課堂教學－實驗－課外科技活動三位一體提升硬件類課程質量

文章編號：1672-5913(2008)08-0032-02

摘要：本文結合本校硬件類課程教學改革中的體會和經驗，提出通過課堂教學-實驗-課外科技活動三者有機結合，依靠學科知識競賽、校企合作等形式，提高硬件類課程教學質量的教學改革方法。

關鍵詞：計算機專業；硬件類課程；教學改革；硬件實驗

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

計算機硬件類課程是計算機專業課程的重要組成部分。提升硬件類課程質量對于提高學生實踐能力、培養創新能力，增強其競爭力起著很重要的作用。我校計算機專業設置的硬件類課程主要包括：數字邏輯與數字系統、計算機組成原理、計算機系統結構、計算機接口技術、VHDL與計算機硬件模塊設計和嵌入式計算系統。本文結合學校計算機專業硬件類課程教學改革中的體會和經驗，探討了課堂教學－實驗－課外科技活動三位一體的教學改革新思路。該思路在本校實際硬件類課程教學實踐中得到了應用，并取得了良好的階段性成果。

1課堂教學－實驗－課外科技活動有機結合

課堂教學是老師向學生傳授知識的重要途徑，但不是唯一的途徑。對于硬件類課程來說，僅僅靠課堂教學顯然是不夠的，只有通過各種實驗手段才能使學生加深對理論知識的理解，掌握計算機硬件設計和軟硬件協同設計的基本方法，訓練和培養學生硬件設計能力、創新能力以及認真、嚴謹的科研作風。

目前，社會上對加強實踐環節的呼聲越來越高，教育行政部門對實踐教學的重視程度也越來越高，各專業教學計劃中實踐環節的比重也有所提升。為了加強實踐環節，新的教學計劃中除了課程實驗以外，還增加了一些單獨設課、單獨計算學分的課程設計。所有硬件類的實驗和課程設計均有課程的主講教師親自設計實驗方案、親自參與實驗輔導，避免了實驗環節與課堂教學完全脫節，將實驗任務簡單地交給實驗員了事的現象。

我們希望通過精心設計的硬件類實驗將實用性、技術的前沿性和實現實驗的趣味性很好地結合，與課程的內容有很好的對應性，具有鮮明的特點和極強的針對性。

隨著實踐教學改革的深入進行，硬件類實驗課正在由“驗證”型向“驗證、設計、綜合、創新”結合型方向轉變。近年來，硬件類課群的老師們在實踐教學改革方面做了許多有益嘗試。例如：將硬件描述語言VHDL、先進的EDA開發工具和技術引入計算機學科本科生教學和實驗環節中；提出了將微機的主板作為實驗硬件平臺，使微機接口實驗在微機主板及外設的框架內實現的全新的實驗教學方案。我們還在嵌入式計算系統實驗中，按照驗證性實驗、案例綜合實驗和創新實驗等三個層次逐漸培養學生開發應用程序和驅動程序的能力。針對實驗設備的多樣性，采用驅動程序屏蔽的方法，給學生提供一致的應用程序編程接口，利用實驗設備共性的部分開設基礎的驗證性實驗。同時，針對各種外設開發出實驗樣例程序，如液晶屏、觸摸屏、小鍵盤和攝像頭等，由學生自由組合成綜合性實驗。對于實驗設備選配件以及未開發的部分，允許學生自主命題，申請器件進行創新性設計。

根據因材施教的思想，我們計劃將未來的硬件類實驗分成不同的層次，面向不同的對象。保證必做實驗的水平和質量；提高選做實驗的數量和種類，給學生更多的選擇和發展空間；同時鼓勵學生以兩至三個人為一小組的形式搞創新活動，自主命題和設計方案，開發新的實驗，為參加學科知識競賽鍛煉隊伍和積累素材。

在完成教學計劃設定的實驗教學任務的基礎上，吸引對硬件比較感興趣、動手能力強的學生盡早地進入實驗室，以學生的創新性課外科技活動帶動硬件類課程和實驗教學水平的提升。

2以學科知識競賽為切入點開展創新活動

近年來，隨著嵌入式系統應用的不斷發展，每年均會有一些由國內外知名企業舉辦的電子設計或嵌入式系統設計競賽，這些競賽有一個共同特點，即自主命題，不設限制，由2～3名學生組隊，在主辦方提供的競賽專用軟硬件平臺上進行課題開發設計。比賽一般歷時四～五個月，通常分為提交設計方案—審核入圍—完成設計方案—現場演示答辯等多個環節。每次比賽都會吸引來自全國各大高校的數百支隊伍攜其創新性的設計參加比賽，競爭十分激烈。

由于這些賽事是企業組織的競賽活動，所以往往要求參賽的題目有創意并具有實用價值，能夠充分發揮主辦方提供的軟硬件開發套件本身資源的作用。

這類競賽對于提高學生的創新思維能力，培養學生的動手能力以及工程實踐經驗非常有利。僅以入圍參賽必須要通過的第一步“提交設計方案”環節為例，要求學生提交一個完整的設計方案文檔，其中內容包括：需求分析、可行性分析、設計難點分析、系統的框架、功能的描述、實現的方法、進度預估、經費預算等。文檔要求思路清晰、任務明確、結構合理。整個競賽過程就是一個實際項目的開發過程，這樣的競賽活動對學生各方面能力的培養和鍛煉作用都很大的，從某種意義上來說，整個參賽的過程重于最后是否得獎的結果。

我們以這些競賽活動為切入點，組織有一定硬件基礎、動手能力較強的學生進入實驗室，開展研究和創新活動，使學生能親手觸摸到現今高速發展的現代計算機主流應用開發技術，激發學生的學習興趣。目前，我們注意在硬件類課程的教學過程中，宣講計算機硬件的重要性，介紹嵌入式系統的應用前景和各種針對大學生的競賽活動，爭取從大三甚至大二的學生中發現對硬件感興趣的學生，重點培養并鼓勵他們參加各種競賽活動。

嵌入式課外科技活動開展半年多以來，已初步看到一些效果。例如，我們組織了5個隊參加了Altera公司2007年NIOS II嵌入式處理器設計大賽(中國區)，有2個隊進入復賽，最終有一個隊進入決賽，獲得優秀獎。2007年底，我們還組織了9個隊報名參加周立功單片機公司和Actel公司聯合舉辦的第一屆Actel杯中國大學生電子設計大賽，現有3個隊的設計方案入選參賽，目前競賽正在進行中。

3校企合作是實驗教學改革成功的重要基礎

目前，許多國內外著名廠商都非常重視自身產品的宣傳力度，尤其重視各高校學生這些未來潛在的客戶。如美國Altera公司的大學計劃近年來在中國的高校中就非常具有影響力，Altera公司為學校提供免費或優惠的軟件和硬件實驗平臺，召開一年一度的全國教師會議，組織嵌入式處理器設計大賽和論文大賽，無疑為廣大教師和學生提供了良好的學習和交流機會。Altera公司還通過建立聯合實驗室及培訓中心的形式加強校企合作，全方位支持各高校開設可編程邏輯器件課程及相關科研項目，為推動中國高校學科建設、為社會輸送優秀的可編程邏輯技術人才做出了很大的貢獻。

加強校企合作是一件十分有意義的事情，校企合作是高校生存與發展的需要，對學校辦學水平、學生培養質量等方面的提高起著重要的作用。通過校企合作，我們能夠知道企業需要什么樣的人才，學生具有什么樣的素質才能更有競爭力。作為一所以理工科為主的學校，更應重視與國內外知名企業的合作，最近我們與Altera公司建立了EDA/SOPC聯合實驗室，這是Altera公司2008年建立的第一個聯合實驗室。希望通過這個良好的開端使我校計算機硬件類課程的教學和實驗邁上一個新臺階。

參考文獻

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[2] 蔣本珊，王娟，洪杰. 計算機組成原理實驗改革初探[J]. 實驗室研究與探索，2007，(12).

[3] 潘松. 現代計算機組成原理[M]. 北京:清華大學出版社，2007.

[4] 中國計算機科學與技術教程2002研究組. 中國計算機科學與技術學科教程2002[M]. 北京:清華大學出版社，2002.

The Triune Reform Method of Teaching， Experiments and Technological Campaigns to Push

an Effect on Hardware courses

JIANG Ben-shan，WANG Juan，MA Zhong-mei

(School of Computer Science and Technology ， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081，China)

Abstract: According to the experience in computer hardware course reform of Beijing Institute of Technology， this paper introduced a new way to push an effect on computer hardware courses， which was a triune reform method composed of teaching， experiments and technological campaigns.

Key words: Computer major， Hardware courses，teaching reform， Hardware experiments