計(jì)算機(jī)硬件課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

袁澤明 高銳敏 趙貞貞 張墨華

摘要：“缺芯”是我國現(xiàn)階段的“卡脖子”問題，培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)的計(jì)算機(jī)硬件人才是解決此問題的一個(gè)必要條件。學(xué)生在硬件實(shí)驗(yàn)課中，難于結(jié)合工程項(xiàng)目和實(shí)際應(yīng)用，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不夠高。通過多樣化的課前預(yù)習(xí)、知識(shí)化的思政案例、有針對(duì)性的課堂指導(dǎo)和完善的指導(dǎo)制度，能有效的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使實(shí)驗(yàn)課和理論課相互促進(jìn)，使硬件課程難學(xué)的問題得到解決。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)硬件;實(shí)驗(yàn)教學(xué);產(chǎn)學(xué)融合

中圖分類號(hào)：TP303;G642.0????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1緒論

計(jì)算機(jī)硬件課程不僅是計(jì)算機(jī)專業(yè)的主干課程，在電子、自動(dòng)控制和通信等專業(yè)中也起著舉足輕重的作用，和如今非常熱門的新專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等也息息相關(guān)。各高校開設(shè)的計(jì)算機(jī)硬件課程一般有《計(jì)算機(jī)組成原理》、《單片機(jī)開發(fā)技術(shù)》、《微機(jī)原理》、《接口技術(shù)》和《ARM原理與應(yīng)用》等。這些課程中需要記憶的知識(shí)點(diǎn)零碎且很多，部分學(xué)生學(xué)起來相對(duì)困難。由于各屆學(xué)生之間的相互影響，而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)硬件課程有種先入為主的“怕”。這樣，理論教學(xué)的不夠深入，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程也沒有足夠的重視。這種方式培養(yǎng)的學(xué)生，畢業(yè)后很難從事硬件相關(guān)技術(shù)開發(fā)。近幾年，西方一些國家想通過高端芯片的出口限制我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。因此，大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)和計(jì)算機(jī)硬件的研發(fā)刻不容緩，努力培養(yǎng)高校學(xué)生的計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)，使其能更快更好的適應(yīng)社會(huì)職位需求迫在眉睫。

實(shí)驗(yàn)課程不僅是理論課程的延續(xù)，也是其內(nèi)容的補(bǔ)充和提升。如果因?yàn)閷W(xué)生理論課程學(xué)習(xí)不夠深入而淡化實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容簡單而無趣，則學(xué)生更不會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)該課程。如果學(xué)生理論課程學(xué)習(xí)較好，而實(shí)驗(yàn)課程不夠豐富或過于枯燥，則可能會(huì)對(duì)理論課的學(xué)習(xí)起負(fù)面影響。反之，如果能合理布置實(shí)驗(yàn)課程，則能使實(shí)驗(yàn)課程與理論課程相互促進(jìn)，使學(xué)生因興趣而主動(dòng)學(xué)習(xí)，使理論與實(shí)踐共同提高。本文主要從課前操作、思政案例引入、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程及課程制度激勵(lì)等方面進(jìn)行分析，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)課的精心設(shè)計(jì)與布置，能很好的提高學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件課程的興趣，使學(xué)生積極主動(dòng)的投入到計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)方向的學(xué)習(xí)與研發(fā)當(dāng)中來。

2?計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

現(xiàn)在，不少高校的硬件實(shí)驗(yàn)課都采用教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)箱一般都是從教學(xué)設(shè)備商處購買，教學(xué)設(shè)備商同時(shí)提供了實(shí)驗(yàn)軟件和實(shí)驗(yàn)題目等豐富的資源。所以，各課程教師只需根據(jù)自己的需要，從提供的實(shí)驗(yàn)題目中選擇若干實(shí)驗(yàn)供學(xué)生課堂練習(xí)即可。這種實(shí)驗(yàn)課程模式存在很多弊端，主要表現(xiàn)在：（1）學(xué)生僅能按步驟完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并不能真正明白實(shí)驗(yàn)的操作背景和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景等。（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論課程及實(shí)際工程項(xiàng)目脫節(jié)，學(xué)生不能通過實(shí)驗(yàn)課程深化理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，也不知道所做所學(xué)在將來的工作中會(huì)有什么用處。（3）各硬件實(shí)驗(yàn)課程孤立，學(xué)生不能明白這些課程之間有什么聯(lián)系，認(rèn)為學(xué)習(xí)這些課程枯燥而無用，所以部分學(xué)生很難有高昂的學(xué)習(xí)興趣和激情。針對(duì)這些問題，本文對(duì)硬件實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了優(yōu)化與設(shè)計(jì)。

2.1?課前操作

對(duì)大學(xué)生進(jìn)一步的寬進(jìn)嚴(yán)出是教育政策的必然。高校學(xué)生不是能輕松畢業(yè)就認(rèn)為母校很好，也不會(huì)因?yàn)槟茌p松及格就認(rèn)為自己的老師教得好。如果教師教學(xué)內(nèi)容豐富而有趣，學(xué)生能從中學(xué)到知識(shí)、受到啟發(fā)，學(xué)生學(xué)完課程后有一種充實(shí)感，仍有一種學(xué)而未盡的追求欲望，那么無論這位老師的課程任務(wù)有多重，學(xué)生一般還都是樂于接受的。

《計(jì)算機(jī)組成原理》和《微機(jī)原理》課程相對(duì)抽象。一般單獨(dú)從實(shí)驗(yàn)步驟上看，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容即不容易聯(lián)系教材，也不容易聯(lián)系工程項(xiàng)目，學(xué)生可能只會(huì)按步驟操作。即使能順利做完實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可能仍不明白所做實(shí)驗(yàn)和理論課程及實(shí)際應(yīng)用之間到底有什么聯(lián)系。教師主要可從以下四個(gè)方面解決這個(gè)問題。第一，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備商提供的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，使其能結(jié)合自己講解的教材知識(shí)。第二，教師針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出與其相關(guān)的學(xué)科知識(shí)和應(yīng)用領(lǐng)域，放在該實(shí)驗(yàn)的最后作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容延伸，并鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合以前所學(xué)和生活經(jīng)歷給出該實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用。第三，引進(jìn)企業(yè)或其他高校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)線上課程，或由教師針對(duì)自己的學(xué)生錄制實(shí)驗(yàn)課的線上輔助教學(xué)內(nèi)容。教師針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)布置任務(wù)，學(xué)生課前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)背景、內(nèi)容及應(yīng)用領(lǐng)域等知識(shí)的線上預(yù)習(xí)。最好能線上記錄學(xué)生預(yù)習(xí)狀況。第四，經(jīng)濟(jì)條件較好的高校，可建立這些抽象課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，由學(xué)生在課下規(guī)定的時(shí)間內(nèi)通過虛擬仿真的形式完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。

《單片機(jī)開發(fā)技術(shù)》、《接口技術(shù)》和《ARM原理與應(yīng)用》課程較容易通過引入工程項(xiàng)目的形式聯(lián)系實(shí)際。但這些課程本身知識(shí)點(diǎn)多、聯(lián)系緊密、應(yīng)用起來有難度。特別的是，很多項(xiàng)目的完成需要結(jié)合多個(gè)章節(jié)（甚至多門課程）的知識(shí)，這給案例教學(xué)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)帶來了一定的難度。所以，在這些課程的理論教學(xué)中，盡量采用涉及知識(shí)面少的項(xiàng)目，或者把一個(gè)大的項(xiàng)目拆分成幾個(gè)小的案例，分開在不同章節(jié)中使用。把一些涉及面相對(duì)較廣的項(xiàng)目案例可以作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來開展，以便于教師能有更充足的時(shí)間和精力指導(dǎo)學(xué)生、掌握學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力。為了學(xué)生能按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)于這三門課程，除了可以采用上段所述的四種課前預(yù)習(xí)方案外，還可以由學(xué)生課下通過Proteus軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和仿真，通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)軟件Keil、ADS、ARM?RealView?Developer?Suite、IAR?EWARM代碼編寫和測(cè)試等[2]。

總之，根據(jù)教師精心設(shè)計(jì)的內(nèi)容和任務(wù)，學(xué)生有目的的進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)相關(guān)的背景、應(yīng)用、理論及設(shè)計(jì)和測(cè)試知識(shí)的預(yù)習(xí)，既能增添學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，又能使實(shí)驗(yàn)課很好的補(bǔ)充學(xué)生理論課時(shí)學(xué)習(xí)的不足。

2.2?思政案例引入

師者，傳道授業(yè)解惑也。課程思政的引入既能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，也是專業(yè)知識(shí)的延伸[3]。因?qū)嶒?yàn)課程更容易結(jié)合前沿知識(shí)和實(shí)際項(xiàng)目等，所以，相比理論課程，實(shí)驗(yàn)課程則更容易插入相關(guān)思政內(nèi)容。