“计算机硬件技术基础”课程体系的改革与实践

李大奎 周惠巍 朱鸣华 马洪连 吕蕾蕾

摘要:本文介绍了大连理工大学非电类专业“计算机硬件技术基础”课程在精英人才培养模式理念下的课程体系建设,从教学目标、教学内容、教学方法、实践环节和成绩评定等诸多方面进行了探讨,对高等理工科学校的计算机硬件基础教学具备一定的借鉴意义。

关键词:教学改革;案例教学;硬件基础

中图分类号:G642 文献标识码:A

1引言

当今社会对于熟练掌握计算机应用能力的复合型人才的需求日趋旺盛,熟练掌握计算机的通才极为紧缺。为满足社会的需要,培养出适应新世纪我国现代化建设需要的具有创新精神、实践能力和创业精神的高素质人才,在高等院校加强学生掌握计算机理论知识和实际应用能力的培养势在必行。

基于通识教育的大类培养,实施精英教育是大连理工大学提出的教学改革指导方针。“计算机硬件技术基础”课程是培养学生利用计算机从事科学研究和科技开发工作的技术基础课程。1997年教育部高教司颁发“加强非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见”以来,我校便开始执行计算机基础教学三个层次的课程体系,“计算机硬件技术基础”课程成为面向全校非电类专业开设的第二层次计算机技术基础类课程之一。2003年教育部计算机科学与技术专业教学指导分委员会又下发“关于进一步加强高等学校计算机基础教育教学的意见”(以下简称“意见”),把“计算机硬件技术基础”列为重点核心课程,并提出了教学基本要求。

“计算机硬件技术基础”是大连理工大学非电类理工科专业技术基础限选课程。本课程是一门面向应用的、实践性和综合性的通识教育课程。本课程主要讲授计算机硬件的基础理论、基本技术和方法,教学目的是培养学生应用计算机硬件技术知识解决本专业及相关领域中问题的能力,使其能成为具有较强实际动手能力和科研开发能力的应用复合型人才。培养学生利用软硬件相结合的方法分析解决本专业领域的思维方式,从而为学生进一步学习计算机的后续课程,学习和应用相关方面的新知识、新技术打下必要的基础。

2立足创新能力培养,构建“硬件”教学课程体系

“计算机硬件技术基础”作为非电类专业的计算机技术基础类核心课程之一,其教学改革应符合精英人才培养这一目标。“计算机硬件技术基础”课程包含了众多的计算机硬件基础知识、基本理论和基本方法,而且具有很强的系统性和实践性。该课程对于强调培养学生的实际动手能力、工程实践能力、开发创新能力具有特别重要的意义。任课教师不能只“教”计算机的硬件知识,还应特别重视培养学生的创新能力。课程组的任课教师根据这一思路,充分借鉴了国内外相关高校成功的教学实践经验,设计了以基于通识教育的精英人才培养模式为导向的“计算机硬件技术基础”课程体系。从教材建设、教学内容、授课方式、实践环节、考核体系等方面全方位构建计算机硬件基础教学体系。经过近四年来的教学实践,该门课程取得了良好的教学成果,获得了学生的好评。

3重视教材建设和教学内容的及时更新

根据高等学校非计算机专业计算机基础课程教学指导分委会2003年提出的指导意见中的教材建设要求,对于典型核心课程的教材,要强调教材的基础性和系统性,突出基本概念、基本技术与方法的讲解。要使教材能反映计算机技术的新发展,特别是对于教材中一些技术性、应用性的内容更应如此,要让学生能学到一些先进的开发工具和开发方法。要编写一些具有专业特色的计算机教材。教材内容不是一般性地讲解计算机的技术与方法,而是将它们与专业应用有机结合。要重视案例课程的教材研究,教材从内容到结构要能反映案例课程的特点。

根据“意见”精神,课程组的任课教师编撰了高等教育出版社最新出版的“十一五”规划教材《微型计算机硬件技术》,以目前在计算机领域中占主导地位的80x86系列微机为例,系统地介绍了计算机的硬件技术基础知识,并通过对计算机中相关先进技术的介绍,体现出计算机及其应用技术发展的最新水平与趋势。

结合教材内容,重新调整了教学大纲和教学内容,学时安排参见表1,教学学时为32学时。

“计算机硬件技术基础”课程内容涉及常用逻辑元器件、CPU、指令系统、内存储器、外存储器、输入输出接口、常用外部设备和计算机网络等诸多内容,较为繁杂,课程组的任课教师本着少而精、知识面宽、知识新等原则,删繁就简,一是适时修改教学大纲,使之尽量符合新的学科技术及应用发展现状;二是体现在每次具体讲课内容中,可及时传递一些新的学科技术及应用信息,强调加强计算机硬件的基础知识、基本思想、基本方法和基本技能的培养。在保持课程内容系统性的前提下,主要选用和总结具有一般性、普遍性意义的内容。并在今后的课程讲授中,实时追踪最新计算机发展技术,及时补充到课堂教学中。

4启发式的案例教学方法

计算机硬件课程的特点是包括多门计算机相关课程,体系庞大,内容繁杂,而且大部分知识枯燥抽象,晦涩难懂。计算机硬件的工作原理与人的思维和行为方式“格格不入”,学生对抽象的指令和复杂的硬件电路很不适应。如果教学方法不合理,学生往往因为感觉太难而产生抵触心理,从而导致教学效果不理想。因此课程组在授课环节的设计上,围绕以学生为本、培养学生的创新能力这一教学目标,以是否符合创新能力的培养目标作为教学方法的设计依据。实践表明,采用循序渐进、深入浅出、突出重点的启发式方法授课,配合精心选择的各种工程实际案例有助于教学效果的提高。

用浅显易懂、循序渐进、逐步深入的方式介绍课程内容,帮助学生对课程产生学习兴趣,避免一开始就介绍过多的专业术语和细节。在每一堂课的设计上都有一个重点主题,课堂内容围绕这个重点展开,而不是一味按照讲义的章节顺序进行。例如在介绍计算机各个部件的工作原理时,以人体为例对比介绍,CPU的作用相当于人类的大脑,指挥身体各个器官协调工作,键盘、鼠标等输入设备相当于人们的耳、鼻、喉、眼等感知器官,显示器和打印机等输出设备相当于人类的嘴、手、脚等等,既避免了枯燥的讲解,又加深了学生的印象,激发了学生的学习兴趣。

精心选取和策划教学案例,案例是为知识服务的,所讲的案例一定要紧紧围绕相关知识,切不可偏离主题。具体讲授时可以步步导入,由浅入深;也可互相穿插,讲述理论知识时引入案例分析,分析案例的过程中又回到对理论知识的进一步探讨。整个过程中要注重与学生的互动,提出精心准备的各种问题给学生,让他们思考解决问题的办法,教师可以进行适当的启发和提示,这样学生对知识在实例中的应用会有更切身的体会,这种体会还可以进一步反作用于知识,使其对知识的理解和认识更进一层。比如在讲授逻辑电路时,结合三人表决电路的设计,从实际出发,重点介绍逻辑电路的设计和优化,这样讲授要比按照教材逐一介绍各种逻辑电路的效果好得多。又比如在介绍串行接口的介绍,避免对接口原理的枯燥讲解,引入计算机监控系统的实例,介绍RS232在计算机监控系统中的应用方法,进而引申出在工程中广泛应用的RS422和RS485接口,极大地调动了学生的学习兴趣,形成了研究型学习氛围。课程组的老师在授课过程中注重对课程内容学习方法的介绍,引导和启发学生掌握分析问题的方法,从而做到融会贯通、举一反三。

5重视实践环节

鉴于上机实践实习在计算机硬件基础教学中的重要性,任课教师编写了《计算机硬件基础》上机实验配套教材,合理组织实验教学内容。

实践能力和创新能力是素质教育的重要组成部分,是由被动学习转为主动学习的必由之路。在“计算机硬件技术基础”课程中,动手能力的培养尤为重要。因此在实验教学方式上,要有意识地增加学生自主思考、独立动手的机会,培养他们的独立创造能力;在实验内容上,根据不同专业需求,分别开设计算机硬件拆装实验和微机接口实验两部分。

计算机硬件拆装实验内容:为每个学生提供一套微型计算机,要求学生认知计算机各个主要硬件、独立完成组装计算机、安装操作系统、驱动程序和应用软件,独立完成计算机网络的配置操作。课后要求每个学生写出完整的实验报告,要求记录CPU型号和主频,主板外频和倍频的设置方法,各种板卡的型号,各种外设的品牌型号。除了上述实验报告以外,还要求学生根据电脑市场的商情和学生本人的实际需求,写出一份虚拟装机报告。该实验适用于数学学院、物理学院、力学系、化工学院、材料学院、船舶学院、环境生命学院和管理学院等。表2为该实验内容及学时(12学时)安排。

微机接口实验内容:为每个学生提供一套综合实验仪器设备,完成A/D和D/A转换实验,I/O接口设计等(4学时)。着重培养学生应用典型可编程接口芯片和数字电子技术进行综合设计能力。为培养学生主动学习的意识,加强了要求提前预习实验的环节,以使学生不盲目地仅为完成实验内容而做实验,而是要求他们做完实验后有一定的收获,得到一定的能力训练。要求学生独立完成实验,最后给出具有一定见解的实验报告。尽可能发挥学生的独立思考能力和主观能动性,以培养学生的实际动手能力和创新能力,倡导学生自主学习和独立探索。该实验适用于土木学院、动力系和化机系等。

6改革考试评价体系

根据本课程的特点,要求学生理解本课程的基本原理外,着重考核学生分析和解决问题的能力,引导学生不仅关注课本知识,还要关注本学科的最新技术的发展趋势。

改革了传统的“一纸定终身”的考评模式,学生的最后成绩由基础理论成绩、实验成绩和平时成绩三部分综合评定得出,其中基础理论部分的考核采用上机考试,机考成绩占总成绩的60%,实验成绩占总成绩的20%,并结合学生在实验过程中的主动性、动手能力、分析和解决问题的能力给出实验成绩。任课教师根据平时出勤情况、平时作业、课堂提问以及课堂讨论等平时学习的积极性、主动性给出平时成绩,平时成绩占总成绩的20%。

严肃考场纪律,杜绝学生作弊思想的滋生,课程组老师建立数量庞大、范围广泛的试题库,并随时补充新的题目加入试题库。课程组的任课教师开发了计算机硬件考试系统,并按遗传算法随机组卷,学生上机答题,避免了雷同的试卷,杜绝了相互抄袭的现象。上机考试的评阅则采取学生考试结束后当场打分,整个考评过程透明公正。此外,课程组还建立了考试结果分析制度,以指导命题和改进教学。

7结束语

“计算机硬件技术基础”课程改革从2006年秋季开始进行,从各学期学生的教学评估情况看,多为“理论联系实际”、“讲解方式浅显易懂”、“考核方式新颖”、 “这门课程很有趣”等正面评价。从学生的认可度来看“计算机硬件技术基础”课程的改革是比较成功的,符合人才培养的目标,有利于培养学生的研究创新能力。经过课程组教师的长期努力建设,2008年该门课程获得辽宁省精品课程立项,现正在建设当中。

构建合理的计算机硬件基础课程体系,对培养学生良好的计算机硬件基础,提高学生在本专业领域综合应用计算机的能力至关重要。通过计算机硬件系列课程体系建设及系列课程的教学改革实践,完善了课程体系,改革了各个教学环节,在教学大纲、教学内容、教学手段、考核环节和实验教学等方面做了许多工作。近年来,随着中小学信息技术课程的普及,大学生的计算机应用水平得到了很大的提升,尤其是从大中城市报考来的大学生已经具备了相当不错的计算机水平,这些学生已经不满足于有限的课堂讲授,为满足学生自主学习的需要,课程组的教师正在努力建设基于因特网的教学资源库,整合国内外优秀的教学资源。随着计算机技术的不断发展,计算机硬件课程建设和教学改革是一项长期的工作,更需要坚持不懈的长期努力。

参考文献:

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