《计算机硬件基础》课程教学内容和教学模式改革的探讨

杨素敏　张政保　寇应展　陈利军

摘 要：本文分析和研究了目前《计算机硬件基础》课程教学内容、教学模式和实验环节等方面对教学效果的制约，以及与计算机快速更新不相适应的因素，并对各个方面提出了相应的改革对策。

关键词：计算机硬件基础；教学内容；教学模式；网络实验平台

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1673-8454（2009）10-0038-02

一、引言

《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学开发工作的技术基础课程之一，该课程主要介绍计算机硬件的基础知识和基本工作原理，旨在提高学生对计算机硬件基础知识的了解和基本工作原理的认识、掌握，对于培养学生的计算机硬件控制理论和动手操作能力方面具有较为重要的作用。微型计算机技术发展的一个最显著的特点就是更新速度快，“莫尔定律”指出，集成电路上的晶体管集成度每隔18个月(或2年)就会翻一番,芯片的性能随之提高一倍,而价格则降低一半。而《计算机硬件基础》课程教学仍停留在Intel 80×86基础上，与人们普遍使用的都是Pentium4平台的微机系统不统一，出现学生对硬件学习不感兴趣的现象，因此传统的计算机教学内容、教学模式和实验手段已经无法适应计算机发展的需要，必须从教学内容、教学模式和实验环节等方面进行改革，以适应计算机的发展和学生的好奇心，增强学生对硬件课程的兴趣，进而提高该课程的教学效果。

二、教学内容的改革

1.应适应新技术的发展

本课程具有更新速度快的特点，但我们的教学内容仍以Intel 80×86为基础，教学内容几十年不变，使学生感觉仿佛在学习历史，课堂上讲述的微机离现实相差太远，而平常接触的Pentium机却无法学以致用，因此出现了“重软件轻硬件”的情况，学生对硬件的学习不感兴趣，只是为了应对考试而学。但计算机的学习具有系统性，只有对硬件有较好理解的基础上，才能编写更加高效的软件，因此我们在讲授《计算机硬件基础》课程基本教学内容的基础上，扩充了计算机硬件的最先进的知识，如分支预测技术、超标量执行技术、微机的流水线操作技术、高速缓冲器技术、虚拟存储器技术（分段存储管理技术和分页存储管理技术）、浮点数据处理技术和高速总线传输技术等，使学生不仅掌握了基础知识，同时激发了学生学习新知识的兴趣。这样既保证学生对基础知识有系统性的理解，并与计算机及应用技术发展的最新水平和趋势相适应，既遵循了教学管理要求，又努力体现了“基础性、系统性、实用性和先进性”统一。

2.应适应不同专业的特点

由于我院非计算机类专业很多，不同专业的学习基础差别很大，因此教学内容上应采用“宽编窄用”的内容选取原则和模块化、结构化的内容组织原则，以具有较宽的适应面和灵活的选择余地，利于实施于不同对象、不同层次、不同学时数的教学。如对我院“2006级电气工程及自动化专业”的学生，由于他们已经对数电/模电内容有了全面的掌握，对电路也有一定的了解，因此只需在教学内容上重点讲解芯片的构成和原理实现，而对其他专业的学生则要重点讲解芯片的功能方面。

3.应强化实验环节

由于硬件课程本身很抽象，较难理解，学生在学习该课程之前，对“CPU的工作原理”、“内存如何存储数据”和“汇编语言的编程过程”都很迷茫，无论教师如何讲述理论知识，学生对这些内容仍然是一团雾水，因此必须加强实验教学，使学生在实验中逐渐理解原理、概念，明确数据内存如何存放，实验环节对硬件的学习至关重要。

三、教学模式的改革

1.计算机辅助教学模式的创新

计算机硬件课程内容庞杂、涉及面广、概念抽象、工作原理复杂和实践性强。学生在学习的过程中往往感到不易理解，难于掌握。很多学生学完本课程，只是通过背诵记住了几个基本概念和原理，并没有真正理解和掌握计算机系统中各个部件的组成和工作原理；没有掌握处理器指令系统的精华思想和编程技巧；也没有真正理解计算机系统是如何协调工作的，这不便于学生形成计算机系统的分析、设计、使用和维护方面的能力。因此为了提高教学效果，必须改变传统的黑板加粉笔的教学手段，而是将文字、图像、声音、动画、视频等多类型、多种格式的多媒体形式信息进行融合，以便学生有更加直观、形象的理解。如在讲解8253/ 8254可编程计数器/定时器芯片的6种工作方式时，不是一些简单的图片和文字，而是采用动画技术，当输入控制字后，可以清晰观察到在不同方式下OUT信号的变化，以及在门控信号GATE控制下，不同方式下的时钟脉冲波形，这样不仅使教学内容生动起来，而且增加了学生的注意力，使学生清晰地看到不同方式的区别，明白了各种方式的功能和适用场合。

2.讲授方式灵活多样

讲授本课程时，不能采用填鸭式、满堂灌的教学方法，仍注重启发式，调动学生学习的积极性和主动性，如在进行实验之前，让学生收集相关的资料，利用学生阅读教材、学生实验和观察以及实验测定等教学方法，并在分析研究和处理资料与数据时，常采用讨论、谈话、问答、练习和讲解等方法。另外为了提高教学效果，还常配合以多媒体工具和各种直观教具。

3.搭建网络实验平台

为了提高《计算机硬件基础》课程的教学效果，除了开展传统教学模式外，我们还搭建了网络化实验平台，通过这种新型的教学方式，不仅把知识和技能传授给学生，而且培养了学生的兴趣，激发学生的学习积极性，培养学生掌握和运用知识的态度和能力，提高学生的创新能力和实践动手能力，并使每个学生都能得到充分的发展。通过该平台，可以在以下几方面提高教学效果：（1）教员可以将多媒体信息表现和处理技术运用于网络课程讲解和知识学习各个环节，使网络教学具有信息容量大、资料更新快和多向演示、模拟生动的显著特征，这一点是有限空间、有限时间的传统教学方式所无法比拟的。（2）学生也可以自主、创新地学习。网络化教学打破了时空界限，只要有网络的地方，学生就可以随时上网学习，并可根据自己的时间自由调节自己的学习进度，避免了传统教学的平均性进度原则。在我们所设计的《微型计算机接口技术》课程的网络化教学中，学生可以通过测试系统对自己学习的内容进行测评，网络系统给其提出建设性的学习计划，学生随后可以根据自己的水平和建议进行相关内容的学习。这种模式也体现了因材施教的原则，提高了个别化学习效果，也有利于激发学生学习的主动性。另外，学习较好的学生，也可以进行探索式的学习方式。如学生在学习相应芯片的基础上，进一步研究分析芯片的编程结构和工作原理，掌握如何通过编程使多个芯片相互配合，设计综合性的实验，然后进行模拟调试。学生在此过程中建构起雄厚的知识基础，增强了有效解决问题的能力和技巧。（3）增强了“教”与“学”之间的交互性。学生在学习中可以通过利用课件、信息资源及智力工具进行学习而产生互动，也可以通过与在线教师对话而产生互动，学生之间还可进行交流讨论，实现实时全交互。

四、结论

总之，在《计算机硬件基础》课程教学过程中，教师根据课程的教学任务和要求，结合教学的具体内容，以教学原则为指导，通过对教学内容和教学模式进行改革，形成了以学生为中心的生动活泼的学习局面，以先进的理论创造性地组织教学，充分发挥了学生的创造性思维学习和能动性，该课程的教学效果明显提高。

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