“計算機硬件技術基礎”課程體系的改革與實踐

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非電類專業“計算機硬件技術基礎”課程在精英人才培養模式理念下的課程體系建設,從教學目標、教學內容、教學方法、實踐環節和成績評定等諸多方面進行了探討,對高等理工科學校的計算機硬件基礎教學具備一定的借鑒意義。

關鍵詞:教學改革;案例教學;硬件基礎

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

1引言

當今社會對于熟練掌握計算機應用能力的復合型人才的需求日趨旺盛,熟練掌握計算機的通才極為緊缺。為滿足社會的需要,培養出適應新世紀我國現代化建設需要的具有創新精神、實踐能力和創業精神的高素質人才,在高等院校加強學生掌握計算機理論知識和實際應用能力的培養勢在必行。

基于通識教育的大類培養,實施精英教育是大連理工大學提出的教學改革指導方針。“計算機硬件技術基礎”課程是培養學生利用計算機從事科學研究和科技開發工作的技術基礎課程。1997年教育部高教司頒發“加強非計算機專業計算機基礎教學工作的幾點意見”以來,我校便開始執行計算機基礎教學三個層次的課程體系,“計算機硬件技術基礎”課程成為面向全校非電類專業開設的第二層次計算機技術基礎類課程之一。2003年教育部計算機科學與技術專業教學指導分委員會又下發“關于進一步加強高等學校計算機基礎教育教學的意見”(以下簡稱“意見”),把“計算機硬件技術基礎”列為重點核心課程,并提出了教學基本要求。

“計算機硬件技術基礎”是大連理工大學非電類理工科專業技術基礎限選課程。本課程是一門面向應用的、實踐性和綜合性的通識教育課程。本課程主要講授計算機硬件的基礎理論、基本技術和方法,教學目的是培養學生應用計算機硬件技術知識解決本專業及相關領域中問題的能力,使其能成為具有較強實際動手能力和科研開發能力的應用復合型人才。培養學生利用軟硬件相結合的方法分析解決本專業領域的思維方式,從而為學生進一步學習計算機的后續課程,學習和應用相關方面的新知識、新技術打下必要的基礎。

2立足創新能力培養,構建“硬件”教學課程體系

“計算機硬件技術基礎”作為非電類專業的計算機技術基礎類核心課程之一,其教學改革應符合精英人才培養這一目標。“計算機硬件技術基礎”課程包含了眾多的計算機硬件基礎知識、基本理論和基本方法,而且具有很強的系統性和實踐性。該課程對于強調培養學生的實際動手能力、工程實踐能力、開發創新能力具有特別重要的意義。任課教師不能只“教”計算機的硬件知識,還應特別重視培養學生的創新能力。課程組的任課教師根據這一思路,充分借鑒了國內外相關高校成功的教學實踐經驗,設計了以基于通識教育的精英人才培養模式為導向的“計算機硬件技術基礎”課程體系。從教材建設、教學內容、授課方式、實踐環節、考核體系等方面全方位構建計算機硬件基礎教學體系。經過近四年來的教學實踐,該門課程取得了良好的教學成果,獲得了學生的好評。

3重視教材建設和教學內容的及時更新

根據高等學校非計算機專業計算機基礎課程教學指導分委會2003年提出的指導意見中的教材建設要求,對于典型核心課程的教材,要強調教材的基礎性和系統性,突出基本概念、基本技術與方法的講解。要使教材能反映計算機技術的新發展,特別是對于教材中一些技術性、應用性的內容更應如此,要讓學生能學到一些先進的開發工具和開發方法。要編寫一些具有專業特色的計算機教材。教材內容不是一般性地講解計算機的技術與方法,而是將它們與專業應用有機結合。要重視案例課程的教材研究,教材從內容到結構要能反映案例課程的特點。

根據“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”規劃教材《微型計算機硬件技術》,以目前在計算機領域中占主導地位的80x86系列微機為例,系統地介紹了計算機的硬件技術基礎知識,并通過對計算機中相關先進技術的介紹,體現出計算機及其應用技術發展的最新水平與趨勢。

結合教材內容,重新調整了教學大綱和教學內容,學時安排參見表1,教學學時為32學時。

“計算機硬件技術基礎”課程內容涉及常用邏輯元器件、CPU、指令系統、內存儲器、外存儲器、輸入輸出接口、常用外部設備和計算機網絡等諸多內容,較為繁雜,課程組的任課教師本著少而精、知識面寬、知識新等原則,刪繁就簡,一是適時修改教學大綱,使之盡量符合新的學科技術及應用發展現狀;二是體現在每次具體講課內容中,可及時傳遞一些新的學科技術及應用信息,強調加強計算機硬件的基礎知識、基本思想、基本方法和基本技能的培養。在保持課程內容系統性的前提下,主要選用和總結具有一般性、普遍性意義的內容。并在今后的課程講授中,實時追蹤最新計算機發展技術,及時補充到課堂教學中。

4啟發式的案例教學方法

計算機硬件課程的特點是包括多門計算機相關課程,體系龐大,內容繁雜,而且大部分知識枯燥抽象,晦澀難懂。計算機硬件的工作原理與人的思維和行為方式“格格不入”,學生對抽象的指令和復雜的硬件電路很不適應。如果教學方法不合理,學生往往因為感覺太難而產生抵觸心理,從而導致教學效果不理想。因此課程組在授課環節的設計上,圍繞以學生為本、培養學生的創新能力這一教學目標,以是否符合創新能力的培養目標作為教學方法的設計依據。實踐表明,采用循序漸進、深入淺出、突出重點的啟發式方法授課,配合精心選擇的各種工程實際案例有助于教學效果的提高。

用淺顯易懂、循序漸進、逐步深入的方式介紹課程內容,幫助學生對課程產生學習興趣,避免一開始就介紹過多的專業術語和細節。在每一堂課的設計上都有一個重點主題,課堂內容圍繞這個重點展開,而不是一味按照講義的章節順序進行。例如在介紹計算機各個部件的工作原理時,以人體為例對比介紹,CPU的作用相當于人類的大腦,指揮身體各個器官協調工作,鍵盤、鼠標等輸入設備相當于人們的耳、鼻、喉、眼等感知器官,顯示器和打印機等輸出設備相當于人類的嘴、手、腳等等,既避免了枯燥的講解,又加深了學生的印象,激發了學生的學習興趣。

精心選取和策劃教學案例,案例是為知識服務的,所講的案例一定要緊緊圍繞相關知識,切不可偏離主題。具體講授時可以步步導入,由淺入深;也可互相穿插,講述理論知識時引入案例分析,分析案例的過程中又回到對理論知識的進一步探討。整個過程中要注重與學生的互動,提出精心準備的各種問題給學生,讓他們思考解決問題的辦法,教師可以進行適當的啟發和提示,這樣學生對知識在實例中的應用會有更切身的體會,這種體會還可以進一步反作用于知識,使其對知識的理解和認識更進一層。比如在講授邏輯電路時,結合三人表決電路的設計,從實際出發,重點介紹邏輯電路的設計和優化,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,避免對接口原理的枯燥講解,引入計算機監控系統的實例,介紹RS232在計算機監控系統中的應用方法,進而引申出在工程中廣泛應用的RS422和RS485接口,極大地調動了學生的學習興趣,形成了研究型學習氛圍。課程組的老師在授課過程中注重對課程內容學習方法的介紹,引導和啟發學生掌握分析問題的方法,從而做到融會貫通、舉一反三。

5重視實踐環節

鑒于上機實踐實習在計算機硬件基礎教學中的重要性,任課教師編寫了《計算機硬件基礎》上機實驗配套教材,合理組織實驗教學內容。

實踐能力和創新能力是素質教育的重要組成部分,是由被動學習轉為主動學習的必由之路。在“計算機硬件技術基礎”課程中,動手能力的培養尤為重要。因此在實驗教學方式上,要有意識地增加學生自主思考、獨立動手的機會,培養他們的獨立創造能力;在實驗內容上,根據不同專業需求,分別開設計算機硬件拆裝實驗和微機接口實驗兩部分。

計算機硬件拆裝實驗內容:為每個學生提供一套微型計算機,要求學生認知計算機各個主要硬件、獨立完成組裝計算機、安裝操作系統、驅動程序和應用軟件,獨立完成計算機網絡的配置操作。課后要求每個學生寫出完整的實驗報告,要求記錄CPU型號和主頻,主板外頻和倍頻的設置方法,各種板卡的型號,各種外設的品牌型號。除了上述實驗報告以外,還要求學生根據電腦市場的商情和學生本人的實際需求,寫出一份虛擬裝機報告。該實驗適用于數學學院、物理學院、力學系、化工學院、材料學院、船舶學院、環境生命學院和管理學院等。表2為該實驗內容及學時(12學時)安排。

微機接口實驗內容:為每個學生提供一套綜合實驗儀器設備,完成A/D和D/A轉換實驗,I/O接口設計等(4學時)。著重培養學生應用典型可編程接口芯片和數字電子技術進行綜合設計能力。為培養學生主動學習的意識,加強了要求提前預習實驗的環節,以使學生不盲目地僅為完成實驗內容而做實驗,而是要求他們做完實驗后有一定的收獲,得到一定的能力訓練。要求學生獨立完成實驗,最后給出具有一定見解的實驗報告。盡可能發揮學生的獨立思考能力和主觀能動性,以培養學生的實際動手能力和創新能力,倡導學生自主學習和獨立探索。該實驗適用于土木學院、動力系和化機系等。

6改革考試評價體系

根據本課程的特點,要求學生理解本課程的基本原理外,著重考核學生分析和解決問題的能力,引導學生不僅關注課本知識,還要關注本學科的最新技術的發展趨勢。

改革了傳統的“一紙定終身”的考評模式,學生的最后成績由基礎理論成績、實驗成績和平時成績三部分綜合評定得出,其中基礎理論部分的考核采用上機考試,機考成績占總成績的60%,實驗成績占總成績的20%,并結合學生在實驗過程中的主動性、動手能力、分析和解決問題的能力給出實驗成績。任課教師根據平時出勤情況、平時作業、課堂提問以及課堂討論等平時學習的積極性、主動性給出平時成績,平時成績占總成績的20%。

嚴肅考場紀律,杜絕學生作弊思想的滋生,課程組老師建立數量龐大、范圍廣泛的試題庫,并隨時補充新的題目加入試題庫。課程組的任課教師開發了計算機硬件考試系統,并按遺傳算法隨機組卷,學生上機答題,避免了雷同的試卷,杜絕了相互抄襲的現象。上機考試的評閱則采取學生考試結束后當場打分,整個考評過程透明公正。此外,課程組還建立了考試結果分析制度,以指導命題和改進教學。

7結束語

“計算機硬件技術基礎”課程改革從2006年秋季開始進行,從各學期學生的教學評估情況看,多為“理論聯系實際”、“講解方式淺顯易懂”、“考核方式新穎”、 “這門課程很有趣”等正面評價。從學生的認可度來看“計算機硬件技術基礎”課程的改革是比較成功的,符合人才培養的目標,有利于培養學生的研究創新能力。經過課程組教師的長期努力建設,2008年該門課程獲得遼寧省精品課程立項,現正在建設當中。

構建合理的計算機硬件基礎課程體系,對培養學生良好的計算機硬件基礎,提高學生在本專業領域綜合應用計算機的能力至關重要。通過計算機硬件系列課程體系建設及系列課程的教學改革實踐,完善了課程體系,改革了各個教學環節,在教學大綱、教學內容、教學手段、考核環節和實驗教學等方面做了許多工作。近年來,隨著中小學信息技術課程的普及,大學生的計算機應用水平得到了很大的提升,尤其是從大中城市報考來的大學生已經具備了相當不錯的計算機水平,這些學生已經不滿足于有限的課堂講授,為滿足學生自主學習的需要,課程組的教師正在努力建設基于因特網的教學資源庫,整合國內外優秀的教學資源。隨著計算機技術的不斷發展,計算機硬件課程建設和教學改革是一項長期的工作,更需要堅持不懈的長期努力。

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