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計算機硬件的概念范文第1篇

摘要：本文介紹了我校對計算機硬件實驗課程體系及實踐教學環(huán)節(jié)進行的改革，建立了“基礎層－應用層－提高層”三層體系結構的硬件課程群實驗體系，并對多層次、系列化的硬件實踐教學模式及訓練模式進行了探討。

關鍵詞：硬件課程群；實驗體系；實驗內容；實踐能力

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

我校計算機專業(yè)自99級開始進行了較大規(guī)模的擴招，但由于師資力量跟不上、實驗條件和實驗內容相對落后等原因，造成計算機硬件教育存在層次單一、教學內容滯后、理論與實踐脫節(jié)等問題，學生普遍存在著“重軟怕硬”的現(xiàn)象，畢業(yè)后硬件設計能力差，軟件開發(fā)缺少后勁。為提高學生的硬件動手能力，增強畢業(yè)生的社會適應性，學院自2002年開始進行計算機硬件課程群建設及相應的硬件課程群實驗體系建設，包括“計算機組成原理”等九門硬件課程及5門相關的實踐課程。本文對我院計算機硬件課程群實驗體系建設及硬件實踐教學環(huán)節(jié)的改革進行了探討與總結。

1構建科學完整的硬件課程群實驗體系

在原有的課程體系下，我院為本科生開設的硬件實驗教學課程有“數(shù)字邏輯實驗”、“計算機組成實驗”、“微機接口實驗”、“單片機實驗”。由于實驗條件的限制，各課程實驗內容相對獨立，綜合性、系統(tǒng)性較差；尚有部分硬件主干課程沒有對應的實驗課程，如系統(tǒng)結構。實驗課程體系存在諸多問題。

(1) 缺乏對學生系統(tǒng)設計能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的硬件設計和軟件設計相分離的設計方法成為阻礙設計和實現(xiàn)復雜、大規(guī)模系統(tǒng)的關鍵因素。系統(tǒng)平臺的搭建、軟硬件的協(xié)同設計驗證和軟硬件功能模塊的可重用性已成為現(xiàn)階段設計方法的熱點。培養(yǎng)學生具有系統(tǒng)設計的思想成為當務之急。

(2) 缺乏對學生可編程芯片設計能力及EDA技術的培養(yǎng)。可編程芯片與EDA技術是現(xiàn)代電子設計的發(fā)展趨勢，將可編程芯片設計及EDA技術引入實驗教學中是時展的需要。

(3) 缺乏綜合性的實踐課程，學生的創(chuàng)新能力發(fā)揮受限。由于實驗條件限制，原有的多數(shù)實驗是基于純硬件邏輯設計的，只是在面包板上用器件構建小系統(tǒng)，功能擴展性差；并且只能開設數(shù)量有限、技術含量較低的實驗，學生無法開展自主的綜合性設計，無法進行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

為此，經過充分調研和論證，我院首先從修改03級教學計劃入手，對課程體系中的多門課程進行了調整，同時理順各門課程間的關系，構建起了新的硬件課程體系。該課程體系由必修課程、選修課程及配套實踐三部分組成。必修課包括“組成原理”、“接口技術”、“系統(tǒng)結構”等基礎課程。為適應社會需求，在選修課中刪去原有的“診斷與容錯”等一些過時的課程，增加“數(shù)據(jù)采集”、“計算機控制技術”、“嵌入式系統(tǒng)”等社會需求較強、實用價值高的應用性課程，同時新開了“模型機設計與組裝”、“硬件綜合實踐”等實踐課程。在07版教學計劃中，又新增了“DSP原理與應用”、“嵌入式系統(tǒng)實踐”等新課程，保證課程體系的實用性與先進性。

硬件系列課程從體系結構上劃分為三個層次：基礎層、應用層和提高層，其課程間的關系如圖1所示?；A層為“數(shù)字電路”與“組成原理”?！皵?shù)字電路”課程雖然在教學體系上不屬于計算機硬件系列課程，但它是計算機硬件系統(tǒng)的技術基礎，是必修的前續(xù)課；“組成原理”介紹計算機的基本組成和工作原理，解決整機概念；通過“電工電子實習”與“模型機設計與組裝”兩門實踐課程，強化學生的硬件動手能力。在應用層中，通過“接口技術”介紹應用層的接口和相關外設，以“嵌入式系統(tǒng)”等四門實用性強的課程作為選修課，每門課程都配有相應的實驗環(huán)節(jié)，并通過“硬件綜合實踐”、“嵌入式系統(tǒng)實踐”強化學生對基礎知識的掌握和綜合應用。提高層為“系統(tǒng)結構”及“性能測試與分析”實踐課程，通過學習和實踐，能夠使學生比較全面地掌握計算機系統(tǒng)的基本概念、基本原理、基本結構、基本分析方法、基本設計方法和性能評價方法，并建立起計算機系統(tǒng)的完整概念。

在硬件課程群實驗體系建設過程中，突出強調課程體系的系統(tǒng)性和完備性。從第1學期到第7學期硬件實驗不斷線，層次逐步提高，實驗內容銜接連貫。注意各硬件實踐的相互次序和互補，使硬件實踐訓練層次化、系列化，以此來系統(tǒng)強化學生的硬件動手能力。同時調整各課程的開設順序，理順每門課與前導課和后續(xù)課之間的關系，從而保證硬件課程體系的系統(tǒng)性和完備性。

注：所有必修課程與選修課程均開設課內實驗，包括驗證實驗(20%)、設計實驗(80%)；實踐課程單獨開設，包括綜合實驗(80%)、探索實驗(20%)。

2改革實驗教學內容與模式

計算機硬件系列課程的重要特點之一是工程性、實踐性強。為了使學生在學過該系列課程后具備較強的實際動手能力和計算機應用系統(tǒng)的開發(fā)能力，應在實驗教學內容的設置上體現(xiàn)出基礎性、系統(tǒng)性、實用性和先進性，既要重視計算機硬件的基礎內容，又要結合當今電子與計算機的最新發(fā)展。為此，我們對該硬件系列課程的實驗教學內容和教學模式進行了改革創(chuàng)新。

2.1優(yōu)化實驗內容，引進實驗新技術，提高硬件設計的效率和興趣

隨著計算機硬件技術的日益發(fā)展，各種各樣的微處理器不斷更新，功能不斷增強，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術取得了驚人的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)設計也逐步成為主流。為了使學生跟上時代潮流，了解最新技術，需要不斷引入新設備、新技術，提高硬件設計的效率和興趣。如更新的“組成原理”和“系統(tǒng)結構”實驗臺，通過RS232串口與PC機相連，可在PC機上編程并向系統(tǒng)裝載實驗程序，還可在PC機的圖形界面下進行動態(tài)調試并觀察實驗的運行，使學生像設計軟件一樣來設計硬件，做到了硬件設計軟件化，大大提高了硬件設計的效率和興趣。“模型機設計與組裝”，將CPLD和FPGA等技術引入，用CPLD來設計復雜模型機?！皡R編語言”和“接口技術”補充Windows下設備驅動程序的設計與實現(xiàn)，增加PCI、USB的應用等內容?！跋到y(tǒng)結構”通過局域網(wǎng)組建小型的微機機群，研究探索多處理機操作系統(tǒng)，試驗并行程序的運行與任務分配調控等功能。為適應當前嵌入式芯片的迅速普及應用，新開設了“嵌入式系統(tǒng)設計”課程設計。針對學生已學過多門硬件課程，但仍不能完成一個完整的、可獨立工作的計算機系統(tǒng)設計問題，新開設了“硬件綜合實踐”，使同學親自體會設計一臺微型計算機系統(tǒng)的全過程。

2.2建立“驗證型－設計型－綜合型－探索型”的多層次實踐教學模式

在實驗教學內容的改革上，本著“加強基礎、拓寬專業(yè)、注重實踐、提高素質”的方針，將實驗項目分為4類，即驗證型、設計型、綜合型、探索型,實驗項目由淺入深，循序漸進。在所有硬件必修和選修課程中，全部開設課內實驗。課內實驗由驗證實驗(20%)、設計實驗(80%)組成。所有實踐課程都單獨開設實驗，包括綜合實驗(80%)、探索實驗(20%)。這樣，課內課程中開設“驗證型”和“設計型”的實驗，在后續(xù)課程設計中，開設“綜合型”和“探索型”的實驗，形成“驗證型－設計型－綜合型－探索型”的多層次實踐教學模式，系統(tǒng)強化學生的綜合設計和硬件動手能力。

在驗證型實驗中，注重使學生鞏固基本理論，進一步掌握基本概念和基本技能。在設計型的實驗中，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、設計能力和動手實踐能力。在這一類實驗中，以學生動手為主，教師輔導為輔，只給定實驗的課題及達到的目的，中間過程需學生自己去查閱資料和設計方案，直至最后調試完成。在綜合型實驗中，注重培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，使學生受到更為實際、更加全面的科學研究的訓練。綜合實驗的特點是沒有現(xiàn)成的模式可循，學生需要獨立完成硬、軟件設計和調試。在調試過程中，學生自己動手分析解決實驗中出現(xiàn)的問題，雖然有一定的難度和深度，但對學生很有吸引力，能使學生從應付實驗變?yōu)橹鲃訉嶒?，不僅提高了基本操作技能，也發(fā)揮了學生的主觀能動性和創(chuàng)造性。課程設計的部分內容屬于探索型實驗，學生可以自主選擇感興趣的課題及相關開發(fā)工具，寫出設計書，交給指導教師審核后實施。在這一過程中，學生需要查閱大量的資料，培養(yǎng)了學生的自學能力、研究設計能力、獨立分析問題及解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

2.3確立“系列化硬件實踐訓練”方案

硬件實踐訓練由“課程實驗－課程設計－綜合訓練－畢業(yè)設計”四個系列組成。課程實驗――所有硬件課程都開設。課程設計――在“嵌入式系統(tǒng)”、“組成原理”等重點課程中開設，在這些課程的課內實驗中進行部件或模塊實驗，在課程設計中進行綜合性、創(chuàng)新性設計。綜合訓練――通過“硬件綜合實踐”展開。該課程安排在大四開設，是一門綜合性設計實踐課程，也是對前面所學課程的一個全面應用和總結，在硬件課程群建設中起著“總練兵”的作用。通過讓學生親自設計一臺小型計算機控制系統(tǒng)，包括計算機的各個部件和功能，“麻雀雖小，五臟俱全”，旨在讓學生真真切切感受到如何設計一個可獨立工作的計算機系統(tǒng)，強化和提高學生的綜合實踐能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。畢業(yè)設計――每年精選一定數(shù)量的硬件畢業(yè)設計題目，提供實驗場所、設備及材料，讓對硬件感興趣的同學去實現(xiàn)自己的設計，放飛自己的理想。學生以接近于實際應用環(huán)境，完成高質量綜合設計為訓練手段，以掌握計算機硬件結構與應用系統(tǒng)設計作為主要訓練目的，使學生對計算機的整個硬件系統(tǒng)有較全面、較系統(tǒng)的掌握。要求學生能夠根據(jù)需要設計出一定規(guī)模的計算機硬件應用系統(tǒng)實例，從模板設計、制作、總線的走向、計算機部件選取、工作原理的分析、部件在模板上的部局、部件的焊接、運算能力的調試、結果正誤的判斷分析等流程的設計到具體的制作，直至最后寫出畢業(yè)論文，使學生建立系統(tǒng)的概念與工程的概念。

3結束語

上述改革取得了令人滿意的效果。大學生對計算機硬件實驗課程學習的興趣增強了，實驗室開放期間，有更多的學生走進了硬件實驗室。在畢業(yè)設計時，有更多的學生選擇了與計算機硬件系統(tǒng)設計和開發(fā)相關的課題。學生做完硬件綜合實習和硬件畢業(yè)設計課題后，普遍充滿自豪感和成就感，感到硬件設計及底層軟件開發(fā)不再可怕。通過這樣的訓練，提高了其綜合設計能力和創(chuàng)新能力，同時也鍛煉了他們的團隊合作精神，步入單位就能直接勝任計算機應用系統(tǒng)設計、開發(fā)的工作，實現(xiàn)高校、學生、用人單位等各方面的多贏。同時我們也應該看到，隨著新技術的不斷發(fā)展，計算機硬件系列課程及其實驗體系的建設和實驗內容的改革是一項長期不懈的工作，需要不斷完善。

參考文獻

[1] 羅家奇,李云,葛桂萍等. 計算機硬件系統(tǒng)實驗教學改革的研究[J]. 實驗室研究與探索,2007,26(8):98-99.

[2] 武俊鵬,孟昭林. 計算機硬件實驗課程體系的改革探索[J]. 實驗技術與管理,2005,22,(10):107-109.

計算機硬件的概念范文第2篇

關鍵詞：地方院校；課程體系；教學改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)27-2020-02

Teaching Reform and Practice of Computer Hardware Courses in Local College

LIANG Yan-lai, LIU Chao

(Dept. of Math & Computer Science, Yulin Normal' College, Yulin 537000，China)

Abstract: By analysis on problems existing in computer hardware courses teaching, a reasonable computer hardware course system was rebuilt, in view of local fact and social demand. Some feasible advice was given on teaching reform and practice of computer hardware courses, from such aspects as teaching contents, teaching means, teaching methods to improve the teaching quality.

Key words: local college; course system; teaching reform

1 引言

隨著計算機科學技術的發(fā)展，計算機應用領域正在不斷向生產生活的各個領域擴展?jié)B透，尤其是各種電子電器產品的智能化發(fā)展，使得近年來IT企業(yè)對計算機硬件系統(tǒng)設計及開發(fā)人員的需求急劇增加。然而目前大多數(shù)高校（尤其是地方院校），計算機硬件課程教學相對薄弱，培養(yǎng)的計算機硬件人才無論從數(shù)量還是質量上，均無法滿足人才市場需求。因此非常有必要對地方院校計算機硬件類課程進行改革與實踐，使其既能適應地方實際又能滿足社會需求。

2 重視硬件教學

截止到2004年初，我國普通高?？倲?shù)為1683所，本科學校679 所，505所開設有“計算機科學與技術”專業(yè)，是全國專業(yè)點數(shù)之首[1]；其中，這505個計算機專業(yè)中有接近一半是1994年后開辦的地方新升本科院校。由于計算機專業(yè)建設的數(shù)量大、任務重、時間緊，導致專業(yè)建設者產生功利思想和短期行為。計算機硬件課程不僅難教難學，而且對于硬件設備和實驗條件有較高要求，教學成本遠遠高于計算機軟件課程教學，因此形成了計算機專業(yè)建設“重軟輕硬”和師生教學“喜軟怕硬”的畸形發(fā)展現(xiàn)象，這在經濟條件和師資力量較差的地方院校中表現(xiàn)尤為突出。

然而計算機是由硬件和軟件組成的，缺了任何一樣都無法運行。不重視計算機硬件教學與科研的結果之一，就是近年來計算機軟件人才相對過剩，硬件人才供不應求。另外一個結果就是，目前我國使用的計算機核心部件“芯片”幾乎都是從國外大公司進口的，如聯(lián)想等公司的產品，用的都是英特爾公司的“奔騰處理器”。核心器件嚴重依賴國外芯片制造商，這給國家信息安全造成了嚴重隱患。因此，我國計算機界的權威專家多次強調呼吁加強計算機硬件的科學研究和人才培養(yǎng)。令人欣慰的是，中科院計算技術研究所于2002年研制成功中國第一款CPU芯片“龍芯Ⅰ號” [2]，從而結束了中國人只能用洋人的CPU造計算機的歷史。

3 優(yōu)化教學內容

計算機硬件系列課程教學內容目前存在的突出問題有：軟硬件分離，知識不能融會貫通；急功近利，理論基礎不扎實；脫離實踐，理論不能應用于實際；知識陳舊，遠遠落后于計算機硬件技術的迅猛發(fā)展。因此要從系統(tǒng)性、基礎性、應用性和先進性等方面對硬件課程教學內容進行選取和調整，將技術已經落后或者使用較少的內容從課程中刪除或壓縮，將最新技術發(fā)展內容及時補充到課程體系中。

3.1 重視系統(tǒng)性

由于種種原因，計算機專業(yè)現(xiàn)有課程體系軟硬件各自相對獨立，綜合性、系統(tǒng)性較差，導致學生學習各科知識后不能融會貫通，沒有整機概念。然而技術的進步以及應用的需求迅速推動系統(tǒng)規(guī)模變得越來越大，功能實現(xiàn)也越來越復雜。傳統(tǒng)的硬件教學和軟件教學相分離的教學方法已經成為阻礙學生深入學習計算機的關鍵因素。打通計算機軟硬件理論教學，設計計算機軟硬件協(xié)同實驗，培養(yǎng)學生知識的系統(tǒng)性和能力的綜合性成為當務之急。

3.2 重視基礎性

著名物理學家、諾貝爾獎獲得者李政道先生曾經講過“只有重視基礎研究，才能保持創(chuàng)新能力”，計算機硬件課程中大部分是計算機專業(yè)基礎課，因為計算機硬件支撐著計算機軟件的發(fā)展，很難想象一個不懂硬件的人能開發(fā)出多么優(yōu)秀的軟件。因此學習硬件課程時尤其要掌握基本理論、基礎知識和基本能力。

3.3 重視應用性

計算機硬件課程教學過程中，應結合目前計算機技術發(fā)展的新趨勢，將課程內容與實際聯(lián)系起來，使課程的應用性加強，增設應用型計算機硬件技術課程，如《嵌入式系統(tǒng)》、《單片機技術》、《微機控制技術》等。這些應用型課程不僅可以激發(fā)學生學習硬件課程的興趣，而且有利于增強學生就業(yè)競爭力。

3.4 注意先進性

目前，32位機已經普遍應用于日常生活和生產活動，64位機也正得到應用和推廣，但是很多地方院校計算機硬件類課程仍然以16位機作為其教學模型，32位機少有涉及。這使得教師的教學不能聯(lián)系實際，學生的學習不能應用于實踐。因此，在硬件技術飛速發(fā)展的背景下，硬件課程教學要注意課程內容的先進性，不能幾年一成不變。

4 重構課程體系

計算機專業(yè)的硬件類課程體系涉及課程眾多，而且各課程在教學中過分強調每門課程的完整性和獨立性，忽視了課程之間內容的銜接和知識的整體優(yōu)化，教學內容重復，教學效率不高[3]。比如中斷系統(tǒng)、存儲器系統(tǒng)，計算機組成原理、微機接口技術、匯編語言程序設計、計算機體系結構都有涉及但都不完整，學生在學習過程中既感覺重復，又似懂非懂。根據(jù)地方院校物質條件和師資力量，重新構建的硬件課程體系被劃分為基礎層、核心層和應用層三個層次，并在各個層次上將內容關聯(lián)較為密切的課程進行有效的整合。

4.1 拓寬基礎

計算機硬件課程的基礎主要包含數(shù)學基礎、物理基礎和計算機基礎。其中，物理基礎主要包含《大學物理》、《電路分析》、《模擬電子技術》和《數(shù)字電子技術》等課程，這幾門課可以以《數(shù)字電子技術》為核心進行有效整合；數(shù)學基礎主要包含《高等數(shù)學》、《概率統(tǒng)計》、《離散數(shù)學》、《形式邏輯語言》等，其中《形式邏輯語言》可以合并至《離散數(shù)學》；計算機基礎主要包括《計算機導論》、《C語言》、《操作系統(tǒng)》等。

4.2 確保核心

計算機硬件核心課程應該確立為《計算機組成原理》、《計算機系統(tǒng)結構》、《匯編語言》和《微機原理與接口技術》，由于這幾門課程內容重疊較多，相互關聯(lián)緊密，因此需要整合優(yōu)化。其中前兩門整合為《計算機組成與系統(tǒng)結構》，以計算機組成和系統(tǒng)結構的基本概念和原理為主要內容，重點介紹新型多核計算機系統(tǒng)的CPU、存儲器、總線和I/O系統(tǒng)的硬件組成與工作原理，同時介紹并行計算機系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。后兩門整合為《微機接口技術與匯編語言》，以Intel 80X86為背景機介紹匯編語言與接口技術的基礎知識、原理和使用方法。

4.3 擴展應用

硬件類課程應用主要體現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術，主要包括單片機、ARM、DSP等技術。目前，嵌入式技術和嵌入式產品已經滲透到工業(yè)控制系統(tǒng)、信息家電、通信設備、儀器儀表、軍事技術以及人們日常生活的各個領域。由于社會對掌握嵌入式技術人才的大量需求，使得嵌入式軟硬件工程師成為最近以及未來幾年內最為熱門的職業(yè)之一。因此，作為地方新技術研究和探索最活躍的群體，地方高校應該接受嵌入式技術帶來的挑戰(zhàn)，盡快開設嵌入式系統(tǒng)的相關理論與實驗課程，另外適當開設《Protel》、《AutoCAD》、《電子設計硬件描述語言》、《微機控制技術》、《Linux》等相關應用課程。

5 豐富教學手段

計算機硬件知識的特點是更新速度快、實踐性較強，一些硬件課程不太適合以課堂教學為主的教學模式。改革計算機硬件課程教學方法和教學手段的基本原則應該是：知識的傳授應當符合計算機硬件知識的特點，教學方法應當有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。具體可以從以下幾個方面進行改革嘗試：

5.1 采用現(xiàn)代教育技術

由于硬件課程教學內容往往同時涉及時間和空間概念，具有較強的動態(tài)性和抽象性，難教難學。為此，需要充分運用現(xiàn)代多媒體教育技術，依靠教育信息資源和系統(tǒng)的教學方法，對硬件課程中的重點難點內容以多媒體形式進行教學設計，將靜態(tài)圖形變成動態(tài)圖形，抽象內容變?yōu)榭梢晝热?，圖文聲并茂，從而起到良好的教學效果[4]。

5.2 建設硬件學科網(wǎng)站

學科網(wǎng)站的本質是一個基于網(wǎng)絡資源的學科研究、協(xié)作式學習系統(tǒng)，它通過在網(wǎng)絡學習環(huán)境中向學習者提供大量的學科學習資源和協(xié)作學習交流工具，讓學習者自己收集、分析并選擇信息資料，應用知識去解決實際問題。它強調通過學習者主體性的探索、研究、協(xié)作來求得問題解決，從而讓學習者體驗和了解科學探索過程，提高學習者獲取信息、分析信息、加工信息的實踐能力和培養(yǎng)良好的創(chuàng)新意識與信息素養(yǎng)。通過建設硬件學科網(wǎng)站，可以促進信息技術與硬件課程的整合，逐步實現(xiàn)教學內容的呈現(xiàn)方式、學生的學習方式、教師的教學方式和師生互動方式的變革，充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具。

5.3 問題啟發(fā)式教學

在課堂教學中通過巧妙設置問題，讓學生去查閱資料，自主學習，然后由教師總結并講解，進行啟發(fā)教學，可以收到良好的教學效果。例如，對于容易的內容可以設置問答題，布置給學生進行自學；對于重點內容可以設置論述題，布置給學生進行課堂討論；對于難點內容可以設置針對性的練習題，布置給學生進行課后思考。這種基于問題的啟發(fā)教學模式，使學習者在問題研討的過程中增長了知識，提高了問題解決能力，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識。

5.4 任務驅動式教學

任務驅動式教學將傳授知識為主的傳統(tǒng)教學，轉變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務為主的多維互動式的教學。在教學過程中，教師根據(jù)教學目標與教學內容，設計實踐任務，提供設計案例和研究工具，指導學生完成實踐任務，形成設計作品，實現(xiàn)邊做邊學的教學理念。任務驅動式教學方法符合人類認知規(guī)律，注重以學生為主體，在培養(yǎng)學生的專業(yè)能力的同時，也提高了學生的通用能力。

6 加強實踐教學

計算機硬件教育的實踐性非常強。多年來，雖然計算機硬件特別是CPU的發(fā)展速度從幾年一代已經發(fā)展到幾個月一代，但是由于實驗條件的限制，計算機硬件的實驗教學卻遠遠落后于計算機技術的發(fā)展。目前計算機硬件教學中實踐教學的時間過少，而且驗證性實驗占絕大多數(shù)，造成學生硬件動手能力普遍低下，其創(chuàng)造力無法得到訓練[5]。其客觀原因是缺乏足夠的物質條件，尤其是許多地方院校硬件實驗設施匱乏陳舊，甚至不能應付基本的驗證實驗，更談不上開展綜合性、設計性實驗以及自主性創(chuàng)新實驗；而其主觀原因是實踐能力在考試評價體系中所占比例過小，實驗指導教師的工作積極性不高，指導能力也有限。因此，要加強計算機硬件實驗教學，就必須在思想上重視，并從實驗室建設、實驗師資培養(yǎng)以及實踐能力考核等方面采取有力措施予以保證。

7 結束語

本文針對地方院校的實際情況以及硬件課程教學中出現(xiàn)的典型問題，構建了分層次的硬件課程教學體系，并在各層次上整合優(yōu)化了課程內容，通過豐富教學手段和加強實踐教學等方面的有力措施，對地方院校計算機硬件類課程教學進行了改革與實踐，取得了良好的效果。

參考文獻：

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[2] 唐志敏. 龍芯1號通用CPU芯片的研制[J]. 中國科學院院刊, 2002,(6):437-439.

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計算機硬件的概念范文第3篇

關鍵詞：計算機硬件教學；改革；實驗教學

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)27-6724-03

An Exploration of Computer Hardware Experiment Teaching and Management

JIANG Hao

(Ningxia Bureau of Civil Aviation Air Traffic Control, Yinchuan 750009, China)

Abstract: Experimental computer hardware in the computer science teaching is a core of basic courses in the country's overall course in computer hardware and software plays a supporting role, as computer technology continues to develop in China, as well as the upgrading of computer hardware continues to accelerate, computer hardware experimental teaching computer education has become an extremely important part, but it also faces serious challenges. In this paper, to solve this problem a series of computer hardware education reform measures, so as to achieve continuous improvement of quality of teaching and the practical ability of students to become 21st century's new talent.

Key words: computer hardware teaching; reform; experiment teaching

隨著計算機技術在我國的不斷發(fā)展，以及計算機硬件設施的更新?lián)Q代速度不斷加快，計算機硬件實驗教學已經成為我國計算機教學的一個極其重要的環(huán)節(jié)，但同時也面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。因此我們必須不斷對計算機實驗教學與管理進行研究與探索，從而不斷提高教學的質量，以達到不斷提高學生能力的目的。

1 概述

計算機硬件實驗教學是計算機學科中的一門核心的基礎課程，在我國的整體計算機軟硬件課程中起著支撐的作用，可以幫助學生理解一些計算機的硬件系統(tǒng)組成以及工作原理，從而不斷培養(yǎng)學生對計算機硬件結構的分析和設計開發(fā)能力。

目前計算機教學模式主要以教師灌輸為主，學生缺乏足夠的批判性和創(chuàng)新思維，而且實踐經驗較少，很難將課堂所學理論知識運用到實踐中去。例如在計算機組成這樣的教學中：課堂上采用的教學模型主要是以16位機為主，而我們生產和生活實踐中卻以32位機為主，這樣就造成了理論與實際的偏差。另外，計算機硬件教學所選用的教材必須既要能講述清楚一些重要概念、原理、結構，而且必須脫離具體機型，可以讓學生了解一般計算機的系統(tǒng)結構。

隨著信息時代的到來，我們的各種觀念都在發(fā)生巨大的轉變，因此計算機教學觀念也要發(fā)生相應的變化，必須改變傳統(tǒng)的以教師為主導的課堂，充分發(fā)揮學生的主體地位。另外要加強實驗在教學中的重要性，將一些抽象、難懂的概念與學生日常生活中較為熟悉的食物進行類比，給予學生充分的思考時間，，充分調動學生的積極性。

由于計算機硬件教學的實踐性很強，因此必須加強實驗教學的重要性，而且實驗教學的質量高低直接關系到學生的動手能力的提高，關系到學生是否能夠培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力，對于學生的分析、解決問題以及獨立工作能力的提高都有著十分重要的作用。因此在基礎教學的基礎上，我們應該將理論教學與實驗教學兩手抓，兩手都要硬，適當增加實驗教學的課時數(shù)，而且要構建全新的實驗體系，將實驗分為：基礎性實驗、綜合性實驗、研究性實驗三個層次。在實驗的設計上，可以將開放式實驗與封閉式實驗相結合，讓學生可以根據(jù)自己所學的專業(yè)知識對一些實驗進行自主的設計，從而學以致用，將自己所學與實踐相結合，不斷培養(yǎng)自己的綜合技能，提高自身動手和創(chuàng)新能力。

總之，隨著信息化的不斷普及，我們傳統(tǒng)的計算機教學也遭受到了巨大的挑戰(zhàn)，需要我們結合新形勢下人才培養(yǎng)的需要，不斷地對計算機教學進行改革，加強實驗教學的重要性，提高學生的實踐和動手能力，不斷將自己所學知識與實際相結合，從而提高我國計算機教學的教學質量，為我國的信息化的普及奠定基礎。

2 加強計算機硬件實驗教學改革的措施

計算機技術以及半導體技術的不斷發(fā)展使得一些新穎的電路設計方法以及各種功能齊全的器件層出不窮，傳統(tǒng)的計算機硬件實驗教學已經無法適應這種改變，無法培養(yǎng)出社會需要的計算機人才，更加無法跟上當今社會計算機技術的發(fā)展水平，為此我們根據(jù)這種現(xiàn)狀必須不斷進行實驗教學內容、方法、手段等各方面的改革，從而讓學生掌握先進的技術，不斷跟上時代的需求，為社會的發(fā)展做出自己的貢獻。為此，目前高校的計算機硬件實驗教學可以進行以下方面的改革：

2.1 加強多層次實驗教學的構建

計算機硬件實驗教學過程的構建是一個逐步建設的過程，從而加強對課程體系系統(tǒng)性和完整性的構建。在這個過程中，實驗教學的課程設置不應該間斷，相反應該不斷提高其難度，內容應該逐步遞進，從而可以達到硬件實踐訓練層次化、系統(tǒng)化的目的，并且不斷加強學生的硬件動手能力。在課程的開設上應該理清各個課程之間的順序，避免課程設置的遺漏和前后順序的顛倒，從而使得整個硬件課程體系系統(tǒng)、完整，硬件實驗課程體系的設置可以參照表1。實驗教學內容的改革主要可以分為4種：驗證型、設計型、綜合型以及探索型，這四部分內容的難易度由淺入深，貫穿于整個實驗課程中，一般實驗課程主要由50%的驗證實驗、20%的設計實驗、20%的設計實驗、10%的探索實驗組成，從而形成了一個“驗證型-設計型-綜合型-探索型”的多層次實踐教學模式，其中驗證性實驗使為了加強學生的理論基礎知識，設計性實驗是讓學生了解一些基本的電路設計及其調試方法，綜合性實驗的是為了培養(yǎng)學生的一些綜合應用能力，提高他們分析問題和解決問題的能力，而探索型實驗的設置目的主要在于培養(yǎng)學生的自主能力，讓他們能夠獨立地設計一些課題，并且不斷查閱大量的資料，獨立地分析問題和解決問題，在這個過程中培養(yǎng)自身的創(chuàng)新能力，最終使得整個硬件實驗教學課程能夠達到整體性和系統(tǒng)性的統(tǒng)一。另外，驗證性課程的布置，教師可以根據(jù)學生的實際情況，設計一些預實驗方案，在課堂上，除了驗證教材上的一些實驗內容還可以驗證自己編寫設計的實驗方案，從而充分調動學生的積極性和主觀能動性。比如脫機運算器(AM2901芯片)實驗，不僅要做實驗教材規(guī)定的11種運算功能，還要求學生自己根據(jù)AM2901芯片的功能設置(I8-I0)設計出5~8種運算，從而加深對運算器的理解?？傊?，加強學生自主的實踐過程可能會遇到一定的困難，但是卻對學生形成一定的吸引力，只要學生持之以恒，就一定能夠充分地應付這些實驗操作，從而不斷提高自身的操作技能。

2.2 增強配套設備的獨立性，增加循環(huán)次數(shù)

計算機硬件實驗教學的質量對教學實驗設備的依賴性非常強，因此要想提高教學的質量必須不斷改善教學設備的性能和數(shù)量，從而改善實驗環(huán)境，達到提高教學質量的目的。目前高校中實驗設備和師資力量不足，因此學生無法充分接觸到一些設備，有的甚至是三四個人合用一臺，因此實驗教學無法取得預期的效果，我們只能采取分批上課的方法來解決這個困難，

一個實驗分8~10批，一個學生一臺設備，同時將學生與設備編號對應。這樣學生能有足夠的時間完成實驗內容，而且能夠獨立冷靜地去面對解決試驗中遇到的問題。教師在實驗課程中也能夠更好輔導學生，同時學生與設備配對后，為實驗設備的管理提供了方便。但是這種教學方法也存在自己的問題，那就是對師資力量要求較高，而且課時數(shù)也較多。

2.3 加強實驗環(huán)境的開放，不斷拓寬學生的思路

學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要是在硬件實驗室中得到培養(yǎng)的，因此加強對實驗室的建設與管理可以幫助學生水平的提高以及學校聲望的不斷提高。要想提高實驗室的教學效果，有一個很關鍵的因素就是必須不斷加強對實驗資料的整理，主要是一些實驗教學資料以及設備檔案的整理。

每門硬件實驗課程都要結合理論課程認真組織研究，以基本原理為基礎進行實驗設計，同時對基本原理進行擴充和結合，從而設計出一套由淺入深的綜合性、設計性實驗教學體系，結合一系列教學資料進行修改，例如相應的實驗教學講義、實驗教案、參考實驗報告等，最終形成一套讓學生認可的實驗資料。

硬件實驗室的開放可以不斷加大學生接觸設備的幾率，提高學生的實踐機會。由于硬件實驗課程相對來說比較復雜，學生無法單純地依據(jù)教學大綱去真正理解和獨立完成實驗的內容，因此要求實驗室簡單的開放必須靈活，讓學生可以有選擇、有計劃地去安排自己的實驗，從而提高自身的主動性。另外，硬件課程相對來說也是比較抽象的，讓學生多加接觸實驗設備有助于學生更直觀地去理解和掌握一些硬件的原理和構成，而且還能夠根據(jù)自己的興趣愛好，自主地設計一些課程以外的實驗內容，從而不斷提升實驗的效果。例如，我們設立數(shù)字電路、計算機組成原理和微機接口等開放實驗室，對學生做到實驗設備開放、元器件開放。這樣吸引學生參與實踐，學生均表現(xiàn)出較強的學習興趣和創(chuàng)造能力，取得良好的教學效果。

2.4 加強學生在教師科研中的參與度，提高學生的實踐創(chuàng)新能力

為了不斷提高大學生的創(chuàng)新精神、實踐能力以及面對就業(yè)競爭壓力，我們必須加大對大學生的創(chuàng)業(yè)和科研的支持力度。在一項調查統(tǒng)計中我們發(fā)現(xiàn)，有將近20%的大學生有很明顯地科研創(chuàng)新的欲望，教師針對這種情況必須給予不同程度的支持和鼓勵，給學生提供機會，讓他們參與到教師的可養(yǎng)活動中去，從而不斷提高自身的科研創(chuàng)新能力。讓學生參加這些科研活動，不僅可以幫助他們不斷鞏固自己的所學理論知識，而且可以不斷激發(fā)學生的科研開發(fā)能力，不斷發(fā)掘學生的潛能，培養(yǎng)他們的興趣，發(fā)揮主觀能動性。當然，由于學生的時間、

精力和經驗都比較少，失敗也很常見，及時有些實驗項目無法達到預期的效果，但是只要學生在試驗中能夠學習到一些知識，并且分析問題和解決問題的能力得到提高，那么實驗的目的就算已經達到了。我們經常就不同的科研項目成立不同的學生研發(fā)小組，集中對于失敗的實例進行講解、分析和討論，重新設計，探索新實驗方案。對于成功的實例也要進行討論，進一步修改完善，以期待達到最佳效果。這一措施促進了個性發(fā)展，為學生營造一個活潑主動、開放交流的學習環(huán)境和氛圍，創(chuàng)造一個具有科研能力、創(chuàng)新意識的發(fā)展平臺。

3 學校在加強計算機硬件教學系統(tǒng)性與實踐性的統(tǒng)一中的作用

3.1 根據(jù)學生的基礎來進行改革，以促進計算機硬件教學的實踐性與系統(tǒng)性的提高

高校中的學生相對于一些職業(yè)高校來說稍微好一點，然而一些中等職業(yè)學校的生源較差，學習方法不科學、興趣低下，計算機硬件教學質量明顯不高。面對這種情況，中等職業(yè)學校計算機硬件教師必須以科學的教學方式與教學模式提高學生的學習興趣，另外還要加強對學生學習方法的指導，從而不斷提高學生的自主學習能力和實踐能力，以期待計算機硬件教學質量的不斷提高。

3.2 加強對理論教學的歸納與總結

提高學生硬件實踐能力的基礎是要對學生進行理論知識的系統(tǒng)灌輸，為了加強學生的理論知識，教師在教學過程中必須不斷對所學理論知識進行歸納和總結，從而為其實踐能力的提高奠定扎實的基礎，而且在理論教學過程中，學生可能會遇到老舊型號計算機與實際應用中的計算機不配套的情況，因此教師必須對計算機硬件的發(fā)展、改革情況進行系統(tǒng)的講解，從而幫助學生在實際工作中面對這些問題打下良好的基礎。

3.3 促進教學一體化模式的發(fā)展

計算機硬件教學的理論教學與實驗教學是一個統(tǒng)一的整體，為了幫助學生將所學知識運用到實踐中去，學校應該以教學一體化的模式來壓縮單純的理論課，加強對學生的實踐指導，而且將兩者有機結合，從而提高學生的積極性，培養(yǎng)其實踐能力，促進計算機硬件教學系統(tǒng)性與實踐性的統(tǒng)一。

3.4 加強課堂的高效性，來促進計算機硬件教學的實踐性與系統(tǒng)性的統(tǒng)一

課堂是學生學習知識的一個主要陣地，同樣在計算機硬件教學中也要加大對課堂的重視程度，以有限的教學課時來提高教學質量。通過學生親自參與配置計算機，體驗選購計算機硬件的過程，以及教師設置的常見問題等加深他們對計算機系統(tǒng)的組成思考與感悟，從而激發(fā)學生探究創(chuàng)新的興趣和愿望。在整個教學過程中，加強學生的主動學習性，使學生自主活動，勤于動腦動手，形成積極的學習方式。通過教學方式、方法的改革提高課堂教學的高效性，促進學生理論知識系統(tǒng)性及實踐能力的提高。

4 結束語

硬件實驗教學質量直接影響到學生學習硬件基本知識的成效。因此我們必須不斷對其進行改革，在這個過程中不能完全依附于課堂教學，而應該在緊密配合課堂教學的前提下，開放實驗室，發(fā)展實驗教學本身的特點，發(fā)揮實驗教學培養(yǎng)學生獨立工作能力的優(yōu)勢。另外，由于計算機技術發(fā)展日新月異，因此我們必須注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。如何讓他們充分將自己所學的理論知識運用到實踐中去，培養(yǎng)自身的動手能力，從而成為21世紀的新型人才，是擺在我們面前的問題，我們必須不斷對其進行探索和研究。

參考文獻：

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[3] 周亞俊.全面改革實驗教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索,2004(7).

[4] 崔永利,李妍.計算機硬件實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2006(3).

計算機硬件的概念范文第4篇

 

關鍵詞： 計算機教學　教學改革　硬件教學　教學實踐 

自上世紀末90年代末開始計算機科技技術的發(fā)展日新月異，與之同步的計算機硬件技術也在不斷順應著計算機軟件系統(tǒng)進行著高速的改朝換代，從而達到匹配其需求的目的。時至今日，隨著人機互動系統(tǒng)的不斷完善與普及，各種新穎的輸入/輸出硬件不斷的刷新市場，這都給計算機硬件組裝的教學工作提出了新的挑戰(zhàn)，如何使計算機硬件教學順應計算機科技的發(fā)展是擺在計算機教育工作者面前的一個嶄新的課題。 

1 當前計算硬件組裝教學上存在的主要問題 

由于計算機硬件組裝教學相對于軟件教學來說，教學知識概念比較繁復，而且一些硬件與具有著高集成化的特點，這就是說計算機硬件在教學內容本身上就存在著學習的硬傷，再加上教學時許多問題比較抽象，如果不親自動手操作很難讓學生產生認同感，這就導致了當前學生們普遍的“喜軟（件）怕硬（件）”的情緒。同時，由于許多軟件教學課程實踐中并沒有和硬件產生必要的聯(lián)系，這就容易讓一些計算機專業(yè)學生產生輕視硬件組裝課程學習的心理。而且計算機硬件組裝的教學實踐中，往往受到課時因素、場地因素、資金因素等客觀因素的制約，把本應在探索和實踐中進行理解和消化的教學內容，局限在書本上的講解，這樣生硬的“演繹式”教學方式不符合學生的認識規(guī)律，也不容易調動學生的主動學習意識，這些就是當前計算機硬件組裝教學所面臨的最嚴重問題。 

2 計算機硬件科技發(fā)展的背景 

從學生的就業(yè)形式上來考慮，學生們所學習的計算機硬件組裝知識，必須是計算機產品最前沿的產品，所以制定計算機硬件組裝教學實踐并不是一個靜態(tài)的過程，而是要時刻關注計算機市場動態(tài)，了解計算機硬件技術的最新發(fā)展以及相應配件的換代情況。但這對于計算機學校的財力要求比較高，要盡量協(xié)調資源，盡量避免用廢棄教學機或是淘汰落后品來進行計算機硬件組裝教學實踐的情況發(fā)生。同時，從2010年對我國計算機維修市場的調查統(tǒng)計中顯示，只有5%的硬件維修任務是出在硬件實質損傷維修/維護上，也就是說有95%的的硬件故障任務用簡單的更新/更換硬件方法得到解決，粗糙而浪費資源，這客觀反映出當前我國計算機硬件市場急需硬件專業(yè)技術人才，這也為計算機硬件組裝教學工作提供了動力。 

3 以計算機科技發(fā)展為基進行硬件組裝教學的原則 

3.1 將理論和實踐操作進行有機結合 

首先由于計算機硬件組裝教學所涉及到的教學內容，如：電子電路基礎、各電子元配件（包括電阻、電容等）工作原理、相關硬件的匹配原理等都是具有著極強知識性和極強實踐性的知識內容，需要通過多課時、多層次的實訓教學才能達到理想化的教學目的。因為將理論和實踐操作進行有機結合是以計算機科技發(fā)展為基進行硬件組裝教學的首要原則。 

3.2 以學生就業(yè)需求為教學目的 

隨著當前計算機專業(yè)學生就業(yè)形式的日趨嚴峻，以就業(yè)為主導向的職業(yè)人才培養(yǎng)教育形式已經成為了專業(yè)人才培養(yǎng)的核心思路。同樣的，計算機硬件行業(yè)也迫切需要適合計算機科技發(fā)展需求的高素質、高聚合性、技能過硬的復合型人才，要達到這樣的人才培養(yǎng)效果，在計算機硬件組裝教學設計初期，就要以學生的就業(yè)需求為教學根本原則進行設計。 

4 針對計算機科技發(fā)展的計算機硬件組裝實訓改革措施歸納 

4.1 靈活應用調研/多媒體手段，激發(fā)學生主動學習欲望 

不可否認的事實是，當前學生學習計算機硬件組裝課程時，絕大多數(shù)是被動式學習，只能通過機械的反復操作，反復記憶達到一種，“心里沒記住，但手卻記住了”的操作熟練狀態(tài)。這種方式很容易造成對計算機硬件組裝學習的厭惡或抵觸情緒。所以在具體教學實踐中，要盡量的多利用多媒體手段，（當然如果能找到硬件實物則更為理想）模擬制作相應的硬件實體課件，使學生產生興趣，主動的作到知識點與實物結合。同時，要盡量用多媒體課件代替相對枯燥的板書教學，讓學生在單位時間內盡量多的獲得信息量，如果多媒體課件制作的工作量比較大，可以進行全體教師的調配，大家分章節(jié)制作課件，然后串換使用，這樣用多媒體手段進行的演示操作可以使枯燥的硬件裝機內容盡量生動地展示給學生，有效地調動學生的求知欲望。而且還要盡量多安排學生在課余時間做一些相關的硬件信息調研或市場調研任務，這樣學生在進行實際調研過程中客觀了解到所接觸到硬件的價值所在，

有助于學生對硬件的理解和記憶。 

4.2 盡最大努力多安排實訓課時 

計算機硬件組裝教學最忌諱的教學效果，就是培養(yǎng)出的學生“眼高手低”，所有的操作知識步驟都能靠著反復死背而記牢，但當進行實際操作或是出現(xiàn)一些靈活問題時就變得不著頭緒。因此，要盡學校最大的努力多安排計算機硬件組裝的實訓課程，這樣在學生鞏固所學習理論知識的同時還大大提高了學生的動手能力，為以后就業(yè)工作實踐打下了堅實的基礎。

4.3 給學生多提供實踐操作的機會 

學校可以根據(jù)自身的情況，與專業(yè)公司協(xié)商，承接一些計算機硬件維修任務。初期讓學生在老師的帶領下完成任務，后期達到獨立完成維修任務的目的。這樣通過具體的問題，學生可以用心的思考所學過的知識技能，并將其用在實處；將課堂上所學到的技能代入到實際存在的故障中，將實訓課程的內容和社會中所存在的相關問題相結合，讓學生在這樣的環(huán)境中鍛煉成長。并可以和市場上一些專業(yè)公司合作，推薦一些在實踐操作中比較優(yōu)秀的學生，去該公司進行實習，進一步刺激學生的學習積極性，將學習與以后走入社會生存聯(lián)系到一起，讓學生對自己的人生提前作出規(guī)劃。 

4.4 考核體系的完善 

在傳統(tǒng)的計算機硬件組裝考核體系中，學生的成績基本都是由實踐操作報告來進行分數(shù)評定的，這樣得出的分數(shù)與該學生的實際操作能力有很大出入，因為考核所進行的操作部分題目大多是驗證型題目，學生比較容易通過完成，這樣所得出的分數(shù)不能客觀評價學生的計算機硬件組裝能力。因此為了針對計算機科技的發(fā)展需求，對于計算機硬件組裝教學的考核體系也應當系統(tǒng)化，比如制定相應的計算機硬件組裝維護考核標準，或是組織學生參加一些國家統(tǒng)一的認證考試，比如：全國計算機信息高新技術考試（即通常說的citt）、信息產業(yè)部推出的硬件工程師認證考試等等。 

5 虛擬實訓室的建立，符合計算機科技發(fā)展需求 

前文已經提到過根據(jù)計算機硬件科技發(fā)展的情況，學校應該及時更新實訓用計算機硬件材料，但這樣的更新耗損非常巨大，尤其現(xiàn)在計算機職業(yè)院校多為私立辦學形式，這種理想化的硬件組裝實訓形式無法達到。所以虛擬實訓室這種以軟件替代硬件的高科技形式就得以發(fā)展了，通過市場調研將最新的硬件配件進行編程模擬，這樣在簡化實驗操作程序的同時，也大大彌補了實訓資源的不足。而且突破了傳統(tǒng)的計算機硬件裝機實訓教學過分受到時間和空間制約的事實，完成了教學模式的更新。在對市場上新出現(xiàn)的硬件產品進行編程虛擬時，一定要與模擬實體保持一致，對于設備的接口、具體操作法要完整的用多媒體形式進行模擬，讓學生達到身臨其境的效果。 

但必須要強調的是，普通的計算機職業(yè)院校是無法達到硬件模擬高度仿真指標的，因此，虛擬實訓室不能完全的代替實物實訓教學活動。 

同時，虛擬實訓室是一個依賴硬件實物模擬單元和操作模擬程序存在的實驗場所，它從根本上解決了由于經費緊張而無法實現(xiàn)的硬件元器件無法更新的情況，而且由于他是虛擬系統(tǒng)操作，其實訓效率遠遠超過了實物實訓，而且由于其實驗所用單元完全虛擬，將不會受到規(guī)格和品種不全的限制。但由于要求實訓過程的逼真，其中各個硬件單元組裝教學的過程必須用連續(xù)動畫效果表示，這些動畫的制作非常繁瑣。最后要強調的就是，虛擬實訓所操作的效果都是將操作進行理想化模式進行的，在和實際操作接軌時可能會出現(xiàn)手動失誤或操作缺憾等問題，所以它并不能代替實物實訓。 

 

參考文獻 

[1]萬曉冬.計算機硬件系列課程體系改革探討[j].電氣電子教學學報,2007:29. 

[2]張珍.職業(yè)中專計算機教學及目標[j].西北職教,2009:5. 

計算機硬件的概念范文第5篇

摘要：傳統(tǒng)的計算機硬件基礎課教學已不適應現(xiàn)代科學技術的發(fā)展和社會對人才的需求，本文結合計算機專業(yè)的特點，從課程內容、教學體系、教學方法等方面總結了在硬件基礎課教學改革中所取得的實際經驗和體會。

關鍵詞：硬件基礎課；教學改革；整合課程

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1引言

計算機硬件教學的先修課程是“電路分析”、“模擬電子學”和“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”。由于歷史原因，這些課程大多由電子系開設，是以理論研究為目的的課程體系，存在教學內容陳舊，課程體系老化，理論論述多，占用學時多，前后銜接不好等問題，給后續(xù)計算機硬件課的理論教學和實踐教學帶來了諸多困難和被動。而計算機專業(yè)與其他專業(yè)相比較，少有的幾個優(yōu)勢之一就是對計算機硬件結構的掌握。因此，結合計算機專業(yè)的具體情況，在教學體系、教學內容和教學方法等方面對硬件基礎課程進行必要的改革就顯得尤為重要。

2整合內容、精縮課時

1) 現(xiàn)代科學技術的發(fā)展日新月異，計算機技術的發(fā)展更是突飛猛進。在大學本科階段，除了要給學生傳授基礎理論知識外，還要講授新技術、新理論，這就使得各高校不斷壓縮某些傳統(tǒng)基礎課的課時，增設一些新的課程。在這種形式下，硬件基礎課的課程體系和教學內容亟待更新。

2) 課程體系的構建是以理論知識為架構，以實際應用為目標，教學內容則應緊密結合專業(yè)核心能力對理論知識的要求。綜合時展、專業(yè)結構和課程體系的總體考慮，從98年起我們就根據(jù)計算機專業(yè)的特點，逐漸建立完善了一套硬件基礎課的課程體系。首先，在課程內容的組織與建設方面,注重了先修課和后續(xù)課程的關系,做到內容上不重復,知識點上不脫節(jié)。其次，教學內容力圖反映時代的發(fā)展，技術的進步。通過編寫出版《電路與電子學基礎》、《數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)》兩本教材重新劃分課程內容，精縮學時，將原有的64學時的“電路分析”和64學時的“模擬電子學”這兩門課程整合為課內48學時、實驗20學時的“電路電子學”課程，重新劃分、補充了“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”（課內48學時、實驗20學時、三周課程設計）的教學內容。

(1) “電路與電子學”課程。在電路分析部分不再追求研究線性電路的理論體系完整性，刪除了部分傳統(tǒng)教學內容，只保留直流分析、交流分析和動態(tài)電路三大部分。在直流分析中，刪掉了“電路分析”教學中關于支路電流法和回路電流法的內容，保留電路系統(tǒng)分析法中的被廣泛用于機輔分析的節(jié)點電壓法。在交流分析中，刪除了三相電路內容，而對通信中的諧振電路則詳細講解。動態(tài)電路的分析中，只通過一個簡單的RC充電回路讓學生了解時域分析的基本步驟，而將重點放在三要素法和RC無源微積分電路上。在“模擬電子學”部分，去掉了半導體器件導電原理和反饋的方框圖計算法，精簡了阻容耦合放大電路（包括多級放大）、小信號動態(tài)圖解法、差分電路分析等。相應地加強了有源器件MOS管、電流源電路和系統(tǒng)穩(wěn)定性的介紹，課程著重講解集成運放的應用。在講解由運放構成的有源積分電路時，與前面的無源積分電路做比較，這樣有助于學生理解并牢固掌握兩種電路各自的特點。實踐證明，學生在做電子競賽時對這兩種電路的使用都非常恰當。

(2) “數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”課程。教學內容刪除了數(shù)字電路中各種觸發(fā)器電路的內部結構和傳統(tǒng)設計方法中的設計技巧，精簡了中規(guī)模器件的內部邏輯介紹，縮減了卡諾圖和邏輯簡化內容。由于計算機專業(yè)的硬件課程“微機原理與接口技術”中將介紹A/D、D/A轉換，故這一部分內容就不出現(xiàn)在“數(shù)字邏輯”課程的教學中。將教學重點放在各類觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)條件、集成電路外部功能、可編程器件和EDA技術上，要求教會學生如何通過查找器件手冊了解器件功能和使用要點。由于計算機硬件中三態(tài)門、OC門的重要性，課程加強了對其邏輯功能及應用的舉例說明。

(3) 改革組課方式。邏輯門電路是傳統(tǒng)“數(shù)字邏輯”教學中最難的一章，由于門電路的原理要涉及到電路、模擬電子學等方面的知識，因此在講述這一部分內容時，必須幫助同學復習有關的知識。在改革課程體系時，我們打破傳統(tǒng)的教學體系，將這一部分內容放在“電路電子學”課程中，在講述半導體器件后引入邏輯門電路，如MOS管可以具有開關和受控源兩種類型的功能，根據(jù)器件所給偏置條件的不同，在模擬電路中可作為放大器件或在數(shù)字電路中作為開關器件。課堂上的師生互動證明，經過這樣的調整，學生對有關門電路的問題就很容易理解掌握。通過合理地整合教學內容，改變了過去把電路模型與實際器件（如受控源和晶體管）、開關與放大作用、模擬與數(shù)字等研究對象截然割裂的組課方式，而是將它們有機地融合，找出共性和個性，講清個性，突破難點，這樣便于以統(tǒng)一的觀點使學生建立完整的概念〔1〕。

3軟硬結合與時共進

1) 當前國內計算機專業(yè)的普遍現(xiàn)象是“過軟”，即強調軟件編程，而學生的硬件動手能力非常薄弱。在計算機科學技術飛速發(fā)展的今天，計算機系統(tǒng)的軟硬件界限開始變得模糊，且采用軟件方法來設計硬件， FPGA、VHDL、DSP技術帶來了全新設計理念與結構體系，與之相應EDA技術和ISP器件在教學、科研等領域應用越來越廣泛。在這種軟硬件逐漸融合的背景下，計算機學科的硬件基礎課程必須要反映出這種時代的發(fā)展。

2)EDA技術分為三級：以PSPICE、EWB、Multisim等為軟件平臺的仿真分析類輔助設計技術為初級；以MaxPlus II、Quartus II等為軟件平臺，以FPGA/CPLD為硬件系統(tǒng)目標芯片的電子系統(tǒng)設計EDA技術為第二級；以NC Simulator、Virtuso、Diva等為軟件設計開發(fā)平臺、以集成電路芯片版圖設計為目標的ASIC芯片設計為最高級〔2〕。EDA技術的前兩級都與計算機硬件基礎課密切相關，因此在進行課程體系改革時，應結合實踐性教學環(huán)節(jié)，根據(jù)“基礎型、應用型、綜合型、創(chuàng)新型”的循序漸進的實驗課程教學體系，將EDA技術分層次地引入設置在教學中：

(1) 第一級――首先在“電路電子學”教材各章的最后一節(jié)給出PSPICE對本章典型電路的仿真實例，教材最后一章加入可編程模擬器件ispPAC。其次，增加了20學時的Multisim仿真及電路設計實驗。通過仿真實驗，將教學中的難點用直觀的圖形和曲線表述，降低了數(shù)學難度。如通過對模擬放大電路的仿真，可以直接觀察到改變電路參數(shù)所導致的波形失真，學生就很容易理解并掌握靜態(tài)工作點變化對放大電路性能的影響。最后，利用仿真平臺生動直觀方便的特點，讓學生掌握先設計、后仿真、再實際的設計方法和理念，在此基礎上，將以往的一些驗證實驗提升為綜合設計實驗。對每一個實驗都要求虛實結合，虛實互動，通過這種訓練，極大地提高了設計的成功率。計算機專業(yè)的學生取得北京市大學生電子競賽的3個一等獎，更多的二、三等獎證明，整合后“電路電子學”的教學改革取得了成效。

(2) 第二級――傳統(tǒng)的“數(shù)字邏輯”課程體系以邏輯代數(shù)為基礎，采用自底向上（DOWN-TOCTOP）的設計方法，教學內容以門電路－中規(guī)模集成電路－大規(guī)模集成電路－數(shù)字系統(tǒng)為順序排列。導致學生在學習前面局部知識的時候，缺乏整體系統(tǒng)概念,只會 “搭積木”拼湊式的設計，當后續(xù)“組成原理”課程要建立整機、系統(tǒng)這些非常重要的概念時，前面所學的一個個分散的知識點不能被融會貫通〔3〕?，F(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設計以硬件編程語言為基礎，采用自頂向下(TOP-TO-DOWN)的設計方法，因此數(shù)字電路的教學體系必須重新構建。第二級的EDA技術包含三方面內容：(1)大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?2)硬件描述語言；(3)軟件開發(fā)工具。所以在“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”的教學體系上，應以邏輯代數(shù)與VHDL語言并行為基礎，強調自頂向下的設計理念和層次化設計方法，以系統(tǒng)為對象，用VHDL語言描述，在EDA軟件平臺上，自上而下、逐步細化，最終完成整個系統(tǒng)的設計。依據(jù)整體“自頂向下”,細節(jié)“自底向上”的教學模式，在教學內容組織上，先給出數(shù)字系統(tǒng)的整體架構及邏輯系統(tǒng)的三大部件:存儲、處理、控制，讓學生有全局、整體的認識。在講述邏輯系統(tǒng)的每一具體部件時, 仍然遵循“由淺入深，循序漸進”的原則，采用傳統(tǒng)的“自底向上”的教學組織方法。在實踐教學的綜合設計部分中，要求學生必須按照從頂層抽象描述向底層結構描述，最后到可實現(xiàn)的硬件單元描述這一過程進行數(shù)字系統(tǒng)的設計。通過這種教學改革，學生的知識結構趨于合理，滿足對軟硬件結合的人才的需求。

4注重銜接 承前啟后

在計算機硬件基礎課的教學中，首先應注重介紹該門課程的主要內容、在計算機專業(yè)中的地位及與相關課程的關系，激發(fā)學生的學習興趣。其次，應注重與后續(xù)課程的銜接。由于當代大學生在入學時就具備了計算機使用的基本知識，因此在授課過程中，要有意識地用計算機硬件電路作為基礎課的授課案例。如“電路電子學”課程中，在集成運放構成的比較器一節(jié)，就可給出比較器在A/D轉換中的應用舉例，再指出A/D、D/A是計算機接口中的重要單元電路，這樣就埋下一條線索，與后續(xù)課程的知識相聯(lián)系。在“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”課程中所給出的案例都要盡可能為后續(xù)課程使用，如從鍵盤等引出編碼的概念和編碼器的作用；在講三態(tài)門時，可進一步給出物理上總線的概念，解釋當譯碼和讀寫信號設計錯誤時，CPU訪問存儲單元數(shù)據(jù)總線嚴重沖突會造成死機的原因；在存儲邏輯一章，介紹完寄存器隊列（FIFO）的邏輯結構后，可讓學生設計寄存器堆棧（LIFO）的邏輯電路圖。在該課程的實踐教學中，所給出的設計題目包括總線緩存器、全加器、鍵盤掃描電路、硬件控制器等計算機的基本功能部件。通過這種方法引導學生思考，建立必要的知識關聯(lián)及整體概念，最終達到對計算機硬件系統(tǒng)基本知識融會貫通的目的。實踐證明，這種訓練對于今后的“組成原理”課程和“嵌入式系統(tǒng)”設計都打下了堅實的基礎。

5黑板、多媒體、EDA仿真

高校的教學手段基本都采用多媒體。多媒體圖文并茂、生動有趣，但很容易變成另一種形式的照本宣科或“填鴨式”教育。在教學中要綜合多種教學手段，注意針對不同的教學內容去尋求最佳的表述方式：黑板＋粉筆、電子教案、實物投影、動畫課件、虛擬電路。計算機硬件基礎課教學內容多，知識點雜，不容易理解。對于較難理解或學生有爭議不明白的問題，傳統(tǒng)的“粉筆＋黑板”有其獨特的靈活性，既可以表述學生課堂思維的過程，又有利于師生交流互動。在課間讓學生自己擺設實物投影，增強學生的感性知識，課間的學習氣氛仍生氣勃勃。錄像CD和動畫課件則留給學生自己觀看。計算機硬件基礎課程的實踐性強、信息量大、EDA設計技術應用廣泛。在授課時通過EDA仿真將驗證實驗與理論教學相結合，解決理論與實踐的時空分離弊端，通過提問、思考、演示、總結等一系列步驟，循序漸進，調動學生參與教學的積極性，充分發(fā)揮學生的主動性。值得注意的是，在此過程中，教師一定要掌控好演示進程，既不能影響教學進度，又要協(xié)調好單位時間教學信息量與學生接受理解能力之間的矛盾。

6結束語

硬件基礎課的教學改革，涉及課程多、學術性和技術性強，是一項系統(tǒng)工程，需要教師付出不懈的努力，不斷學習新技術，及時更新教學內容，完善教學方法，才能更好地提高教學質量，更好地培養(yǎng)適應社會的發(fā)展人才。

參 考 文 獻