摘要：通过分析地方院校计算机硬件类课程教学中存在的问题，结合地方实际和社会需求，重构了合理的硬件类课程体系，并从教学内容、教学手段、教学方法等方面，对计算机硬件类课程教学改革实践提出了一些切实可行的建议。
关键词：地方院校；课程体系；教学改革
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：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
随着计算机科学技术的发展，计算机应用领域正在不断向生产生活的各个领域扩展渗透，尤其是各种电子电器产品的智能化发展，使得近年来IT企业对计算机硬件系统设计及开发人员的需求急剧增加。然而目前大多数高校（尤其是地方院校），计算机硬件课程教学相对薄弱，培养的计算机硬件人才无论从数量还是质量上，均无法满足人才市场需求。因此非常有必要对地方院校计算机硬件类课程进行改革与实践，使其既能适应地方实际又能满足社会需求。
2 重视硬件教学
截止到2004年初，我国普通高校总数为1683所，本科学校679 所，505所开设有“计算机科学与技术”专业，是全国专业点数之首[1]；其中，这505个计算机专业中有接近一半是1994年后开办的地方新升本科院校。由于计算机专业建设的数量大、任务重、时间紧，导致专业建设者产生功利思想和短期行为。计算机硬件课程不仅难教难学，而且对于硬件设备和实验条件有较高要求，教学成本远远高于计算机软件课程教学，因此形成了计算机专业建设“重软轻硬”和师生教学“喜软怕硬”的畸形发展现象，这在经济条件和师资力量较差的地方院校中表现尤为突出。
然而计算机是由硬件和软件组成的，缺了任何一样都无法运行。不重视计算机硬件教学与科研的结果之一，就是近年来计算机软件人才相对过剩，硬件人才供不应求。另外一个结果就是，目前我国使用的计算机核心部件“芯片”几乎都是从国外大公司进口的，如联想等公司的产品，用的都是英特尔公司的“奔腾处理器”。核心器件严重依赖国外芯片制造商，这给国家信息安全造成了严重隐患。因此，我国计算机界的权威专家多次强调呼吁加强计算机硬件的科学研究和人才培养。令人欣慰的是，中科院计算技术研究所于2002年研制成功中国第一款CPU芯片“龙芯Ⅰ号” [2]，从而结束了中国人只能用洋人的CPU造计算机的历史。
3 优化教学内容
计算机硬件系列课程教学内容目前存在的突出问题有：软硬件分离，知识不能融会贯通；急功近利，理论基础不扎实；脱离实践，理论不能应用于实际；知识陈旧，远远落后于计算机硬件技术的迅猛发展。因此要从系统性、基础性、应用性和先进性等方面对硬件课程教学内容进行选取和调整，将技术已经落后或者使用较少的内容从课程中删除或压缩，将最新技术发展内容及时补充到课程体系中。
3.1 重视系统性
由于种种原因，计算机专业现有课程体系软硬件各自相对独立，综合性、系统性较差，导致学生学习各科知识后不能融会贯通，没有整机概念。然而技术的进步以及应用的需求迅速推动系统规模变得越来越大，功能实现也越来越复杂。传统的硬件教学和软件教学相分离的教学方法已经成为阻碍学生深入学习计算机的关键因素。打通计算机软硬件理论教学，设计计算机软硬件协同实验，培养学生知识的系统性和能力的综合性成为当务之急。
3.2 重视基础性
著名物理学家、诺贝尔奖获得者李政道先生曾经讲过“只有重视基础研究，才能保持创新能力”，计算机硬件课程中大部分是计算机专业基础课，因为计算机硬件支撑着计算机软件的发展，很难想象一个不懂硬件的人能开发出多么优秀的软件。因此学习硬件课程时尤其要掌握基本理论、基础知识和基本能力。
3.3 重视应用性
计算机硬件课程教学过程中，应结合目前计算机技术发展的新趋势，将课程内容与实际联系起来，使课程的应用性加强，增设应用型计算机硬件技术课程，如《嵌入式系统》、《单片机技术》、《微机控制技术》等。这些应用型课程不仅可以激发学生学习硬件课程的兴趣，而且有利于增强学生就业竞争力。
3.4 注意先进性
目前，32位机已经普遍应用于日常生活和生产活动，64位机也正得到应用和推广，但是很多地方院校计算机硬件类课程仍然以16位机作为其教学模型，32位机少有涉及。这使得教师的教学不能联系实际，学生的学习不能应用于实践。因此，在硬件技术飞速发展的背景下，硬件课程教学要注意课程内容的先进性，不能几年一成不变。
4 重构课程体系
计算机专业的硬件类课程体系涉及课程众多，而且各课程在教学中过分强调每门课程的完整性和独立性，忽视了课程之间内容的衔接和知识的整体优化，教学内容重复，教学效率不高[3]。比如中断系统、存储器系统，计算机组成原理、微机接口技术、汇编语言程序设计、计算机体系结构都有涉及但都不完整，学生在学习过程中既感觉重复，又似懂非懂。根据地方院校物质条件和师资力量，重新构建的硬件课程体系被划分为基础层、核心层和应用层三个层次，并在各个层次上将内容关联较为密切的课程进行有效的整合。
4.1 拓宽基础
计算机硬件课程的基础主要包含数学基础、物理基础和计算机基础。其中，物理基础主要包含《大学物理》、《电路分析》、《模拟电子技术》和《数字电子技术》等课程，这几门课可以以《数字电子技术》为核心进行有效整合；数学基础主要包含《高等数学》、《概率统计》、《离散数学》、《形式逻辑语言》等，其中《形式逻辑语言》可以合并至《离散数学》；计算机基础主要包括《计算机导论》、《C语言》、《操作系统》等。
4.2 确保核心
计算机硬件核心课程应该确立为《计算机组成原理》、《计算机系统结构》、《汇编语言》和《微机原理与接口技术》，由于这几门课程内容重叠较多，相互关联紧密，因此需要整合优化。其中前两门整合为《计算机组成与系统结构》，以计算机组成和系统结构的基本概念和原理为主要内容，重点介绍新型多核计算机系统的CPU、存储器、总线和I/O系统的硬件组成与工作原理，同时介绍并行计算机系统的发展趋势。后两门整合为《微机接口技术与汇编语言》，以Intel 80X86为背景机介绍汇编语言与接口技术的基础知识、原理和使用方法。
4.3 扩展应用
硬件类课程应用主要体现在嵌入式系统开发技术，主要包括单片机、ARM、DSP等技术。目前，嵌入式技术和嵌入式产品已经渗透到工业控制系统、信息家电、通信设备、仪器仪表、军事技术以及人们日常生活的各个领域。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使得嵌入式软硬件工程师成为最近以及未来几年内最为热门的职业之一。因此，作为地方新技术研究和探索最活跃的群体，地方高校应该接受嵌入式技术带来的挑战，尽快开设嵌入式系统的相关理论与实验课程，另外适当开设《Protel》、《AutoCAD》、《电子设计硬件描述语言》、《微机控制技术》、《Linux》等相关应用课程。
5 丰富教学手段
计算机硬件知识的特点是更新速度快、实践性较强，一些硬件课程不太适合以课堂教学为主的教学模式。改革计算机硬件课程教学方法和教学手段的基本原则应该是：知识的传授应当符合计算机硬件知识的特点，教学方法应当有利于培养学生的创新意识和创新能力。具体可以从以下几个方面进行改革尝试：
5.1 采用现代教育技术
由于硬件课程教学内容往往同时涉及时间和空间概念，具有较强的动态性和抽象性，难教难学。为此，需要充分运用现代多媒体教育技术，依靠教育信息资源和系统的教学方法，对硬件课程中的重点难点内容以多媒体形式进行教学设计，将静态图形变成动态图形，抽象内容变为可视内容，图文声并茂，从而起到良好的教学效果[4]。
5.2 建设硬件学科网站
学科网站的本质是一个基于网络资源的学科研究、协作式学习系统，它通过在网络学习环境中向学习者提供大量的学科学习资源和协作学习交流工具，让学习者自己收集、分析并选择信息资料，应用知识去解决实际问题。它强调通过学习者主体性的探索、研究、协作来求得问题解决，从而让学习者体验和了解科学探索过程，提高学习者获取信息、分析信息、加工信息的实践能力和培养良好的创新意识与信息素养。通过建设硬件学科网站，可以促进信息技术与硬件课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。
5.3 问题启发式教学
在课堂教学中通过巧妙设置问题，让学生去查阅资料，自主学习，然后由教师总结并讲解，进行启发教学，可以收到良好的教学效果。例如，对于容易的内容可以设置问答题，布置给学生进行自学；对于重点内容可以设置论述题，布置给学生进行课堂讨论；对于难点内容可以设置针对性的练习题，布置给学生进行课后思考。这种基于问题的启发教学模式，使学习者在问题研讨的过程中增长了知识，提高了问题解决能力，培养了创新意识。
5.4 任务驱动式教学
任务驱动式教学将传授知识为主的传统教学，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学。在教学过程中，教师根据教学目标与教学内容，设计实践任务，提供设计案例和研究工具，指导学生完成实践任务，形成设计作品，实现边做边学的教学理念。任务驱动式教学方法符合人类认知规律，注重以学生为主体，在培养学生的专业能力的同时，也提高了学生的通用能力。
6 加强实践教学
计算机硬件教育的实践性非常强。多年来，虽然计算机硬件特别是CPU的发展速度从几年一代已经发展到几个月一代，但是由于实验条件的限制，计算机硬件的实验教学却远远落后于计算机技术的发展。目前计算机硬件教学中实践教学的时间过少，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[5]。其客观原因是缺乏足够的物质条件，尤其是许多地方院校硬件实验设施匮乏陈旧，甚至不能应付基本的验证实验，更谈不上开展综合性、设计性实验以及自主性创新实验；而其主观原因是实践能力在考试评价体系中所占比例过小，实验指导教师的工作积极性不高，指导能力也有限。因此，要加强计算机硬件实验教学，就必须在思想上重视，并从实验室建设、实验师资培养以及实践能力考核等方面采取有力措施予以保证。
7 结束语
本文针对地方院校的实际情况以及硬件课程教学中出现的典型问题，构建了分层次的硬件课程教学体系，并在各层次上整合优化了课程内容，通过丰富教学手段和加强实践教学等方面的有力措施，对地方院校计算机硬件类课程教学进行了改革与实践，取得了良好的效果。
参考文献：
[1] 教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会．中国计算机本科专业发展战略研究报告[J]. 中国大学教学, 2005, (5):7-10.
[2] 唐志敏. 龙芯1号通用CPU芯片的研制[J]. 中国科学院院刊, 2002,(6):437-439.
[3] 宋人杰,周欣欣,牛斗. 计算机专业硬件系列课程教学改革探讨[J]. 东北电力大学学报. 2007, 27(5): 30-33.
[4] 白中英. 计算机组成原理[M]. 北京: 科学出版社，2002.
[5] 赵若阳, 李宁, 库少平. 计算机硬件课程体系及内容改革的思考[J]. 计算机教育, 2006,(3):47-49.