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探索計算機硬件類課程實踐教學改革論文
我校的計算機硬件類課程包括“計算機硬件技術基礎”、“微機原理與接口技術”和“單片機/嵌入式系統(tǒng)設計”等，它是計算機基礎教育的核心課程，更是自動化、仿真等以電為主專業(yè)的重要必修基礎課。近年來，我們結合本校的人才培養(yǎng)實踐和國家級精品課程“計算機硬件技術基礎”建設，對計算機硬件類課程實踐環(huán)節(jié)教學進行改革，將實踐教學作為課程的重要內容和理論教學的延伸，建立與課程體系和課程內容改革相配套的創(chuàng)新型實踐教學體系，并在此基礎上，進一步探索實驗室建設和改革。
1.實踐教學體系改革
我校是國內最早按課內實驗、課內課程設計和課外電子設計實踐相結合建立計算機硬件實踐教學體系的高校之一。但隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和新時期人才培養(yǎng)目標的變化，對計算機硬件類課程的理論和實踐教學都提出了新的要求。為此，我們結合本校人才培養(yǎng)實踐，對原有計算機硬件實踐教學體系和實驗內容進行不斷的完善和改革，以適應新時期創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。
1) 優(yōu)化實驗內容
一方面，針對課內實驗學時相對較少的現(xiàn)實，將課內實驗分為功能認知性和自主設計性兩類實驗。自主設計性實驗主要安排在課內時間完成，對功能認知性實驗，則在課堂上討論，鼓勵學生課外完成，以緩解實驗多和課時少的矛盾。另一方面，加強微機接口技術與各種執(zhí)行機構和傳感器的聯(lián)系，改革和完善硬件實驗內容，使之緊貼課程內容建設，具有自動化、仿真等專業(yè)應用背景。
2) 分層次和有區(qū)別開展實踐教學
我校計算機硬件類課程授課對象多，不同專業(yè)對象培養(yǎng)目標和教學要求均有所區(qū)別。為了適應不同對象教學需求，我們結合學校人才培養(yǎng)計劃，將教學對象分為電為主理工科、非電為主理工科和學歷合訓三類，在此基礎上建立分層次實踐教學體系。我們根據不同對象和專業(yè)特點，實現(xiàn)分層次和有區(qū)別地開展實踐教學。
( 1) 對非電為主理工科類和學歷合訓類專業(yè)，教學內容主要包括課內自主設計性實驗和微機接口與應用綜合設計。課內實驗、課內課程設計或課外電子設計實踐均以C 語言編程實現(xiàn)，不講授匯編語言程序設計，以滿足課時大幅減少的需求。
( 2) 對以電為主的理工科類專業(yè)，則在完成課內自主設計性實驗和微機接口與應用綜合設計的基礎上，增設一門“單片機/嵌入式系統(tǒng)設計”課程，以培養(yǎng)學生應用單片機/嵌入式系統(tǒng)等主流微機技術解決武器裝備信息化和自動化領域實際問題的能力。對課內實驗要求以匯編語言編程，但對課內課程設計和課外電子設計實踐則強調以匯編和C 語言混合編程，體現(xiàn)實際工程開發(fā)的特點。
( 3) 對課內自主設計性實驗和微機接口與應用綜合設計，不同層次教學對象的實驗內容和要求均有所不同。
3) 完善開放性實驗環(huán)境
開放型選題實驗是發(fā)揮學生主觀能動性，拓展課程基本實驗與課程設計，有效利用專業(yè)應用背景進行研究型學習的重要實踐環(huán)節(jié)我院建立了以機器人和典型武器裝備等為控制對象的創(chuàng)新實踐教學基地，支撐學生進行課外科技活動，如大學生創(chuàng)新基金項目和各級各類電子設計競賽活動等。形成一個具有自動化和仿真專業(yè)特色的，能滿足課內實驗、課程設計與課外創(chuàng)新實踐需要的計算機硬件技術綜合實踐教學體系。
4) 完善實踐教材
我們特別注重實踐教材的建設，先后編著出版了一系列在國內同領域有重大影響、體現(xiàn)素質教育創(chuàng)新教育思想的實踐教材，如《計算機硬件技術基礎實驗教程》、《微型計算機原理與接口技術實驗指導》和《微機原理與接口技術經典實驗案例集》。
2.實踐教學實施方法改革
1) 科學設計實驗內容、創(chuàng)新實驗模式通過科學設計實驗內容和合理安排實驗，形成由淺入深、由簡單到復雜、由被動模仿到主動設計的實踐模式。
我們從內容上將實驗分為基本型、綜合型和探究型三類，課內實驗主要從基本型和綜合型實驗項目中選題，課程設計則主要從綜合型和探究型實驗項目中選題。
從實施安排上，我們遵循從簡單到復雜的原則，順序漸進。對原理性和單個可編程接口芯片等基本實驗，可通過對理論和實驗教材給出的案例模仿完成，并保存實驗結果; 對多芯片綜合實驗和基于控制對象的應用型實驗，可將實驗分解成多個基于單個接口芯片實現(xiàn)的部分，并安排在前面實驗中實現(xiàn)，而后在已做實驗的基礎上層層組合來完成復雜功能。
2) 適當采用合作實驗教學模式
實踐表明，對一些實際動手能力較差的學生，學生間交流可以增加他們的自信，所以在課內實踐教學中，將能力強的與相對較差的學生分為一組，利用學生間的相互交流和幫助，實現(xiàn)以好帶差的合作模式。這種模式強調學生間的互助，而非代替他人完成，最終實驗仍需一人一組驗收完成。
另一方面，能力強的學生往往有各自的特長，在課外電子設計實踐/競賽中，將具有不同能力優(yōu)勢的學生分為一組合作攻關( 如硬件設計能力強的與軟件編程能力強的分為一組) ，可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。
3) 堅持教授和主講教師參與指導實驗
這樣做的好處是，任課教師的親歷能較快、較好且較真實地發(fā)現(xiàn)、反饋教學中存在的問題，以便及時地微調教學進度和內容安排。教授參與指導使教學實施更有的放矢，也有利于在教學實踐中不斷改革和完善實驗內容。
4) 改革考核驗收方法
我們將實踐環(huán)節(jié)與課程考核統(tǒng)籌考慮、一體化設計。具體做法是，實驗根據任務要求驗收，但不直接評價給分，而是將實驗/課程設計內容納入課程考核試卷: 從已做實驗中選取一個綜合性較強、但難度適中的實驗項目作為考試題—實驗重做題，并給出硬件、軟件均有錯誤的實驗答案，要求學生從中查找并糾正錯誤。
3.實驗室建設改革的探索
1) 不斷提升硬件實驗平臺
在實驗平臺建設上，我們以改革需求牽引，改革方案驅動，堅持教授策劃，主講教師參與，采用自制和采購相結合的模式不斷提升實驗平臺。我們自研了第一代PC 機硬件實驗平臺; 以自研定制方式，與專業(yè)廠家合作研制了第二代PC 機硬件實驗平臺、單片機控制實驗平臺; 此后根據深化教學改革的需求，進一步自研定制了第三代硬件實驗平臺。第三代平臺融合當前主流微機開發(fā)技術，支持基于PC 開發(fā)平臺，也可支持基于單片機/嵌入式開發(fā)平臺開展實踐教學，同時與各種傳感器和執(zhí)行機構緊密聯(lián)系。既可滿足計算機硬件類和控制類課程實踐教學的需求，又能支持學生進行研究性和探索性學習。
2) 將科研成果轉化為教學資源
結合我校在機器人領域和武器裝備研究領域取得的科研成果，我們構建了以機器人和典型武器裝備為控制對象，具有自動化及仿真專業(yè)應用背景的創(chuàng)新實踐教學基地。支撐學生參加以機器人為背景的各類學科競賽，從而取得了包括CCTV 機器人大賽亞軍等一系列佳績。
3) 創(chuàng)新實驗教學管理模式
結合“計算機硬件技術基礎”國家精品課程建設，進一步完善計算機硬件虛擬實驗，我們開發(fā)與實踐教學改革思路相適應的實驗室管理系統(tǒng)。實行了“虛擬實驗準備、網上實驗預約、現(xiàn)場實際動手、設備自動管理、過程自動監(jiān)控”的運行管理模式。實現(xiàn)實驗室在時間上、空間上和實驗項目上全面開放。
4.結語
我們在實踐教學改革中有如下進一步思考。
( 1) 針對自動化、仿真等非計算機專業(yè)應用計算機技術的特點，進一步加強與控制系列相關課程，如“自動控制原理”、“計算機控制技術”和“控制器件”等課程的統(tǒng)籌協(xié)調，構建控制系列和計算機硬件系列相融合的硬件實踐體系。基本設想是:結合計算機接口技術設計控制器件實驗，在“控制器件”實驗中保留一些基本原理實驗( 也可歸入微機接口基本實驗) ，而將控制器件的綜合應用結合計算機測控系統(tǒng)設計歸入“微機接口與應用綜合設計”課程完成。
在基于典型控制對象的綜合實踐教學平臺上，應用單片機/嵌入式技術、自動控制技術和計算機控制技術，實現(xiàn)基于典型控制對象的自動控制系統(tǒng)，使“單片機/嵌入式系統(tǒng)設計”與“自動化系統(tǒng)綜合設計”相融合。
上述設想實現(xiàn)，將有利于在控制系列課程和硬件系列課程教學時數(shù)普遍減少的今天，大幅提高實踐教學的時效比。
2) 結合我校頂尖人才培養(yǎng)計劃，如“錢學森班”培養(yǎng)計劃，進一步實現(xiàn)理論教學與實踐教學的融合。在條件允許的情況下，實現(xiàn)小班教學，將理論教學搬到實驗室，把實驗內容作為研討案例，使教學更形象生動，從提高學生的創(chuàng)新思維能力和實際動手能力。
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