有關(guān)計算機(jī)硬件基礎(chǔ)論文
計算機(jī)教學(xué)是高校教學(xué)中不可缺少的重要部分,然而目前很多計算機(jī)教學(xué)都相對較為落后,并且不能適應(yīng)社會對人才的基本需求,因此還需要對計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程進(jìn)行改革,從而更好的適應(yīng)社會發(fā)展的基本需要。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的有關(guān)計算機(jī)硬件基礎(chǔ)論文，供大家參考。
有關(guān)計算機(jī)硬件基礎(chǔ)論文范文一：“計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”創(chuàng)新教學(xué)研究
摘要：在深入分析“計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程在傳統(tǒng)授課模式下所呈現(xiàn)的一些現(xiàn)狀后，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段以及教學(xué)方法三個方面提出了一些切實可行的創(chuàng)新理念與創(chuàng)新方法，并逐步應(yīng)用于實際教學(xué)中，對于提升學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)能力起到了一定的效果。
關(guān)鍵詞：創(chuàng)新教學(xué);電子示教板;5-4-3方法
作者簡介：崔靜(1982-)，女，河北阜平人，軍械工程學(xué)院信息工程系，講師;李寧(1982-)，男，河北衡水人，軍械工程學(xué)院訓(xùn)練部，講師。(河北 石家莊 050003)
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079(2013)08-0041-02
一、創(chuàng)新教學(xué)的內(nèi)涵
“計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”是一門基礎(chǔ)性課程，其主要依托8086系統(tǒng)機(jī)，重點講述了8086CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、存儲器組織特點以及相應(yīng)接口芯片工作原理。由于課程理論性較強(qiáng)，內(nèi)容難度較大，在授課過程中學(xué)員經(jīng)常會出現(xiàn)枯燥厭煩的情緒，因此如何提高學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)員的實際動手能力就成為了每一名授課教員亟待解決的問題，而要解決這些問題的根本途徑就是創(chuàng)新教學(xué)。
當(dāng)前，教學(xué)過程中所能采用的教學(xué)方法和教學(xué)手段十分豐富且都較為成熟，因此筆者認(rèn)為本文所理解的“創(chuàng)新教學(xué)”并不僅僅拘泥于在“教”的方法、手段和內(nèi)容上不斷探索，尋求突破，同時應(yīng)兼顧于“學(xué)”，特別是對于基礎(chǔ)類課程的教學(xué)，如何通過將現(xiàn)有的各種教學(xué)方法手段有機(jī)結(jié)合充分調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和主動性，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量，并同時拓展學(xué)員的知識能力和素質(zhì)，這才是課程創(chuàng)新的最終落腳點。而實現(xiàn)這一目的的最有效途徑就在于結(jié)合課程自身特點不斷完善教學(xué)全過程的科學(xué)謀劃和總體設(shè)計。
因此本文在充分分析實際授課過程中存在的一些問題后，以具體的講解內(nèi)容為例詳細(xì)闡述創(chuàng)新教學(xué)在計算機(jī)硬件課程中的應(yīng)用。
二、課程授課方式的現(xiàn)狀
1.教員始終占主導(dǎo)地位
傳統(tǒng)授課常表現(xiàn)為“你寫我記，你講我聽，你出題我解答”的模式，過多強(qiáng)調(diào)教員的主導(dǎo)作用，結(jié)果教員在課堂上從始講到終，力求把所有知識點都灌輸給學(xué)員。一節(jié)課結(jié)束，教員講得筋疲力盡，學(xué)員聽得迷迷糊糊，效果自然不佳。盡管結(jié)合了豐富的多媒體手段，但是在課堂上仍會出現(xiàn)學(xué)員分神、打盹的現(xiàn)象。出現(xiàn)這些情況的根本原因在于，學(xué)員始終處于被動模式，一直充當(dāng)著觀眾的角色，沒有真正融入到一節(jié)課當(dāng)中。因此如何提高學(xué)員的學(xué)習(xí)能動性則成為了創(chuàng)新教學(xué)的首要目的。
2.課程設(shè)計平鋪直敘
計算機(jī)類課程不同于數(shù)學(xué)、物理等課程，沒有較強(qiáng)的邏輯性，因此在內(nèi)容講授中通常都是按照以基礎(chǔ)知識為起點，由淺到深，由現(xiàn)象到本質(zhì)，一步一步解決問題的步驟來進(jìn)行內(nèi)容的安排。
比如在講“可編程定時器/計數(shù)器芯片8253”時，往往第一步講芯片的功能，第二步講芯片的引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，第三步講芯片的編程，這種授課順序?qū)τ谥R的傳授順理成章，但是知識點之間的銜接顯得過于生硬，內(nèi)容編排沒有任何懸念，使學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中沒有形成明顯的問題鏈，容易失去學(xué)習(xí)的熱情和積極性。因此如何巧妙合理地設(shè)計一節(jié)課的知識內(nèi)容也成為了教學(xué)創(chuàng)新中不可忽略的。
3.學(xué)員課堂參與度低
在目前的教學(xué)過程中，學(xué)員實際參與的環(huán)節(jié)也僅限在課堂上回答教員的提問。雖然教員也會給學(xué)員布置課下的預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)任務(wù)，但是并非所有的學(xué)員都以積極的態(tài)度來完成這些任務(wù)，甚至有的學(xué)員抱著得過且過的思想對待課下的相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)。長此以往，課堂上不能吸收消化的知識在課下又不去認(rèn)真揣摩、研究，這勢必造成舊知識沒有消化、新知識又不能吸收的窘境，從而造成學(xué)員的學(xué)習(xí)態(tài)度日漸消極，學(xué)習(xí)效果差強(qiáng)人意。因此如何幫助學(xué)員克服思想上的惰性，使其能夠認(rèn)真對待預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)員理解與吸收所學(xué)的知識，也成為了創(chuàng)新教學(xué)需要思考的問題。
三、創(chuàng)新教學(xué)在課程中的體現(xiàn)
1.創(chuàng)新教學(xué)的設(shè)計理念
開展創(chuàng)新教學(xué)的首要任務(wù)是有明晰的創(chuàng)新理念。創(chuàng)新理念的根本目的是為了更好地促進(jìn)“教”與“學(xué)”之間的互動，因此理念的提出既要滿足實際需要又要對學(xué)員的未來發(fā)展有所幫助。基于上述考慮，本文將“四個充分結(jié)合”的理念融入到了計算機(jī)硬件課程中。
第一，理論教學(xué)與實踐演練充分結(jié)合。通過學(xué)習(xí)該課程，對學(xué)員的最終培養(yǎng)目標(biāo)并不僅是掌握相關(guān)理論，更應(yīng)側(cè)重于在理論基礎(chǔ)上的實踐應(yīng)用，真正做到學(xué)以致用。
第二，教員講授與學(xué)員自學(xué)充分結(jié)合。教員在“授業(yè)、解惑”的同時更應(yīng)做到“傳道”。通過引導(dǎo)，讓學(xué)員在自主學(xué)習(xí)的過程不斷啟發(fā)思考、總結(jié)規(guī)律、掌握方法，達(dá)到“授之以漁”的目的。
第三，調(diào)動熱情與硬性要求充分結(jié)合。并非每名學(xué)員都會認(rèn)真自覺地投入課程學(xué)習(xí)，因此，在采用多種教學(xué)手段、方法增強(qiáng)課程自身吸引力的同時，還要通過提出硬性要求激勵、引導(dǎo)學(xué)員開展學(xué)習(xí)。
第四，知識傳授與素質(zhì)培養(yǎng)充分結(jié)合。綜合素質(zhì)的高低是衡量人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，而課程教學(xué)作為人才培養(yǎng)的主渠道，不應(yīng)僅局限于講授課程內(nèi)容本身，還應(yīng)為提升學(xué)員的綜合素質(zhì)創(chuàng)造條件。
2.創(chuàng)新教學(xué)的具體實施
(1)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新。為了改變平鋪直敘的授課內(nèi)容，活躍課堂氛圍，在每節(jié)課的內(nèi)容編排上教員都應(yīng)精心組織，盡量使本堂課內(nèi)容生動而具有懸念，能調(diào)動學(xué)員積極思考。下面就以“可編程定時器/計數(shù)器芯片8253”為例詳細(xì)說明教學(xué)內(nèi)容如何實現(xiàn)創(chuàng)新。
第一，巧妙引入教學(xué)內(nèi)容。對于8253芯片，在學(xué)員看來這是一個全新而陌生的芯片，因此對于芯片的引入，筆者就以2008年奧運會中一組經(jīng)典鏡頭——“歷史的足跡”為例來引入。在這組鏡頭中，通過計算機(jī)定時控制燃放29枚煙花，形成29個足印，每一個足印以恒定的速率向會場中心移動，預(yù)示著中國將成功舉辦此次奧運會?？赐旰喍痰囊曨l后，教員可以向?qū)W員提出問題：29枚煙花是如何實現(xiàn)定時燃放的?用什么技術(shù)可以實現(xiàn)定時控制?由于這組鏡頭學(xué)員大都比較熟悉，因此對于提出的問題不僅容易理解而且將會產(chǎn)生濃厚的興趣，教員可借此機(jī)會提出定時器的概念。 第二，合理設(shè)置懸念情節(jié)。在引入了8253芯片后，教員可以直接向?qū)W員提出假設(shè)，即用8253實現(xiàn)對煙花燃放的定時控制，引起學(xué)員對8253芯片的強(qiáng)烈興趣。教員進(jìn)而采用倒推的方式，以8253的工作原理為起點，在講述原理過程中逐步引入8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳等相關(guān)基礎(chǔ)知識，這樣就在離散的內(nèi)容之間增加了緊密的邏輯關(guān)系，整個課堂氣氛不再是沉悶平淡。
第三，豐富多彩的課后小結(jié)。在所有知識點講解結(jié)束后，最終教員要進(jìn)行內(nèi)容小結(jié)，小結(jié)的形式嘗試脫離以前常規(guī)的總結(jié)模式，而以一個仿真模擬軟件取而代之。比如可以利用本節(jié)課知識模擬8253的簡單工作過程，最終實現(xiàn)煙花的定時燃放。如圖1所示。
(2)教學(xué)手段的創(chuàng)新。在硬件課程的學(xué)習(xí)中，由于所講的知識比較抽象，學(xué)員總覺得有些芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看不到、摸不著，不能深入理解相關(guān)知識點。這時，教員在授課中可提供一些類似描述芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“電子示教板”，讓學(xué)員根據(jù)自己的理解可以動態(tài)地在示教板中進(jìn)行操作，自行將所學(xué)的芯片知識在示教板中靈活運用。如圖2所示。這對于激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣、鞏固基礎(chǔ)知識發(fā)揮了重要的作用。
(3)教學(xué)方法的創(chuàng)新。教學(xué)創(chuàng)新的根本目標(biāo)是提高學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)員在快樂與興趣中不斷探索知識、解決問題，最終提高其自身的綜合能力素質(zhì)。因此在實際教學(xué)中除了在客觀上不斷提升課程的吸引力外，比如教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)手段的創(chuàng)新，同時還應(yīng)該在主觀上對學(xué)員進(jìn)行激勵與督促，目的是讓大多數(shù)學(xué)員都能夠積極參與到課程中來?；谶@個思路，筆者將一種使學(xué)員具有較高參與度的教學(xué)方法引入到了硬件課程中，這種方法簡稱為“5-4-3”法，具體描述如下：
“5”即課堂前5分鐘。主要針對上次課布置的課后作業(yè)以隨機(jī)抽點的方式對學(xué)員進(jìn)行檢查，并解答學(xué)員的有關(guān)疑問。
“4”即課堂中間的4分鐘。主要針對上次課布置的自學(xué)預(yù)習(xí)任務(wù)，以隨機(jī)抽點的方式安排學(xué)員進(jìn)行講授。對于講授的內(nèi)容，教員應(yīng)精心安排，內(nèi)容既不能太難，這樣會打擊學(xué)員的積極性，但也不能過于簡單。最好是讓學(xué)員能通過以前所學(xué)的舊知識，再結(jié)合預(yù)習(xí)的新知識最終將布置的任務(wù)順利完成，這樣就達(dá)到了知識點之間承前啟后的目的。
“3”即課堂后期的3分鐘。在基礎(chǔ)知識基本講解完的基礎(chǔ)上，教員可以設(shè)計一道思考題讓學(xué)員思考討論，這對于拓展學(xué)員的思維能力起到了一定的作用。
四、小結(jié)
本文從實際教學(xué)出發(fā)，結(jié)合課程中具體的“可編程定時器/計數(shù)器8253芯片”分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段以及教學(xué)方法三個方面提出了一些切實可行的創(chuàng)新理念與創(chuàng)新方法。這些方法的綜合運用在實際運用中發(fā)揮了一定的作用，學(xué)員的整體學(xué)習(xí)效果有了顯著提高。
參考文獻(xiàn)：
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有關(guān)計算機(jī)硬件基礎(chǔ)論文范文二：高校計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程教學(xué)探索
摘要：在計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程中開展了“口袋實驗室”的探索。為學(xué)生提供軟硬件資源，在課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，提高了教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：軟件基礎(chǔ);教學(xué)探索;高校計算機(jī)
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324(2014)42-0165-03
一、引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程已經(jīng)成為了理工科專業(yè)學(xué)生的必修課程，它的綜合性和實踐性強(qiáng)，是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。該課程是硬件和軟件相結(jié)合的一門課程，在硬件設(shè)計方面，達(dá)到能設(shè)計接口電路的水平;在軟件開發(fā)方面，培養(yǎng)學(xué)生使用匯編語言或者C語言進(jìn)行程序設(shè)計的能力，達(dá)到能編寫接口程序和設(shè)備驅(qū)動程序的水平。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計算機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)和工作原理，更重要的是使學(xué)生掌握硬件電路設(shè)計與應(yīng)用開發(fā)能力，培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識解決實際問題，因此課程的實踐性非常強(qiáng)。
二、計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問題
由于該課程教學(xué)內(nèi)容比較抽象，知識點多，學(xué)生普遍反應(yīng)不好學(xué)，學(xué)習(xí)起來缺乏興趣，這樣就更加大了該課程在教學(xué)上的難度。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(一)在教學(xué)方法方面
傳統(tǒng)的教學(xué)方法基本以教師講授為主，學(xué)生大多只是被動地接受。由于課程涉及的概念多、專有名詞多、接口芯片多，理論基礎(chǔ)復(fù)雜，往往使初學(xué)的學(xué)生感覺入門較難。計算機(jī)的接口設(shè)備之間通常使用匯編語言編程，而該語言屬于低級語言，編程復(fù)雜，比C語言等高級語言更難掌握，單純理論講授使學(xué)生難以理解，會使學(xué)生覺得枯燥無味，失去學(xué)習(xí)的興趣。由于該課程的邏輯性和完整性強(qiáng)，計算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)，不同的CPU采用的指令各不相同，而指令系統(tǒng)又是匯編語言程序設(shè)計的基礎(chǔ)，指令掌握不好，就會給編程帶來困難，各部分知識銜接緊密，一環(huán)扣一環(huán)，因此，學(xué)生必須全面地掌握各個知識點，否則將會嚴(yán)重地影響學(xué)習(xí)效果。該課程還有一個特點就是硬件電路圖多，接口芯片應(yīng)用舉例多，包括各種芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖、時序圖、硬件電路圖等，接口芯片的應(yīng)用不僅僅要設(shè)計硬件電路，而且要編寫應(yīng)用程序，畫出程序流程圖等。
由于硬件學(xué)習(xí)的難度較大，因此在學(xué)生中普遍存在重視軟件忽視硬件的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種傾向的原因是多方面的：一方面是硬件課程掌握起來花費的時間多，個別學(xué)生存在急功近利的錯誤認(rèn)識等;另一個重要的方面是硬件系列課程的教學(xué)改革力度不夠，使得目前的教學(xué)方法無法與飛速發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)接軌，無法滿足學(xué)生獲取新知識的需求。
(二)在教學(xué)內(nèi)容方面
計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程基本上都是以微機(jī)或者單片機(jī)為藍(lán)本來學(xué)習(xí)計算機(jī)原理，教材內(nèi)容覆蓋面大。課程往往是以8086/8088、80386或是80486微機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，首先講不同類型微機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)以及對應(yīng)的指令系統(tǒng)，然后是基于該系統(tǒng)的匯編語言程序設(shè)計，最后是各種接口芯片的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。但是由于理論學(xué)時有限，在教學(xué)過程中只能夠選擇一種微型機(jī)芯片或者是某種型號的單片機(jī)進(jìn)行教學(xué)，為了適應(yīng)微型計算機(jī)系統(tǒng)的飛速發(fā)展，必須改革教學(xué)內(nèi)容，既要強(qiáng)化基礎(chǔ)知識，又要加強(qiáng)對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng);既要把典型的微型計算機(jī)原理和架構(gòu)傳授給學(xué)生，又要把計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的最新水平和狀況介紹清楚，使學(xué)生能夠舉一反三、觸類旁通，通過學(xué)習(xí)一種典型的芯片達(dá)到對同類芯片的普遍認(rèn)知，從而具備獨立自主的學(xué)習(xí)能力。其次，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，微型計算機(jī)更新?lián)Q代頻繁、新產(chǎn)品和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，硬件基礎(chǔ)教學(xué)中的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性、前沿性的矛盾比較突出。當(dāng)今的微型計算機(jī)已經(jīng)從原來的32位全面進(jìn)入64位。而現(xiàn)在的教學(xué)中還是以16位微機(jī)為基礎(chǔ)的。因此，該課程內(nèi)容顯得繁雜難學(xué)，跟不上時代。
教學(xué)內(nèi)容的改革主要思想是要增加對現(xiàn)代微型計算機(jī)系統(tǒng)的介紹。在常規(guī)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增加現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)中的新技術(shù)、新應(yīng)用和新方法，如USB總線技術(shù)、高速緩存Cache技術(shù)、多核技術(shù)、高性能計算機(jī)、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等知識的介紹，以32位微機(jī)的典型代表80486和Pentium作為基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，選用教材也應(yīng)該反應(yīng)這種變革，同時兼顧64位微機(jī)的介紹。這樣既開闊了學(xué)生的視野，讓學(xué)生能更深入地理解軟、硬件結(jié)合設(shè)計系統(tǒng)的方法，又能增強(qiáng)學(xué)生將來就業(yè)的競爭性。
(三)在實踐教學(xué)方面
由于計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程是一門實踐性非常強(qiáng)的課程，只有通過實踐才能真正地理解其中的知識點，使學(xué)生不僅知其然，而且知其所以然。當(dāng)今社會提倡創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，學(xué)生如果不通過動手實踐，只是死記硬背書上的理論，無法達(dá)到教學(xué)的目的。但是，由于實踐教學(xué)中存在的實驗設(shè)備不足、方法單一，實驗內(nèi)容不能達(dá)到學(xué)生能力培養(yǎng)的目的，再加上知識點多，學(xué)生的學(xué)習(xí)時間有限，忽視對實驗結(jié)果的深入分析和理解，導(dǎo)致部分對實踐教學(xué)內(nèi)容失去興趣，往往難以把實驗的內(nèi)容應(yīng)用在后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作中。因此，當(dāng)前的實踐教學(xué)無法培養(yǎng)學(xué)生必要的設(shè)計、創(chuàng)新能力，無法使學(xué)生感受到所學(xué)知識的應(yīng)用價值，有必要在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行能力培養(yǎng)的擴(kuò)展。以為國家培養(yǎng)合格人才為目標(biāo)，重視實踐教學(xué)的作用，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，把實踐教學(xué)放到和理論教學(xué)同等重要的地位。
現(xiàn)在的硬件基礎(chǔ)實驗多為驗證性實驗，缺乏綜合性實驗和設(shè)計性實驗。學(xué)生往往是照抄書上的程序，然后在實驗設(shè)備上運行來觀察運行結(jié)果，沒有充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，更無法提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)獲取知識的能力，因此教學(xué)效果不理想。目前大，多數(shù)高校計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程都是采用某種類型芯片的實驗箱進(jìn)行，而這些實驗箱提供的實驗內(nèi)容為固定模塊化的組織形式，學(xué)生只需要連接較少的導(dǎo)線，輸入現(xiàn)成的程序就可以完成實驗，由于實驗內(nèi)容和方法的局限性，學(xué)生處于被動接受的地位，從而使學(xué)生無法發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性。
三、基于“口袋實驗室”的實踐教學(xué)新模式
以往學(xué)生做硬件類實驗都必須在硬件基礎(chǔ)實驗室里進(jìn)行，用到的實驗器材包括面包板、電源、萬用表、示波器等，但是由于實驗儀器陳舊、老化，實驗內(nèi)容落后于技術(shù)的不斷發(fā)展。而且由于學(xué)生人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于實驗設(shè)備數(shù)，往往是幾個學(xué)生一組做一個實驗。甚至有時候由老師將實驗過程和結(jié)果向?qū)W生展示，而學(xué)生得不到充分的應(yīng)用實驗設(shè)備的機(jī)會。隨著新技術(shù)的發(fā)展，目前的小型硬件開發(fā)板已經(jīng)可以通過USB接口連接到電腦上，再配合圖形界面的閃存編程器和調(diào)試工具等就能完成硬件基礎(chǔ)實驗，讓學(xué)生的實驗不再局限于在傳統(tǒng)的實驗室進(jìn)行。 國內(nèi)一些高校已經(jīng)開始推行“口袋實驗室”的教學(xué)創(chuàng)新，口袋實驗室是將名片大小的實驗板卡發(fā)到每個學(xué)生的手上，裝在口袋里可以隨身攜帶，隨時操作，在完成各種基本實驗的基礎(chǔ)上，激發(fā)學(xué)生的興趣，發(fā)揮學(xué)生的獨創(chuàng)精神。清華大學(xué)、華中科大、浙江大學(xué)等國內(nèi)名牌高校已經(jīng)開始大力推行口袋實驗室的實踐和創(chuàng)新，其他高校也緊隨其后。比如，華中科技大學(xué)電信系的150名學(xué)生每人拿到了德州儀器(TI公司)捐贈的一塊能揣進(jìn)口袋，僅有名片大小的LaunchPad開發(fā)板，學(xué)生可以在寢室、圖書館等地輕松做實驗。清華大學(xué)學(xué)生則獲得了Xilinx公司捐贈的Spartan 3開發(fā)板。浙江大學(xué)的學(xué)生以分組的模式開展，每個小組使用一塊開發(fā)板。為使學(xué)生真正掌握所學(xué)內(nèi)容，不設(shè)實驗室實驗，學(xué)生分組后發(fā)給實驗板和軟件，課下自行安排，不設(shè)統(tǒng)一的作業(yè)，由分組學(xué)生自行討論后制定設(shè)計課題，以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和積極性。不設(shè)筆試性考核，進(jìn)行全部學(xué)生參加的各組自選課題大作業(yè)演示和答辯，期末的答辯和演示成為教和學(xué)的最好檢查。國內(nèi)其他一些高校也開始了口袋實驗室的創(chuàng)新嘗試，使用的開發(fā)板大多以Xilinx，Altera公司的FPGA板卡為主。
借鑒其他高校的成功經(jīng)驗，我們在計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中開展了“口袋實驗室”的創(chuàng)新研究，按照方案制定、授課實踐、形成結(jié)果、總結(jié)推廣的步驟實施。其中，方案的制定需要決定硬件開發(fā)板的選型和配套開發(fā)軟件，由于FPGA芯片具有靜態(tài)可重復(fù)編程以及動態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)的特性，可以像軟件一樣通過編程來修改硬件的功能。學(xué)生可以通過硬件描述語言完成各種數(shù)字電路到高性能CPU的設(shè)計。使用FPGA還可以縮短設(shè)計時間，特別是當(dāng)電路有少量改動時，F(xiàn)PGA的優(yōu)勢更加突出，因此，采用FPGA芯片進(jìn)行口袋實驗室的選型優(yōu)勢較為明顯。與開發(fā)板配套的軟件資源豐富，并且要提供豐富的實例以供學(xué)習(xí)分析。除了給學(xué)生提供硬件開發(fā)板和配套的軟件以外，編寫基于FPGA的硬件實驗參考教材供學(xué)生學(xué)習(xí)參考。開發(fā)板的管理采取學(xué)生分組借用的方式，建立損壞賠償機(jī)制，促使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)。學(xué)生可以選擇在宿舍、機(jī)房、實驗室等場合進(jìn)行實驗。
在實驗內(nèi)容的設(shè)計上分為三個類型，驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗。緊貼硬件基礎(chǔ)課程的理論教學(xué)過程，要求學(xué)生完成存儲器設(shè)計實驗，I/0中斷實驗、輸入輸出接口實驗、A/D和D/A實驗等基本理論實驗。并且及時更新實驗內(nèi)容，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，為學(xué)生開展自主創(chuàng)新活動提供條件。為此，可以將多個獨立的驗證性實驗內(nèi)容組合成一個綜合實驗的方式來實現(xiàn)，如將5255并行芯片、8254定時器及8259的中斷實驗，綜合成一個由中斷及定時器控制的彩燈循環(huán)顯示電路的綜合設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力和獨立工作能力。還可以利用當(dāng)前應(yīng)用廣泛的PCI、USB線以及Windows驅(qū)動程序編寫等內(nèi)容，要求學(xué)生分組進(jìn)行設(shè)計課題的制作，設(shè)計課題由學(xué)生自選題目，該題目可以與每年進(jìn)行的全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽項結(jié)合，以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和積極性。對于綜合性和創(chuàng)新性實驗，學(xué)生需要撰寫實驗報告，總結(jié)個人實驗的結(jié)果和體會，通過實驗報告的撰寫可以培養(yǎng)學(xué)生對科技活動的總結(jié)能力，科技論文的寫作能力。并且采取課堂匯報的方式，由學(xué)生講解、演示，教師提問的方式進(jìn)行考核。學(xué)生通過課題設(shè)計熟悉用語言實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的多種方法，學(xué)會工程調(diào)試的基本思想，理解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的整體概念，體會團(tuán)隊合作的重要性。使學(xué)生具有了一定的軟硬件開發(fā)能力，還可以讓學(xué)生了解當(dāng)前計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，接受新的設(shè)計思想和方法，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力，可以更好地適應(yīng)今后的工作和學(xué)習(xí)，達(dá)到良好的實驗效果。
四、結(jié)束語
計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的課程。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，課程的內(nèi)容也產(chǎn)生了很多新的元素，這就要求改進(jìn)傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式以適應(yīng)素質(zhì)教育和鼓勵創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求?；诳诖鼘嶒炇业挠嬎銠C(jī)硬件課程教學(xué)模式可以在學(xué)時數(shù)有限的約束條件下，為達(dá)到較好的教學(xué)效果提供支持，體現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的新思路。解決計算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程重理論、輕實踐的弊端，改善硬件類課程實驗設(shè)備不足、教學(xué)力量薄弱的瓶頸，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力。
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