往因?yàn)楦杏X太難而產(chǎn)生抵觸心理,從而導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。因此課程組在授課環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上,圍繞以學(xué)生為本、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力這一教學(xué)目標(biāo),以是否符合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)作為教學(xué)方法的設(shè)計(jì)依據(jù)。實(shí)踐表明,采用循序漸進(jìn)、深入淺出、突出重點(diǎn)的啟發(fā)式方法授課,配合精心選擇的各種工程實(shí)際案例有助于教學(xué)效果的提高。

用淺顯易懂、循序漸進(jìn)、逐步深入的方式介紹課程內(nèi)容,幫助學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,避免一開始就介紹過多的專業(yè)術(shù)語(yǔ)和細(xì)節(jié)。在每一堂課的設(shè)計(jì)上都有一個(gè)重點(diǎn)主題,課堂內(nèi)容圍繞這個(gè)重點(diǎn)展開,而不是一味按照講義的章節(jié)順序進(jìn)行。例如在介紹計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作原理時(shí),以人體為例對(duì)比介紹,CPU的作用相當(dāng)于人類的大腦,指揮身體各個(gè)器官協(xié)調(diào)工作,鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備相當(dāng)于人們的耳、鼻、喉、眼等感知器官,顯示器和打印機(jī)等輸出設(shè)備相當(dāng)于人類的嘴、手、腳等等,既避免了枯燥的講解,又加深了學(xué)生的印象,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

精心選取和策劃教學(xué)案例,案例是為知識(shí)服務(wù)的,所講的案例一定要緊緊圍繞相關(guān)知識(shí),切不可偏離主題。具體講授時(shí)可以步步導(dǎo)入,由淺入深;也可互相穿插,講述理論知識(shí)時(shí)引入案例分析,分析案例的過程中又回到對(duì)理論知識(shí)的進(jìn)一步探討。整個(gè)過程中要注重與學(xué)生的互動(dòng),提出精心準(zhǔn)備的各種問題給學(xué)生,讓他們思考解決問題的辦法,教師可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)膯l(fā)和提示,這樣學(xué)生對(duì)知識(shí)在實(shí)例中的應(yīng)用會(huì)有更切身的體會(huì),這種體會(huì)還可以進(jìn)一步反作用于知識(shí),使其對(duì)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)更進(jìn)一層。比如在講授邏輯電路時(shí),結(jié)合三人表決電路的設(shè)計(jì),從實(shí)際出發(fā),重點(diǎn)介紹邏輯電路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化,這樣講授要比按照教材逐一介紹各種邏輯電路的效果好得多。又比如在介紹串行接口的介紹,避免對(duì)接口原理的枯燥講解,引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)例,介紹RS232在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方法,進(jìn)而引申出在工程中廣泛應(yīng)用的RS422和RS485接口,極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,形成了研究型學(xué)習(xí)氛圍。課程組的老師在授課過程中注重對(duì)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)方法的介紹,引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生掌握分析問題的方法,從而做到融會(huì)貫通、舉一反三。

5重視實(shí)踐環(huán)節(jié)

鑒于上機(jī)實(shí)踐實(shí)習(xí)在計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)教學(xué)中的重要性,任課教師編寫了《計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)》上機(jī)實(shí)驗(yàn)配套教材,合理組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是素質(zhì)教育的重要組成部分,是由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)的必由之路。在“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程中,動(dòng)手能力的培養(yǎng)尤為重要。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式上,要有意識(shí)地增加學(xué)生自主思考、獨(dú)立動(dòng)手的機(jī)會(huì),培養(yǎng)他們的獨(dú)立創(chuàng)造能力;在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上,根據(jù)不同專業(yè)需求,分別開設(shè)計(jì)算機(jī)硬件拆裝實(shí)驗(yàn)和微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)兩部分。

計(jì)算機(jī)硬件拆裝實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:為每個(gè)學(xué)生提供一套微型計(jì)算機(jī),要求學(xué)生認(rèn)知計(jì)算機(jī)各個(gè)主要硬件、獨(dú)立完成組裝計(jì)算機(jī)、安裝操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件,獨(dú)立完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配置操作。課后要求每個(gè)學(xué)生寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,要求記錄CPU型號(hào)和主頻,主板外頻和倍頻的設(shè)置方法,各種板卡的型號(hào),各種外設(shè)的品牌型號(hào)。除了上述實(shí)驗(yàn)報(bào)告以外,還要求學(xué)生根據(jù)電腦市場(chǎng)的商情和學(xué)生本人的實(shí)際需求,寫出一份虛擬裝機(jī)報(bào)告。該實(shí)驗(yàn)適用于數(shù)學(xué)學(xué)院、物理學(xué)院、力學(xué)系、化工學(xué)院、材料學(xué)院、船舶學(xué)院、環(huán)境生命學(xué)院和管理學(xué)院等。表2為該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及學(xué)時(shí)(12學(xué)時(shí))安排。

微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:為每個(gè)學(xué)生提供一套綜合實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備,完成A/D和D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn),I/O接口設(shè)計(jì)等(4學(xué)時(shí))。著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用典型可編程接口芯片和數(shù)字電子技術(shù)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)能力。為培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí),加強(qiáng)了要求提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié),以使學(xué)生不盲目地僅為完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而做實(shí)驗(yàn),而是要求他們做完實(shí)驗(yàn)后有一定的收獲,得到一定的能力訓(xùn)練。要求學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn),最后給出具有一定見解的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。盡可能發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)立思考能力和主觀能動(dòng)性,以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立探索。該實(shí)驗(yàn)適用于土木學(xué)院、動(dòng)力系和化機(jī)系等。

6改革考試評(píng)價(jià)體系

根據(jù)本課程的特點(diǎn),要求學(xué)生理解本課程的基本原理外,著重考核學(xué)生分析和解決問題的能力,引導(dǎo)學(xué)生不僅關(guān)注課本知識(shí),還要關(guān)注本學(xué)科的最新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

改革了傳統(tǒng)的“一紙定終身”的考評(píng)模式,學(xué)生的最后成績(jī)由基礎(chǔ)理論成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和平時(shí)成績(jī)?nèi)糠志C合評(píng)定得出,其中基礎(chǔ)理論部分的考核采用上機(jī)考試,機(jī)考成績(jī)占總成績(jī)的60%,實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的20%,并結(jié)合學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的主動(dòng)性、動(dòng)手能力、分析和解決問題的能力給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)。任課教師根據(jù)平時(shí)出勤情況、平時(shí)作業(yè)、課堂提問以及課堂討論等平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性給出平時(shí)成績(jī),平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的20%。

嚴(yán)肅考場(chǎng)紀(jì)律,杜絕學(xué)生作弊思想的滋生,課程組老師建立數(shù)量龐大、范圍廣泛的試題庫(kù),并隨時(shí)補(bǔ)充新的題目加入試題庫(kù)。課程組的任課教師開發(fā)了計(jì)算機(jī)硬件考試系統(tǒng),并按遺傳算法隨機(jī)組卷,學(xué)生上機(jī)答題,避免了雷同的試卷,杜絕了相互抄襲的現(xiàn)象。上機(jī)考試的評(píng)閱則采取學(xué)生考試結(jié)束后當(dāng)場(chǎng)打分,整個(gè)考評(píng)過程透明公正。此外,課程組還建立了考試結(jié)果分析制度,以指導(dǎo)命題和改進(jìn)教學(xué)。

7結(jié)束語(yǔ)

“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程改革從2006年秋季開始進(jìn)行,從各學(xué)期學(xué)生的教學(xué)評(píng)估情況看,多為“理論聯(lián)系實(shí)際”、“講解方式淺顯易懂”、“考核方式新穎”、 “這門課程很有趣”等正面評(píng)價(jià)。從學(xué)生的認(rèn)可度來(lái)看“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程的改革是比較成功的,符合人才培養(yǎng)的目標(biāo),有利于培養(yǎng)學(xué)生的研究創(chuàng)新能力。經(jīng)過課程組教師的長(zhǎng)期努力建設(shè),2008年該門課程獲得遼寧省精品課程立項(xiàng),現(xiàn)正在建設(shè)當(dāng)中。

構(gòu)建合理的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程體系,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ),提高學(xué)生在本專業(yè)領(lǐng)域綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力至關(guān)重要。通過計(jì)算機(jī)硬件系列課程體系建設(shè)及系列課程的教學(xué)改革實(shí)踐,完善了課程體系,改革了各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),在教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面做了許多工作。近年來(lái),隨著中小學(xué)信息技術(shù)課程的普及,大學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平得到了很大的提升,尤其是從大中城市報(bào)考來(lái)的大學(xué)生已經(jīng)具備了相當(dāng)不錯(cuò)的計(jì)算機(jī)水平,這些學(xué)生已經(jīng)不滿足于有限的課堂講授,為滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需要,課程組的教師正在努力建設(shè)基于因特網(wǎng)的教學(xué)資源庫(kù),整合國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的教學(xué)資源。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)硬件課程建設(shè)和教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作,更需要堅(jiān)持不懈的長(zhǎng)期努力。

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