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计算机硬件类专业范文1
关键词:硬件类课程;创新能力;教学改革;实践教学
中图分类号:G642 文献标识码:A
1引言
随着计算机网络与通信技术、集成电路技术和计算机软、硬件软件技术的飞速发展,我国高等院校计算机专业教育的内容与形式都发生了很大的变化。如何跟上飞速发展的计算机科学与技术,培养具有创新能力的高素质计算机专业人才,是高校计算机专业教育面临的新挑战。
计算机是一个由硬件系统和软件系统组成的复杂系统。随着现代计算机系统的功能逐渐增强,对计算机专业人员硬件知识的要求也越来越高。作为计算机专业的核心课程之一,硬件类课程在培养学生的实际动手能力、工程实践能力、开发创新能力等方面具有非常重要的作用。但由于目前国内高校计算机教育中普遍存在着“重软轻硬”的现象,使得计算机专业在硬件课程的设置、知识体系和教学内容等方面存在着诸多不尽人意的地方,教学质量难以保证,致使许多计算机专业毕业生的硬件设计与动手能力较差,根本无法胜任计算机硬件方面的相关设计和应用工作。本文针对目前国内高校计算机专业教学中普遍存在的问题和不足进行探讨,结合自己多年的教学经验,提出了硬件类课程教学改革和学生创新能力培养的几点想法。
2存在的主要问题
计算机硬件类课程的内涵十分丰富,主要包括:电工与电子技术、数字逻辑、计算机组成与体系结构、汇编语言程序设计、微机原理与接口技术、单片机及应用、嵌入式系统等。这些课程虽然特点不同、内容各有侧重,但普遍存在工程实践性强,应用技术含量高,课程内容抽象难学的特点,影响了硬件类课程的教学效果。目前国内高等院校计算机专业硬件类课程教学中主要存在以下几方面的问题。
2.1专业设置普遍“重软轻硬”
硬件和软件是计算机系统不可或缺的两大组成部分,二者相互依存,不可分割。与之相对应,硬件类课程和软件类课程也相辅相成,构成了完整、科学的计算机专业知识体系。计算机的软硬件设计技能是一个合格的计算机专业毕业生本应具备的基本技能。但由于硬件类课程和软件类课程各自不同的特点,使得硬件类课程的教学对师资、设备乃至学生的学习基础与学习能力等方面的要求相对软件类课程要高,国内多数高校限于师资、设备、资金等各方面条件的制约,硬件类课程能砍掉的尽量砍掉,不能砍掉的课程也尽量压缩课时,在硬件类课程的教学及实验室建设方面明显不足,导致多数高校软件类课程课时相对较多而硬件类课程课时相对较少,在专业设置方面“重软轻硬”的现象比较严重。不少计算机专业的学生只将注意力和兴趣集中在各种编程环境、开发工具、数据库、计算机网络的集成技术上面,对于硬件技术的学习和应用研究不感兴趣或忘而生畏。
甚至有的学者也认为,计算机专业的学生可以“只要用键盘、鼠标就能演奏出各种美妙的音乐”。这种认识对于我国培养自主创新型人才是极为不利的。
2.2硬件类课程教材与教学内容相对陈旧,课程体系有待完善
随着科学技术的迅猛发展,计算机更新换代频繁,新产品、新技术不断涌现。在计算机专业的教学中,如不及时引入新知识,很容易造成教学内容滞后。目前许多高校在制订硬件类课程的教学计划时,主要根据本校的设备性能和师资水平来选择教材与教学内容,这就不可避免地造成了很多教学内容相对陈旧,与当前主流的计算机硬件技术差距太大,与实际应用严重脱节,对学生缺少吸引力,难以激发学生的学习兴趣。比如国内多数高校《数字逻辑》教材的内容还是以中、小规模集成电路为主,而对大规模、超大规模集成电路的内容很少涉及;《微机原理与接口技术》则以80x86系列微机为背景,以8259、8255等芯片的讲解为重点,而对在应用领域处于主流地位的ARM、DSP、FPGA等新型技术涉及较少。这种教学内容与现实技术脱节的现状严重影响了计算机硬件类课程的教学质量。另外,由于计算机硬件类课程体系不够完善,导致有些内容在多门课程中重复出现,如数制在“数字逻辑”、“汇编语言”、“计算机组成与体系结构”、“单片机”等课程中均要讲到;再如有关中断、接口控制方面的内容在“计算机组成原理”、“汇编语言”、“微机原理与接口技术”、“单片机”等课程中均有涉及。教学内容的重叠一方面占用了有限的教学学时;另一方面也会使学生感到疲劳,并对课程设置产生不满情绪,影响学习效果。
2.3重视课堂教学,轻视实践教学,缺乏创新能力的培养
计算机硬件类课程是实践性很强的学科,学生必须具备足够的实践动手能力才能适应社会的需求。相对于仅需要一台电脑、几本书及相应的软件应用平台就可进行软件类课程的学习,硬件课程实践教学的实施比较困难,设备投资大,通常每门课程需要配备专门的实验设备和相应辅助设备,且对实验辅导和设备维护人员的要求也比较高。多数高校在硬件课程及实验条件建设方面都明显不足,实践教学的课时过少,而且验证性实验占绝大多数,造成学生硬件动手能力普遍低下,其创造力无法得到训练,导致了计算机硬件课程在实践教学上的不足。从而出现了“重理论、轻实践、重考分、轻能力”的现象,这不利于学生扎实地掌握硬件知识,也无益于学生动手能力的提高,必须通过深化硬件课程的教学改革加以改进。
2.4各门课程间的有机联系不足,学生无法驾驭整个知识体系
现代计算机系统的功能越来越强,计算机软、硬件的界限日渐模糊,许多软、硬件的实现可以相互转化。而在目前的计算机教学中,硬件知识与软件知识间缺乏足够的联系和交叉互补,学生无法深入理解计算机的基本工作原理及其在软件系统中的作用,也就不能形成完整的知识体系,更无法做到软、硬件知识融会贯通。另外,由于前面所提到的计算机硬件类课程要在不同的学期内开设,各门课程间既有联系又各自相互独立,加之内容繁琐,受课时数等因素的限制,在硬件课程的教学中往往只注重各自的重点而无法顾及到各门课程间的联系,导致学生无法对计算机硬件系统有一个完整的认识,出现“只见树木不见森林”的现象。其次,硬件类课程间缺乏充分的衔接,如“数字逻辑”、“计算机组成与体系结构”、“汇编语言”与“微机原理与接口技术”等课程内容的关联很难统一,有些知识点多门课程中重复,而有些知识点缺失,导致学生知识的增长没有渐进性、系统性。所有这些都导致了学生的专业知识体系不够健全。
2.5学生对硬件课程的学习兴趣普遍不高
由于计算机硬件类课程体系庞大,内容繁杂,原理层面的内容较多,学生对抽象的原理和复杂的硬件电路很不适应,容易使人感到抽象、繁琐、空洞、枯燥,而无从下手。其次,学生对硬件课程的了解不够全面,认为硬件课程只是学习计算机的内部工作原理,在计算机应用中无关紧要,认识不到硬件技术在应用方面的重要性,再加上相应的实践环节难以保证、课程考试评价体系中对硬件实践能力的重视不够,导致学生在学习中缺乏积极性。
计算机硬件类专业范文2
[关键词] 离散数学 专业特色 创新能力 教学改革 教学方法
离散数学是计算机应用类专业的一门重要的专业基础课，在计算机、电气与信息工程中扮演着重要的角色，是随着计算机科学的发展而逐步形成的一门新兴的工具型学科，建立于20世纪60年代初期，是研究离散量的结构及相互关系的学科。它在算法与数据结构、程序设计语言、数值与符号计算、操作系统、编译系统、软件工程与方法学，数据库与信息检索系统、网络与分布式计算、计算机图形学及人机通信等各个领域都有着广泛的应用。对这门课程的理解、掌握和拓展，将对学生的数据分析、组织、处理能力有极为深刻的影响；同时也可以培养学生抽象思维能力和逻辑表达能力，提高发现问题、分析问题、解决问题的能力也有着不可替代的作用；而对于从事计算机科学及其应用的科技工作者来说，离散数学更是必须掌握的重要基础。
一、离散数学课程教学中存在的问题
近年来，大部分高职院校离散数学教学课时不但没有增加却在逐年递减，甚至有些高职院校完全取消了离散数学课。例如，我院目前在计算机专业所开设的数学课程仅有《高等数学》，而对于计算机专业的学生来说，由于所从事的计算机科学所需要的高度的数学训练几乎全来自离散数学而非连续数学，所以学生即看不到所学的数学知识有什么用处，体会不到数学的应用价值，同时还不知道什么是《离散数学》，更不要提对离散数学重要性的认识。这可能会对离散数学课程的设置带来不少阻力，因此，应加大对离散数学重要性的宣传力度，积极寻求来自各方面的支持与配合，从而使新课程的设置得以顺利实施。
同时，作为课程本身也有以下几个弊端：
⑴培养目标不明确，没有制定与计算机应用类专业人才培养目标一致的离散数学教学计划，缺乏应用能力和创新意识的培养，不能满足现代高职教育对人才培养的需要。
⑵教学内容处理简单，教师把该门课程当成数学课来处理，离散数学包括数理逻辑、集合论、代数系统、图论、组合数学等多个彼此独立的数学分支，离散数学将这些知识有机组合成为合理、完善的体系。这些知识具有或多或少的联系，但又自成体系，致使学生感觉各部分内容联系不大，对课程学习的目的不明确，学生甚至觉得这门课程和计算机科学联系不起来，从而缺乏学习兴趣。
⑶离散数学内容多、概念多、理论性强、抽象、解题方法灵活，学生一时难以理解和记忆，并且对定义和定理之间的联系缺乏一定的概括能力，在实际教学中学生兴趣不高，教学效果不理想。
⑷教学过程还不能围绕“职业”的目标开展各项教学活动，课程的内容与参与工作后的实际问题相互脱节，缺乏有机的结合，没有体现课程为专业服务的基本原则。
⑸课堂教学大多采用传统的“黑板+粉笔”教学手段，课堂教学的信息量受到一定的限制，教学体系中缺乏运用现代化的教学工具解决实际问题的内容，缺少将抽象知识转化为实际应用能力的平台。
⑹没有建立合理有效的评价体系。
针对实际教学中存在的问题，提出了改革措施。
二、以应用型人才和创新意识为核心的计算机应用类专业《离散数学》课程设计
对于课程设计这一概念的理解并不统一，归结起来有狭义和广义之分。本文指的是狭义的课程设计，它是指对某门课程的目标、内容、结构、教法及考核的组织与安排。
1.结合高职院校人才培养模式的特点设置课程培养目标、优化和整合教学内容
准确定位离散数学课程目标，是课程改革的首要任务，也是优化教学内容，选取科学有效教学方法的依据和根本。我们认为离散数学教学的三大目标是：
（1）掌握离散数学的基本理论与方法，培养抽象的离散思维能力与逻辑思维能力。
（2）为诸多计算机应用类专业后续专业课程提供支持。
（3）作为计算机应用类专业的应用与研究工具，能够解决本专业的实际问题。
我们认为，选取合理的教学内容是保证完成教学目标的根本。教师在选取教学内容上应从学生实际出发，兼顾专业与应用，形成具有自身特色的教学大纲和教学内容。离散数学具有很强的应用性，特别是对于计算机应用类专业，更是有明确固定的应用领域。因此，在教学过程中应采取“实用为主”的原则，根据计算机应用类各个专业的人才培养方案，调整课程结构，组合课程体系，优选课程内容。首先，离散数学还是一门数学课程，要突出数学的特色，即数学的符号化、形式化、抽象性、严密性及逻辑性特点，使学生学后能提高离散抽象思维与逻辑思维能力。其次，对计算机应用类专业的学生来说还应解决专业领域中出现的问题，在教学中注重从理论知识、基本概念、实践应用等多角度、全方位的介绍离散数学与其他后续课程之间的关系，让学生了解、领略离散数学在后续课程和本专业中的重要作用，如数据结构、操作系统、编译原理、数据库原理和人工智能、形式语言及自动机、数字逻辑等都离不开离散数学。代数结构是研究关于运算及其规则的学科，代数方法被广泛应用于可计算性与计算复杂性、密码学、网络与通信理论等；图论为数据结构和数据表示理论等奠定了数学基础和描述方法。图论中的通路与回路，为研究操作系统中是否存在死锁问题提供理论依据。支配集、覆盖集与近年比较热门的无线传感器网络研究有着密切的联系。不仅离散数学的基本思想、概念和方法广泛地渗透在计算机科学与技术的各个领域，而且其基本理论和研究成果更是全面而系统地影响和推动着计算机科学与技术的发展。
2.综合利用多种教学方法
教学方法的改革是提高教学质量的重要保证。离散数学课程的特点是定义多、定理多、公式多，内容抽象，逻辑性强，教学时数又少，传统的教学模式己越来越难适应这种大容量、少课时的教学要求。只有采取新的符合教学规律的教学方法、教学模式，将现代教育技术充分而有效地应用于教学之中，才能在有限的教学时间中，增加单位时间的信息量。传统教学手段和多媒体教学有其各自的优势和不足，应互补而非对立。如离散数学中大量的概念、公式和定理，若由教师板书，势必占用很多时间，学生也会产生倦怠感，借助于多媒体手段就可以使教师有更多的时间进行讲解。然而，作为一门数学课，如果教师只坐在操作台前，缺少了共同的解决问题过程，学生的思维能力就形成不了，这也是一种失败。因此，如何将传统的教学方法与现代化教学手段恰当的结合，做到优势互补是我们进行教学改革的一个新课题。高度的抽象性和严密的逻辑性，是离散数学的两个显著的特点，它决定了离散数学教学不仅应注意传授知识，更应注意培养学生的抽象思维和逻辑思维。多媒体辅助教学的优点是形象、具体，但当教学中需要培养学生的想象能力、抽象能力和逻辑推理能力的时候，若用屏幕上有限的“形象”代替了学生更接近数学本质的“想象”，用屏幕上个别的“具体”取代了学生的数学“抽象”，用屏幕上的快速推导，取代了板书教学中边写边想、师生互动的逻辑渐进过程，也许反而减弱对学生的能力的训练。所以，在采用多媒体课件教学的过程中，一定要配合黑板板书，并灵活采用启发式、发现式、讨论式等多种教学方法，即应针对教学内容采取与之相应的教学方法和手段，这样才能发挥各种教学方法的综合功能，取得最佳的教学效果。
3.建立合理有效的评价体系
由于高等职业技术教育的性质和培养目标所决定，高职数学教学质量评价标准不能等同于普通高等教育。检验高职办学质量如何的最终标准，要看培养的学生能否适应市场、受市场欢迎，因而数学教学质量评价标准，要根据所学的知识是否符合岗位所需要的标准，所学的知识是否在未来的工作中用得上、用得好来制定，使数学教育评价体系更具科学性和实用性。因此，采用形式多样的考试形式以及教学评价方式应该是整个教学改革不可缺少的环节。在教学评价中加大应用能力的考核比例，避免造成高分低能的现象。我们可以建立严格，详实的考核标准，在学期之初发给学生，让学生了解数学教学的考核标准，知道自己该怎么做，如何做。
我们将学生成绩考核标准分为三部分：“30%平时测评+30%基础能力测评+40%应用能力测评”。30%平时测评是对学生学习过程的考核，包括学习态度、学习纪律、上课出勤、上课回答问题、课堂练习、平时测验、课后作业完成等情况。30%基础能力测评是对学生数学基本能力的测评。它主要考查学生对数学基本概念的掌握和理解，对公式、性质、定理的运用与理解，考核学生基础知识的掌握情况，这部分考核采用期末闭卷考试形式，限时完成。40%应用能力测评是开放式考试成绩。可以口试和笔试结合、采用做大作业和让学生写小论文等形式。它主要考核学生应用数学知识解决实际问题的能力。为防止抄袭,教师对该项考核完成优秀的学生论文、报告还要进行答辩，再做出最后的成绩评定。
这种考核评价方式能充分体现高职数学教学“以应用为目的，重视创新，提高素质”的原则，而且能够给学生一个综合的评定，是由单纯数学理论知识的考核转变为知识、能力和综合素质的考核。
离散数学教学的最终日的是为计算机应用类专业的学生提供必需的数学基础，如何开好此门课程，是摆在我们面前的一个现实问题，涉及到课程目标的准确定位、优化和整合教学内容、综合利用多种教学方法、建立合理有效的评价体系等诸多方面。
参考文献：
[1]何中胜.《离散数学》教学中的问题分析与对策研究[J].高等理科教育，2007，(75).
计算机硬件类专业范文3
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:
[1] 教育部计算机科学与技术专业教学指导分委员会.关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见[J].中国大学教学, 2005(5):11-18.
[2] 邹逢兴.关于创新“计算机硬件技术基础”课程教学的实践和思考[J].计算机教育,2004(2):81-84.
计算机硬件类专业范文4
关键词： 《计算机组成原理》 硬件实践教学 课程体系 教学方法 工程化实践教学
在我国大多数高校的计算机课程教学中，《计算机组成原理》作为一门重要的理论和硬件基础课程，其中的实践环节（硬件实践实验）占较大的比重。目前，不少高校的计算机专业在《计算机组成原理》的理论教学和实践实验中普遍存在“重软轻硬”现象[1]，使得学生对计算机组成的理论和硬件的结合理解流于表面，特别是在理论和硬件实践教学中，教学内容和硬件实验设备严重落后于当前工业界的最新技术发展，使得培养出的学生严重不符合社会企业的需求，即无论是在理论理解方面，还是在硬件实践方面，都不足以承担计算机硬件方面的设计与开发工作。因此，如何适应工业界对毕业生理论和实践能力不断增强的需求，改革《计算机组成原理》及相关课程体系，提高计算机理论和硬件教学水平，提高学生对理论的理解和实践动手能力已成为当前高校计算机专业教学面临的重要课题。
1.当前《计算机组成原理》课程教学存在的主要问题
当前，我校在计算机类、电子类、物联网类、软件工程类专业均开设了《计算机组成原理》课程，理论教学内容、目标基本一致，但硬件实践教学存在问题，主要表现在以下三个方面：
（1）偏重理论教学，忽视或轻视硬件实践教学，硬件实践课时被迫删减。
在《计算机组成原理》课程中，理论是基础，但是要深入理解计算机基本原理及体系结构等理论必须结合硬件实践[1]。但是硬件实践实验教学由于培养目标、培养方案、教学大纲及硬件实践教学设备等，很多高校普遍在计算机专业的教学中轻视硬件实践教学的建设，理论教学占很大比重，总学时确定后，硬件实践教学课时只能被迫删减，以至于无法保证硬件实践教学的质量，导致学生学习硬件知识和动手实践的积极性不高，最终的结果就是理论和实践相分离，理论知识没有深入的理解，实践能力没有得到很好的培养。
（2）理论和实践教学内容陈旧，课程计划没有与时俱进。
当前，大多数国内高校的计算机类专业，硬件系列课程均包含如下课程：《数字逻辑电路》、《计算机组成原理》（《计算机组成与结构》）、《微机原理及接口技术》、《计算机体系结构》等。这些课程开设选用的教材大多内容相近，部分理论仍停留在5年甚至10年以前，知识陈旧，与当前工业界的实际应用脱节，和现代快速发展的计算机硬件研究和开发技术形成明显的差距。比如有的硬件课程教学中以74181等淘汰的部件芯片为教学模型，即使学会也只能在课堂上用到，对将来的工作没有什么作用，直接导致对学生缺少吸引力，教学效果不甚理想。另外，这一系列硬件相关课程之间重复的知识点较多，在课程系列安排计划上缺乏统一性和合理性。
（3）硬件实践教学环节不够重视，缺少工程化设计和开发能力及创新能力的培养。
现代计算机硬件设计和研发均已采用软件和硬件设计相结合的方式，并大量使用优秀的工具软件进行开发和仿真，以及使用硬件开发板进行验证和优化。在实际教学中，由于硬件实践教学比理论和软件仿真实验教学要复杂得多，因此很多教师在教学过程中仍沿用过时的软件仿真和硬件实验方法，并且学生在学习过程中除了进实验室外，在日常学习中无法进行硬件实验或为硬件实验做足够的准备。另外，目前大多数高校计算机专业的硬件实验设备仍停留在“插线板”时代，只能让学生手动连接铜线进行简单的验证性和基础性实验，如要进行相关创新能力培养的实验，其复杂度过高，绝大多数学生无法完成。
2.《计算机组成原理》课程建设和改革的具体措施
（1）引进计算机硬件的现代设计和研发技术，培养学生的工程化研发能力。
《计算机组成原理》课程一大部分教学内容围绕CPU的各个部件展开，但现有的教学内容严重落后于现代工业芯片研发技术。为跟上时代的步伐，我们引进当下大多数企业采用芯片研发流程和设计语言和工具。具体而言，针对CPU的各个部件教学，我们引进Logisim[2]和Verilog[3]教学，以仿真的方式向学生展示如何设计选择器、加法器、寄存器、存储器、控制器等部件，以及这些部件间如何组合及连接。在此基础上，我们进一步加入单周期MIPS[4]CPU工程化设计方法的教学，介绍如何组合选择器、加法器、寄存器、存储器、控制器等部件以构成简单但功能完善即能完成基本加减、移位、分支、跳转等功能的单周期CPU。
为进一步提高学生的工程化硬件实践能力，还引进Xilinx公司的FPGA开发板，加入如何使用FPGA开发板的实验教学内容，并指导学生把已完成的MIPSCPU设计下载到FPGA上，以真实的硬件实验验证自己的设计，并对现有的设计做相应的优化。
（2）加强理论和硬件实践教学的结合，提高学生对理论的理解和对硬件实践的能力。
在《计算机组成原理》课程教学中，理论和硬件知识是相辅相成的，但目前计算机教学中普遍偏重理论讲解，硬件实践仅仅是验证性实验，其对理论的深入理解并无多大帮助。特别是理论知识对学生来说是一个个单独的知识点，彼此之间不能够贯通起来加深对计算机整体硬件系统的理解[5]。比如，学生学习了选择器、寄存器、加法器、存储器等理论知识，但不知道如何使用Verilog等硬件编程语言在FPGA等开发板上实现这些部件。另外，学生在学习CPU控制部件理论后，无法用现有的老旧芯片如74181等把CPU各个部件组合起来，只能依赖现成的已把CPU各个部件组合连接好的硬件开发板，不了解如何用Verilog等硬件编程语言直接把CPU的各个部件组合以构成完整可运行的CPU。因此，在《计算机组成原理》教学中应注意理论和硬件实践开发间的结合，使学生掌握更完整的理论知识和硬件实践能力，通过硬件实践提高其对理论的理解，通过理论学习指导硬件实践实验，提高其计算机系统理论和硬件协同能力。
（3）调整计算机硬件系列课程的教学内容，优化课程体系和课程间的衔接。
为适应新加入的Logisim、Verilog、XilinxFPGA开发板等教学内容，我们适当调整计算机硬件系列课程之间的教学内容。比如对《数字电子技术基础》课程，经过学院硬件教学团队的协商沟通，适当加入Logisim，Verilog等硬件编程语言的教学内容，并在部分实验中加入Logisim和Verilog语言实现部分电路。在《汇编语言程序设计》课程教学中，针对MIPSCPU设计，加入MIPS汇编语言的学习。在实验安排中，加入适当的MIPS汇编练习。总而言之，为了适应新的教学内容和方法，加强硬件系列课程体系结构建设，完善教学计划，对硬件系列课程如《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，既避免知识点的重复教学，又加强课程间教学内容的衔接，保证计算机硬件教学的连续性和完整性[6]。
（4）探索硬件系列课程教学方法，提高教师团队的整体教学水平。
为加强计算机硬件系列课程教师团队的协调沟通和建设，使相互关联课程的授课教师有更多的合作和协作，定期开展硬件系列课程的教研活动，从整体上协商计算机硬件系列课程的教学，逐步形成一支由具有较高教学科研水平的教授领衔，并搭配有一定数量的副教授和讲师的计算机硬件系列课程教学团队[5]，从而保证计算机硬件系列课程建设的连续性。
为了充分发挥青年教师的主观能动性，我们积极改革传统的教学方法，借助扬州大学的网络教学平台，积极探索研究性教学，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的任务，并引导学生在网络教学平台上参与讨论和解决任务，使得学生在讨论和交流中解决问题，并逐步引导学生深入理解和掌握教学内容。该教学方法可以大大提高大部分学生的主动性、积极性及团体合作能力。此外，在网络教学中注重和学生的在线交流和互动，通过论坛交流和答疑、在线任务测试等多种手段，促进学生的彼此交流和学习，提高课堂教学效率。
（5）丰富教学资源建设，引进企业培训和提高教师实践教学能力。
在引进新的教学内容的同时，依托扬州大学网络教学平台，对《计算机组成原理》课程的教学资源如Logsim、Verilog参考资料、教学课件、教学视频、硬件实践实验指导资料、习题等全部加入网络教学平台，构建丰富的网络教学资源[6-7]，使得学生的学习不受时间和空间的限制，在课堂教学以外的时间根据自己的实际情况合理安排课程学习。
另外，围绕课程建设和教学内容的改革，我们积极联系相关硬件研发企业，邀请其到学校直接对学生进行指导。例如Verilog硬件编程语言学习和使用经验分享、XilinxFPGA开发板的使用讲解和现场指导，并且根据企业实际研发需求，向学生进行针对性的授课和指导。
3.结语
《计算机组成原理》课程具有很强的理论性、实践性和实用性，其中CPU相关的知识涉及本科和研究生各个层次，如何让该课程不再仅仅停留在理论知识的学习是该课程建设和改革必须解决的问题。通过引进符合工业界当前流行技术的教学内容和方法，积极引导学生通过自学和合作，接触当前最新的硬件编程语言、硬件设计软件和FPGA开发技术，并尝试调动学生学习的主动性，培养实践动手能力，让学生更好地协作、沟通，从而提高学生对理论知识的理解和硬件实践的能力。另外，近几年我院通过对计算机专业硬件系列课程进行优化和改革，解决硬件系列课程之间缺乏沟通、相互独立、知识点重复或者缺乏衔接等一系列问题[4]，加强硬件系列课程间的联系，保证计算机硬件系列课程间的连续性和完整性。
参考文献：
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[2]Logisim.https：///wiki/Logisim.
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[4]斯威特曼.MIPS体系结构透视.机械工业出版社，2007.
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[7]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.
基金项目：
国家自然科学基金青年基金（编号：61502412），项目负责人，01/2016-12/2018。
江苏省自然科学基金青年基金（编号：BK20150459），项目负责人，07/2015-06/2018。
计算机硬件类专业范文5
【关键词】计算机硬件；课程体系；教育改革
1计算机类学科的专业特点
1．1知识更新速度快
计算机技术发展十分迅猛，使用的范围也比较广泛。其范围有科学计算、文字信息处理、多媒体技术、工业把控等多个方面。计算机的种类根据不同的使用方式主要划分为单片机、个人计算机、工业控制机和大型计算机等。计算机技术的大量使用和迅速发展，这就需要高等学校在进行教学的时候，适当的传递新型的信息技术，让学生能够更好的适应社会。当然还是要以不增加课时数量为基础，进行针对性的教学改革，这样才可以保证在课程体系中融入新的知识内容。
1．2知识体系关联紧
计算机学科的专业基础课和专业课主要划分为软件课程和硬件课程。不但软件、硬件课程之间存在一定的联系，软件和硬件之间关系也十分密切。在现在多种多样的课程中，很多课程之间都有内在的联系。现在很多教材为了保证内容的完整性，把和专业有关但是联系不紧密的内容融合在教材中，使得很多课程内容出现重复的情况。这样就会使得学时过于紧张，这样不但阻碍了学生的积极性，还对教学效果的融合性造成了阻碍。
1．3动手能力要求高
计算机使用具有一定的实践性，不论是在进行软件学习，还是在进行硬件学习，都需要利用实践来认识和理解学习的关键内容。如果只是重视教学理论，而不注重学生的实践性，这样就会阻碍教学质量的提升。如果学生不会操作，就不能深入理解知识的实际意义。所以在课程内容安排的过程中要表现其实践性。如果理论知识较多，并且没有其实际价值，就让使用技术方面的课时白白浪费，从而阻碍教学水平的提升。
2高职硬件教学改革的措施
2．1调整课程体系
教学效果模型R=f(T，S，B)中的三个要素分别是T(Teacher)也就是老师，S(Student)也就是学生以及B(Bridge)就是我们所熟悉的中介。在这里中介主要是指教学内容和实际的教学模式，像是教学方式、教学技术、教学组织形式等。其中的教学质量R(Result)需要教学活动中的老师、学生和中介的相互配合，从而有效的提升学习质量。根据这个模型，我们可以构建一个计算机学科课程系统中介模型，也就是B=f(H，S，A)，这里面的硬件课程H(Hardware)、软件课程S(Software)和动手能力A(Application)三个元素之间也有密不可分的关系，彼此相互影响。学生在学习软件课程的时候需要硬件知识的配合，在学习硬件知识的时候还要掌握软件是怎样对硬件造成影响的，只有学生熟练的把握这些课程知识之后，才能够熟练的使用软件和硬件知识，从而研究和设计出更多的具有创造力的产品。现在的问题主要集中在，计算机专业的学生对硬件课程、实践操作能力和创新能力方面存在一定的问题。
2．2有机融合课程
转变课程系统的直接方式就是对课程内容进行相应的调节。并且把技术比较落后的或是使用数量比较少的内容从课程体系中去掉或是缩减，把一些联系紧密的课程进行有效的融合，把一些新型的技术内容及时准确的融入到课程体系中去。通过这样的方式可以让教学过程更加的顺畅，进一步提升教学质量，并且还可以用更多的空间来填补新的科学技术到课程系统中去。
2．3加强动手能力
实践操作能力的培养是计算机类专业学生所必备的因素之一。针对软件课程和硬件课程中的实践操作能力来说，两者之间是存在差别的，在学习软件课程的时候，因为很多学生都有自己的电脑，因此在进行学习的时候，感兴趣的学生可以进行实践操作。但是在进行硬件学习的时候，需要给实践操作相对应的环境和设备支撑，如果在课程安排的过程中忽视了这方面的内容，学生只是学习一些乏味的理论知识，没有进行针对性的操作训练，就会让学生对硬件课程丧失兴趣和热情。因此在课程体系中需要加强实践操作方面的能力，而且还要安排相对应的实验设备和相对应的场地。有的学校把实践的部分从理论课程中分离出来，单独设立课程。
3高职教学改革的实践
3．1教材改革是教学改革的基础
针对上面的改革方式，我们在实践训练的时候，第一步要对教材进行改革。通过研究计算机的学科特征，并且以《电路分析》、《模拟电子技术基础》和《数字电路技术基础》几门课程的内容为基础，编写出适合改革潮流的教材。在编写教材的时候，把一些所占空间较多、学生不容易理解的、计算机专业运用比较贫乏的内容进行抽象的讲解，只是对其中的概念进行简单的介绍。再者就要把有些内容进行融合，例如把电源的内容融入到二极管的使用中，对相关内容进行分析;有的内容介绍的是新型的科学技术，像是数字电路中很多都是以大规模的电路为主要案例进行分析。
3．2现代教学手段是教学改革的措施
(1)构建讨论区。在网络课件中构建“在线论坛”，学生可以根据自己的实际情况，在论坛中表述自己对一些问题的看法和意见，或是利用论坛来解决学生中遇到的困难，也可以更加深入的探索一些问题。并且老师也可以通过论坛更加深入的了解和把握学生的实际状况和思想变化。(2)构建聊天室。“聊天室”是为了实时的处理问题或是进行问题的讨论，在“聊天室”中同学可以针对一些问题进行讨论，老师还可以使用聊天室进行问题的处理。站在使用的层面上来看，有的公式不容易进行详细的表述，这也是网络课件在以后急需要进行完善的地方。(3)科学合理的使用多媒体技术，多媒体技术是展现课程内容的主要方式。在电路中有很多内容和语言是传统媒体不能展现的。学生在理解方面存在一定的难度性，为了帮助学生更好的处理具有难度性的知识内容，可以利用flas把抽象的概念更加的具体化。
4结语
高职教学改革的工作时间较长、范围较广，尤其是随着科学技术的迅猛发展，教学改革也在不断的变化，还需要不断的吸取和总结经验，这样才能保证教学改革的合理进行。
参考文献:
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［2］黄勤，唐丹，李楠等．融计算思维于"计算机硬件基础"课程的改革［J］．电气电子教学学报，2015(1):8～11．
计算机硬件类专业范文6
关键词：数字逻辑;实践教学;课程体系;实验创新
中图分类号G642.423;TN79+1 文献标志码A doi:10.3969/j.issn.1672－4550.2016.02.037
数字逻辑课程是电子信息类专业的基础必修课，是各个专业的入门硬件课程，在课程体系中起着支撑作用。数字逻辑课程的主要内容是数字逻辑电路的分析与设计，分为组合逻辑和时序逻辑两个主要部分［1］。由于课程的主要理论知识都是在硬件电路的基础上进行讲解的，因此数字逻辑课程实验是课程教学的一个重要环节，只有有了有效的实践环节才能保证理论知识的真正掌握，让学生能够灵活地进行数字电路的设计和分析。
1计算机专业数字逻辑课程的特点
对于计算机专业来说，数字逻辑课程是计算机组成原理、系统结构、嵌入式系统等课程的先导课，有着很重要的基础支撑作用［2］。相对于其他电子类专业来说，数字逻辑课程在计算机专业的课程体系、教学内容和实验环节上有着自身的特点。
1.1数字逻辑是整个课程体系的基础之一
传统的计算机专业课程体系的层次分为计算机专业基础类课程、计算机软硬件理论基础类课程和计算机应用技术类课程［3］。该层次是按照课程的内容和应用来划分的。从目前比较强调计算机系统能力培养这一角度出发，计算机课程可分为计算机系统基础课程、重组内容的核心课程和侧重不同计算系统的若干相关平台应用课程［4］3个层次。不管是传统的层次还是系统能力培养的角度，数字逻辑都是一门基础课程，被放到课程体系的重要位置。从课程内容和应用来说，数字逻辑以离散数学为理论基础，是计算机硬件系列课程的入门和起始，向后衔接了计算机组成原理等课程;从系统层次来说，数字逻辑是计算机底层系统具体实现的基础，为计算机软硬件系统理论提供底层硬件支持。
1.2数字逻辑以计算机硬件设计为目标
计算机专业教学不仅仅要求学生会使用计算机，还要求能够理解计算机系统硬件的工作原理，并能够设计计算机系统。这是计算机专业区别于其他专业的一个主要特点。因此，数字逻辑课程的教学是以计算机硬件设计为目标的，实验教学过程中也会比较偏向计算机相关部件的介绍，比如算术逻辑单元ALU、寄存器堆的设计、状态机等，为后续计算机组成原理课程提供基础［5］。
1.3以系统设计为主的教学以及实验内容层次跨度大
数字逻辑课程安排的内容从基本的门电路到复杂的系统设计都有所涉及，课程内容以及实验安排都有着比较大的跨度，要求学生能够理解基本的电路理论知识，更重要的是能够设计和分析数字电路。在具体的教学和实验过程中，门电路的内部构成，比如三极管如何工作等内容，并不作为主要的介绍对象，只需要学生了解即可;而高层次的电路系统设计则被作为一个重要内容，如何分析和设计这些电路是课程和实验主要关心的内容。1.4数字逻辑是理论和实践结合的课程数字逻辑课程的主要内容是介绍一些具体的数字电路，包括组合逻辑电路和时序逻辑电路，其理论知识都有着实际对应的硬件电路实现。因此，数字逻辑是一门实践性很强的课程，如果没有实际的动手操作过程，是很难更好地理解课程中的理论知识的。
2数字逻辑实验教学
由于实验是数字逻辑课程不可或缺的组成部分，各高校的数字逻辑课程基本上都安排了相应的实验教学内容，根据具体情况不同，所使用的实验模式、实验技术和实验内容有所不同。
2.1实验模式选择
传统的实验模式是使用具体的实验硬件设备，学生通过在具体硬件设备上操作来完成实验内容。目前，国内有很多高校和厂家都有相应的实验设备。另外一种实验模式是采用虚拟化的方案，利用计算机仿真、虚拟现实等技术对实验教学内容进行模拟，从而达到降低实验教学成本，提高教学质量的目的［6］。目前，国内有很多所高校都在进行这方面的尝试［7］。它可以通过网络完成远程教育、网络教学的实验教学任务［8］。通过虚拟化实验可以解决实验经费、实验设备不足等问题，并且实验更新也比较方便快捷，但是虚拟化实验有着比较严重的问题:学生对具体硬件电路没有切身体会，缺乏直观印象;虚拟实验很难准确地仿真实际硬件工作情况，比如毛刺的产生、按键的抖动等;通过模拟，学生难以对硬件进行调试，无法培养他们的实际操作能力。对于数字逻辑课程的学生而言，因为是初次接触硬件，对硬件还没有直观的了解，缺乏切身体会，所以实际的硬件操作是非常必要的。在课程实验中，我们选择了传统的实验模式，使用具体真实的硬件实验设备，强调实际动手操作的过程，帮助学生更好地建立起硬件的概念，同时作为辅助，实际硬件实验之前，使用仿真软件进行实验的模拟，提高实验的效率。
2.2实验技术与设备
目前，国内高校的数字逻辑实验教学中使用的硬件设备主要采用两种方式:1)传统的使用小规模通用逻辑器件，比如74系列的芯片进行电路搭建拼装实验，要求学生按照实验内容根据给定的芯片进行逻辑设计［9］。这种方式需要学生设计并实际动手连接电路，同时使用仪器进行调试，有着很好的亲身体验过程。通过这一过程可以很好地提高学生的操作和调试能力，但是由于是给定的芯片，学生的设计受到一定的限制，限制了自由发挥的空间。2)采用可编程芯片进行实验。在EDA软件平台上使用硬件描述语言进行数字电路的设计，由EDA工具自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作［10］。使用这一方式可以使学生摆脱传统方式中繁琐的物理连线与查错，同时逻辑设计及实现有了更自由地发挥空间，可以进行更高层次的设计。但是这一方式由于主要是在软件上进行设计，使学生缺乏对实际硬件电路的直观认识，并不利于学生动手能力的培养。这两种方式各有优缺点，第一种方式是第二种方式的基础，只有有了实际的硬件直观印象和动手能力，才能更好地进行第二种方式的设计。因此，在实际的实施中，所使用的实验设备上既保留了小规模的电路搭建实验，也引入了可编程实验。
2.3实验部署
在具体的实验安排部署上，主要遵循从易到难，从门电路到复杂电路的设计规律，实验内容也分为组合逻辑和时序逻辑两个方面，都会有加法器、计数器等经典实验内容。所安排的具体实验内容和具体实验操作有一定的差别，采用实际硬件设备的一般会安排仪器使用和门电路特性实验，采用可编程器件的都会安排一些设计性比较强的实验内容。
3数字逻辑实验实施
在数字逻辑课程实验教学中，针对学生的学习层次和兴趣，结合计算机专业特点和课程需要，我们对数字逻辑实验的课程体系、实验内容等进行了一系列的改革和探索，实验教学过程强调层次化教学，强调创新能力和系统能力培养。
3.1课程体系
在课程体系上，设置了不同的实验和理论课程，如图1所示。开设了数字逻辑实验课，将实验从理论课中分离出来，形成一门独立的实验课程。该课程依托于理论课程，专注于数字逻辑的基础实验内容，要求所有的本科生都必须选修，通过该课程可以帮助学生夯实数字逻辑基础，为今后的专业课程，如计算机组成原理等课程学习打下基础。在理论课程的设置中，为了满足学生对数字逻辑的不同需求，设置了两个不同层次的课程，一门是数字逻辑课程，为传统的教学内容，满足基本的专业教学需要;另一门课程是数字逻辑设计课程，针对那些对硬件设计感兴趣的学生，不仅包含了数字逻辑的内容，而且增加了很多课程设计，需要学生投入较多的精力，完成一些复杂的实验内容。这两门课程在教学计划上是并列的，学生只需要选修一门即可。
3.2实验设置
基于上述课程设置，在实验内容的设置上各门课程有着各自的需求和特点，下面主要介绍各课程的实验安排与实验设备。3.2.1数字逻辑实验数字逻辑实验课程是学生的必修环节，也是学生的第一门硬件实验课程。在实验教学中主要强调基础实验内容和实际动手操作能力，培养学生科学的实验方法和良好的实验习惯，因此，在实验安排上设置了很多插接线路的内容，要求学生使用仪器进行硬件调试，在实验过程中掌握一般的数字电路设计和调试方法;同时也设置了一部分可编程器件实验，让学生接触一些先进的硬件设计方法。实验内容安排如表1所示。实验设备采用我们自行设计的硬件设备，如图2所示。该硬件设备整合了小规模通用逻辑器件的连线实验与可编程逻辑器件实验，采用了方便简捷的连线方式，结构简单明了、操作方便、实用性强，非常适合于进行数字逻辑基础实验。该实验设备保留了74系列芯片的实验内容，让学生通过实际搭接电路对硬件操作有直观认识，同时要求学生在实验预习时使用仿真软件对设计的电路进行仿真。在连线方式上放弃了以往面包板连线的方式，采用成品连接端子和连接孔，不需要学生再进行剥线，线路连接起来也更加方便。我们在实验设备上加入了可编程逻辑器件，实验教学中也引入了相应的实验内容，要求学生使用可编程器件完成通用逻辑器件的实验，体会两种设计方式的区别。3.2.2数字逻辑数字逻辑课程是传统的理论课程，适用于所有的本科学生，由于已经有了数字逻辑实验课程，因此课程只安排了一个课程设计“彩灯创意无限”。该课程设计是一个创新创意实验，要求学生使用发光二极管或灯阵完成一个有可展示度的设计［11］，强调设计的创意。在课程设计中，学生可以使用实验设备上提供的点阵，也可以自己制作电路板。学生通过彩灯实验，完成了很多精彩的实验，如贪吃蛇、数字魔方、3D立体图形等。3.2.3数字逻辑设计选修数字逻辑设计课程的学生大部分都对硬件设计有兴趣。课程除了更深入的理论课程教学以外，课程的后半时段专门安排为实验课，让学生进行一些复杂的数字电路实验设计。在实验过程中也是采用具有更大规模可编程逻辑器件的实验设备，如图3所示。该实验设备为远程硬件统一平台［12］，有着丰富的资源和接口，可以让学生有很大的设计自由度。在具体的实验教学中，先期安排几个简单的、基本的实验内容，包括点亮数字人生、VGA显示、键盘输入，主要目的是让学生熟悉实验设备。然后，将学生分组进行课程设计实验，具体实验内容是学生自主设计的，要求他们充分发挥自己的创造性和想象力，完成一个较大规模的数字电路设计。在实验过程中，包括选题、方案设计、具体实验各个方面，都需要教师进行针对的指导，以便引导学生顺利地完成实验设计，因此实验教师的工作量较大。通过这几年的实验教学，学生完成了很多创新性的内容，比如图像识别、音频播放、游戏、智能车等，使学生的硬件设计能力得到了显著的提升，同时，课程也深受学生的欢迎。
3.3实验教学效果
在实验教学的改革和探索中，根据学生的特点对学生进行不同层次的培养，在数字逻辑实验课程中巩固了基础内容，在数字逻辑设计课程中对有兴趣的学生进行更高层次的培养，在数字逻辑课程中通过创意实验来提高学生对硬件的兴趣，实验教学的整体水平得到了提高。通过几年的教学，学生的计算机硬件设计能力和学习兴趣都有了普遍的提高，对于后续课程的帮助是很大的。在计算机组成原理课程中，学生反映数字逻辑课程的实验对他们完成组成原理课程实验起到了很大的作用，尤其是选修了数字逻辑设计课程的学生在以后的实验中更显得游刃有余。
4结束语
数字逻辑是一门实践性很强的课程，在计算机专业的课程体系中占据着重要的基础地位，课程的教学和实验有着计算机专业的特点，因此，我们在实验教学过程中需要不断地探索和改革，通过不同的课程实验适应学生的需求，从而更好地衔接后续的专业课程，形成一个系统的实验教学体系，培养学生的计算机系统综合能力。
参考文献
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