淺談?dòng)?jì)算機(jī)硬件系列課程體系改革論文
1 計(jì)算機(jī)硬件系列課程體系的構(gòu)建
近年來(lái), 微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)得到迅猛發(fā)展, 主要體現(xiàn)在:
。1)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從IBM PC /XT 發(fā)展到奔騰;
。2)計(jì)算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)的緊密結(jié)合, 使嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到飛速發(fā)展, 也使得嵌入式片上系統(tǒng)SoC 獲得廣泛應(yīng)用;
。3)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的快速發(fā)展, 使得電子線路的設(shè)計(jì)、分析和仿真試驗(yàn)更加便捷、高效, 出現(xiàn)了許多針對(duì)不同應(yīng)用層次的EDA 軟件;
。4)軟件技術(shù)的快速發(fā)展, 使得電氣與自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域中的大量數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等工作更為方便, 算法實(shí)現(xiàn)更為容易。
為此, 筆者以嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用為最終目標(biāo), 建立完整的電氣與自動(dòng)化專業(yè)計(jì)算機(jī)能力培養(yǎng)體系為宗旨, 構(gòu)建了計(jì)算機(jī)硬件系列課程體系。在該系列課程體系中, 以“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”為基礎(chǔ)主干部分, 以其它幾門課程為應(yīng)用和提高部分, 形成一套系列化的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)體系。該系列課程從體系結(jié)構(gòu)上劃分為三個(gè)層次:基礎(chǔ)層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層
在該三層體系結(jié)構(gòu)中, 基礎(chǔ)層為“數(shù)字電子技術(shù)”課程, 該課程雖然在教學(xué)體系上不屬于計(jì)算機(jī)硬件系列課程, 但它是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ), 是必修的前續(xù)課;在系統(tǒng)層中, 以“ 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”課程為主, 輔之以配套的“計(jì)算機(jī)接口實(shí)驗(yàn)” 和“計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)”兩門實(shí)踐性課程, 是硬件系列中最重要的課程;應(yīng)用層中, 主要以嵌入式技術(shù)為核心, 設(shè)置了“單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)” 、“DSP 實(shí)用技術(shù)”以及“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)” 課程, 且每門課程都配有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。
2 改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系
計(jì)算機(jī)硬件系列課程建設(shè)的一個(gè)重要目的是:使電氣與自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生在學(xué)好計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)的前提下, 掌握一些重要的新概念、新知識(shí)和新技術(shù), 達(dá)到掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用知識(shí)的較先進(jìn)水平。為了使學(xué)生在學(xué)過(guò)該系列課程后具備較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)能力, 在該系列課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上體現(xiàn)出基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性和先進(jìn)性, 既要重視計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)內(nèi)容, 又要結(jié)合當(dāng)今電子與計(jì)算機(jī)的`最新發(fā)展。為此, 我們對(duì)系列課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系進(jìn)行了改革創(chuàng)新。
。1)“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)
組成與結(jié)構(gòu)、掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用方法等方面為學(xué)生打下基礎(chǔ), 也為后續(xù)專業(yè)課程的應(yīng)用提供了必不可少的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)。
該課程在優(yōu)化原有基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上, 增加了高檔微機(jī)系統(tǒng)涉及的部分內(nèi)容, 形成由三大模塊組成的課程體系:
、倩灸K, 主要以16 位8086 為背景組成的微機(jī)系統(tǒng)作為核心內(nèi)容, 這樣可以保持較長(zhǎng)的穩(wěn)定教學(xué)時(shí)間, 確保教學(xué)內(nèi)容的相對(duì)穩(wěn)定性和基本教學(xué)質(zhì)量;
、谔岣吣K, 重點(diǎn)以Pent ium 處理器為核心內(nèi)容的, 以跟上新技術(shù)發(fā)展的速度。主要講解CPU 的保護(hù)模式、Pentium 處理器的結(jié)構(gòu)、超標(biāo)量流水線體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)和虛擬存儲(chǔ)器、以及現(xiàn)代PC 機(jī)的總線技術(shù)等等;
③應(yīng)用模塊, 以微機(jī)接口技術(shù)為主要內(nèi)容, 包括中斷技術(shù)概念、Pentium 處理器的中斷機(jī)理、典型接口芯片的工作原理及應(yīng)用。課程教學(xué)既保留了國(guó)內(nèi)目前廣泛采用的16 位微機(jī)系統(tǒng)的基本內(nèi)容, 又緊跟了時(shí)代的發(fā)展, 使教學(xué)體系具有先進(jìn)性和實(shí)用性。
。2)“單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)”是一門實(shí)用性和應(yīng)用型很強(qiáng)的課程。原來(lái)只介紹MCS — 51 系列單片機(jī)的原理及其應(yīng)用。隨著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛, 筆者增加了嵌入式系統(tǒng)部分的內(nèi)容, 使學(xué)生對(duì)當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用有所了解。從課程體系上由單片機(jī)原理、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)概述三大模塊組成。
(3)“DSP 實(shí)用技術(shù)”課程面向嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域(各種自動(dòng)化儀器儀表、控制系統(tǒng)等), 構(gòu)建基于DSP 的高性能嵌入式測(cè)控系統(tǒng)。教學(xué)內(nèi)容包括TMS320C2000 系列DSP 原理、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,通過(guò)理論講授、實(shí)驗(yàn)教學(xué), 使得學(xué)生掌握先進(jìn)的DSP 技術(shù)及其應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。
。4)“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程主要從拓寬學(xué)生的知識(shí)面, 提高學(xué)生的應(yīng)用能力和工程能力出發(fā), 介紹下列主要內(nèi)容:
、貳DA 技術(shù)的基本概念與方法;
、诳删幊踢壿嬈骷幕窘Y(jié)構(gòu)與原理;
③VHDL 語(yǔ)言的元素和基本描述方式;
、茈娮釉O(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件平臺(tái)MAXPLUS II 的使用介紹;
、輸(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法;
、迶(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用實(shí)例。
3 改革課堂教學(xué)模式和教學(xué)方法, 提高教學(xué)質(zhì)量
計(jì)算機(jī)硬件系列課程教學(xué)內(nèi)容多, 技術(shù)發(fā)展快,而各課程學(xué)時(shí)數(shù)緊張, 這就要求我們的課堂教學(xué), 不僅要跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿, 不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系, 而且要采用新的教學(xué)模式, 使學(xué)生更多、更好地掌握相關(guān)的知識(shí)和技能, 以提高教學(xué)效率。
(1)在課堂上力求采用啟發(fā)式、互動(dòng)式教學(xué)方法在課堂上教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容, 特別對(duì)一些難點(diǎn)部分, 不斷地以啟發(fā)方式提出問(wèn)題、設(shè)置疑難, 使學(xué)生在思考中獲得知識(shí)。同時(shí)增加與學(xué)生的互動(dòng)性,通過(guò)不斷提出問(wèn)題、回答問(wèn)題, 引導(dǎo)學(xué)生積極思考,調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性, 加深對(duì)問(wèn)題的理解。
。2)采取多種教學(xué)形式, 加強(qiáng)學(xué)生能力的培養(yǎng)對(duì)有些課程內(nèi)容教師先講要點(diǎn), 然后可設(shè)計(jì)幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題, 啟發(fā)學(xué)生思維, 讓學(xué)生課后精心準(zhǔn)備,在此基礎(chǔ)上組織討論, 由教師最后進(jìn)行歸納總結(jié)。而對(duì)于一些以原理為輔、記憶和應(yīng)用為主的內(nèi)容, 則可采用以學(xué)生自學(xué)為主、教師精講、學(xué)生多練的教學(xué)方法。
(3)運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段, 提高教學(xué)質(zhì)量
教學(xué)手段是完成教學(xué)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的的重要教學(xué)媒體, 在教學(xué)過(guò)程中靈活使用多種教學(xué)手段。由于計(jì)算機(jī)硬件系列課程中涉及的各類硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 課程內(nèi)容多, 學(xué)生不易理解, 因此開(kāi)發(fā)了硬件系列相關(guān)課程的CAI 教學(xué)課件, 充分利用計(jì)算機(jī)的多媒體功能。通過(guò)動(dòng)畫(huà)技術(shù)、動(dòng)態(tài)模擬、圖形等手段,幫助學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容, 增大課堂信息量, 提高教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)以課件為基礎(chǔ), 開(kāi)發(fā)硬件系列課程網(wǎng)站, 以作為課程教學(xué)的輔助手段。
4 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革創(chuàng)新
計(jì)算機(jī)硬件系列課程的重要特點(diǎn)之一是工程性、實(shí)踐性很強(qiáng), 因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。學(xué)生只有通過(guò)足夠的實(shí)驗(yàn)操作和一定數(shù)量的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn), 才能加深理解和掌握相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù), 初步具備計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力。
。1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革
每門課在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上都分為三個(gè)層次:驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。這里:
、衮(yàn)證性實(shí)驗(yàn):難度較低, 以現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為主, 實(shí)驗(yàn)程序往往是現(xiàn)成的;
、谠O(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn):要求學(xué)生在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上掌握部分電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方法;
、劬C合性實(shí)驗(yàn):要求學(xué)生具有多方面的知識(shí), 注重所學(xué)理論知識(shí)的綜合應(yīng)用。
。2)實(shí)驗(yàn)方式的改革
在實(shí)驗(yàn)方式上分為三種:基本實(shí)驗(yàn);開(kāi)放性實(shí)驗(yàn);課程設(shè)計(jì)。其中:
、倩緦(shí)驗(yàn)包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);
②開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好、學(xué)有余力的學(xué)生, 提供開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的條件。結(jié)合老師的科研, 布置一些與實(shí)際工程應(yīng)用有關(guān)的設(shè)計(jì)性、研究探索性或綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)任務(wù);
③課程設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn), 使學(xué)生能有效地將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際中。
5 結(jié)束語(yǔ)
構(gòu)建合理的計(jì)算機(jī)硬件課程體系, 對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ), 提高學(xué)生在本專業(yè)領(lǐng)域綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力至關(guān)重要。通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件系列課程體系建設(shè)及系列課程的教學(xué)改革實(shí)踐, 完善了課程體系, 改革了各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié), 在教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面做了許多工作。隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展, 計(jì)算機(jī)硬件課程建設(shè)和教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期不懈的工作, 需要不斷完善。
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