計算機專業硬件課程體系的改革與探索

葛桂萍 李云 方宇

摘 ? ?要： 本文分析了當前計算機專業硬件課程教學中存在的問題，闡述了我院計算機專業硬件課程體系的構成，圍繞整合教學內容、優化課程體系、加強硬件和軟件的融合、強化實踐教學、完善教學方法、豐富網絡資源等方面對硬件課程體系的改革作深入分析與探討，并說明硬件課程體系改革的成效。

關鍵詞： 計算機硬件課程 ? ?課程體系 ? ?課程整合 ? ?實踐教學

計算機系統由硬件和軟件組成，硬件和軟件是一個有機整體，在計算機專業的課程體系中，一般分為軟件課程體系和硬件課程體系兩條主線。目前，不少高校的計算機專業在教學內容和教學模式上普遍存在“重軟輕硬”的現象[1]，重視和加強軟件與應用，而忽略或輕視硬件的教學，使得計算機硬件課程體系相對較薄弱，硬件實驗設備嚴重落后于當前技術的發展，培養出來的學生硬件能力較差，無法承擔計算機硬件方面的設計與開發工作。如何改革計算機專業的硬件課程體系，提高計算機硬件的教學水平，提高學生的硬件動手能力已成為高校計算機專業所面臨的重要課題。

1.當前硬件課程教學存在的主要問題

1.1輕視硬件教學，硬件類課程、課時被迫刪減。

在計算機系統中，硬件是基礎，計算機硬件課程則是深入了解計算機基本原理及體系結構的重要專業課程[1]，但是硬件課程由于培養目標、培養方案、教學大綱及硬件實驗平臺等原因，因此很多高校普遍在計算機專業的教學中輕視硬件課程的建設，增加了很多軟件課程，總學分一定，硬件類課程只能被迫刪減，課時被盡量壓縮，保證不了硬件課程的教學質量，從而導致學生學習硬件知識的積極性不高，實踐動手能力較差。

1.2內容陳舊，在課程計劃上缺乏科學性。

目前，國內本科院校的計算機類專業，大多開設了如下硬件課程：數字邏輯電路、計算機組成原理、微機原理及接口技術、計算機體系結構等，這些課程開設所選用的教材盡管版本眾多，但大多內容相近，技術陳舊，與實際應用脫節，與快速發展的計算機硬件技術形成了較大差距，如有的硬件課程教學中還是以16位機作為教學模型，對學生缺乏吸引力，教學效果不甚理想;另外，課程之間重復的知識點較多，在課程計劃上缺乏科學性和合理性。

1.3實踐教學環節薄弱，缺少創新能力的培養。

硬件實驗比軟件實驗要復雜得多，主要在于硬件實驗需要相應的硬件實驗平臺支撐，學生除了進實驗室，在平時的學習中無法完成硬件實驗。另外，目前大多數高校計算機專業的硬件實驗設備比較過時，只能做一些重復驗證性、基礎性實驗，缺少創新能力培養。

2.硬件課程體系的構成

近年來，隨著計算機的發展，我院修訂了計算機專業的培養方案，其中軟件課程調整較大，但硬件課程調整不多，只是課程內容不斷更新，硬件課程體系相對較穩定。結合我院計算機專業的培養方案，硬件課程體系一般分為三個層次：一是基礎類課程，包括電路分析基礎、模擬電子技術基礎與數字電子技術基礎等;二是核心類課程，包括匯編語言程序設計、計算機組成原理等;三是應用類課程，包括微機原理及應用、單片機原理及應用、嵌入式系統、計算機體系結構等[2]-[3]。

在計算機硬件課程中，計算機組成原理是計算機專業的必修課程，被國內外計算機教育界公認為計算機專業課程體系中一門偏重計算機理論內涵的核心課程，也是考研時計算機學科專業考試四門課程之一[4]，并占到30%的比例，在整個硬件課程體系中有非常重要的地位，其先導課程是數字電子技術基礎，而以此課程為核心，微機原理及應用和匯編語言程序設計分別在硬件和軟件方面對其進行了延伸和拓展，另外，單片機原理及應用、嵌入式系統、計算機體系結構等課程進一步擴充了硬件應用。

3.硬件課程體系改革的具體措施

3.1整合教學內容，優化硬件課程體系結構。

加強硬件課程體系結構建設，完善教學計劃，對硬件系列課程數字電子技術基礎、計算機組成原理、微機原理及應用和匯編語言程序設計等課程進行融合、優化，既避免了知識點的重復教學，又加強了課程間的相互聯系，保證了硬件教學的連續性和完整性[5]。在課程的內容上，以基本原理為主，強調應用，同時體現計算機技術的發展。另外，在硬件課程教學中要注意相互次序和互補，保證教學知識的系統性和完備性。

3.2加強硬件和軟件的結合，提高計算機系統軟、硬件協同能力。

硬件和軟件知識相輔相成，但目前計算機軟、硬件教學之間由于授課教師的不同，教師之間、課程之間缺乏溝通，導致學生學到的知識點基本分離，學生學到的是一個個知識點的“孤島”，不能達到對計算機系統軟、硬件基本知識的融會貫通[6]。例如，學生學了寄存器、存儲器等硬件知識，但不知如何和高級語言結合對硬件進行編程;再例如，學生在學習C語言程序設計時無法將數據類型的含義和計算機的硬件聯系起來，因此在計算機教學體系中應注意軟、硬件課程間的結合，使學生掌握更完整的知識結構，提高計算機系統軟、硬件協同能力。

3.3重視實踐教學，提高學生的實踐能力。

硬件實驗教學是計算機硬件課程教學體系中非常關鍵的環節，要科學地設計硬件實驗體系。首先從整體上把握硬件實驗課程的體系結構，遵從“循序漸進，不斷加強”的原則，將硬件實驗體系劃分為基礎、應用和提高三個層次;其次，把簡單驗證性實驗逐步改為“驗證性—設計性—綜合性”的多層次實驗模式，培養學生動手能力。同時，在實驗室建設方面，由于現有實驗設備比較落后，對學生缺乏吸引力，通過多方調研，積極更新硬件設備，改善實驗環境，建立創新實驗室，選拔能力強的學生組成創新團隊，鼓勵學生積極參加科研項目、大學生科創項目，鍛煉學生創新能力，促進計算機硬件課程教學。

3.4探索硬件課程教學方法，提升教學水平。

加強硬件課程教師團隊建設，使相互關聯的課程的教師有更多的溝通，定期開展教研活動，從整體上把握計算機硬件課程的教學，形成一支由學術水平較高的教授領銜的，結構合理、老中青搭配、水平較高的硬件教學團隊[6]，保證硬件課程建設的連續性。

改革傳統的教學方法，結合研究性教學，利用“任務驅動”的教學方法，將實際教學內容分成一個個具體任務，并且前后關聯，逐步深入，從而引導學生深入理解、掌握教學內容，這種教學方法能大大提高學生的主動性、積極性及團體合作能力。另外，在教學中注重和學生的交流和互動，通過網上答疑、在線測試等多種手段，促進學生學習，提高課堂教學效率。

3.5豐富網絡資源建設，加強教材建設。

強化課程建設的同時，不斷加強網絡教學平臺的建設，依托揚州大學網絡教學平臺，對硬件課程的教學資源如課件、教學視頻、實驗指導書、習題等全部上網，構建豐富的網絡教學資源[7]-[8]，使學生能夠不受時空限制，充分規劃課余時間學習課件課程。

另外，圍繞課程體系、教學內容的改革，結合多年教學經驗，編寫出版高質量的、具有“實用型”和“創新型”特色的主教材和配套實驗教材[8]。

4.成效

4.1加強了硬件課程體系結構的建設。

對計算機專業中的硬件系列課程數字電子技術基礎、計算機組成原理、微機原理及應用和匯編語言程序設計等課程進行整合、優化，達到內容精煉、重點突出，減少重復的要求，同時加強課程間的相互聯系，保證硬件教學的連續性和完整性。

4.2在教學中建立和貫穿整機概念，實行硬件和軟件結合的教學方式。

把軟件類課程（匯編語言程序設計和C語言程序設計）融合于硬件類課程（計算機組成原理、微機原理及應用）中，一方面借助軟件認識和操縱硬件，另一方面通過硬件理解和掌握軟件，不僅能更好地實現硬件類課程的教學目標，而且能使學生對計算機的認識是系統和全面的，而不是割裂和分離的。同時，在實踐環節，利用匯編語言和C語言設計軟硬件結合的實驗，加強軟、硬件之間的聯系，激發學生學習興趣，提高學生對硬件的編程能力。

4.3強化實踐教學，構建多層次的實踐教學體系。

加強硬件課程的實踐教學，構建課程實驗、課程設計等多層次實踐教學體系，在實驗環節，按分層思想設計實驗項目，既有簡單的驗證性實驗，又有一定難度的設計性實驗，更有復雜的綜合性實驗。鼓勵學有余力的學生設計、參與設計性實驗和綜合性實驗，通過實驗難度的不斷提高，循序漸進、由淺入深、不斷加強學生的動手能力[9]。在課程設計環節，突出應用性，把課程設計內容與企業的實際項目相結合，培養學生的創新能力和綜合能力。

4.4與新技術結合，緊跟技術發展。

現有課程內容過于陳舊、跟不上科學技術的發展，在課程教學中增加新技術的比重，與時俱進，例如，以32位機（以80X86CPU為代表）作為應用技術的開發模型，增加32位機的教學內容，加大32位機的教學力度。一方面激發學生興趣，另一方面使教學內容不脫離生產實際，具有先進性和實用性，更好地應用于實踐。

5.結語

近年來，我院通過對計算機專業硬件課程體系進行優化和改革，解決了硬件課程之間缺乏關聯、知識點重復、硬件課程和軟件課程之間缺乏融合等一系列問題[6]，加強了課程間的聯系，保證了硬件教學的連續性和完整性。今后，我院將以開展計算機硬件綜合實踐為契機，進一步完善硬件課程體系，不斷改進硬件課程的教學方法，提高學生學習興趣，提高學生硬件能力。

參考文獻：

[1]陳輝，李敬兆，等.計算機專業硬件課程教學改革探索[J].計算機教育，2014，（5），39-42.

[2]惠麗，吳玲，等.計算機專業硬件課程體系建設的優化與改進[J].黑龍江教育（高校研究與評估），2013，（4）：45-46.

[3]溫炎耿，何會民，等.基于創新能力培養的計算機硬件類課程改革[J].科技信息，2009，（11）.

[4]劉卉.計算機硬件課程體系整體優化的理論研究與實踐探索[J].電力教育，2014，（21）：36-37.

[5]曹磊.計算機硬件課程教學改革探索[J].淮北師范大學學報，2011，32，（2）：93-96.

[6]劉昌華，管庶安，等.基于CC2005的計算學科硬件類課程教學改革探索[J].計算機教育.計算機教育，2009，（10）.

[7]黃偉，馮徑.《計算機硬件技術基礎》課程教學改革探索[J].現代計算機，2011，（5）：36-37.

[8]葛桂萍，李云，等.《微機原理及應用》精品課程建設的探索與研究[J].科技創新導報，2014，（30）：151-152.

[9]吳衛江，趙建輝，等.也談計算機硬件課程群建設[J].計算機教育，2012，（1），24-27.

基金項目：2014年揚州大學教改項目（編號：YZUJX2014—47B）