計算機硬件課程實驗教學研究

袁澤明 高銳敏 趙貞貞 張墨華

摘要：“缺芯”是我國現階段的“卡脖子”問題，培養動手能力強的計算機硬件人才是解決此問題的一個必要條件。學生在硬件實驗課中，難于結合工程項目和實際應用，學習主動性不夠高。通過多樣化的課前預習、知識化的思政案例、有針對性的課堂指導和完善的指導制度，能有效的提高學生的學習興趣，使實驗課和理論課相互促進，使硬件課程難學的問題得到解決。

關鍵詞：計算機硬件;實驗教學;產學融合

中圖分類號：TP303;G642.0????文獻標志碼：A

1緒論

計算機硬件課程不僅是計算機專業的主干課程，在電子、自動控制和通信等專業中也起著舉足輕重的作用，和如今非常熱門的新專業物聯網、大數據、人工智能等也息息相關。各高校開設的計算機硬件課程一般有《計算機組成原理》、《單片機開發技術》、《微機原理》、《接口技術》和《ARM原理與應用》等。這些課程中需要記憶的知識點零碎且很多，部分學生學起來相對困難。由于各屆學生之間的相互影響，而導致學生對硬件課程有種先入為主的“怕”。這樣，理論教學的不夠深入，導致學生對實驗課程也沒有足夠的重視。這種方式培養的學生，畢業后很難從事硬件相關技術開發。近幾年，西方一些國家想通過高端芯片的出口限制我國相關產業的發展[1]。因此，大力發展集成電路產業和計算機硬件的研發刻不容緩，努力培養高校學生的計算機硬件知識，使其能更快更好的適應社會職位需求迫在眉睫。

實驗課程不僅是理論課程的延續，也是其內容的補充和提升。如果因為學生理論課程學習不夠深入而淡化實驗課程，實驗課程內容簡單而無趣，則學生更不會主動學習該課程。如果學生理論課程學習較好，而實驗課程不夠豐富或過于枯燥，則可能會對理論課的學習起負面影響。反之，如果能合理布置實驗課程，則能使實驗課程與理論課程相互促進，使學生因興趣而主動學習，使理論與實踐共同提高。本文主要從課前操作、思政案例引入、實驗指導過程及課程制度激勵等方面進行分析，通過對實驗課的精心設計與布置，能很好的提高學生學習計算機硬件課程的興趣，使學生積極主動的投入到計算機硬件相關方向的學習與研發當中來。

2?計算機硬件實驗課程教學設計與優化

現在，不少高校的硬件實驗課都采用教學實驗箱，實驗箱一般都是從教學設備商處購買，教學設備商同時提供了實驗軟件和實驗題目等豐富的資源。所以，各課程教師只需根據自己的需要，從提供的實驗題目中選擇若干實驗供學生課堂練習即可。這種實驗課程模式存在很多弊端，主要表現在：（1）學生僅能按步驟完成實驗內容，并不能真正明白實驗的操作背景和實際應用場景等。（2）實驗內容和理論課程及實際工程項目脫節，學生不能通過實驗課程深化理論知識的學習，也不知道所做所學在將來的工作中會有什么用處。（3）各硬件實驗課程孤立，學生不能明白這些課程之間有什么聯系，認為學習這些課程枯燥而無用，所以部分學生很難有高昂的學習興趣和激情。針對這些問題，本文對硬件實驗課程進行了優化與設計。

2.1?課前操作

對大學生進一步的寬進嚴出是教育政策的必然。高校學生不是能輕松畢業就認為母校很好，也不會因為能輕松及格就認為自己的老師教得好。如果教師教學內容豐富而有趣，學生能從中學到知識、受到啟發，學生學完課程后有一種充實感，仍有一種學而未盡的追求欲望，那么無論這位老師的課程任務有多重，學生一般還都是樂于接受的。

《計算機組成原理》和《微機原理》課程相對抽象。一般單獨從實驗步驟上看，實驗內容即不容易聯系教材，也不容易聯系工程項目，學生可能只會按步驟操作。即使能順利做完實驗，學生可能仍不明白所做實驗和理論課程及實際應用之間到底有什么聯系。教師主要可從以下四個方面解決這個問題。第一，教師對實驗設備商提供的實驗內容進行改進，使其能結合自己講解的教材知識。第二，教師針對每個實驗，總結出與其相關的學科知識和應用領域，放在該實驗的最后作為實驗內容延伸，并鼓勵學生結合以前所學和生活經歷給出該實驗相關的知識點和實際應用。第三，引進企業或其他高校的相關實驗線上課程，或由教師針對自己的學生錄制實驗課的線上輔助教學內容。教師針對每個實驗布置任務，學生課前進行實驗背景、內容及應用領域等知識的線上預習。最好能線上記錄學生預習狀況。第四，經濟條件較好的高校，可建立這些抽象課程的虛擬仿真實驗室，由學生在課下規定的時間內通過虛擬仿真的形式完成每個實驗的相關內容。

《單片機開發技術》、《接口技術》和《ARM原理與應用》課程較容易通過引入工程項目的形式聯系實際。但這些課程本身知識點多、聯系緊密、應用起來有難度。特別的是，很多項目的完成需要結合多個章節（甚至多門課程）的知識，這給案例教學和項目驅動教學帶來了一定的難度。所以，在這些課程的理論教學中，盡量采用涉及知識面少的項目，或者把一個大的項目拆分成幾個小的案例，分開在不同章節中使用。把一些涉及面相對較廣的項目案例可以作為實驗內容來開展，以便于教師能有更充足的時間和精力指導學生、掌握學生的項目設計能力。為了學生能按時完成實驗，對于這三門課程，除了可以采用上段所述的四種課前預習方案外，還可以由學生課下通過Proteus軟件進行實驗項目的設計和仿真，通過相應的實驗軟件Keil、ADS、ARM?RealView?Developer?Suite、IAR?EWARM代碼編寫和測試等[2]。

總之，根據教師精心設計的內容和任務，學生有目的的進行和實驗相關的背景、應用、理論及設計和測試知識的預習，既能增添學生學習的興趣，又能使實驗課很好的補充學生理論課時學習的不足。

2.2?思政案例引入

師者，傳道授業解惑也。課程思政的引入既能充分激發學生學習的興趣和動力，也是專業知識的延伸[3]。因實驗課程更容易結合前沿知識和實際項目等，所以，相比理論課程，實驗課程則更容易插入相關思政內容。