计算机硬件课程体系整体优化的理论研究与实践探索

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摘要：计算机硬件课程体系整体优化要以培养计算机专业应用型人才为根本任务，以适应社会需求为目标，从当前课程体系的现状和存在的问题出发，通过理论研究与实践探索，提出了多项课程体系整体优化的措施，并通过阶段性成果说明了计算机硬件课程体系整体优化的切实可行性。

关键词：计算机硬件；课程体系；整体优化；应用型人才

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0036-02

根据创新型复合人才培养模式，计算机类人才必须具备三大专业能力：计算思维能力（抽象思维与逻辑思维），算法设计与分析及程序设计能力，计算机系统的认知、分析、设计和应用能力。[1]计算机硬件课程体系就是培养对计算机系统的认知、分析、设计和应用能力的教学模块。计算机硬件课程体系主要包括“电路与模拟电子技术”“数字逻辑”“汇编语言程序设计”“计算机组成原理”“单片机技术”“微机接口技术”“嵌入式系统”“计算机系统结构”等课程。大部分课程是计算机专业的基础核心课程，也是学生在计算机学科领域深入研究和发展的必备知识，其中“计算机组成原理”是全国硕士研究生入学统一考试计算机学科专业考试课程。以上充分说明了硬件课程体系在计算机专业教学中的重要性，同时也对我国高等院校的计算机硬件课程体系提出了更高的要求，因此对硬件课程体系进行整体优化和调整是当前计算机专业教学亟待解决的问题。

一、计算机硬件课程体系现状和存在的问题

1.课程体系结构缺乏系统性

硬件课程体系中的各门课程虽然教学内容不同，教学侧重点也不同，但从属于统一的体系结构，存在一定的层次衔接关系。而很多高校在设计硬件课程体系时，受传统的“重软偏硬”思想的影响，盲目加大软件类课程的教学学时，将人才培养计划中必不可少的硬件课程孤立地安排在教学计划中，忽略了硬件类各门课程之间的系统联系，不考虑内容的衔接与整体的优化。在教学过程中，教师往往只孤立地注重一门课程的完整性，不重视与其他课程相互渗透的交叉关系，不注重为学生后续相关课程打下铺垫。由于“计算机组成原理”是硕士研究生入学考试专业课程，有些高校不得不增大该门课程的教学学时，但竟没有开设该课程的前导课程“数字逻辑”。而另一门前导课程“汇编语言”甚至安排在“计算机组成原理”后教学。课程体系结构缺乏系统性，造成教学内容脱节，知识点孤立，一些课程教学内容重复，严重影响教学效果的提高以及计算机专业人才培养的质量。

2.学生的畏惧心理

硬件课程体系中的课程知识点多，理论性强，概念比较抽象。学生在学习过程中不能在掌握抽象概念的同时进一步进行应用验证。[2]而软件课程只需要一台PC机，学生就能在课后对学习内容通过编程验证，采用直观的方式完成作业和复习，充分调动起学生的学习积极性。高等院校过于重视组织学生参加各类程序设计大赛，无形中就让学生以为只要具备程序设计能力就达到了计算机学科人才的要求。因此学生对硬件课程不重视，孤立地记忆各个知识点，仅仅为了参加考试修满学分才学习，一提到硬件课程就头疼，产生畏惧心理。

3.课堂教学效果差

在硬件课程的教学中，由于教学大纲制订的不合理，教师过分依赖教材进行课堂教学。教材内容陈旧，教材的更新往往跟不上计算机硬件技术的高速发展，许多新技术新思想未能融入到课程体系中。而且现在高等院校课堂普遍采用多媒体教学方式，教师上课所用的教学课件仅仅就是教材的重复，教师的教学方法单一，纯粹为完成教学内容而教学，通过传统的讲授教学方式把知识硬灌输给学生，课堂教学内容与实际应用严重脱节，针对性不强，学生只能被动接收孤立的知识点，无法抓住硬件课程的精髓，直接影响学生学习硬件课程的积极性，最终造成学生无法对计算机系统形成一个整体的认识。

4.实践教学的误区

由于大多数高等院校由于经费不足，计算机专业实验设备的投资更偏重软件类课程，而硬件课程实验设备前期投资较大，后期的维护费用高，课程体系中的“模拟电子技术”“数字逻辑”“单片机技术”等课程由于实验设备的缺乏，更多的是将这些实验课程安排到电信系来开设，直接导致理论教学同实验教学的脱节。而“计算机组成原理”的实验也仅仅是在实验箱上完成，按照实验指导书上的连线图，学生只需要动手插上连接线，拨动几个开关，通过指示灯的亮和灭记录下结果就行了。[3]而且安排的实验全部是验证性实验，对学生理论知识的理解没有很大的帮助作用。

二、计算机硬件课程体系整体优化的探索和实践

针对目前我国高校计算机硬件课程体系的现状和普遍存在的问题，以培养“三重一高”应用型人才为导向，可以采取以下措施对硬件课程体系进行整体优化来有效地提高计算机技术人才培养的质量，符合科学发展观的人才培养模式。

1.创建“三重一高”应用型人才培养模式

“三重一高”应用型人才培养的核心思想是以“重基础、重技术、重能力、高素质”为本，创建符合科学发展观的人才培养模式。通过该人才培养模式能促进学生的全面发展，不断地提升学生的思想品德、科学文化素养、身体素质、心理健康、动手实践能力以及创新意识。在制订人才培养模式时，院校要及时关注当前社会对计算机技术人才的需求，结合高等院校的办学层次和自身特征，充分发挥出学生的特色，才能让学生有更强的社会竞争力和发展潜力。

2.优化计算机硬件课程体系结构

（1）修订教学大纲。根据人才培养模式的要求，及时修改计算机类各专业的教学计划，充分认识到计算机硬件课程体系在培养计算机技术人才的重要地位。组织承担硬件教学课程的教师理顺该课程体系中各门课程的衔接关系和内在联系，有效地整合硬件课程体系中的课程，将多门课程中重复的内容进行有机融合，重新制订各门课程的教学顺序和教学学时，避免课程教学脱节和教学内容的重复，还可以增设“硬件工程师培训”“嵌入式工程师培训”等硬件类的专业选修课程，通过分析各门课程的侧重点以及授课老师的集体交流，拟定出一套能充分体现硬件课程系统化教学的教学大纲。教学大纲中可以将技术落后以及与后续课程联系不大的内容删除，并及时将计算机硬件技术的发展前沿和最新成就补充进来。

（2）编写适用教材。根据本校的教学实际情况组织教师编写符合人才培养模式的硬件教材，在强调理论知识的同时，采用深入显出的方式分析抽象的原理，并增加学科的前沿技术，引导学生去进一步深入探讨。注重培养学生的创新意识，使得整个课程体系中的教学过程更连贯，教学效果更好；并完成与教材配套的多媒体教学课件。该教学课件不能仅仅做成是复制教材内容的PPT文档，要充分体现多媒体辅助教学的功能，要采用多种形式来演示抽象的理论知识点。比如可以利用仿真软件来动态演示辅助教学，还可以采用FLASH动画效果来加深学生对知识的理解，消除对硬件课程的畏惧心理，充分调动起学习硬件课程的积极性，学习效率更高。针对一些比较重要的硬件课程，还可以编写该课程的学习指导与习题解析，帮助学生课后自学和复习。

（3）建立教学网站。利用丰富的网络资源建立硬件课程网站，分模块将各门课程的学习资源以开放形式提供给学生，让学生在课后能及时补充学习内容，获取更多的新技术和学科的发展动向，并通过在线交流来实现师生间对一些核心知识点的探讨。学生也可以通过该网站提交作业和设计报告，并向教师提问。教师也能在该网站获取学生的反馈信息，及时调整教学进度，采用合适的教学手段和方法。

（4）建设课程试题库。为了进一步提高教学质量，科学地进行教学评价以及端正学生的学习态度，必须严格遵循人才培养模式和教学大纲，科学建立起各门硬件课程标准化的试题库。并且要动态地更新试题库，通过计算机系统自动完成整个考试过程，真正实现“考教分离”。教师在教学时必须严格遵循该课程的教学大纲，按要求将重难点讲清楚和透彻，避免考试前透题，以及改卷时送“人情分”。

（5）注重实践环节。实践环节是培养学生创新意识的最好途径，不能仅仅将实践教学作为理论教学的附属品，要切实把实践教学贯穿整个硬件课程体系当中，严格遵循实验教学大纲，编写规范的实验指导书，改革实验考核方式，引起学生对硬件实验的重视。在注重理论知识的同时，也要培养动手实践能力，提高综合素质。[4]一般硬件实验设备的投资比较大，后期的维护费用也比较高，可以建立起硬件虚拟实验室，提供给学生更多发挥创新潜能的机会。像“数字逻辑”“计算机组成原理”和“单片机技术”等课程将一部分验证类实验在实验箱上通过连线完成，设计类和综合类实验可以在计算机上用“软件”的方法来实现，采用EDA技术，应用Multisim、Proteus仿真软件、VHDL硬件描述语言，扩展学生的思维，激发学生的创新意识。同时注重培养学生的工程实践能力，充分利用实验中心的创新实验平台，鼓励学生参加各类硬件设计大赛、电子竞赛和“大学生创新性实验项目”。

（6）加强教师队伍建设。注重硬件课程体系特色教学团队建设，调整师资结构，通过引进高层次的人才，建立学科带头人、师范教师与骨干教师相结合的师资队伍。定期组织教师开展教研活动，及时发现课程体系中存在的问题，进一步地进行修改。注重教师的培训，对新进教师采用导师培养制度，并有计划地安排教师出外学习培训以及参加各种学术交流会议，能获取该学科的最新技术。鼓励教师以团队形式申报各类教学研究项目，有计划地开展教学改革。

三、结语

计算机硬件课程体系整体优化的实现要经历一个长期的过程，需要结合理论教学、实践教学、师资培训、考核方式、教学模式与手段等多方面进行优化。近两年在湖南工学院计算机信息学院推行新的硬件课程体系以来，教学团队在教学中通过不断的实践探索，采取了合理制订应用型人才培养计划、修订教学大纲、重新整合教学内容、改变传统的考试模式、加强实践教学、增设创新实验室等多项措施。从教师和学生提交的问卷调查表以及硬件课程考试成绩统计等数据来看，获得到了较好的教学效果，提高了教学质量，学生对硬件课程的学习积极性和学习效率都有了明显的提高。另外在“三重一高”应用型人才培养方面获得了比较明显的效果，学生在各类竞赛和创新实验项目成绩比较显著，就业率也得到了提高。从毕业生就业的回返调查来看，用人单位普遍认为学生的动手实践能力比较强。实践证明对计算机硬件课程体系进行整体优化，是培养应用型人才的必然要求。

参考文献：

[1]陈付龙，齐学梅， 罗永龙，等.创新能力驱动的层次化计算机硬件课程群构建与实施[J].大学教育，2013，（2）：40-42.

[2]吴卫江，赵建辉，刘博.也谈计算机硬件课程群建设[J].计算机教育，2012，（1）：28-31.

[3]唐建宇.计算机硬件课程教学中的若干问题分析与探讨[J].福建电脑，2007，（5）：188-189.

[4]胡景春，叶水生，韩旭，等.计算机科学与技术专业硬件教学实践环节的综合研究与建设[J].实验技术与管理，2010，27（3）：12-14.