计算机专业硬件课程体系的改革与探索

葛桂萍 李云 方宇

摘    要： 本文分析了当前计算机专业硬件课程教学中存在的问题，阐述了我院计算机专业硬件课程体系的构成，围绕整合教学内容、优化课程体系、加强硬件和软件的融合、强化实践教学、完善教学方法、丰富网络资源等方面对硬件课程体系的改革作深入分析与探讨，并说明硬件课程体系改革的成效。

关键词： 计算机硬件课程    课程体系    课程整合    实践教学

计算机系统由硬件和软件组成，硬件和软件是一个有机整体，在计算机专业的课程体系中，一般分为软件课程体系和硬件课程体系两条主线。目前，不少高校的计算机专业在教学内容和教学模式上普遍存在“重软轻硬”的现象[1]，重视和加强软件与应用，而忽略或轻视硬件的教学，使得计算机硬件课程体系相对较薄弱，硬件实验设备严重落后于当前技术的发展，培养出来的学生硬件能力较差，无法承担计算机硬件方面的设计与开发工作。如何改革计算机专业的硬件课程体系，提高计算机硬件的教学水平，提高学生的硬件动手能力已成为高校计算机专业所面临的重要课题。

1.当前硬件课程教学存在的主要问题

1.1轻视硬件教学，硬件类课程、课时被迫删减。

在计算机系统中，硬件是基础，计算机硬件课程则是深入了解计算机基本原理及体系结构的重要专业课程[1]，但是硬件课程由于培养目标、培养方案、教学大纲及硬件实验平台等原因，因此很多高校普遍在计算机专业的教学中轻视硬件课程的建设，增加了很多软件课程，总学分一定，硬件类课程只能被迫删减，课时被尽量压缩，保证不了硬件课程的教学质量，从而导致学生学习硬件知识的积极性不高，实践动手能力较差。

1.2内容陈旧，在课程计划上缺乏科学性。

目前，国内本科院校的计算机类专业，大多开设了如下硬件课程：数字逻辑电路、计算机组成原理、微机原理及接口技术、计算机体系结构等，这些课程开设所选用的教材尽管版本众多，但大多内容相近，技术陈旧，与实际应用脱节，与快速发展的计算机硬件技术形成了较大差距，如有的硬件课程教学中还是以16位机作为教学模型，对学生缺乏吸引力，教学效果不甚理想;另外，课程之间重复的知识点较多，在课程计划上缺乏科学性和合理性。

1.3实践教学环节薄弱，缺少创新能力的培养。

硬件实验比软件实验要复杂得多，主要在于硬件实验需要相应的硬件实验平台支撑，学生除了进实验室，在平时的学习中无法完成硬件实验。另外，目前大多数高校计算机专业的硬件实验设备比较过时，只能做一些重复验证性、基础性实验，缺少创新能力培养。

2.硬件课程体系的构成

近年来，随着计算机的发展，我院修订了计算机专业的培养方案，其中软件课程调整较大，但硬件课程调整不多，只是课程内容不断更新，硬件课程体系相对较稳定。结合我院计算机专业的培养方案，硬件课程体系一般分为三个层次：一是基础类课程，包括电路分析基础、模拟电子技术基础与数字电子技术基础等;二是核心类课程，包括汇编语言程序设计、计算机组成原理等;三是应用类课程，包括微机原理及应用、单片机原理及应用、嵌入式系统、计算机体系结构等[2]-[3]。

在计算机硬件课程中，计算机组成原理是计算机专业的必修课程，被国内外计算机教育界公认为计算机专业课程体系中一门偏重计算机理论内涵的核心课程，也是考研时计算机学科专业考试四门课程之一[4]，并占到30%的比例，在整个硬件课程体系中有非常重要的地位，其先导课程是数字电子技术基础，而以此课程为核心，微机原理及应用和汇编语言程序设计分别在硬件和软件方面对其进行了延伸和拓展，另外，单片机原理及应用、嵌入式系统、计算机体系结构等课程进一步扩充了硬件应用。

3.硬件课程体系改革的具体措施

3.1整合教学内容，优化硬件课程体系结构。

加强硬件课程体系结构建设，完善教学计划，对硬件系列课程数字电子技术基础、计算机组成原理、微机原理及应用和汇编语言程序设计等课程进行融合、优化，既避免了知识点的重复教学，又加强了课程间的相互联系，保证了硬件教学的连续性和完整性[5]。在课程的内容上，以基本原理为主，强调应用，同时体现计算机技术的发展。另外，在硬件课程教学中要注意相互次序和互补，保证教学知识的系统性和完备性。

3.2加强硬件和软件的结合，提高计算机系统软、硬件协同能力。

硬件和软件知识相辅相成，但目前计算机软、硬件教学之间由于授课教师的不同，教师之间、课程之间缺乏沟通，导致学生学到的知识点基本分离，学生学到的是一个个知识点的“孤岛”，不能达到对计算机系统软、硬件基本知识的融会贯通[6]。例如，学生学了寄存器、存储器等硬件知识，但不知如何和高级语言结合对硬件进行编程;再例如，学生在学习C语言程序设计时无法将数据类型的含义和计算机的硬件联系起来，因此在计算机教学体系中应注意软、硬件课程间的结合，使学生掌握更完整的知识结构，提高计算机系统软、硬件协同能力。

3.3重视实践教学，提高学生的实践能力。

硬件实验教学是计算机硬件课程教学体系中非常关键的环节，要科学地设计硬件实验体系。首先从整体上把握硬件实验课程的体系结构，遵从“循序渐进，不断加强”的原则，将硬件实验体系划分为基础、应用和提高三个层次;其次，把简单验证性实验逐步改为“验证性—设计性—综合性”的多层次实验模式，培养学生动手能力。同时，在实验室建设方面，由于现有实验設备比较落后，对学生缺乏吸引力，通过多方调研，积极更新硬件设备，改善实验环境，建立创新实验室，选拔能力强的学生组成创新团队，鼓励学生积极参加科研项目、大学生科创项目，锻炼学生创新能力，促进计算机硬件课程教学。

3.4探索硬件课程教学方法，提升教学水平。

加强硬件课程教师团队建设，使相互关联的课程的教师有更多的沟通，定期开展教研活动，从整体上把握计算机硬件课程的教学，形成一支由学术水平较高的教授领衔的，结构合理、老中青搭配、水平较高的硬件教学团队[6]，保证硬件课程建设的连续性。

改革传统的教学方法，结合研究性教学，利用“任务驱动”的教学方法，将实际教学内容分成一个个具体任务，并且前后关联，逐步深入，从而引导学生深入理解、掌握教学内容，这种教学方法能大大提高学生的主动性、积极性及团体合作能力。另外，在教学中注重和学生的交流和互动，通过网上答疑、在线测试等多种手段，促进学生学习，提高课堂教学效率。

3.5丰富网络资源建设，加强教材建设。

强化课程建设的同时，不断加强网络教学平台的建设，依托扬州大学网络教学平台，对硬件课程的教学资源如课件、教学视频、实验指导书、习题等全部上网，构建丰富的网络教学资源[7]-[8]，使学生能够不受时空限制，充分规划课余时间学习课件课程。

另外，围绕课程体系、教学内容的改革，结合多年教学经验，编写出版高质量的、具有“实用型”和“创新型”特色的主教材和配套实验教材[8]。

4.成效

4.1加强了硬件课程体系结构的建设。

对计算机专业中的硬件系列课程数字电子技术基础、计算机组成原理、微机原理及应用和汇编语言程序设计等课程进行整合、优化，达到内容精炼、重点突出，减少重复的要求，同时加强课程间的相互联系，保证硬件教学的连续性和完整性。

4.2在教学中建立和贯穿整机概念，实行硬件和软件结合的教学方式。

把软件类课程（汇编语言程序设计和C语言程序设计）融合于硬件类课程（计算机组成原理、微机原理及应用）中，一方面借助软件认识和操纵硬件，另一方面通过硬件理解和掌握软件，不仅能更好地实现硬件类课程的教学目标，而且能使学生对计算机的认识是系统和全面的，而不是割裂和分离的。同时，在实践环节，利用汇编语言和C语言设计软硬件结合的实验，加强软、硬件之间的联系，激发学生学习兴趣，提高学生对硬件的编程能力。

4.3强化实践教学，构建多层次的实践教学体系。

加强硬件课程的实践教学，构建课程实验、课程设计等多层次实践教学体系，在实验环节，按分层思想设计实验项目，既有简单的验证性实验，又有一定难度的设计性实验，更有复杂的综合性实验。鼓励学有余力的学生设计、参与设计性实验和综合性实验，通过实验难度的不断提高，循序渐进、由浅入深、不断加强学生的动手能力[9]。在课程设计环节，突出应用性，把课程设计内容与企业的实际项目相结合，培养学生的创新能力和综合能力。

4.4与新技术结合，紧跟技术发展。

现有课程内容过于陈旧、跟不上科学技术的发展，在课程教学中增加新技术的比重，与时俱进，例如，以32位机（以80X86CPU为代表）作为应用技术的开发模型，增加32位机的教学内容，加大32位机的教学力度。一方面激发学生兴趣，另一方面使教学内容不脱离生产实际，具有先进性和实用性，更好地应用于实践。

5.结语

近年来，我院通过对计算机专业硬件课程体系进行优化和改革，解决了硬件课程之间缺乏关联、知识点重复、硬件课程和软件课程之间缺乏融合等一系列问题[6]，加强了课程间的联系，保证了硬件教学的连续性和完整性。今后，我院将以开展计算机硬件综合实践为契机，进一步完善硬件课程体系，不断改进硬件课程的教学方法，提高学生学习兴趣，提高学生硬件能力。

参考文献：

[1]陈辉，李敬兆，等.计算机专业硬件课程教学改革探索[J].计算机教育，2014，（5），39-42.

[2]惠丽，吴玲，等.计算机专业硬件课程体系建設的优化与改进[J].黑龙江教育（高校研究与评估），2013，（4）：45-46.

[3]温炎耿，何会民，等.基于创新能力培养的计算机硬件类课程改革[J].科技信息，2009，（11）.

[4]刘卉.计算机硬件课程体系整体优化的理论研究与实践探索[J].电力教育，2014，（21）：36-37.

[5]曹磊.计算机硬件课程教学改革探索[J].淮北师范大学学报，2011，32，（2）：93-96.

[6]刘昌华，管庶安，等.基于CC2005的计算学科硬件类课程教学改革探索[J].计算机教育.计算机教育，2009，（10）.

[7]黄伟，冯径.《计算机硬件技术基础》课程教学改革探索[J].现代计算机，2011，（5）：36-37.

[8]葛桂萍，李云，等.《微机原理及应用》精品课程建设的探索与研究[J].科技创新导报，2014，（30）：151-152.

[9]吴卫江，赵建辉，等.也谈计算机硬件课程群建设[J].计算机教育，2012，（1），24-27.

基金项目：2014年扬州大学教改项目（编号：YZUJX2014—47B）