计算机硬件技术课程教学研究与实践

龚星宇+李娜+龚尚福

摘 要：针对当前高等教育改革的不断深化，基于计算思维理念和工程素质教育的需要，展开对计算机硬件技术课程在人才培养中的定位和教学模式变革的探索、研讨和实践。以培养学生计算思维能力和专业应用技能为主线，选择微机原理与接口技术课程教学方案进行研究与实践，提出在探索分类培养学生“计算机硬件技术课程”的基础上，给出课程特点与定位、主要解决的教学问题、课程教学设计和课程教学实施案例，并对改革效果辅之于试点，总结出一套行之有效的计算机硬件技术课程教学实施模式，实践证明实施效果良好。

关键词：课程建设；计算机硬件技术；计算思维能力；专业应用技能

中图分类号：TP3-05；C41 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）12-0-03

0 引 言

《微机原理与接口技术》课程[1]的授课对象是高等院校各理工科专业，尤其是机械设计及其自动化、电气控制和电子信息类专业的重要专业基础课。该课程对于学生系统地学习和掌握计算机硬件体系结构、工作原理和专业应用具有举足轻重的作用。该课程教学内容多、知识复杂、学习难度大、实践性强、应用领域十分宽广。

在近三十年的教学过程中，先后经历了由国外引进、消化和国内编写出版相关教材，尤其自21世纪以来，在精品课程建设的推动下国内编写出版了为数不少的优秀教材。但随着教学改革和工程应用型人才培养需求不断加大，根据应用特点，对该课程的教学需要制定相对规范有效的课程教学实施要求，为教师教学和学生学习提供优化的实施方案和共享资源。学生通过该课程的学习，能够系统地理解计算机硬软件结构方面的基本知识，掌握应用系统的分析设计方法，培养学生对工程项目和复杂问题的解决能力，达到认知能力、设计能力和创新能力的全面提升。

1 课程特点与定位

1.1 课程特点

《微机原理与接口技术》（Principle and Interface Technology of Micro-Computer）是国内理工科大学学习与理解计算机基本组成原理与应用的基础教学的核心课程，也是电气信息类和机电控制类专业重要必修学科的基础课。本课程涉及的专业基础广泛、概念多，理论性强并且系统完整，工程性与应用性[2]特点突出。特别是对于以应用计算机硬件为主的机械控制类专业，培养学生从硬件与软件结合的角度思考、分析、解决本学科领域实际问题的能力，具有十分重要的意义。

1.2 教学定位

该课程教学目标是以培养计算思维能力为主线，使学生系统掌握微型计算机硬件系统的组成和工作原理，提高对微型计算机系统的理解和应用能力，启发学生利用计算机硬件与软件技术相结合，构建处理问题的意识和分析、解决本专业实际问题的初步能力，结合生产实践研究与开发计算机应用系统，为将来学习和应用层出不穷的微型计算机新技术打下良好的基础。

2 研究与解决的主要问题

2.1 研究教学体系与课程实施方案

基于多年的教学与实践经验，适应工程应用型人才培养需求，结合“学、产、研”三位一体思维意识，形成以“微机原理与接口技术”课程为试点的计算机硬件课程群教学体系和实施方案，优化实施精品课程战略。

2.2 实施教学准入制度，培养主讲教师队伍

课程建设的核心是培养一支基础厚实、素质过硬、水平较高的理论+实践技能的中青年教师队伍。多年来，我们对课程建设推行“四个一”工程，即選用或编写一部好教材；每位青年教师要设计撰写一本好教案；主讲教师要练就一手好板书；培养与训练一口标准的普通话。对于培养青年教师始终实施老教师传、帮、带的责任方式，从助课答疑、辅导实验、兼带实习、教案准备到试讲评比，最后到站稳讲台的各环节给予具体指导训练，全方位培养主讲教师梯队，保证课程的教学水平与质量。

2.3 突出教学方法与手段改革

课程组不间断地进行教学经验交流、教学方法与模式研讨、教学质量检查评比与教学效果总结，吸收与汇集优秀的教学方法与手段，在教学实践中培育和验证实施效果，逐步推广至其他课程。

2.4 强化技能训练，提高动手能力

基于强基础、重能力和突出实用的原则，率先在学校成立工程训练中心，吸纳优秀学生开设课外创新班，聘请富有科研能力的教师或企业工程人员，以作坊形式培养学生结合工程实际选题，设计、制作和调试控制系统或产品，积极开展相关学科技能预演与孵化，学生参加各类形式的大学生科研创新竞赛，取得了多项省部级竞赛成果。

2.5 注重教材与网络资源建设

在学科带头人的组织协调下，课程组积极参加高等院校规划教材建设的研究与实践，先后主编出版了《汇编语言程序设计》《计算机组成原理与系统结构》和《微机原理与接口技术》规划教材，并获得省部级优秀教材一、二等奖；其中主编的《微机原理与接口技术》教材入选 “十一五”国家统编教材，课程组建设的《汇编语言程序设计》《计算机组成原理》和《微机原理与接口技术》三门课程先后被评为陕西省精品课程。

3 课程教学设计

3.1 课程总体设计

该课程根据自身特点和授课对象的不同，总体设计主要体现出基于计算思维理念，以计算机硬件技术为主线，培养学生理解基本概念与基本原理，掌握应用基本方法技能，突出硬件与软件相结合，理论与实践相结合的主题原则。在课程内容的选取上，要正确处理先进性与教学规律性的关系，力求做到基础性、系统性、科学性、实用性和先进性的统一。在教学内容的组织上，应符合计算机基础教学的固有规律、学科的内在联系和认知规律；内容的深度和广度应根据本课程在计算机类专业和非计算机类专业中的地位和作用，以及不同专业学生学习计算机技术的特点和需要确定，并注意与其他相关课程的联系和衔接。在教学过程的实施中，要从提高实效[2]出发，重视改革创新、与时俱进，注重整体优化。尤其在教学方法手段上，要注意探索使用有利于学生个性化、自主性学习的启发式、开放式、互动式教学方法，重视先进教学技术手段与传统教学方法手段的结合，合理运用多媒体课件，适度引入网络课程平台等现代数字化教学手段辅助教学，力求在最小课时优先的前提下让学生更多、更好地掌握相关的知识和技术，获得尽可能高的教学效率，提高课程教学效时比。endprint

3.2 教学内容分类设计

课程教学内容从体系上分为微机原理、微机接口和微机应用三大部分，共12个教学模块，若干个知识单元。每个知识单元又涵盖若干知识点，各知识单元和知识点均应紧密围绕计算机硬件系统组成、工作原理及接口应用这根主线开展教学，同时注重硬件与软件相结合，理论与实践相结合，各知识单元和知识点的主要内容及其教学基本要求、重点难点等属性，针对计算机硬件技术基础知识和技能需求不同的三类专业，分别进行教学内容设计，即以电气信息类为主的理工科类专业；非电类为主的理工科类专业；非理工科类专业。

对于以电气信息类为主的理工科类专业，各知识点都应学习并较好地掌握；对于非电类理工科专业，则对原理、接口部分等一些较深层次的知识点可不作要求；对于非理工科类专业，按传统的教学理念，一般不开设本课程，但鉴于电子信息时代计算机在各领域的应用已越来越广泛、深入，一些交叉边缘学科的产生往往离不开与计算机应用技术的结合，因此，为这些专业的学生开设本课程，使之对有关微机原理和微机接口方面一些最基本的概念、原理和方法有所熟悉和理解，能够了解和掌握一些有关计算机硬件技术基础的基本知识和思维方式。

3.3 实践教学设计

为适应培养高素质、工程应用型和创新型人才的需要[4，6]，该课程要求学生配合理论教学完成相应实验和技能训练，以利于对课程概念、原理的理解和实践能力的提升。实验类型分为原理和性能验证性、设计性、综合应用性实验三类，重在培养学生的动手能力和工程设计素养。针对不同专业的学生，在实验内容和程度上要有所区别。对于机电信息类专业的学生而言，上述三类实验必须达到熟练程度；对于非理工科类专业学生而言，实验教学以做原理验证与认知性实验为主，达到基本认知和理解程度即可。

实践教学的目的在于加深对计算机及其基本组成部分的工作原理和工作机制的理解。通过实验教学要求学生具有应用80X86指令系统设计和调试汇编语言程序的能力，较熟练地掌握编辑程序、汇编程序、链接程序和调试程序等工具软件的使用；掌握典型接口芯片和模拟通道器件（如ADC、DAC等）的性能特点和正确使用方法，并具有初步应用可编程接口芯片和数字电子技术进行I/O接口（包括接口电路和接口驱动程序）设计的能力；具有初步综合应用微机原理和接口技术独立分析、设计和调试一般微机应用系统的能力；加深了解常用实验仪器、设备的基本工作原理，巩固其正确使用方法；具备初步自行拟定实验步骤、检查和排除系统故障、分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力，养成严谨的科学研究态度和细致用心的工作作风，奠定工程应用技能和初步的科学研究能力。

4 课程教学实施案例

4.1 教学组织案例

【案例1】 电气信息类专业教学内容的组织

对于以电气信息类为主的理工科专业，作为一种参考方案，教学内容组织具体可见表1所列的教学内容。

【案例二】 非电气信息类的理工科专业教学内容的组织

對于以非电气信息类专业，作为一种参考方案，教学内容组织具体可见表2所示安排教学内容。

4.2 实践教学内容组织案例

【案例一】 电气信息类专业实验教学内容的组织

对于电气信息类为主的理工科类专业而言，可参照表3来组织实验教学内容。

【案例二】 非电气信息类专业实验教学内容的组织

对非电气信息类专业而言，可参照表4组织实验教学内容。

5 结 语

课程建设是进行教学深化改革的关键，是提高教学水平与质量的重要保证。基于高等院校计算机教育教学的基本要求，针对应用型院校学生的培养要求，计算机硬件技术基础课程按分类分层的原则，遵循“计算思维能力培养”的高等院校计算机教育教学改革方针，研究与重构计算机硬件基础课程的教学体系与实施方案，在组织理论教学与实践教学合适比重、改革教学方法与教学手段、强化工程教育[8]特色等方面进行了系统配套改革，并对新的研究成果进行试点。在试点改革的基础上，进一步完善、提升与推广研究成果，使学生的学科知识与思维能力互相促进，共同提高，进而达到培养工程技术专业人才或合格工程师的目的。

参考文献

[1] 龚尚福等.微机原理与接口技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

[2] 杨学军.加强实践动手能力培养，改革创新人才培养模式[J].高等教育研究学报，2013，36（1） ：4-7.

[3] 李现平.高效能教学过程分析[J].高等教育研究学报，2015，38（1）：5-12.

[4] 谢艳娟.我国高等工程教育课程模式发展转向与课程管理变革[J].高等工程教育研究，2016（3）：131-136.

[5] 龚尚福，陈俊杰，刘志生.基于课程建设推进教学质量工程[J].高校教育研究，2009（5）：206-207.

[6] 杨征，魏迎梅，蒋杰，等.面向应用能力培养的实践教学模式探索[J].高等教育研究学报，2013，36（1） ：16-18.

[7] 李国辉，耿辉，冯静，等.课堂教学的专家评价与学生评价一致性分析[J].高等教育研究学报，2016，39（3） ：40-44.

[8] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3） ：1-6.endprint