計算機硬件實驗平臺存在的不足和改進策略分析

田雅涵

摘要：計算機硬件實驗是計算機教學的重點內容，能夠提高學生的動手實踐能力，使學生的計算機水平得到大幅度的提升。然而在計算機硬件實驗平臺中仍然存在著一些不足之處，例如實驗器材與教材之間缺乏關聯性，實驗器材的設計不規范等等，導致計算機硬件實驗無法達成預期的效果，嚴重阻礙了學生的學習。本文將論述計算機硬件實驗平臺的不足之處，并提出針對性的改進策略，以充分發揮實驗平臺的作用，從而提高計算機實驗的教學效率和教學質量。

關鍵詞：計算機硬件；實驗平臺；改進策略

一、計算機硬件實驗平臺的不足

1.實驗器材與教材嚴重脫節

在高校教育中，實驗平臺是計算機教學中不可或缺的設施，能夠幫助學生快速理解計算機的理論知識，并將理論知識和實踐技能融合到一起，建立完善的計算機知識體系。然而在計算機實驗課上經常會發現實驗儀器與教材描述的相差甚遠，器材的型號、規格都不符合教學要求，無法進行與之相關的實驗。學生不能通過實驗來驗證所學的知識，也不知道器材的具體操作方式，導致計算機硬件實驗課程形同虛設。

2.實驗形式過于單一

有些生產廠家為了迎合學校的要求，獲得更多的經濟利益，生產的實驗器材在型號和規格上都與教材一模一樣，但是這些器材的功能受到了極大的限制，只能夠做書本上要求的固定的幾個實驗，以便于學生驗證書本上的知識內容。這種實驗模式過于枯燥、乏味，很難引起學生的學習興趣，而且嚴重桎梏了學生的想象力和創新能力，學生的知識也不能得到深化和擴展。

3.實驗設計不合理

計算機硬件實驗課程是以由淺入深的形式進行設置，先是計算機硬件基礎課，再是計算機硬件專業課，這兩類課程的設計存在嚴重的兩極分化現象。計算機硬件基礎課的實驗只需要學生接通電路或者是測量物體獲得數據即可，對于學生來說這樣的實驗太過簡單，沒有動手練習的必要。而計算機硬件專業實驗課又需要學生自己設計復雜的電路，繪制電路圖，完成整個電路的制作，這又超出了學生現有的能力范圍，因此學生的動手能力始終無法得到提高。

二、計算機硬件實驗平臺的改進探討

1.硬件基礎實驗提倡學生自制實驗設備

計算機硬件基礎實驗課的實驗內容較為簡單，所需的實驗設備制作原理也易于掌握，學生可以嘗試運用所學知識自行制作實驗設備，鍛煉自身的實踐技能。例如模擬電路實驗中的晶體管共射極單管放大器實驗是計算機硬件實驗中的一個較為基礎的實驗，該實驗需要掌握放大電路的構成，探索放大器性能的影響因素，并學會測試不同電壓下的內外電阻。以往該實驗中有完整的實驗箱，學生只需要將電路連接好，為電路通電，調節外部電阻和內部電阻，就能夠分析出影響放大器性能的關鍵因素。這種實驗形式大多數學生都可以輕而易舉的完成，但是從中取得的收獲也十分有限。

教師可以讓學生獨立設計出實驗中需要的電路，加大實驗的難度。這就要求學生學好電路圖的相關知識，知道如何將各個元件精確的組裝到一起，使各個零件都能發揮作用。開始的時候學生會不知道該從何處下手，教師應該引導學生，從選擇元件開始，到完成電路設計為止，讓學生領悟到自制設備的關鍵點。焊接元件的過程教師應該在旁邊進行嚴格的監督，檢驗學生對元件的了解程度，是否能夠對所有元件進行正確的焊接等等。電路做好后再按照標準的實驗流程進行操作，從而完成整個實驗。

通過自制設備，學生會對所學的知識更加熟悉，并將其靈活運用到實踐中，有助于自身知識的積累和沉淀，還能為學生的畢業設計打下良好的基礎。學生在日后經常需要獨立解決工作上的各類問題，很多問題都需要過硬的實踐能力，所以提前訓練學生的動手能力，讓學生掌握正確的操作方式和操作技巧，對于培養學生的創新能力來說有著十分重要的意義。

2.硬件專業實驗基于模塊化設計

計算機硬件專業實驗課程的難度較基礎課程有了顯著的提高，是對計算機知識進行的拓展和延伸，使學生的專業技能能夠很好的滿足企業的崗位需求。由于計算機專業實驗課對學生的實踐能力要求較高，如果仍然按照基礎實驗的標準讓學生制作實驗設備，只會徒增學生的心理負擔，使學生覺得計算機硬件實驗太難，自己不能學會，甚至會導致大多數學生放棄計算機硬件的學習。所以在專業實驗中可以采用驗證理論的方式，讓學生能夠熟練操作實驗設備即可，使學生從實驗中獲得滿足感，以激發學生的學習興趣。而采用模塊化的實驗平臺對實驗設備進行補充和完善，讓學生進行拓展仿真練習，賦予了硬件專業實驗生活化、創新化的特點，學生會從實驗學習中領會解決實際問題的能力。

以數字信號處理課程的快速傅里葉變換（簡稱m）及其應用實驗為例，該實驗的目的是加深對傅里葉變換的理解，應用m對信號進行頻譜分析，實現序列的線性卷積和相關，通過DFT把信號從時間域變換到頻率域，來研究組成信號的頻譜成分和變化規律。基本思想是把原始的N點序列，依次分解成一系列的短序列。充分利用DFT計算式中指數因子所具有的對稱性質和周期性質，進而求出這些短序列相應的DFT并進行適當組合，達到刪除重復計算，減少乘法運算和簡化結構的目的。

實驗室一般使用基于DSP的實驗箱完成fft實驗，通過裝載fft.c程序，演示m算法，并對連續信號進行頻譜分析。通過這個實驗，學生不僅熟悉m算法原理和應用，而且對A/D采樣過程、采樣定理、DSP芯片和CCS開發環境都有更深入的了解。教師應根據自己的工作經驗正確啟發學生，指出不同的計算機語言都可以實現fft算法。通過對學生的引導，可以充分發揮學生的主動性，學生在獨立的探索中學到技能，提高自信心，達到實驗教學的根本目的。

總結：計算機硬件實驗是學生理解和驗證所學知識的重要方式，也是學生學習計算機的基礎課程。為了提高學生的實踐能力和創新能力，計算機硬件實驗平臺的教學改革勢在必行。高校應該摒棄傳統的實驗—設備一體化原則，在硬件基礎課程中讓學生自行設計并制作實驗設備，為學生創造更多動手實踐的機會。同時在硬件專業課程中應使用模塊化的實驗平臺，讓學生自己開發軟件程序，使硬件和軟件真正的結合到一起，從而促進學生計算機水平的全面提高。