計算機硬件類課程實驗教學模式改革

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摘要：

在教學內容、學時分配、教學方法、考核方式四個方面，對計算機硬件類課程實驗教學進行改革與實踐，構成多級實驗體系，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：教學質量；實驗教學改革；計算機硬件類課程

為培養學生的學習興趣、增強其對概念及理論的理解、便于掌握知識點，自2013年以來從實驗內容、學時分配、教學方法、考核方式四個方面，對硬件類課程的實驗教學模式進行研究和改革，并加以實踐。

1實驗內容

1.1增加綜合類型實驗，提高學生動手能力。

在《計算機接口技術》課程中增設綜合類型實驗《PC機系統中的小型I/O接口系統》。通過PC機系統中的小型I/O接口系統電路硬件設計、安裝或焊接元器件、進行PC機系統中的小型I/O接口系統控制程序設計（采用ASM或CPP語言）、在PC機中運行此系統這一系列過程，使學生能夠自主設計和實現PC機系統中的小型I/O系統，從而進一步加深理解，對所學知識融會貫通。

1.2引入先行課程實驗，溫故知新。

《匯編語言程序設計》是《計算機組成原理》的先行課程，在編程過程中，由于助記符多、指令難記、使用范圍窄，學生容易遺忘，從而增大了學習《計算機組成原理》指令系統部分的難度。在實驗中引入匯編語言部分后，結合debug調試環境，能有效利用匯編語言編程加深學生對指令編碼、指令運行過程的理解與掌握，真正做到溫故知新。

1.3嚴格進行實驗分類，構建多級實驗體系。

將實驗分為四個層次：演示性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗。首先通過教師演示，讓學生初步認識相關原器件，將所學知識和實物聯系起來；然后用五、六個驗證性實驗，加深學生對理論知識的印象，熟悉并掌握課堂所學部分；接著利用綜合性實驗，系統地將所學知識組織起來，形成知識體系；最后完成設計性實驗，使學生能夠熟練運用相關知識。以《數字電子技術》為例：改革前實驗類型混亂，綜合實驗和設計實驗看似很多，實際訓練并不能達到相關要求，所有實驗均為必做類型，導致部分學生實驗完成不了。在修正實驗類型、將實驗分為選做和必做之后，能更好地結合學生實際情況循序漸進，構成多極實驗體系，以達到培養學生的實際操作技能和動手實踐能力的實驗教學目標。

1.4增加選做實驗，多種選擇貼合學生實際。

選做實驗設置少，教學時可選擇的余地很小，不能根據學生的學習能力、知識掌握程度、學習興趣等實際情況來進行選擇，靈活性差。增設選做實驗后，《單片機及應用》課程選做實驗達到7個：指示燈/開關控制器、16×16LED點陣顯示實驗、查詢式鍵盤實驗、電子琴模擬實驗、直流電動機控制實驗、I2C總線實驗、電子萬年歷時鐘實驗，總計18學時，教學彈性大，更貼合學生實際情況。

2學時分配

由于各實驗的性質和復雜程度、學生對知識點的掌握程度不同，實驗學時不能“一刀切”，簡單的實驗安排少量學時，難度大的實驗增加安排的學時數。改革前，《計算機組成原理》所有實驗一律安排為2學時。重新分配學時后，PCC實驗箱的使用和熟悉實驗環境這樣的簡單實驗，安排1個學時，而綜合性、設計性實驗安排4個學時。改革前，《計算機接口技術》的波特率時鐘發生器實驗、音樂發生器設計與制作實驗均安排2學時，由于實驗比較復雜，學生在2學時內無法獨立完成；增加到4學時后，學生不再手忙腳亂，有充足的時間進行設計、記錄實驗數據和分析實驗結果，加強實驗效果。同時，結合教師科研項目開展綜合性、設計性實驗，將實驗教學分為課堂教學和課下教學兩部分，不再局限于實驗室。教師通過教研會和科研活動，教學和科研相輔相成；學生參與教師課題，既能促進實踐能力，又能提高科研水平，一舉兩得。

3教學方法

3.1仿真與實驗箱結合，發揮學生創造性。

傳統的硬件實驗主要采用實驗箱聯機進行，各模塊已經集成在實驗面板上，只能根據已有模塊做實驗，學生對實驗箱的依賴過重。在單片機實驗中引入Proteus和keil軟件的聯合仿真，學生先通過實驗箱進行實驗，對各種部件的連接有一個清楚的認識，再用Proteus繪制電路圖，最后通過keil加載程序、仿真運行，能更清晰地認識到實驗原理。修改已驗證過的電路和程序，觀察并分析產生的結果，可以激發學生的學習興趣，便于發揮創造性和求知精神。

3.2開放式實驗教學，因材施教。

綜合性、設計性實驗涉及面廣、難度大，僅僅只靠課堂的4學時是不夠的，因此需要采用開放式實驗教學做為實驗環節的補充和拓展，使實驗開展的時間不再局限于實驗教學的課堂時間。第一階段：理論教學時布置實驗的預習內容，學生課外通過查閱資料、網絡資源等方式自主學習，設計出相關電路圖，做好充足的準備；第二階段：實驗開始前提出實驗要求、擬達到的實驗目標，實驗過程中通過問答、分組討論等環節，加深理解；第三階段：實驗結束時進行拓展訓練，修改已驗證的電路和程序，觀察并分析實驗結果，將所學知識加以鞏固。大部分學生能夠完成前兩個階段，優秀的學生能完成第三階段。對少數落后的學生進行單獨輔導，經常表揚和鼓勵，調動他們的學習積極性。

4考核方式

增大實驗成績在總成績中的比例，將實驗考核進一步細化，根據方案或實驗結果的驗收、總結報告等綜合評定方法進行考評，最后上機實驗成績為一學期上機實驗成績的平均分。

5實施結果

改革實施2年來，學生的考試成績有了顯著提升，以《計算機組成原理》為例，對2011、2012級學生的實驗教學進行改革，改革前后平均分對比如圖1所示。很多學生表示不再對計算機硬件漠不關心，理論知識也不再晦澀難懂，感覺自己真正學習到了計算機的專業知識“，對以后的學習很有幫助”等。實驗教學模式的改革，使學生養成了自主學習、獨立思考的好習慣。

6結論

經過2年的實驗教學改革，引入仿真軟件、聯系教師科研，形成了一套計算機硬件類實驗教學方法，提高了學生自主學習的意識，培養了學生解決實際問題的能力，教學質量得到了較大的提高。

參考文獻

[1]劉卉.基于EDA的計算機組成原理教學改革探討[J].現代計算機（專業版），2014（15）：30-33.

[2]盛建倫，鞏玉皇，劉淑霞，等.計算機專業硬件基礎課程實驗教學體系的研究[J].實驗室研究與探索，2013（10）：387-391.

[3]劉明.淺談數字電子技術教學[J].福建電腦，2015（7）：53，102.

作者：蘇靜 劉明 朱曉靜 蔡娜 單位：瓊州學院計算機工程學院