計算機硬件教案精選(九篇)
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第1篇：計算機硬件教案范文
關鍵詞：計算機軟件基礎 電子教案 RIA Flex
電子教案，是將傳統教案中的內容轉換成計算機能處理的數字信息格式后存儲于記錄介質（如磁盤、磁帶、光盤等） 中的一種形態。同其他的電子出版物一樣，在觀看閱讀時必須事先輸人計算機主機中，由顯示器輸出。目前課堂上比較流行的電子教案一般有兩種類型：PPT 教案和 WORD 教案，調研中發現在《計算機軟件基礎》課程教學當中 PPT 教案使用的比例非常高。與傳統教案相比，電子教案不僅僅是形式上的變化，而是對傳統教學手段、教學方法和教學模式的深層次變革。在教學過程中有效運用電子教案是新課程改革的必然要求、是教育現代化的必然要求、也是未來社會發展的必然要求。
《計算機軟件基礎》作為工科專業的必修專業基礎課程之一，主要介紹了程序設計語言、數據結構和軟件工程基礎知識，強調基本算法的理解和運用。傳統教學無法演示程序設計實踐和算法演示，充分利用多媒體、網絡技術發展帶來的契機，采用新的教學模式改進原來的以教師講授為主的單一課堂教學模式是課程發展的趨勢。
一、現有《計算機軟件基礎》電子教案開發中存在的問題
軟件復用是一種由預先構造好的、為軟件復用是一種由預先構造好的、為復用目的而設計的軟件構件來建立或者組裝軟件系統的過程。目前用 PPT 等軟件開發的《計算機軟件基礎》電子教案的大部分內容是直接打包在一起的，用戶根本看不到動態演示過程，也沒法對內容進行修改，所以根本就談不上軟件的復用，網絡共享也困難。目前少數一些用Authorware，Director，Flash 和 Html 等軟件開發的《計算機軟件基礎》電子教案，由于在打包或時把教學內容和程序放在一起，一般沒有計算機培訓的用戶根本就沒有辦法對其進行修改。由于現在網絡的快速發展，基于 PPT 等開發工具開發出來的電子教案都不支持網絡瀏覽，這樣不利于課程電子教案內容的及時更新。同時，PPT 要做出很強的交互性需要熟悉它的腳本開發，而 PPT 的交互設計能力不強，限制了教案的二次開發能力，使得教師的教學活動設計和組織受到現有電子教案的約束，很難達到理想的教學效果。
二、系統整體設計結構
電子教案系統總體上被分為兩大部分，一個是電子教案的編輯器部分，另一個是電子教案的內容前臺展示部分（播放器功能）。編輯器部分的界面設計要力求簡潔明了，邏輯結構清晰。播放器部分是教師上課時用來展示教學內容的程序，它包括導航部分、內容展示部分、以及電子白板。系統的功能需求主要集中在圖文混排、多媒體支持、用戶交互、編輯和修改、文字批注和電子排版等功能。
系統總體上采用由電子教案編輯器和播放器兩部分組成，電子教案編輯器在完成電子教案內容的制作后導出素材內容，打開播放器播放電子教案。
編輯器主要是為電子教案的制作人員提供添加和修改課程電子教案內容的功能。編輯器部分包括電子教案文件處理部分，電子教案邏輯的設計，具體的每個頁面內容的添加和頁面相關屬性的設置。其中文件處理部分對電子教案進行新建、打開、保存；邏輯結構對電子教案內容之間的邏輯結構進行安排，使其符合電子教案整體的結構或教師教學的具體要求；頁面內容的添加負責在頁面中添加具體的教學內容素材，如圖片、文本、音頻、視頻等；頁面相關屬性的設置對頁面背景顏色和背景圖片的添加和修改，對頁面切換效果的設置。另外還有具體的媒體素材的風格設計，同時還提供備課時添加批注的功能。播放器通主要負責對編輯器生成的電子教案素材文件的展示，供教師上課使用。播放器的交互設計和 PPT 類似，保持了 PPT 的一些版面設計風格和快捷鍵操作等。另外播放器提供彈出式導航欄，方便教師上課時的導航操作，每種素材對象都有自己特定的交互方式。編輯器打包把播放器和電子教案素材內容放在一起，播放器在打開時會調用同級同名文件夾里的 XML 文件和素材文件。
三、主要模塊實現
1、電子教案文件操作模塊
該模塊在設計時把電子教案文件作為一個整體內容來進行新建、打開和保存。新建電子教案時對原有已打開電子教案的處理，如果用戶對已打開電子教案做了修改，但是未保存，會提示用戶先保存，然后再新建電子教案文件。
作為該系統的重要模塊之一，內容結構編輯模塊的設計要方便用戶對電子教案文件的邏輯結構進行編輯和修改。本系統采用樹的數據結構來標示電子教案的內容結構，不僅結構清晰，而且操作方便，符合一般用戶的習慣。
該樹形結構的節點可以拖動以調整節點的位置，在節點上單擊右鍵會彈出右鍵菜單，包括對節點的添加、復制、粘貼、刪除和修改等操作。
四、總結
《計算機軟件基礎》電子教案設計和開發的過程中，不僅使電子教案結合了桌面應用良好的用戶體驗與網絡課件輕松部署，帶給用戶更好的交互體驗。該系統實現了電子教案對網絡的支持，提高了教案的可重用性和可擴展性。本系統結構在細節上還有部分可以改進和提高的地方。比如系統定義的各種資源素材 XML 表示文檔沒有遵循 Scorm 技術標準，給以后電子教案素材內容網絡復用帶來不便。
參考文獻
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第2篇：計算機硬件教案范文
關鍵詞硫胺素焦磷酸核酶開關； 增強綠色熒光蛋白； 基因表達調控； 熒光生物傳感器； 哺乳細胞
1引 言
核酶開關是近些年出現的一種人工基因調控開關。常見的核酶開關由錘頭狀核酶和適配體組成[1]。作為一種順式作用元件，在特異識別適配體的配體作用下，無需蛋白質輔助，即可通過調節自身裂解反應，調控mRNA的翻譯，已應用于多種細胞的基因調控[2～6]。迄今，隨著指數富集配基系統進化技術（SELEX）[7]技術發展，越來越多的適配體被篩選出來，能特異性地結合小分子、蛋白質、多肽、氨基酸、抗生素和金屬離子等各種配體[8～11]。相比于天然的核酶開關，人工核酶開關具有基因表達可控性、結構可組裝性、靶基因特異性等特點[12]。配體與適配體區的結合引起的構象變化可用來調控下游基因的表達，轉化成相關的化學信號，如報告基因的熒光變化等，可實現對配體在活細胞內的原位、可視化檢測。如今，合成生物學的發展及核開關在邏輯門中的運用，更推動了基于核酶開關的生物傳感器在真核細胞內的廣泛應用[13]。
硫胺素焦磷酸（Thiamine pyrophosphate，TPP） 是維生素B1在細胞內的主要活性形式，也是糖、脂肪酸和氨基酸氧化代謝中重要的輔助因子，對維持細胞正常代謝、細胞生長和增殖等發揮極其重要的作用。TPP 核酶開關是唯一同時存在于原核生物和真核生物中的天然核糖開關，在植物和真菌中較為常見[14～17]。其在真核細胞中主要作用于premRNA的內含子剪切，可實現對基因精確和有效的調控。無論是在真核中，還是原核生物中，TPP核酶開關對TPP都有高的特異性和親和力，而細胞中的其它組分或相似產物與核酶開關適配區結合能力很弱[18～20]，對核酶的活性影響很小。文獻[21～24]報道，將TPP適配體與天然核酶組裝成人工的TPP核酶開關，用于體外、原核細胞或藻類等細胞中調節靶基因的表達。目前，在哺乳細胞中運用的核酶開關適配體結構多限于茶堿、四環素、金屬離子等配體的適配體[25，26]。這些配體為細胞外源物，且常具有一定細胞毒性。而TPP是真核細胞的一種重要的代謝中間物，在細胞體內含量較低，人工建立的核酶開關用于調節哺乳細胞內的基因表達還未見報道。
迄今為止，原核生物中報道的人工TPP核酶開關有正調控和負調控兩種類型[21]，一般置于靶基因5′端。通過配體與適配體的作用，調控核酶剪切與否，釋放或封閉RBS序列以促進或關閉下游基因的表達[27]。真核生物中因無RBS 序列，核酶開關通過抑制mRNA剪切上調靶基因的表達，或激活mRNA剪切來抑制靶基因的表達[28，29]。目前，人工核酶開關的設計一般通過理性設計通信模塊元件序列，再整合到細菌或酵母mRNA中進行功能篩選與優化[30，31]。
2實驗部分
2.1儀器與試劑
Eppendorf mastercycler nexus PCR儀（德國Eppendorf公司）； Nikon ECLIPSE TI倒置熒光顯微鏡（日本Nikon公司）； BD Accuri C6流式細胞儀（美國BD公司）。
焦磷酸硫胺素（>95.0%，美國Sigma公司）； 茶堿（>99.0%，北京百靈威科技有限公司）； DpnI酶（50 U/μL，美國NEB公司）； T4 連接酶（5 U/μL，美國Invitrogen公司）； lipofectamine 2000轉染試劑、DMEM培養基（美國Invitrogen公司）； 小牛血清（美國Gibco公司）。
2.2哺乳細胞中TPP核酶開關質粒的構建
將來源于Schistosoma mansonii錘頭狀核酶 （HHR） 序列插入pEGFPN1載體EGFP基因的3′ UTR 區。 pEGFPN1質粒為模板，5′ 重疊延伸PCR方法構建無TPP適配體區的pEGFPHHR。PCR反應： 94℃預變性2 min，94℃ 30 s， 60℃ 30 s， 72℃ 1 min， 25個循環； 72℃延伸10 min。PCR反應體系： 5 μL 10 × Phusion DNA polymerase buffer， 4 μL 10 mmol/L dNTP， 2 μL 10 μmol/L primer F， 2 μL 10 μmol/L primer R， 1 μL Template， 0.25 μL Phusion DNA polymerase； 加ddH2O至50 μL。PCR產物用乙醇回收，DpnI酶37℃消化PCR產物中過量的質粒模板1 h，用乙醇回收產物，T4 DNA ligase連接轉化至感受態細胞，后涂布至含有相應抗性的LB平板中37℃過夜培養。挑取單克隆培養，提取質粒并送上海生工生物技術公司測序，GenBank中BLAST序列比對。測序成功產物作為模板用于后續帶有TPP適配區on/off型核酶開關的構建，其構建方法同上，其序列與相關引物見表1。所有寡核苷酸及引物由上海生工生物技術公司合成。
2.3哺乳細胞的培養及瞬時轉染
HEK293細胞于添加10% 小牛血清的DMEM中，37℃， 5% CO2培養。轉染前一天，以5×104/孔密度，添加0.5 mL DMEM/孔鋪于24孔板。根據轉染條件，以每孔1 μg pEGFPTPPHHR質粒與2 μL lipofectamine 2000轉染細胞，pEGFPN1與pEGFPHHR分別為陰性與陽性對照，4 h后換新鮮培養基并添加不同梯度濃度（0～150 μmol/L）的TPP或茶堿（Theophylline）。
2.4轉染后細胞內EGFP表達的熒光顯微鏡觀察與流式細胞儀分析
細胞轉染48 h后， PBS洗滌，熒光顯微鏡下以488 nm 激發波長，515～545 nm發射波長觀察EGFP
3結果與討論
3.1pEGFPTPPHHRON/OFF質粒的構建
人工TPP核酶開關有正調控和負調控兩種類型，無論對于原核生物或真核生物，人工核酶開關上調或抑制表達的關鍵取決于連接適配體結構域與核酶結構域的通信模塊，即連接適配體區（Stem Ⅲ）與錘頭狀核酶（HHR）（圖2A）莖環結構（StemⅡ）之間的寡核苷酸序列，故TPP適配區與HHR核酶的接頭序列是決定核酶開關是“Switch on”還是“Switch off”的關鍵。在負調控（Switch off）開關中，無配體時，錘頭狀核酶（HHR）的活性結構得不到維持，從而抑制HHR核酶的剪切。而TPP配體的結合，可引起核酶開關莖環結構Stem Ⅱ與Stem Ⅰ 之間活性結構的穩定，剪切發生。反之，正調控（Switch on）結構具有初始穩定的HHR剪切結構，而TPP的結合反而破壞了HHR的活性結構，從而抑制剪切的發生[21，23]。根據原核生物中優化的連接適配體與核酶的6個寡核苷酸的不同序列，共構建了3種Off（pEGFPTPPHHRoff1，2，3）開關及兩種On（pEGFPTPPHHRon1，2）開關的質粒（圖2B）（后續以TPPHHRon/off簡稱）。
為保證其在真核生物中的調節活性，所有開關設計均插入在目的基因EGFP 3′ UTR區。由于待插入的HHR和TPP適配體片段位于EGFP基因下游，缺少合適的限制性內切酶位點，且序列較短，僅約120～140 bp。傳統的PCR酶切連接方式的回收效率較低， 影響后續重組載體的構建，故本實驗中利用Overlap extension PCR cloning[32]將核酶開關片段插入質粒中的方法更為高效準確。設計兩條5′ 末端磷酸化的上下游引物，引物的一部分為帶插入的序列，另一部分分別和質粒插入位置的下游和上游互補，以模板質粒擴增全長。
3.2不同TPP濃度下HEK293細胞內EGFP基因表達分析
首先通過熒光@微鏡觀察瞬時轉染48 h后HEK293細胞內EGFP報告基因表達，結果表明：相比陰性對照pEGFPN1轉染細胞的EGFP高表達，陽性對照pEGFPHHR質粒轉染的細胞熒光明顯降低，表現出良好的核酶剪切功能，但無TPP濃度依耐性 （圖3A）。而隨著TPP濃度升高TPPHHRon1，2轉染細胞的綠色熒光的強度有著明顯的增強趨勢； 反之，而在構建的3個off型開關轉染細胞中，只有TPPHHRoff1隨著的TPP濃度的升高，EGFP表達明顯下降（圖3B）。
但TPPHHRoff2，3均未見熒光強度的降低，其強度接近于陰性對照， 且無TPP濃度依賴性。這可能是因為接頭序列的不完全配對造成了mRNA二級構象的不匹配[23]，而這種改變在哺乳細胞中會受到更多因素的影響，核酶更難以發揮正確的剪切功能[31]。
為進一步考察不同TPP濃度對EGFP表達的影響，利用流式細胞儀對上述EGFP表達量有改變的轉染細胞株平均熒光強度進行定量分析（圖4）。相比陰性對照，pEGFPHHR轉染細胞株熒光強度降低近80%，表明此構建體系中HHR核酶在哺乳細胞中保持其強勁的剪切作用。在構建的兩個激活型開關中，TPPHHRon1在TPP濃度達50 μmol/L 時熒光表達明顯升高； 150 μmol/L 時，平均熒光強度可增大約3.1倍，接近于報道中作用于原核細胞的Turn on功能[21]，另一TPPHHRon2熒光強度雖有升高，但開關調節功能較微弱，150 μmol/L的TPP調節只增加1.8倍的表達。而在構建的TPPHHRoff1中，TPP濃度為100 μmol/L 時，平均熒光強度降低了2.3倍，之后隨配體濃度繼續增加（150 μmol/L），其對EGFP表達的進一步抑制未有明顯效果。發現3種對TPP有響應的核酶開關，其對TPP敏感濃度約為50～100 μmol/L，實驗中曾將TPP濃度加大到500 μmol/L，但其在各種轉染細胞株中并未見明顯作用效果。相對于以往報道中茶堿在哺乳細胞中調節濃度均為1～10 mmol/L， 所構建的TPP核酶開關對TPP底物作用的敏感性大大提高。但此結果也證實了雖然核酶開關在原核生物或低等真核生物細胞中有良好的調控作用，但其結果并不完全適用于哺乳細胞。在很多報道中， 原核生物系統中的核酶開關可達到1.2～10倍的調節功能[23，30]，雖遠小于體外100～10000倍的調節幅度[22]，但在真核哺乳細胞中的調節效果更低，且調控能力亦會因轉基因或宿主細胞種類的不同而有所改變[31]。相比于原核生物相對簡單的轉錄翻譯機制，其核酶開關在真核細胞中mRNA二級結構的正確形成常會受到更多轉錄翻譯等相關因子的影響，更增加了其調節的難度和不確定性。
為了檢測TPP核酶開關的特異性，在平行樣本中均加入了茶堿。實驗表明，茶堿的添加并不能激活核酶開關發生構象變化，從而影響報告基因綠色熒光蛋白的表達。結果表明，這些原本適用于原核生物的核酶開關對適配體較高的特異性在哺乳細胞內仍能得到較好的保留。
4Y 論
研究了原核生物篩選的基于TPP適配體的兩種類型的核酶開關，通過TPP配體與人工核酶的變構作用，激活或抑制核酶的剪切，實現了在哺乳細胞中調節報告基因綠色熒光蛋白（EGFP）的表達。此方法可用于間接檢測哺乳細胞內微環境中的TPP濃度，這種基于變構活性來調節下游報告基因活性的策略，利于通過熒光檢測用于哺乳活細胞內代謝物或因子的無標記、無損傷、可視、高效的檢測。雖然相對于體外檢測，這種細胞內原位檢測方法所需的本底濃度水平較高（umol/L），但今后隨著合成生物學中基因表達的級聯放大技術的發展和邏輯門等方法的結合運用， 這種基于核酶開關的生物傳感器將在提高哺乳細胞檢測敏感性和運用廣泛性方面具有極大的潛力[33]。
第3篇：計算機硬件教案范文
關鍵詞：硬件技術基礎 課程整合 教學方法 考核方法 教材建設
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0141-02
對計算機偏軟專業而言，在教學培養目標方面，掌握必要的計算機硬件基礎知識非常重要，能促進培養全面發展的、具有扎實功底的系統設計和開發的高級人才，但具體開設哪些硬件課程？在本科的哪些階段開設？學生需要掌握哪些硬件知識？掌握到什么程度？具備哪些硬件實踐能力？這些問題都是培養方案中需要切實解決的、非常重要的問題。
《計算機硬件技術基礎》是我院軟件工程、網絡工程、信息安全等專業必修的一門專業基礎課程，其目的是對于計算機偏軟專業如軟件工程、信息安全等只需要通過一門計算機課程精煉的學習，就能夠掌握必備的計算機基本的硬件知識，從而培養具有扎實硬件基礎的 高級設計開發人員。
該文通過該課程的定位分析，圍繞課程體系、教學內容、教學方法、實踐教學、考核方法等方面對該課程的教學改革進行了一系列的探索和實踐。
1 課程的定位
本課程定位在大專院校計算機偏軟專業如軟件工程專業、軟件學院各專業、網絡工程專業、信息安全專業等對計算機硬件基礎需要有一定了解，同時也無需安排多學時、多門課程的教學要求，以《計算機組成原理》課程教學大綱為主線，涵蓋數字邏輯與設計、微型計算機與接口技術和計算機系統結構等相關硬件課程的內容并進行有機的銜接，達到一門課程完成對計算機硬件系統涉及內容講解的目標。課程圍繞如何理解和構建一臺簡單的計算機硬件系統為目標，全面而系統地講解計算機組成的工作原理，同時以最具代表性的Intel 8086為背景，簡要講述微處理器及常用的接口電路的原理，并從計算機系統結構的角度講述了提高計算機系統性能的各種方法和技術[1]。
目前，這門課程安排在大一的下學期開設，先導課為《計算機導論》，共80課時，除了理論教學和實驗教學之外，還安排了一周的課程設計。
2 課程改革的具體措施
2.1 重視課程內容的建設，突出應用性
《計算機硬件技術基礎》課程涉及的知識點非常多，且內容比較抽象、枯燥，難以理解。內容主要涉及到《數字電路》《計算機組成原理》《微機原理及應用》《計算機系統結構》等四門課程的相關內容，通過調整教學大綱，減少重復度，把上述四門課程整合為一門課程《計算機硬件技術基礎》[2]，從而通過一門課程的學習，就能覆蓋計算機偏軟專業所需掌握的硬件知識；同時對教學內容進行優化和調整，精煉教學內容，突出重點，以注重能力培養為目標，重點講述計算機組成的工作原理，并強調微機原理及接口技術的應用。另外，增加目前廣泛使用的32位機的硬件技術，確保教學內容與時俱進，激發學生的學習興趣。
2.2 改善教學手段、改革教學方法
不斷改革教學方法和教學手段，改變傳統的灌輸式教學模式，根據教學內容，提倡啟發式、討論式教學方式，在教學過程中，注意學生學習能力的個體化差異，注重因材施教。另外，在課程教學中積極探索研究性教學方法，改變傳統教學以教師為主的現象，體現以學生為主導，激發學生的學習興趣，提高學生自主式、探究式學習能力。
2.3 加強實踐教學、提升動手能力
該課程的實踐教學環節除了實驗教學之外，還安排了一周的課程設計。在實驗教學環節，改革實驗教學內容與體系，不斷更新實驗項目、實驗內容；在課程設計環節，突出綜合性、應用性，不斷提高學生的動手能力、實踐能力。
2.4 改革考核方法、實行“教考分離”
改革傳統考試中的“誰任教，誰出卷”的考核方法，課程組通過多次研討，規范課程的教學大綱、重點、難點，建立《計算機硬件技術基礎》試題數據庫，并每年更新10%的試題，每次考試前根據題型、知識點、難度等從試題庫中抽題組卷，從而對課程實行“教考分離”，避免了任課教師不同，試卷的要求和難度不同的情況。課程考核后，課程組還需進一步對試卷進行分析和對課程進行考試后的總結，并以此促進下一輪課程教學質量的提高。
2.5 依托網絡教學平臺、豐富網絡教學資源
在課程建設的同時，不斷加強網絡教學平臺的建設，制作了多媒體課件，并逐步完成課堂教學視頻的制作。依托揚州大學網絡教學平臺，本課程的教學資源如教學大綱、教案、課件、教學視頻、實驗指導、習題等全部上網，并設置了疑難解答[3]。通過網絡教學平臺，彌補了課堂教學受時間、空間控制的不足，方便了師生間的交流，提高了教學效果。另外，制定了網絡教學資源更新計劃，更新比例要求每年不低于10%。
2.6 強化師資隊伍的建設、不斷提高教學水平
結構合理的師資隊伍是課程建設的關鍵，是合格人才培養的基礎和保證。通過成立《計算機硬件技術基礎》課程組，建立了一支由教學水平高、工程能力強的、教授領銜的，副教授、講師等教師組成、老中青搭配的硬件教學團隊[4]，保證了課程建設的連貫性。課程組注重培養骨干教師，尤其加強對青年主講教師的培養，積極鼓勵青年教師參加各類學術會議和培訓，通過老教師指導、課程組研討、督導聽課、學生反饋等手段不斷提升教師的教學水平，同時鼓勵青年教師積極參與企業工程項目，提高工程實踐能力，以實踐促進教學。
3 成效
近幾年來，課程組對《計算機硬件技術基礎》課程不斷進行深入的改革與探索，在課程建設方面開展了一系列工作，取得了以下成效。
3.1 整合教學內容、優化課程體系
針對計算機偏軟專業的培養要求，課程組通過多次研討，對該專業所需掌握的硬件知識進行歸納、整理，并重新制定了教學大綱。在課程的內容方面，圍繞“硬件”這條線，整合了《數字電路》《計算機組成原理》《微機原理及應用》《計算機系統結構》等四門課程的相關內容，減少了重復度，突出了重點，突出了應用性，同時在教學中穿插介紹當前最新的計算機知識點，確保教學內容與時俱進。
3.2 構建了多層次的實踐教學體系
本課程實踐性、應用性比較強，為加強課程的實踐教學，構建了課程實驗、課程設計等多層次的實踐教學體系。在實驗環節，主要完成數字邏輯實驗、計算機部件實驗、微機接口等方面實驗，為提升學生的動手能力，在實驗項目設計方面，既有簡單的驗證性實驗，又有一定難度的設計性實驗和綜合性實驗，通過實驗難度的不斷提高，循序漸進地培養學生的思考能力、創新能力。在課程設計環節，突出應用性，把匯編程序、FPGA、硬件設計等內容結合起來，進一步培養了學生的動手能力和綜合能力。
3.3 加強了實驗室的建設
現有的硬件技術基礎實驗設備比較落后，遠遠滯后于現代計算機技術的發展，通過多方調研，及時維護現有實驗設備，同時更新、引進先進的硬件設備，從而大大改善了實驗室的硬件設備，實現教學與時俱進，為培養高質量的人才奠定必要的基礎。為滿足對學生課后開放實驗室的需求，同時為提高實驗室設備的技術含量和使用效率，下一步，將制定創新性、開放式實驗室規劃及開放計劃，鼓勵學生利用課余時間到實驗室來積極參與實驗及科研項目，從而進一步加強學生的動手能力、綜合能力[5] 。
3.4 強化了教材建設
為配合課程體系、教學內容的改革，課程組結合多年的教學經驗，編寫了兼具“實用”和“創新”特色的教材《計算機硬件技術基礎》，2011年由機械工業出版社出版。本教材共分為11章，第一章概述；第二章介紹數字電路與邏輯設計的基本知識；第三章至第八章重點講述了計算機組成原理的內容，介紹了運算器部件、存儲器部件、控制器部件、總線和指令系統等；第九章到第十章以Intel 8086微處理器為背景，講述了微型計算機的基本原理以及常用的接口電路及其使用方法；第十一章討論了指令流水線、多處理機系統等基本概念和工作原理[1]。
通過對全書內容進行精心編排，使得教材內容銜接流暢、深淺適當、通俗易懂；覆蓋知識面寬、敘述簡練、重點突出；滿足了一門課程涵蓋計算機硬件系統涉及內容的講解要求。目前該教材在我院軟件工程專業已使用四輪，學生使用效果較好，后續還將繼續對教材內容進行更新，確保教學內容與時俱進。
4 結語
《計算機硬件技術基礎》是一門理論性、實踐性都很強的課程，如何針對不同專業的培養目標，適應不同層次學生的教學要求，做到因材施教，提高學生創新能力，課程改革是關鍵，該課程為計算機偏軟專業的學生通過一門課程的學習，掌握必備的硬件知識作了有益的探索。在課程教學過程中，由于涉及知識點較多，要注意突出重點，強化應用，另外在教學過程中要及時反映硬件發展的新技術，做到與時俱進。
參考文獻
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第4篇：計算機硬件教案范文
關鍵詞:計算機組織與系統結構;計算機組成原理;計算機系統結構;教學改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
1引言
“計算機組織與系統結構”是計算機專業最重要的核心基礎課之一。從學科和專業知識結構的角度看,該課程涉及的內容是整個計算機學科和計算機系統中最重要的基礎和核心;從實踐和應用的角度看,該課程具有顯著的實踐和工程應用特點,因而對培養學生的實踐能力、對培養創新人才、對推動我國高等教育和人才培養的戰略目標的實現具有重要的作用。
2008年12月21至22日,教育部在北京召開了2009年度教育工作會議。會議通過的《教育部2009年工作要點》和周濟部長在會議中的講話都強調要“著力培養學生創新精神和實踐能力”、“增強培養高素質人才、科技創新和社會服務的能力”,這是目前在我國實現經濟結構轉型的重大發展戰略下高等教育發展和人才培養的指導方針和發展目標,是目前國家經濟建設、科技和社會發展對我們教育部門人才培養的迫切要求。
但是,就目前我國高校計算機專業的教學現狀來看,我們在計算機學科相關的課程結構設置、教學內容和教學方法上存在一些缺陷?？v觀各大學計算機專業課程設置和授課內容,基本上都偏向算法和程序設計、軟件工程、數據庫、網絡和各種媒體應用類課程,而在計算機組成與系統結構方面開設的課程較少,與本課程在計算機系統中的地位不太相稱;與此同時,課堂教學和實驗教學的內容都比較陳舊,與現代計算機技術的發展水平和實際情況脫節較大,總體上與國外一流大學相比還有很大的差距。
課程結構設置的不均衡和教學內容與方法的落后,使我們培養的人才結構和模式已經不能滿足社會發展的需要。從社會發展需求和就業市場反饋的信息來看,目前計算機軟件人才基本上供大于求,而熟悉計算機硬件設計、具有計算機系統結構理論基礎和設計能力的人才則嚴重短缺,年薪遠遠高于同等軟件設計人員。隨著國家推動各行各業,尤其是傳統制造業向信息化技術發展,以實現經濟結構轉型的重大戰略的出臺,各行各業將大量需要掌握核心芯片和硬件系統設計技術的人才,這些人才需要能夠針對行業需求自行設計和開發具有自主知識產權的計算及控制核心部件和系統。因此,計算機硬件設計人才的培養對今后我國各行各業計算機應用和信息化技術的發展、對實現我國傳統行業的經濟結構轉型將具有十分重要的作用。另外,即使對于那些軟件系統設計和開發者而言,不具備扎實的計算機組成與系統結構基礎,也難以很好地勝任重要的底層和系統軟件的開發任務,不考慮硬件結構的軟件設計將難以最大限度地發揮硬件性能,所實現的程序效率和性能將是比較低下的。
鑒于以上現狀和原因,計算機組成與系統結構的教學具有極其重要的作用,其教學理念、教學內容和教學手段等方面的改革勢在必行。
本文就本課程在計算機系統中的地位、國內本課程的教學現狀、國外一流大學的教學內容和教學模式等幾個方面進行介紹、分析和總結,并在此基礎上,提出“從程序員需求出發、重在流水線CPU設計、強調軟/硬件結合”的課程教學內容改革思路和“從ISA模擬器入手、以功能部件設計為先導、單周期CPU設計為過渡、最終實現流水線CPU”的實驗教學方案。
2本課程的地位和特點
美國UC Berkeley大學的David Patterson教授在他講授計算機組成與設計課程的講義中,曾經用圖清晰地描述了計算機系統的層次結構,并且指出了本課程在其中的位置,如圖1所示。
圖1本課程在計算機系統中的位置
從圖1可以看出計算機系統從大的方面可以分成硬件(Hardware)和軟件(Software)兩部分。在硬件和軟件交界面上的是指令集體系結構ISA(Instruction Set Architecture),圍繞ISA的陰影部分就是計算機組成和系統結構的內容。很明顯,這部分內容處于整個計算機系統中極其重要的位置。課程所涉及的硬件包括:處理器(Processor)、存儲器(Memory)和輸入/輸出系統(I/O System),處理器主要由數據通路(Datapath)和控制邏輯(Control)組成。這些硬件是操作系統(Operating System)直接管理的資源,也是編譯器(Compiler)對高級語言源程序翻譯生成的目標程序代碼直接運行的平臺。因此,本課程的教學內容除了計算機硬件所涉及的各部件及其各部件的互連和指令系統等內容以外,還與數字邏輯電路設計(Digital Design & Circuit Design)、操作系統和編譯器等技術和課程也密切相關。此外,數據的表示、Cache的局部性、虛擬存儲器的實現、過程調用的硬件實現以及寄存器使用約定等內容與應用程序的設計與開發也密切相關。由此可見,這部分是整個計算機系統的核心內容,因而“計算機組織與系統結構”自然成為計算機專業的核心基礎課程。
從該課程的地位來說,它是多門后續專業核心課的先導課程,在整個專業教學中,起著重要的承上啟下的作用,對于學生完整地理解計算機系統的層次結構、系統地建立計算機整機概念、掌握計算機硬件和軟件之間的接口、培養學生對計算機硬件系統的分析、應用、設計及開發能力,都直接起到重要的作用。
但是,該課程涉及的知識面廣、內容多;課程難度大、概念抽象。不少學生覺得枯燥無味,凌亂繁雜,導致學習興趣下降,學習時似懂非懂,考試時死記硬背,考完后一切全忘,難以達到教學目的。因此,如何把握課程的主線和重點,改革教學內容和教學模式,為學生今后的專業學習打下堅實基礎,使學生具備一定的硬件設計和開發能力,增強學生的動手能力和自信心,是該課程教學改革必須解決的問題。
3本課程國內、外教學現狀和比較
2009年教育部首次進行碩士研究生計算機專業基礎課全國聯考,考核的四門專業基礎課總分為150分,計算機組成原理和數據結構是占分比重較高的兩門課程,各占45分,充分說明了教育部對計算機組成與系統結構在計算機專業中重要性的認可,也迫使我們相關任課教師認真思考如何才能使該課程的教學真正起到課程所應有的重要作用。
在教育部的大力倡導和推動下,最近幾年國內很多大學都開始對本課程進行教學改革,從教學內容、教學手段、實驗環境和實驗內容等方面進行了不同程度的革新。但與國外一流大學相比還相差很大,體現在教學內容和實驗水平兩個方面的主要差距如下。
3.1教學內容上的差距
從目前所使用的教材和網上資源中課程講義內容等方面可以看出,國內高校該課程的教材內容和教學內容普遍存在下列問題:
(1) 內容比較陳舊,且概述性內容多,實例和細節方面內容較少,內容缺乏深度和系統性。特別是在有關CPU設計原理方面,還停留在三級時序系統、CPU內總線結構、CPU和存儲器之間的異步控制等等方面,與流水線處理器設計技術的發展水平和現狀相差甚遠。學完后學生基本上沒有流水線處理器設計的概念,和后續的系統結構課程之間有一條較大的鴻溝,未能為深入理解各類并行處理技術奠定堅實的基礎。
(2) 未能有意識地建立硬件和軟件之間的聯系。例如,在介紹虛擬存儲器、異常和中斷等內容時很少提及硬件和操作系統的關系;在介紹數據表示、Cache局部性特點等與程序設計密切相關的部分時,未能與程序設計中的問題結合起來;指令系統和硬件結構等是與編譯器密切相關的,但教學內容中很少提及編譯器和硬件的關系。由于未能把教學內容與其實際運用場合和環境聯系起來,學生在學習時會感到茫然,不知道學了有什么用,而且由于缺少感性認識,學生在對課程內容的理解上感到困難。特別是多數學生認為自己將來不會從事CPU等硬件設計工作,因而也提不起學習本課程的興趣。
我們調查了美國UC Berkeley、Stanford、MIT、CMU和UIUC等幾個一流大學的課程教學情況,通過訪問相關課程網站,下載相關的課程講義,我們發現這些大學中開設的相關課程的教學內容和實驗內容有以下幾個特點:
(1) 所用教材基本上是David Patterson教授和John Hennessy教授編著的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》和《Computer Architecture: A Quantitative Approach》,以及美國CMU的Bryant教授等編著的《Computer Systems: A Programmer’s Perspective》。
(2) 處理器設計講得較透徹。以MIPS處理器幾條典型指令為基礎,從單周期處理器、多周期處理器,逐步過渡到流水線處理器的設計,最后以流行的Intel系列處理器作為實例介紹高級流水線處理器的基本構成。在介紹流水線處理器時比較深入地闡述了三種流水線沖突(hazard)的解決方案,并簡單介紹了如何在流水線方式下實現異常和中斷處理。如此詳盡地介紹流水線CPU設計在國內的高校中目前還較少。
(3) 以MIPS處理器或IA32處理器為模型機貫穿整個教材,所以整體上系統性比較好。無論是指令系統、數據的表示及運算,還是CPU實現都以MIPS或IA32為藍本進行介紹,并且以大量的實例清楚說明了高級語言程序、匯編語言程序、機器代碼和處理器實現之間的關系;并簡單說明將高級語言源程序進行編譯、匯編、鏈接,生成可執行文件在計算機上啟動執行的過程。將學生能直觀感覺到的高級語言程序和在CPU上執行的機器代碼程序聯系起來,使學生對一個程序的整個處理過程有全面的了解。
(4) 將數據表示和高級語言程序中的類型定義、Cache的局部性和高級語言中循環的實現、指令類型和高級語言編程結構等建立聯系,將課程內容落實到具體運用點上,使學生不僅學會本課程內容,還學會運用相關知識解決具體問題,同時也增強了學生的學習興趣和綜合學習及運用能力。
(5) 在計算機硬件和軟件(主要是操作系統)交界的地方清楚說明了硬件和軟件的關系,通過了解具體計算機功能的軟/硬件實現,使學生深刻體會計算機功能的軟、硬件劃分原則,以及成本和性能的權衡策略;同時也使學生了解硬件和軟件之間如何協調工作。
(6) 結合高級語言和機器級代碼之間的轉換,結合流水線中的數據沖突和控制沖突處理的介紹,對有關編譯優化技術進行了說明和解釋。事實上,脫離具體指令集體系結構和硬件實現就無法清晰說明這些編譯優化技術,因此這樣的安排是比較恰當的。
(7) 利用性能評價方法對各種硬件設計方案進行定量分析,以加深學生對各種硬件設計方案、性能評價基本知識和基礎理論的認識,也培養了學生對理論知識的應用能力和科學、嚴謹的學術風格。
(8) 由于對CPU設計的內容介紹得比較具體,使得相應的實驗內容比較容易和課堂教學配套。從上述提到的這些一流大學設置的相應實驗內容來看,基本上是圍繞單周期處理器和五段流水線處理器設計展開的。
(9) 教材更新速度快。由清華大學鄭緯民教授等翻譯的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》教材中文第3版2007年才出版,目前英文第四版已經出版并在使用了。教材的快速更新使得課程的教學內容能始終保持先進性。
從所下載的教案可以看出,上述幾個一流大學的教學內容都有一個明顯的特點,就是課堂教學雖以教材為中心,但不完全按照教材內容組織,增加了許多書中沒有的內容,加進了任課老師的自我理解或借鑒了其他教材和教案的內容和描述方式,這也是值得我們學習的。
3.2實驗內容上的差距
分析美國這幾所學校課程網站和教材《Computer Organization and Design》所附光盤對其他一些學校課程實驗的介紹內容,可以發現,國外本課程的最終實驗目標是在FPGA板上實現一個帶轉發功能的RISC風格的流水線處理器,并模擬實現I/O設備與主機的簡單通信。
通常都是先讓學生在一個軟件模擬器(或指令解釋器)上熟悉指令系統,有些學校讓學生自行設計一個指令解釋器,也有些學校讓學生在模擬器上用匯編語言實現一個小的游戲程序或其他特定功能的程序;然后在給定基本功能部件的源碼框架下,逐步實現單周期處理器、不帶任何沖突處理的流水線處理器,最終實現帶轉發和阻塞處理的具有Cache機制的流水線處理器。
實驗設計策略基本上都是通過從簡單的小部件逐步過渡到復雜部件,最終設計一個完整CPU的過程。該過程反映了結構化設計思想,遵循“自底向上”的設計方法。
目前國內有些大學也已經開始嘗試使用硬件描述語言通過軟件仿真技術和FPGA或CPLD技術來開展硬件實驗,比傳統的實驗教學機大多只能進行驗證性實驗已經前進了一大步。但是,實驗內容基本上只是多周期處理器的設計與實現,還沒有達到流水線處理器設計的水平,與國外一流大學相比,還有很大差距。
4教學改革思路
為了在教學內容與實驗內容上縮小與國際一流大學的差距,我們提出了“從程序員需求出發、重在流水線CPU設計、強調軟/硬件結合”的課程教學內容改革思路和“從ISA模擬器入手、以功能部件設計為先導、單周期CPU設計為過渡、最終實現流水線CPU”的實驗教學方案。
4.1教學內容改革
教材在教學過程中起主導作用,所以,我們首先從選擇或編寫教材入手來推動教學內容的改革。在教材建設方面采用了循序漸進的策略。
教學內容改革之初,我們采用“國內教材為主,國外經典教材為輔”的方針,2004年初步引入Patterson和Hennessy的《Computer Organization and Design》作為主要參考教材,對于一些重要章節,如中央處理器、指令系統、Cache和總線等,把該教材的內容大量地補充到課堂講義和作業中;2006年開始全面使用該教材。但在使用該教材時發現存在一些問題,例如,篇幅太大、內容組織比較零亂等,給學生的學習帶來較大困難。特別是從2009年開始,碩士研究生計算機專業基礎課實行全國聯考,因此涉及到教學內容與國內其他高校所用教材之間的統一協調問題,因而,從2008年開始,我們結合國內教學的特點,又開始自編教材。新編教材主要以MIPS和Intel Pentium4處理器為模型機,參考UC Berkeley、Stanford、MIT和CMU等國外一流大學相關課程的講義、實驗說明和所用教材,同時結合國內主流教材,在充分考慮與課程群中其他課程的銜接和實驗相配套的基礎上編寫。與目前國內同類教材內容相比,在計算機性能評價、指令集體系結構與高級語言程序設計的關系、存儲器分層結構中的軟、硬件接口、CPU設計和指令流水線、計算機硬件與編譯優化的關系等諸多方面進行了強化。
4.2教學實驗改革
目前國內大多數高校本課程的教學實驗,主要是在實驗教學機上進行,且大多以驗證性實驗為主,基本上以“依葫蘆畫瓢”方式進行實驗,很難進行自主創新設計,特別是很難通過實驗建立一個整機概念,流水線設計思想也沒有體現。
我校由于近年來對教學內容進行了大幅度改革,課堂教學中加大了對CPU設計、特別是流水線CPU設計的教
學力度,使學生打下了很好的理論基礎。同時,硬件教學實驗室配置了Altera DE2實驗板,使學生可以通過硬件描述語言和FPGA進行CPU設計實驗。
實驗教學改革在以下幾個方面進行:(1)與課堂教學同步進行一套“硬件模擬程序”實驗,即:用軟件方式模擬各個功能部件的功能及性能設計。例如,用軟件模擬運算器、Cache、總線等的不同設計方案以及不同方案所獲得的性能。(2)通過ISA模擬器實驗,使學生深入理解數據的表示、指令集體系結構、匯編語言和機器代碼的轉換,以及指令執行過程等。(3)以功能部件設計為先導、單周期CPU設計為過渡、最終實現流水線CPU。要求學生先使用Quartus II軟件進行模擬設計,通過后再下載到Altera DE2的FPGA板上進行驗證。所有學生都要求能完成一個五段理想流水線CPU設計,部分能力強的學生還完成了帶轉發和阻塞功能的五段流水線CPU設計。
實驗的最終目標是和其他課程聯合開展綜合性實驗,在自行設計的CPU芯片基礎上,設計匯編語言和高級語言,并配置簡單的操作系統和編譯器,學生可以通過自行設計的高級語言編寫游戲等應用軟件,在自行設計的CPU上運行。
5結束語
多年的教學工作告訴我們,學生的潛能是無限的,學習興趣也是可以激發出來的。只要我們投入精力,引導有方,一定能帶領學生領略到計算機王國的無限風光。
相信隨著教育部和各高校對教學工作的重視,隨著各高校從事本課程教學的老師們的努力,一定能在不長的時間內與國際一流大學的計算機硬件教學達到同步,為計算機專業的教學打下堅實的基礎,從而提升整個專業的計算機教學水平。
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第5篇：計算機硬件教案范文
摘要：傳統的計算機硬件基礎課教學已不適應現代科學技術的發展和社會對人才的需求，本文結合計算機專業的特點，從課程內容、教學體系、教學方法等方面總結了在硬件基礎課教學改革中所取得的實際經驗和體會。
關鍵詞：硬件基礎課；教學改革；整合課程
中圖分類號：G642 文獻標識碼：B
1引言
計算機硬件教學的先修課程是“電路分析”、“模擬電子學”和“數字邏輯與數字系統”。由于歷史原因，這些課程大多由電子系開設，是以理論研究為目的的課程體系，存在教學內容陳舊，課程體系老化，理論論述多，占用學時多，前后銜接不好等問題，給后續計算機硬件課的理論教學和實踐教學帶來了諸多困難和被動。而計算機專業與其他專業相比較，少有的幾個優勢之一就是對計算機硬件結構的掌握。因此，結合計算機專業的具體情況，在教學體系、教學內容和教學方法等方面對硬件基礎課程進行必要的改革就顯得尤為重要。
2整合內容、精縮課時
1) 現代科學技術的發展日新月異，計算機技術的發展更是突飛猛進。在大學本科階段，除了要給學生傳授基礎理論知識外，還要講授新技術、新理論，這就使得各高校不斷壓縮某些傳統基礎課的課時，增設一些新的課程。在這種形式下，硬件基礎課的課程體系和教學內容亟待更新。
2) 課程體系的構建是以理論知識為架構，以實際應用為目標，教學內容則應緊密結合專業核心能力對理論知識的要求。綜合時展、專業結構和課程體系的總體考慮，從98年起我們就根據計算機專業的特點，逐漸建立完善了一套硬件基礎課的課程體系。首先，在課程內容的組織與建設方面,注重了先修課和后續課程的關系,做到內容上不重復,知識點上不脫節。其次，教學內容力圖反映時代的發展，技術的進步。通過編寫出版《電路與電子學基礎》、《數字邏輯與數字系統》兩本教材重新劃分課程內容，精縮學時，將原有的64學時的“電路分析”和64學時的“模擬電子學”這兩門課程整合為課內48學時、實驗20學時的“電路電子學”課程，重新劃分、補充了“數字邏輯與數字系統”（課內48學時、實驗20學時、三周課程設計）的教學內容。
(1) “電路與電子學”課程。在電路分析部分不再追求研究線性電路的理論體系完整性，刪除了部分傳統教學內容，只保留直流分析、交流分析和動態電路三大部分。在直流分析中，刪掉了“電路分析”教學中關于支路電流法和回路電流法的內容，保留電路系統分析法中的被廣泛用于機輔分析的節點電壓法。在交流分析中，刪除了三相電路內容，而對通信中的諧振電路則詳細講解。動態電路的分析中，只通過一個簡單的RC充電回路讓學生了解時域分析的基本步驟，而將重點放在三要素法和RC無源微積分電路上。在“模擬電子學”部分，去掉了半導體器件導電原理和反饋的方框圖計算法，精簡了阻容耦合放大電路（包括多級放大）、小信號動態圖解法、差分電路分析等。相應地加強了有源器件MOS管、電流源電路和系統穩定性的介紹，課程著重講解集成運放的應用。在講解由運放構成的有源積分電路時，與前面的無源積分電路做比較，這樣有助于學生理解并牢固掌握兩種電路各自的特點。實踐證明，學生在做電子競賽時對這兩種電路的使用都非常恰當。
(2) “數字邏輯與數字系統”課程。教學內容刪除了數字電路中各種觸發器電路的內部結構和傳統設計方法中的設計技巧，精簡了中規模器件的內部邏輯介紹，縮減了卡諾圖和邏輯簡化內容。由于計算機專業的硬件課程“微機原理與接口技術”中將介紹A/D、D/A轉換，故這一部分內容就不出現在“數字邏輯”課程的教學中。將教學重點放在各類觸發器的邏輯功能觸發條件、集成電路外部功能、可編程器件和EDA技術上，要求教會學生如何通過查找器件手冊了解器件功能和使用要點。由于計算機硬件中三態門、OC門的重要性，課程加強了對其邏輯功能及應用的舉例說明。
(3) 改革組課方式。邏輯門電路是傳統“數字邏輯”教學中最難的一章，由于門電路的原理要涉及到電路、模擬電子學等方面的知識，因此在講述這一部分內容時，必須幫助同學復習有關的知識。在改革課程體系時，我們打破傳統的教學體系，將這一部分內容放在“電路電子學”課程中，在講述半導體器件后引入邏輯門電路，如MOS管可以具有開關和受控源兩種類型的功能，根據器件所給偏置條件的不同，在模擬電路中可作為放大器件或在數字電路中作為開關器件。課堂上的師生互動證明，經過這樣的調整，學生對有關門電路的問題就很容易理解掌握。通過合理地整合教學內容，改變了過去把電路模型與實際器件（如受控源和晶體管）、開關與放大作用、模擬與數字等研究對象截然割裂的組課方式，而是將它們有機地融合，找出共性和個性，講清個性，突破難點，這樣便于以統一的觀點使學生建立完整的概念〔1〕。
3軟硬結合與時共進
1) 當前國內計算機專業的普遍現象是“過軟”，即強調軟件編程，而學生的硬件動手能力非常薄弱。在計算機科學技術飛速發展的今天，計算機系統的軟硬件界限開始變得模糊，且采用軟件方法來設計硬件， FPGA、VHDL、DSP技術帶來了全新設計理念與結構體系，與之相應EDA技術和ISP器件在教學、科研等領域應用越來越廣泛。在這種軟硬件逐漸融合的背景下，計算機學科的硬件基礎課程必須要反映出這種時代的發展。
2)EDA技術分為三級：以PSPICE、EWB、Multisim等為軟件平臺的仿真分析類輔助設計技術為初級；以MaxPlus II、Quartus II等為軟件平臺，以FPGA/CPLD為硬件系統目標芯片的電子系統設計EDA技術為第二級；以NC Simulator、Virtuso、Diva等為軟件設計開發平臺、以集成電路芯片版圖設計為目標的ASIC芯片設計為最高級〔2〕。EDA技術的前兩級都與計算機硬件基礎課密切相關，因此在進行課程體系改革時，應結合實踐性教學環節，根據“基礎型、應用型、綜合型、創新型”的循序漸進的實驗課程教學體系，將EDA技術分層次地引入設置在教學中：
(1) 第一級――首先在“電路電子學”教材各章的最后一節給出PSPICE對本章典型電路的仿真實例，教材最后一章加入可編程模擬器件ispPAC。其次，增加了20學時的Multisim仿真及電路設計實驗。通過仿真實驗，將教學中的難點用直觀的圖形和曲線表述，降低了數學難度。如通過對模擬放大電路的仿真，可以直接觀察到改變電路參數所導致的波形失真，學生就很容易理解并掌握靜態工作點變化對放大電路性能的影響。最后，利用仿真平臺生動直觀方便的特點，讓學生掌握先設計、后仿真、再實際的設計方法和理念，在此基礎上，將以往的一些驗證實驗提升為綜合設計實驗。對每一個實驗都要求虛實結合，虛實互動，通過這種訓練，極大地提高了設計的成功率。計算機專業的學生取得北京市大學生電子競賽的3個一等獎，更多的二、三等獎證明，整合后“電路電子學”的教學改革取得了成效。
(2) 第二級――傳統的“數字邏輯”課程體系以邏輯代數為基礎，采用自底向上（DOWN-TOCTOP）的設計方法，教學內容以門電路－中規模集成電路－大規模集成電路－數字系統為順序排列。導致學生在學習前面局部知識的時候，缺乏整體系統概念,只會 “搭積木”拼湊式的設計，當后續“組成原理”課程要建立整機、系統這些非常重要的概念時，前面所學的一個個分散的知識點不能被融會貫通〔3〕?，F代數字系統的設計以硬件編程語言為基礎，采用自頂向下(TOP-TO-DOWN)的設計方法，因此數字電路的教學體系必須重新構建。第二級的EDA技術包含三方面內容：(1)大規模可編程邏輯器件；(2)硬件描述語言；(3)軟件開發工具。所以在“數字邏輯與數字系統”的教學體系上，應以邏輯代數與VHDL語言并行為基礎，強調自頂向下的設計理念和層次化設計方法，以系統為對象，用VHDL語言描述，在EDA軟件平臺上，自上而下、逐步細化，最終完成整個系統的設計。依據整體“自頂向下”,細節“自底向上”的教學模式，在教學內容組織上，先給出數字系統的整體架構及邏輯系統的三大部件:存儲、處理、控制，讓學生有全局、整體的認識。在講述邏輯系統的每一具體部件時, 仍然遵循“由淺入深，循序漸進”的原則，采用傳統的“自底向上”的教學組織方法。在實踐教學的綜合設計部分中，要求學生必須按照從頂層抽象描述向底層結構描述，最后到可實現的硬件單元描述這一過程進行數字系統的設計。通過這種教學改革，學生的知識結構趨于合理，滿足對軟硬件結合的人才的需求。
4注重銜接 承前啟后
在計算機硬件基礎課的教學中，首先應注重介紹該門課程的主要內容、在計算機專業中的地位及與相關課程的關系，激發學生的學習興趣。其次，應注重與后續課程的銜接。由于當代大學生在入學時就具備了計算機使用的基本知識，因此在授課過程中，要有意識地用計算機硬件電路作為基礎課的授課案例。如“電路電子學”課程中，在集成運放構成的比較器一節，就可給出比較器在A/D轉換中的應用舉例，再指出A/D、D/A是計算機接口中的重要單元電路，這樣就埋下一條線索，與后續課程的知識相聯系。在“數字邏輯與數字系統”課程中所給出的案例都要盡可能為后續課程使用，如從鍵盤等引出編碼的概念和編碼器的作用；在講三態門時，可進一步給出物理上總線的概念，解釋當譯碼和讀寫信號設計錯誤時，CPU訪問存儲單元數據總線嚴重沖突會造成死機的原因；在存儲邏輯一章，介紹完寄存器隊列（FIFO）的邏輯結構后，可讓學生設計寄存器堆棧（LIFO）的邏輯電路圖。在該課程的實踐教學中，所給出的設計題目包括總線緩存器、全加器、鍵盤掃描電路、硬件控制器等計算機的基本功能部件。通過這種方法引導學生思考，建立必要的知識關聯及整體概念，最終達到對計算機硬件系統基本知識融會貫通的目的。實踐證明，這種訓練對于今后的“組成原理”課程和“嵌入式系統”設計都打下了堅實的基礎。
5黑板、多媒體、EDA仿真
高校的教學手段基本都采用多媒體。多媒體圖文并茂、生動有趣，但很容易變成另一種形式的照本宣科或“填鴨式”教育。在教學中要綜合多種教學手段，注意針對不同的教學內容去尋求最佳的表述方式：黑板＋粉筆、電子教案、實物投影、動畫課件、虛擬電路。計算機硬件基礎課教學內容多，知識點雜，不容易理解。對于較難理解或學生有爭議不明白的問題，傳統的“粉筆＋黑板”有其獨特的靈活性，既可以表述學生課堂思維的過程，又有利于師生交流互動。在課間讓學生自己擺設實物投影，增強學生的感性知識，課間的學習氣氛仍生氣勃勃。錄像CD和動畫課件則留給學生自己觀看。計算機硬件基礎課程的實踐性強、信息量大、EDA設計技術應用廣泛。在授課時通過EDA仿真將驗證實驗與理論教學相結合，解決理論與實踐的時空分離弊端，通過提問、思考、演示、總結等一系列步驟，循序漸進，調動學生參與教學的積極性，充分發揮學生的主動性。值得注意的是，在此過程中，教師一定要掌控好演示進程，既不能影響教學進度，又要協調好單位時間教學信息量與學生接受理解能力之間的矛盾。
6結束語
硬件基礎課的教學改革，涉及課程多、學術性和技術性強，是一項系統工程，需要教師付出不懈的努力，不斷學習新技術，及時更新教學內容，完善教學方法，才能更好地提高教學質量，更好地培養適應社會的發展人才。
參 考 文 獻
第6篇：計算機硬件教案范文
Abstract: The author made some improvements and gave practical and concrete measures for the problems that students always feel abstract and difficult to understand in the teaching of computer operating system course, combining with his teaching experience in teaching.
關鍵詞: 計算機操作系統;教學改革;教學內容;教學方法
Key words: computer operating system;teaching reform;teaching content;teaching methods
中圖分類號:TP316文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)28-0164-01
0引言
操作系統課程是計算機科學與技術專業的一門基礎核心課程。本課程從操作系統實現資源管理的管理的觀點出發,闡述如何對計算機系統中的硬、軟件資源進行管理,使計算機系統協調一致地、有效地為用戶服務,充分發揮資源的使用效率,提高計算機系統的服務質量。通過本課程的學習使學生掌握計算機操作系統的控制計算機硬件的基本原理以及設計方法和實現技術。但該課程教學過程中普遍重點偏向操作系統原理的理論教學,而學生在沒有學習該課程前對操作系統的認識只是在使用層面,使得學生在學習的過程中總覺得本課程所學內容與實際所用操作系統的偏差很大。從而導致學生在學習本課程的過程中缺乏興趣和信心,教學效果很不理想。
1教學過程中存在的問題
1.1 教學內容側重理論,實踐環節薄弱操作系統課程要有好的教學效果,就要引導學生自己動手設計、實現一個具體操作系統實例。但要做到這一點并不容易,這不僅要求學生在學習該課程之前就要掌握匯編語言、C語言、計算機硬件、操作系統結構等多種知識,而且還需要學生抽出大量的時間和精力放在該實驗上。這樣的要求學生不易做到。因此現有的教學過程往往重點偏向操作系統原理的理論教學,對學生的實踐環節不是很注重。
1.2 教學目標與社會需求脫節本課程的教學目標要使學生掌握計算機操作系統的控制計算機硬件的基本原理以及設計方法和實現技術,這個教學目標使得學生能夠具備自主研發操作系統軟件的能力,本身沒有問題,但由于計算機行業本身的特點,前沿的技術總是掌握在少數公司的手里,同時還有版權的保護問題,使得學生投入大量精力自主開發的操作系統軟件沒有多大的實際意義。而市場上更需要的是對現有的操作系統能夠熟練使用和對其內核進行修改、編譯的人才。
1.3 教學方法簡單、教學手段匱乏近年來,計算機操作系統的發展飛快,新的開發思想和基本概念不斷涌現并隨著市場的需求出現了多種不同的操作系統產品。但部分高校教師仍采用“黑板、粉筆”的傳統教學手段講授理論知識,即使有些教師使用了電子教案,也只是單純地播放理論知識課件,不能做到與實踐聯系緊密的教學內容,使得學生感覺到課程枯燥難學,難以激發學生的學習興趣。
2計算機操作系統課程教學改革的措施
2.1 把握開頭、激發興趣好的開始是成功的一半,好的開頭可以很好的提高學生的學習興趣,激發學生的學習熱情,使學生由被動學習轉為主動學習,學習效率能得到大幅提高。初始課程內容應包含以下內容。
2.1.1 編寫簡單的引導程序和內核,通過自己編寫的簡單引導程序和操作系統內核啟動計算機裸機,使得學生對計算機的啟動和操作系統內核有個感性的認識,結合課本目錄啟發學生一個完善的操作系統內核所必須具備的功能,并引導學生了解通過操作系統理論課程的學習可以對現有簡單內核進行完善。從而激發學生的學習興趣。
2.1.2 引導學生進行linux操作系統入門學習,使得學生對linux操作系統感到不再陌生,并使學生明確認識到可以通過以后的學習掌握linux操作系統內核編譯和裁剪等技術。同時提供市場linux操作系統相關就業信息,使得學生能感到linux操作系統內核的學習可以學以致用。提高學生的學習熱情。
2.1.3 對操作系統課程做一個簡單明要的介紹,使學生認識到,學習本課程不僅可以掌握操作系統課程理論知識,同時還可以培養學生自身的邏輯思維能力,有助于對其它理論課程的理解,可為以后學習新型操作系統及和開發應用軟件打下堅實的基礎。
2.2 理論聯系實際,加強實踐教學環節操作系統是一門理論性比較強的課程。但單純的理論講解很容易使學生感到枯燥乏味。因此操作系統課程的實踐是一個非常重要的教學環節。但要引導學生去編碼實現一個具備內存管理、進程調度、文件管理等功能的小型操作系統對剛學操作系統課程的學生來說不太容易實現。所用建議實踐教學環節應該分為以下步驟進行:①老師演示,學生感官認識。在此過程中,老師先完成一個具有引導功能、中斷功能和能夠實現簡單命令功能的實模式操作系統內核雛形,但整個操作系統架構不是很完善,功能也比較欠缺。之后通過理論課程的學習引導學生突破實模式和補全內存管理、設備管理、文件管理等模塊程序。②將操作系統的每一大管理功能分為一個項目,分組讓學生實現,不同的小組完成不同的功能模塊,所有項目的完成,就實現了一個具備基本功能的操作系統。③最終引導學生去研究閱讀Linux內核原代碼,學習linux內核源代碼的含義和linux操作系統的設計方法和具體實現技術。
2.3 教學方法與教學手段的改進在教學中,教師實行啟發式教學,把培養學生學習興趣作為入門向導,改變以教師為中心的課堂教學方式更改為以教師引導,學生完成過程的合作式課堂教學方式。在整個教學過程中,做到不是教師強迫學生去學,而是學生為了解決自己遇到的問題不得不自己去學的形式。這樣效果會更好,效率也高。積極不斷地革新教學手段,重視現代信息技術和現代教育手段在教學中的應用。多媒體教學設備和方法的使用對學生對一些抽象概念的理解很有幫助。多媒體教學圖文并茂,而且可以自由往返以前所講的內容進行復習和重復。也可以方便的插入各種圖片及影音資料,這對激發學生的學習興趣和吸引學生的注意力很有幫助。
3結語
教學是大學教師的根本任務,為了提高教學質量,對教學改革的探索與實踐是很有意義的事情。教學改革的研究不僅可以不斷提高授課技巧,還能獲得學生的尊重和學校的認可。本文從課程教學改革方面進行了一些的探索,本文的探索只是作者在“操作系統”課程教學過程中的一點心得體會,希望能與同行分享。
參考文獻:
[1]羅宇,鄒鵬,鄧勝蘭.操作系統[M].北京:電子工業出版社,2007,2版.
第7篇：計算機硬件教案范文
計算機英語除了具有科技英語的一般特點之外，還具有其自身的特點，內容如下。
1)復雜長句多[2]?？萍嘉恼乱髷⑹鰷蚀_、嚴謹。一句話里包含五六個分句的，并非少見。學生要學會用語法分析方法加以解剖，以便以短代長，化難為易。示例如下。InterestinIntelligenttransportationsystem(ITS)comesfromtheproblemscausedbytrafficcongestionandasynergyofnewinformationtechnologyforsimulation,real-timecontrol,andcommunicationsnetworks.交通阻塞以及仿真、實時控制和通信網絡等新型信息技術協同作用所帶來的問題引發了人們對于智能交通系統的興趣。
2)被動語態多[2]。英語使用被動語態大大多于漢語，科技英語更是如此。有三分之一以上的語句使用被動語態，因此需要學生掌握被動語態的一般翻譯技巧。Thefourthgenerationofcomputersischaracterizedbymoreandmoretransistorsbeingcontainedonasiliconchip.第四代計算機的特征是在一個硅芯片上包含了越來越多的晶體管。由于主語是“第四代計算機”，因此采用了被動語態的形式“ischaracterizedby”，表明“以…為特征”，簡單地說，就是其特征。這也表明了英漢對譯中，常常使用詞性轉換。
3)非謂語動詞多[2]。英語每個簡單句中，只能用一個謂語動詞。如果讀到幾個動作，就必須選出主要動作當謂語，而將其他動作用非謂語動詞形式表現，才能符合英語語法要求。非謂語動詞有三種：動名詞、現在分詞和過去分詞、不定式。示例如下。要成為一個名符其實的內行，需要學到老。這句中，有“成為”、“需要”和“學”三個表示動作的詞，譯成英語后為：Tobeatrueprofessionalrequireslifelonglearning.可以看出，選好“需要”(require)作為謂語，其余兩個動作的處理如下：“成為”用不定式形式tobe，而“學”用動名詞形式learning，這樣才能符合英語語法要求。
4)詞性轉換多[2]。英語單詞有不少是多性詞，既是名詞，又可用作動詞、形容詞、副詞或介詞，字形無殊，功能各異，含義也各不相同。并且，幾乎每個技術名詞都可轉換為同義的形容詞。詞性轉換增加了英語的靈活性和表現力。示例如下。Inputisaprocessthatinvolvestheuseofadevicetoencodeortransformdataintodigitalcodesthatthecomputercanprocess.輸入是一個過程，它包括使用設備將數據編碼或將其轉換成計算機能夠處理的數字碼。漢語句子中，“使用”作為動詞出現，而在相應的英語句子中，由于英語語法的要求，采用名詞更為恰當。
5)合成新詞多。計算機專業詞匯中，派生詞(由前綴或后綴作為構詞結構形成的新詞)、復合詞(通常以小橫杠“-”連接單詞而組成的新詞)在計算機英語中占了很大比例。特別是文章常常將某些使用頻繁的技術術語用縮略詞的形式給出，這大大增加了計算機英語的理解難度。新詞(包括縮略語)產生速度快，是計算機英語有別于其他學科科技英語的顯著特點。
2合理安排課程內容
2.1課程的內容安排
計算機英語課程的任務是希望學生通過大量的閱讀訓練，能夠閱讀并理解計算機學科的英文期刊和雜志，及時了解本學科的發展動態。進一步地，還要求學生應該有撰寫本專業英文文章的能力，以及參與國際化學術交流的能力。理工科學生的邏輯思維能力較強，在教學過程中，教師應充分利用專業優勢，針對計算機專業英語的特點，引導學生熟練掌握計算機學科常用的專業詞匯，了解科技英語文體的特殊性。如慣用被動語態、復雜長句多。在掌握適當的翻譯技巧后，學生可以從簡單的專業閱讀開始，如計算機導論、計算機硬件知識，這樣學起來容易，感覺親切，從而逐漸地樹立起信心。即使英語基礎不是特別好的學生，也愿意閱讀，提高對專業英語的興趣。課程教學應該為培養目標服務。根據計算機專業培養目標構建教學內容，對應我國提出的10項畢業生能力，計算機英語課程主要對應第5項能力的培養，即掌握文獻檢索、資料查詢及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法[3]。教學活動是師生雙方的共同活動。對于不同層次、不同類型的學生，雖然課程內容基本一樣，但是重點不同、組織方法也是不同的，甚至應該有各自不同的講授與學習風格。教材只能提供對一門課程基本內容的描述，教師對教學內容的組織將是更為重要的。計算機英語的教材很多。選擇合適的教材是取得良好教學效果的基本保證。在選擇教材時，教師需要考慮以下兩點。1)全面性。教材最好涵蓋大部分計算機專業課程的內容，如計算機硬件、數字邏輯、數據結構、操作系統、軟件工程、程序設計語言、數據庫、計算機網絡等。目的是讓學生掌握相關詞匯，理論不宜太深，通常是介紹性質的。2)時效性。由于計算機領域的新技術層出不窮，新名詞不斷地涌現，很多新出現的技術名詞很難在字典上查到。為了使學生及時了解計算機領域的各種新技術，需要考慮教材的實效性。針對本科教學特點，我校采納了自編的教材《計算機專業英語》[2]，主要章節包括如下內容：1)HistoryandFutureofComputers。2)OrganizationofComputers。3)NumberSystemsandBooleanAlgebra。4)DataStructure。5)OperatingSystem。6)SoftwareEngineering。7)ProgrammingLanguages。8)TheInternet-TechnologyBackground。9)TheWorldWideWeb。10)ComputerandNetworkSecurity。11)DatabaseManagement。12)Multimedia。13)ComputerGraphics。14)VirtualReality。此外，每章后面均對科技英語的相關知識加以介紹，如科技英語的特點、計算機英語專業詞匯的構成規律、科技英語中數學公式的讀法、常用英漢互譯技巧、被動語態的翻譯技巧、復雜定語(從句)的翻譯技巧、英語長句的翻譯技巧以及學術論文寫作的有關知識，包括論文標題的寫法、論文摘要、引言的寫作技巧。
2.2課程的教學設計
大學本科的課程教學應該有別于初等教育，即由原來的灌輸型為主轉向激發型為主，即“學生為主體”的教學，針對不同層次的學生，教學在教學內容上要有不同程度的取舍，課堂的教學組織也應各不相同。教學設計廣義上指“關于教學活動的總體規劃”；狹義上指“關于一門課程的教學活動的全面設計，用于刻畫課程的定位、目標、教學內容、重點、難點、有關設計等”。與教學大綱相比，它提倡將教學中需要注意體現的“活的內容”體現出來，更有意識地體現知識、能力、素質教育的要求。由于計算機英語通常是在大學三年級開設，教師可以適當參考專業課的學習情況，靈活安排各章節的教學進度，以便與專業課程協調配合，取得更理想的教學效果。比如，學生之前學習過的課程，像計算機硬件、數據結構、操作系統等，可安排在前面講授。在掌握基本的技術術語后，教師應以學生為主體，把閱讀講解的機會適度地讓給他們，之后再給出改進意見，并指出其中需要注意的翻譯要點。這樣既調動了學生的積極性，又加強了學生的印象。課程教學在突出教學內容的基礎上，還要結合計算機學科前沿性研究成果、技術和工具，不斷充實、更新教學內容，既可激發學生的學習興趣，又開闊了學生的視野，使學生的學習更主動、有目的性。
3豐富教學手段，促進教學方法改革
“教”與“學”是互不可分的。教學過程不僅是師生間教學信息的交流，也是師生間情感的雙向交流。教學實踐表明，相當一部分學生不是不愿意學，而是因為學習起來吃力、乏味，跟不上教學進度，才導致了“身在曹營心在漢”，甚至逃課等現象[4]。教師的職責是傳道、授業、解惑，即不僅僅傳授給學生知識，更應關懷學生的成長、成人、成才。教師應充分重視師生間的情感交流和互動。成功講授一門課程的背后，需要教師付出大量心血，不斷探索新的教學方法和技巧。計算機英語的課程也是如此。教師在課堂上采用豐富的教學手段，學生在課堂上學習，就會感覺很新鮮，不枯燥。教師給予學生適當的關注，他們會更用心、主動地學習。我校計算機英語的課堂教學改變傳統“滿堂灌”的教學方式；通過布置大作業，為學生提供實踐機會，讓學生學會自己運用文獻檢索方法，查找相關文獻并翻譯，從中檢驗自己的能力，也進一步了解本學科的發展動態。多媒體及其他現代技術的快速發展，使得多樣化的教學形式成為可能。多種教學形式的應用，明顯優于傳統的教學方式，能夠取得良好的教學效果。在教學中，可以綜合利用下列方式。1)PPT課件充分利用多媒體教室的優點，教師事先精心準備PPT課件，課上播放PTT課件來進行講解，效果很好。由于預先的準備充分，可以做到重點突出，更有針對性。更新教案時，利用PPT修改比傳統的紙質教案效率高，易于擴充新內容。2)音頻。目前，有些計算機英語教材已經提供了部分課文的音頻材料，而且網上也有許多計算機專業英語的聽力材料。播放與課本內容相配合的音頻，有助于提高學生的學習熱情，同時也鍛煉了學生的英語聽力和口語。3)視頻與動畫。學生可以利用余暇時間，在網上搜索有關計算機新技術和著名人物的視頻材料，如關于著名的IBM、Microsoft、Apple等IT公司的新技術和新產品的英文視頻和動畫，時間通常為3～10分鐘。觀看這類短片，學生會產生濃厚的興趣，在鍛煉聽力的同時，也學到了新技術，甚至起到勵志作用，效果很好。輔助教學對良好教學效果的取得非常重要，要想使學生很好地掌握計算機英語，除了課堂上的面對面教學、交流外，還應充分利用其他的輔助教學手段。
第8篇：計算機硬件教案范文
關鍵詞: 計算機實驗室 高校實驗教學 科學管理
1.引言
實驗教學在高校計算機教育中占有極其重要的地位,是教育教學的重要組成部分。目前多數高校的實驗教學還停留在以教師演示為主的教學模式中,學生的動手能力遠遠達不到社會發展對新型人才的需要。另外,雖然大部分計算機實驗課程中實踐課學時占總學時量的一半以上,專業實踐課開出率為100%,然而,學生實際動手能力并沒有較大的提高,人才實踐能力培養遠遠不能滿足社會的實際需要。面對社會的需求,學生應根據自身的實際情況選做實驗,進行本專業各項基本技能的訓練。計算機開放實驗室正是為現代大學生驗證及鞏固理論知識,訓練各項基本操作技能的基地,更是培養當代大學生思維能力、創新能力,以及強化綜合素質的重要基地。
為此,我就如何利用現有的儀器設備、網絡技術等進一步提高實驗教學的質量,培養有實踐能力的專業人才,從而改進實驗教學的現狀提出自己的改進意見。
2.改革實驗教學內容,加強實驗室管理
對于計算機這樣一種日新月異地發展的專業來說,軟件版本的不斷更新,必然要求學生用書的版本也跟得上。學生的用書特別是應用性強的課程,在實驗室進行的教學基本上都是面向應用的、實操性強的,否則因為版本的不一致,操作起來對不上號,會削弱學生的自信心,也會影響最終的教學質量。因此,實驗教學改革的第一步必須要求保證教材與所用軟件版本的一致性。另外,實驗教學對教師也提出了新的要求:教師的講稿和課件必須跟上版本的變遷,必須與時俱進,不能單單停留在教科書上,一個課件用多年。
在實驗教學過程中,還需要強調課程體系的系統性和完整性。實驗課程在學生在校期間應該不間斷,難度逐步提高,內容承上啟下,使得硬件實踐訓練層次化、系列化,以此來系統強化學生的硬件動手能力。同時調整各課程的開設順序,理順每門課與前導課和后續課之間的關系,從而保證硬件課程體系的系統性和完備性。
在實際教學過程中,我們可以將計算機硬件實驗內容分為4類,即驗證型、設計型、綜合型、探索型。實驗內容由淺入深,循序漸進。在所有硬件必修和選修課程中,全部開設實驗課程。實驗課程由驗證實驗(50%)、設計實驗(20%)、綜合實驗(20%)、探索實驗(10%)組成,形成“驗證型―設計型―綜合型―探索型”的多層次實踐教學模式,系統地強化學生的綜合設計和硬件動手能力。驗證性實驗是為了加強理論基礎知識,設計性實驗是為了讓學生掌握基本的電路設計和調試方法;綜合性實驗是為了培養學生綜合應用硬件課程群的基本知識與技能,提高分析問題、解決問題的能力。課程設計的部分內容屬于探索型實驗,學生可以自主選擇感興趣的課題及相關開發工具,寫出設計書,交給指導老師審核后實施。在這一過程中,學生需要查閱大量的資料,培養學生的自學能力、研究設計能力、獨立分析問題、解決問題的能力和創新能力。對于驗證性實驗,指導老師要提前布置給學生,讓學生參考實驗教材寫出不同的預實驗方案,實驗課上除了驗證教材規定的實驗內容,還要驗證自己的實驗方案,這樣可以充分發揮學生的主觀能動性,提高學生對實驗課的興趣。設計性、綜合性實驗一般安排4―8學時,安排在課內實驗中完成,也可以安排在課外實驗中完成。指導老師只給定實驗的課題和目的,中間過程需學生自己去查閱資料和設計方案,直至最后調試完成。在調試過程中,學生自己動手分析解決實驗中出現的問題。雖然有一定的難度和深度,但對學生很有吸引力,這樣能使學生從應付實驗變為主動實驗,不僅能提高學生的基本操作技能,而且能發揮學生的主觀能動性和創造性,使學生受到更為實際、更加全面的科學研究的訓練。
實驗室是培養學生實踐能力和創新能力的重要基地,實驗室的建設與管理水平,直接關系到學生的培養質量和學校的聲望。實驗資料的整理是提高實驗教學效果的關鍵之一。實驗資料包括實驗教學資料和設備檔案,每門實驗課程都要結合理論課程認真組織研究,從基本原理和基本結構出發進行基礎實驗設計。同時對基本原理進行擴充和結合,設計出一套由淺入深的綜合性、設計性實驗教學體系,結合現有的實驗設備編寫出相應的實驗教學講義、實驗教案、參考實驗報告等一系列教學資料,并經過反復修改,最終形成一套讓學生認可的實驗資料。
3.最大限度地實施開放式實驗教學
在實踐教學過程中,教師要充分利用信息技術、計算機網絡技術的長處,做好實驗教學輔助安排。
(1)充分利用現有的校園網絡平臺?，F在屏幕錄制軟件,如Camtasia Studio的功能足以輕易將演講內容進行捕捉錄制。教師可利用校園網絡,將錄制后的內容保存到課件庫中即可被學生重復利用。這樣一方面可以做到課堂教學與課后的遠程教學適當結合,打破學習的時空約束,另一方面又為學校提供了寶貴的教學資源積累,對課程教學進行有機整理和重復利用。學生通過過種錄制和整理,可以對難以理解的內容想聽多少次就多少次,想重放哪個部分就重放哪個部分。技術服務于教學,新技術的恰當應用能給實驗教學帶來質量性的變革。
(2)開設相應課程的網站,提供學生與教師交流的平臺,讓教學的互動不受時間和空間的限制。教師在網站上可以將學生常見問題及其解決方式整理成精華問題庫,以供學生搜索。例如,JSP或Java課程學習中,中文顯示亂碼的解決是常見問題之一。教師可以把常見的亂碼問題及解決方法整理后放在網站上,供學生參考,這樣也可提高學生的自學能力。也可以在網站設計在線交流平臺,供師生交流。
(3)學生互助的教學方式,讓易上手的學生來指導接受慢的學生。這樣能讓學生在互助中或團隊合作中通過解決所遇到新的難題,從而學到更多更扎實的知識。
(4)另外,為了加強對學生的輔導,在教學上學生自由上機時間可以適當安排相關專業的實驗老師作隨堂輔導,讓學生的問題盡快得到解決。
4.加強監管,實現自覺教育與自覺學習
“學生為主體,教師為主導”,這樣的教學模式本身是好的,但在實際應用上,太偏向于學生這個主體,結果在實驗教學的課堂上經常會出現這樣的一幕:學生是在操作了,不過大部分在專心玩游戲或上網,完全處于放縱狀態,只有少數人會按教師布置的課程內容進行操作。在等待學生舉手提問時,有些不負責的教師自己做自己的事情或不見蹤影。這種現狀的出現,極大地歸咎于教與學缺乏必須或恰當的監控,特別是在教師與學生缺乏自覺性的情況下,這種現象尤為突出。教師可以利用攝像頭或多媒體廣播系統的監控功能對實驗室教學及實踐情況進行監控,實現實驗教學情況或教學質量與績效考核系統掛鉤。
5.結語
培養面向21世紀適應市場需要的人才是高校教育面臨的重要課題。計算機教學開放實驗室要以能力培養為主線,以科學、系統的管理來保障開放質量,強化學生綜合素質,使計算機開放實驗室成為創造性實驗教學的場所和基地。如何讓高校大學生在計算機教學實踐中受益面擴大,而又如何為那些出類拔萃的學者提供更好更適用的科學研究平臺,也正是計算機教學開放實驗室建設的重要課題。
參考文獻:
[1]萬曉東,王友仁.計算機硬件系列課程體系改革探討[J].電氣電子教學學報,2007,29,(02):4-6.
第9篇：計算機硬件教案范文
關鍵詞: 高校非計算機專業 計算機基礎課程 教學改革 思考
一、高校非計算機專業基礎課教學的現狀
21世紀已經走過了10個年頭,《計算機基礎》作為一門公共基礎課,已經成為高校所有非計算機專業學生的必修課程,這門課的教學方式主要是課堂講授及上機實驗相結合,一般來說,很多學校課堂講授的學時和上機實驗學時相同,與以前的課時安排比較,上機學時有所提高,但計算機基礎課操作性較強,以課堂講授為主的教學方式不利于學生對操作性知識的學習。
在授課的過程中,教師們都發現了這樣的問題:很多學生在上課時都能聽懂老師講授的內容,但自己動手操作時,又感覺到很茫然,不能完成相應的實驗操作。即課堂授課理解和自己真正動手實踐不能統一。
計算機基礎的知識點本身對于大學生來講,并不難理解,關鍵在于讓學生學習操作的方法,培養操作的靈活性。因此,教師在教學過程中的主要任務是引導學生進行實驗教學,提高學生操作應用各類計算機軟件的能力,達到這門課教學的最終目的。
從最近幾學期的教學中,我們發現了以下一些問題。
1.生源基礎不同。
不同專業的學生對計算機課程的接受能力有所不同,對于理工類專業的學生來說,二進制計算和Excel公式的應用這樣的內容,他們理解接受的時間要比文史藝體類的學生更快,但是在畫圖軟件和Word字處理軟件的應用中,他們又呈現出想象力缺乏的問題,在作業中表現出來的想象力和創造力明顯不如文史藝體類的學生。由此我們猜想,也許是因為專業文化和知識背景的限制,不同專業的學生在同一門課程上,產生的認知和收效都大不相同,如何減小專業差異,達到更佳的教學效果,是我們所需要認真研究思考的問題。
在同一個專業內的學生,同樣也表現出了不同的問題,一些接觸計算機較早的學生,通常是因為家庭經濟條件寬裕,或者父母親也從事計算機相關方面的工作,對計算機的操作和應用有比較多的了解,在學習課程時表現出接受能力強或者全部都已學會的情況。因此這些學生會表現出對教師講授的內容感到沒新意、或十分無趣、百無聊賴的狀態。而另一個極端則是一部分學生對計算機感到畏懼、完全聽不明白的狀況,這些學生可能是來自農村或其他低收入家庭,經濟狀況不是很理想,沒有能力購買計算機,或者在以前的教學中沒有上過相關課程,也就從來沒有接觸過計算機的相關知識,使得他們在學習時感到陌生、畏懼,無所適從,到了機房手足無措。這樣兩種極端情況在任何一個專業,都會出現,但這些學生都是少數,多數學生仍然是在迷糊和清醒之間,半懂不懂,充滿興趣,卻又感到了困難重重。因此,如何減小差距,達到所有學生共同進步的效果,也是教師需要解決的重要問題。
2.教學內容缺乏更新。
計算機基礎的教學內容在以基礎知識為本的基礎上要不斷創新。每一門課程的教學內容都有基礎知識和派生知識兩種?；A知識常常是穩定不變的,比如計算機的體系結構和數制轉換等內容,都是穩定的。而派生知識則在不斷的發展更新,比如計算機硬件的發展更新,計算機軟件的升級換代,每天都發生著巨大的變化,我們在進行計算機基礎教學的時候要根據當前軟、硬件的形勢補充相應的派生知識。例如:在講解計算機硬件的時候,教師可以展示當前主流的主板、CPU、內存條的圖片,而不能把早期淘汰的主板、CPU的圖片展示給學生看,甚至可以攜帶硬件的實物到課堂上進行授課,使學生感到更加真實、具體。
但是從教學成本上來說,這些環節又不是輕易能夠大規模地普及的。主流的電腦配件,不可能購買以后只作展示,一般只能向學生展示已淘汰的配件;而軟件的更新,在機房用機臺數較多的情況下,更新的時間和耗費的人力、物力、財力也是非常巨大的。
3.考核方式已有所變化,但收效仍不明顯。
計算機基礎課程的考核方式,現在已經在我校有了較大的改革,從三四年前的傳統紙質試卷考核,變成了上機考試,一人一卷,試題不重復、無紙化操作、評分自動化的狀況。
相比以前的考核方式,上機考試顯然有更大的優勢:極大地降低了學生在考試中通過不正當手段獲得高分的現象;節約紙張,使得無紙化教學更加普及;評分自動化,杜絕了教師打分時的主觀意愿對學生造成的影響。
從這兩個學期的考核結果來看,教學方式改革達到了一定的效果,很多學生通過上機操作,加強了實踐能力,但仍有一部分學生存在考前突擊,考后全部忘記的現象。
綜合上面幾方面的情況,結合新時期教學方式改革的要求,計算機基礎課程教學仍然需要作出調整和改革,以適應新環境下的高校教學改革發展。
二、關于計算機基礎課程教學內容變革的探討
1.加強實驗教學所占的比重。
經過基礎教學部領導的研究,在每個機房都安裝了多媒體教學系統,教師在機房操作的過程也經過投影機放映在大屏幕上,方便學生觀看,每個學生都可以跟隨教師的操作,一步步地驗證結果。
師范院校畢業的學生,絕大部分畢業后是到學校從事教學工作,他們利用計算機開展輔助教學、制作電子教案、開發學籍管理系統,而這其中用的最多的計算機知識是Office辦公軟件。所以這些內容都是在實驗課程中必修的環節,在考核環節中也是必考內容,所以教師在教學中要詳細講解操作步驟,屬于基礎課程教學中的第一層次,較基礎的環節。
除了辦公軟件之外,實驗內容還可以根據不同系別和專業的學生,設置不同的課程和教學計劃,可增加網頁制作、網站建設、圖片處理、動畫設計、多媒體制作和數據庫基本應用等實驗內容。這部分屬于較難的環節,教師應著重培養知識的綜合應用能力和學生創新能力,要有一定的廣度和深度,要有利于提高學生創新意識和靈活運用知識的能力,讓學生利用計算機實現自己在本專業上的設想和創新。
增加實驗環節的比重,將有助于改變傳統實驗教學的局限,對于學生綜合素質的提高、創新能力和實踐能力的培養極為重要,同時,也對教師駕馭教材和課堂教學的能力提出了較高要求和考驗。
2.網絡教學與課堂教學相結合。
從2008年開始,進入高校的學生基本上都是20世紀90年代以后出生的,就是現在很多人俗稱的“90后”,面對這樣一些“新新人類”,教師要不斷更新與他們的溝通方式,通過他們能夠接受的方式進行教學,使得課堂教學更加生動有趣,氛圍更加輕松和諧。
教師可以通過QQ、BBS等方式和學生開展網絡教學,利用聊天或論壇發表帖子的時候進行教學,這有利于增進和學生的感情。
同時,教師還可以將自己制作的課件、視頻、各種案例、素材等材料上傳到網絡教學平臺,學生可以自行下載、學習,提高學生自學的能力。
3.更新教學案例,鍛煉學生動手能力。
在新修訂的計算機基礎課程新教材中,增加了很多案例,對于提高學生動手能力是非常有幫助的,如使用Word字處理軟件制作一張手抄報,使學生學會版面的布局,其中包括分欄、分節、段落格式的設置、查找和替換、選擇性粘貼、圖片及圖片工具欄的使用、邊框和底紋、背景、水印等。
又如使用Excel電子表格軟件制作“學生成績分析表”的案例,介紹了公式的使用及單元格的引用(相對、絕對和混合)、各種常見函數(Max、Min、Rank、Countif、Frequency)的使用、圖表的制作等技巧。
PowerPoint演示文稿軟件中的幻燈片案例,包括修改配色方案、動作路徑的使用、動畫音效、插入聲音文件等知識點。
而網頁制作的案例,則是利用DreamWeaver軟件建立網站,介紹了網站建立的全過程,包括創建鏈接、應用表格、導入文檔、制作補間動畫等,知識點比較全面。
三、對計算機基礎課程教學改革的建議
1.嘗試開展分層次教學。
在新時期計算機教學改革的要求下,為了適應教育改革發展的需求,建議在學生中嘗試開展分層次教學。
所謂分層教學是指根據學生的實際水平和應用能力,按照“一般要求”、“中級要求”和“較高要求”而采取的分層次的教學方式。結合我校學生實際,按照上述三個不同層次,提出每一層次授課的教學基本要求。
在新生入學之際,先舉行模擬測試,并將測試成績公布給學生,再由他們參照測試成績選擇適合自己的修業層次和課程。學生選擇后,可以有一周的試聽課期,在試聽時間內可以自由選擇其他教學層次聽課。一周后,學生確定自己選擇的層次。
實行分層次教學后,任課老師可根據不同層次的學生特點選用不同的教學方法和手段,如“較高”層次的學生水平較高,一般基礎知識已經過關,則可以采用研究性學習的方式教學,除了Office軟件的應用,還應增加計算機硬件組裝、數據庫應用、網頁設計、多媒體技術等方面的內容;“中級”層次的學生大多數對計算機有所接觸,但不熟練,則應按正常的教學進度及要求授課在完成Office軟件的學習基礎上,適當增加一些多媒體技術的內容,如Flas制作等;而“一般”層次的學生水平相對較差,基本上沒有操作過計算機,一般以強化基礎、加強實踐技能為主,并且適當增加上機學時,力求使他們在經過一個學期的學習后,能夠熟練掌握Word、Excel、PowerPoint這三個辦公系統常用軟件的操作方法。這樣,根據學生自身水平層次進行有針對性的教學,充分體現因材施教的教學原則。通過分層教學,基礎較好的學生在知識和能力上能得到提高、擴展,基礎稍差一些的學生能加強操作練習,增強學習的信心,使教學資源得到充分的利用,提高教學的效率。
2.嘗試開展分文理科教學。
根據不同專業的特點,我們也可以開展按文理科不同進行分專業教學,在一定程度上可以提高學生學習計算機知識的興趣。根據不同專業的特點,建議分成三類開展分課教學。
(1)理工類
在理工類專業中實施教學時,教師可以側重于計算機硬件組裝、程序設計方面的知識,在完成辦公軟件的教學后,可以增加硬件組裝的實驗、C/C++語言程序設計、數據庫設計等操作上機環節,對于理工類的學生,能夠激發他們對計算機系統構造的興趣,為將來進一步了解計算機知識、將計算機應用到自己所學的專業中打下良好的基礎。
(2)人文社科類
在人文社科類專業中實施教學時,建議可以將二進制計算的內容略去不講,授課時側重于辦公軟件在日常工作中的應用,如利用Word字處理軟件設計簡歷、報紙、信函;利用Excel電子表格軟件管理班級信息、財務信息;利用PowerPoint軟件制作演示文稿、宣傳廣告等;并且適當增加Flas設計、網頁設計等知識,使他們感受到計算機應用軟件的魅力,激發藝術設計的靈感,充分提高學習的興趣。
(3)藝體類
藝術體育類的學生與上述兩類又有極大的不同,他們思維較活躍,但有時候又不容易集中精神,在教學中和人文社科類專業一致,二進制計算的內容不講,在完成Office軟件教學的基礎上,可以多增加一些藝術設計類的軟件的教學,如PhotoShop、Flash、DreamWeaver等軟件的教學,使他們能夠利用這些軟件設計一些與專業學習相關的課件或者素材,充分發揮藝術體育學科的特長,體現這些學科的魅力,將所學的內容應用到今后他們的工作崗位中。
近期,國家規劃綱要工作小組辦公室了《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》征求意見稿,對高校如何提高高等教育質量、增強社會服務能力意識等問題作出了詳細規劃和要求,在21世紀第二個十年開始之際,如何改革教學方式,提高教學質量,為社會培養高素質的人才,是擺在高校教師面前的一個亟待思考解決的重大問題。對非計算機專業《計算機基礎》課程的教學改革,還有一系列理論和實踐問題值得我們進一步思考和研究,教師要不斷研究改革教學方法,最大限度地調動學生學習積極性,達到更好的教學效果。
參考文獻:
[1]唐鑄文.計算機基礎課程體系研究與教學改革實踐[J].荊楚理工學院學報,2009,(7).
