改進計算機硬件實驗教學初探

[摘要]本文以作者在本學院計算機硬件實驗教學過程中發現的若干問題為基礎，分析這些問題發生的原因，提出相應的改革建議，并在實際教學過程中付諸實踐，希望能加強實驗效果，切實培養學生的實踐能力。

[關鍵詞]計算機 硬件實驗 教學改革

計算機硬件實驗教學在計算機專業的課程體系中無疑占有非常重要的地位，是培養學生實踐技能、創新思維的必修課。在計算機硬件實驗教學中，實驗與理論教學緊密結合，能夠使學生對計算機主機和硬件系統各功能部分的基本原理、組織結構及功能有深入了解，為本科后續階段的學習打下夯實的基礎。由于計算機硬件課程教學存在對實驗儀器的要求等特點，計算機硬件實驗課程成為學生為數不多甚至是唯一的鍛煉實踐動手能力的機會。不過在目前高等院校的計算機硬件實驗教學中，還存在一些問題，直接影響了教學質量和學生素質的提高。

目前計算機硬件實驗教學面臨的問題

1.對實驗教學的重要性認識不足。要培養學生的實踐能力和創新能力，實驗課程是一個必不可少的關鍵環節。但國內的教育思想中長期存有“重理論、輕實踐”的傳統觀念，在高校教學中，實驗教學仍處于理論教學的從屬地位，實驗教學僅被當做是單純的理論教學的驗證和延伸。學校在課程安排上不重視，使得部分學生出于功利心理而輕視實驗、應付實驗。

2.硬件課程的特點使學生難以投入實際操作。硬件實驗課程對于實驗條件的要求比較高，需要專門的實驗設備，如實驗箱，萬用表，甚至還需要有示波器等高檔實驗設備，只有比較少的高校計算機類專業能夠配備這些實驗儀器。即使購買設備的高校，通常也不能按學生比例配備，一般都是幾個學生一組做實驗，這樣使得學生實際動手的機會其實并不多。硬件實驗室由于各種原因，平時一般也不會開放給學生，造成硬件實驗學時數有限，無法讓學生去進行設計或創新性的實驗。另外，目前的計算機硬件實驗設備，集成化程度一般比較高，學生實驗中硬件相關的時間就只是在連接線路。而電路、硬件類課程的實驗中如果出錯，常常也都是連接上出現的問題，實驗過程相當枯燥且問題難以判斷。

以上這些因素疊加起來，使得學生認為硬件實驗的直觀性、可操作性甚至還比不上軟件實驗，進而喪失學習興趣。沒有了興趣，能力的培養就沒有基礎。

3.硬件實驗課程的教學設計不夠科學。目前硬件課程課堂教學的配套實驗只是以驗證性實驗為主。對于剛剛學習了理論知識，還沒有熟練掌握它的學生來說，課堂教學的配套實驗只能先驗證，讓學生在實際硬件的工作過程中鞏固基本知識。但僅有驗證往往不能讓學生牢固地掌握知識，更不能有效地鍛煉學生發現問題、解決問題的能力。而且目前在高校教學中普遍存在課程之間聯系不夠的情況，使學生只能看到一個個獨立的計算機硬件，不能從系統角度上學習理解計算機學科。

針對以上這些問題，提出下列解決建議，根據實際教學的觀察，效果比較顯著。

改進建議

1.重視硬件實驗教學。要想改進計算機硬件類實驗課程的教學效果，真正在教學中培養學生的實踐及創新能力，最根本的一點，還是在于改變以往“重理論，輕實驗”這一錯誤觀念。在高等教育走向大眾化的今天，社會對本科畢業生的動手實踐能力和創新能力的要求越來越高。由于計算機硬件學科自身的特點，決定了完全依靠老師在課堂上進行理論講解，學生無法穩固地獲得這種能力。只有在學生做實驗的過程中，反復強化訓練，不斷迫使他們將課堂上講授的理論知識與實際動手實驗結合起來，才能逐步培養他們的動手實踐和創新能力。

具體的說，在實際教學中，必須為實驗課程安排足夠的課時。條件具備的話，能夠將實驗課程獨立于理論課程之外單獨開設當然更好。單獨為計算機硬件實驗課程設立學分，學生會更加重視，在這些課程上投入更多精力。課程最終的考核成績是約束學生的措施之一，增加實驗成績在學生課程總評成績中的分量，可以打消學生應付實驗的僥幸心理。

在本學院的教學中，嘗試將《計算機接口技術實驗》這門課程作為突破點。將這門課由原來的一學分增加到兩學分，在課程安排上，由原來的一學期8周16個學時改為一學期17周34個學時。這樣真正從根本上重視實驗課程，提高了實驗課程在整個教學體系中的地位。

2.改善硬件實驗條件。計算機硬件類實驗課程對于教學設備非常依賴，如果能提供較好的實驗條件，學生能夠順利地做出實驗教材上規定的實驗，教師再加以進一步地引導，會比較容易提高學生的學習興趣。學生學習興趣的增長，有利于提高實驗課程的教學效果。同時也有利于激發學生自主創新的能力，更加深入了解課程相關知識，完成附加實驗內容。

計算機硬件實驗設備目前大多采取實驗箱的形式，實驗箱等設備集成度比較高，出現故障后學生無法解決。因此必須對實驗設備經常檢查，確保設備工作正常。對于設計有缺陷的設備，能夠及時加以改進就更好。如果學校有條件添置各種先進設備（如示波器、頻率發生器等等），則既能幫助學生學習，又有利于平時的維修。改善實驗條件更重要的一點是改善學生的實驗環境，由于實驗設備數量和師資力量不足等原因，很多高校實驗課都是兩個甚至三四個學生共用一臺設備。這樣學生接觸設備的時間太短，很難取得較好效果。比較好的方法是分批上課，一個學生一臺設備，同時將學生與設備配對。這樣學生能有足夠的時間完成實驗內容，出現問題也能夠冷靜地分析并解決。教師在實驗課程中面對的學生少，能夠更好輔導學生，同時學生與設備配對后，對實驗設備的管理也更加方便。不過這種教學方式對于師資力量的要求比較高，課時數也較多。

本學院在《計算機接口技術》實際教學中采用小班制上課，基本上保證了學生每人一臺設備，并將學生與設備編號配對。同時加強對于設備的維修。并且組織實驗室骨干教師，對實驗設備的電路進行分析，找到了導致實驗設備經常損壞的兩個關鍵部件。通過重新設計電路，更換性能更優良的電路元件等方式，對實驗設備加以改造。采用以上措施后，學生普遍反映實驗環境大大改善，極大提高了學生的學習興趣。

3.對計算機硬件類實驗課程重新進行教學設計。高校教學中，課程之間的銜接與相互關聯是很重要的。如果計算機硬件實驗課程與其他各門課程間之間有機聯系不足，學生則無法從整體高度上領會知識體系。如果在教材中基本上看不到相關聯的課程的介紹，計算機硬件系統作為一個緊密聯系的整體，被硬生生分割成幾個互不相關的獨立部分；學生作為初學者，就只能在每門課各自的范圍內看到個別不夠完整的計算機硬件系統，無法全面地了解計算機硬件系統的組成、結構及功能。目前計算機專業開設的硬件實驗主要有《模擬電路》、《數字邏輯電路》、《計算機組成原理》、《計算機接口技術》等實驗課程，如果將這些課程有機組合起來，使學生在上課過程中能夠理解計算機作為一個系統整體的工作原理，那么不管是對于學生的學習和教師的教學都有事半功倍的效果。

不光是實驗課程之間，實驗課與理論課之間，同樣存在銜接與聯系的問題。以前實驗課程的教材只注重對相關理論課的內容進行驗證式的實驗。如果能在學生完成這些驗證性實驗的基礎上，啟發學生思維，讓學生完成更復雜的綜合性實驗，甚至讓學生自行設計實驗內容，那么學生會更深入地理解基本理論知識并將其應用于實際，進而培養學生的實踐以及創新能力。

同樣以本學院開設的《計算機接口技術》實驗課為例。在實際教學中，實驗中心對原有實驗教材進行改寫，豐富實驗內容。在新教材中，加強了與前后課程之間的聯系，引入了相關課程的內容對學生加以介紹。由于實驗設備的改進，學生完成原有驗證性實驗的進度有所加快。同時由于增加學時，實驗課程時間更加充足。在這種情況下，新教材聯系本課程的相關實驗，再引進《匯編語言程序設計》、《計算機控制技術》等課程的內容，添加了若干難度較大綜合性較高的實驗。并且安排學生有一次自主設計實驗內容的實驗課，由老師輔助選題并加以指導。經過上述設計，學生普遍反應加深了對于本課程的理解，而且初步掌握從系統角度考慮問題的方法。

總 結

通過對教學經驗的總結，本文提出了計算機硬件類實驗課程教學中的若干問題，并提出相應的改進方案。在實際教學中，這些改進取得了令人滿意的效果。但計算機硬件實驗教學的改進是一項系統工程，還需要相關課程的配合。相信以后隨著計算機科學的發展，實驗教學的不斷進步，計算機硬件實驗教學能夠對學生實踐能力和創新能力的培養做出更積極的貢獻。

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作者單位：四川大學計算機學院