時間：2023-09-25 18:00:25
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機硬件課程設計，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：計算機硬件實踐教學；云計算；遠程實驗；虛擬實驗
1.背景
計算機硬件課程的實踐教學一直是計算機硬件教學的重要環節，通過這一環節，可以直接讓學生對硬件有感性認識，對計算機系統的硬件邏輯結構、物理特性有更深入的了解。
傳統的計算機硬件實踐教學環節，多采用實物、虛擬實驗等方式進行。采用實物的計算機硬件實踐教學，如微機原理，可以直接利用實驗箱、實驗開發板等現成的硬件，用匯編語言、硬件描述語言等方式進行編程，輔以萬用表、邏輯分析儀、示波器等儀器設備，可以全面提升學生對硬件系統的認知。采用虛擬實驗的計算機硬件實踐教學，可以采用模擬器等方式模擬硬件的運行，并以可視化的方式展現給學生，接近或者達到實物實驗的效果。
隨著計算機硬件實踐教學的不斷發展，以及計算機技術本身的快速發展，許多學校經過多輪的建設投資，積累了大量的硬件設備；許多設備由于更新、損耗等問題，需要重新投資采購以便升級換代。另外，教學內容的不斷發展，也要求相應的硬件條件跟上。
硬件基礎條件的建設，一方面可以不斷適應計算機硬件技術的發展，開展更多更好的實踐教學；另一方面，有許多陳舊設備需要淘汰，導致投資的浪費，而且，隨著學校規模的擴大，這種資源上的浪費將更為嚴重。
基于以上認識，我們在“十一五”建設期間，開始了“計算機硬件綜合實驗云”（簡稱“實驗云”）的論證與建設工作，試圖開發出一條新的路子，能夠解決重復投資、資源浪費、設備快速淘汰的問題。
2.“實驗云”設計思想
“實驗云”采用“云”的方式對計算機硬件實驗資源進行組織和管理，以服務的方式為學生、教師提供支持，其投資建設的重點在“云”端，而不是用戶端。
“實驗云”具有以下特點：
（1）投資集中。硬件建設、實驗內容建設等集中在“云”端，并且同樣的硬件條件可以支持多門課程。
（2）服務廣泛。采用‘‘云”機制之后，所有的硬件實踐教學，都能采用服務的方式對外提供，使用者（學生、教師等）可以通過遠程網絡使用服務，完成實踐教學環節。
（3）易于升級擴展。只需要在云端對系統的軟硬件、實驗內容進行升級，即可達到全系統升級的目的。
（4）系統可擴展性強。該系統采用“云”的方式組織，所有用戶數據均可保留在云端，方便與其他信息系統、教學管理系統集成，并能夠對全過程的實驗數據進行存儲、分析和使用。
3.“實驗云”框架
“實驗云”的主要框架結構如圖1所示。硬件系統主要由“天河陽光”實驗板節點（如圖2所示）、交換機、Web服務器、實驗服務器、數據庫服務器等組成，它們之間通過網絡互聯互通。“天河陽光”實驗節點上整合廠豐富的硬件實驗資源，為計算機硬件課程實驗提供了基礎；交換機與實驗板、Web服務器、實驗服務器連接組成一個內網；Web服務器運行Web服務，連接內部交換機和Internet；實驗服務器運行各種實驗模塊，并通過交換機與實驗板節點連接。軟件系統由運行于服務器的Web服務和實驗所需的各種大型軟件組成。Web服務負責管理實驗板，為客戶端提供Web服務，響應客戶端請求，并將客戶端請求提交給實驗服務器，控制實驗節點完成各項實驗功能，將用戶操作日志和實驗結果保存于數據庫；大型軟件運行于服務器，實現輕客戶端，客戶甚至只需一個能夠上網的手機就可以進行實驗。實驗參考資料由實驗教材、實驗指導書、參考代碼、視頻教程等組成。
“實驗云”平臺客戶端無需安裝客戶端軟件，直接用瀏覽器通過Internet訪問Web服務器。連接到網絡的客戶端登錄后就可以申請獲得硬件資源，然后操控實驗板進行實驗。客戶端對實驗板的操作控制命令通過網絡發送，Web服務器、實驗服務器收到命令后再轉發給相應的實驗板，實驗板對命令進行解析并執行，執行結果返回到實驗服務器、Web服務器，Web服務器再將實驗結果返回給相應用戶，用戶通過瀏覽器觀察結果。管理員也通過瀏覽器訪問Web服務器進行后臺管理。
4.“實驗云”建設
“實驗云”的建設主要劃分為硬件條件建設和內容建設2個方面。
在“實驗云”硬件條件建設上，主要是云端環境的建設。我們專門調集了開發人員，對實驗云硬件條件進行充分論證，確定各種硬件器件的選型。云端環境建設中，最重要的是實驗開發板的邏輯開發以及服務器軟件系統的開發。在我們選用的“天河陽光”實驗開發板中，擁有足夠的可編程邏輯器件空間、以太網接口，并且在硬件上支持對FPGA器件的動態編程，這些都為實驗開發板的遠程操作提供了硬件支持。特別是，我們在如何快速保存恢復硬件實驗現場上進行深入研究，為支持實驗板的虛擬化提供了技術保障。在服務器軟件系統開發上，主要是用戶界面開發、實驗支持模塊的開發等。用戶界面上采用JSP、JavaScript、Flash等作為主要開發手段，充分利用最新的Web界面開發方法。實驗支持模塊上主要是擬定各種通信協議、提供實驗開發工具等。
在“實驗云”內容建設上，我們依托已經開展的計算機原理課程設計、數字系統課程設計、嵌入式系統課程設計等內容，要求相關授課教師提供實驗素材，并由專業人員對其進行整理，最后在“實驗云”體系下進行設計實現。所有的實驗模塊都部署到實驗服務器上。
5.“實驗云”初步建設成效
2012年底，我們順利加入到“211工程高等教育公共服務體系（三期）中國教育科研網格二期建設項目”中，參與了其中“計算機科學與技術重點學科網格建設任務”，并負責其中的“計算機體系結構虛擬實驗環境”建設任務。2013年9月，已經部署了10個“實驗云”節點，支持10人以上在線硬件遠程實驗，并采用云機制，能夠容納更多的學生同時在線進行遠程實驗。
另外，在本科教學中，我們已經在包括計算機原理課程設計等在內的多門硬件系列課程中，使用了“實驗云”系統。學生可以在宿舍、圖書館、教室、實驗室等地方，通過覆蓋全校的“無線教學網”，使用筆記本、PAD等終端，直接訪問部署在中心機房的“實驗云”環境，進行遠程硬件實驗。
6.結語
“實驗云”計算機硬件實踐平臺，突破了傳統計算機硬件實物實驗的限制，同時具有實物實驗和虛擬實驗的優點，方便管理，使用便捷。
在未來的建設中，計劃在ChinaGrid上部署更多的“實驗云”節點，能夠容納超過1000人同時在線完成計算機硬件系列遠程實驗。
關鍵詞：層次化計算機硬件實驗課程體系；開放實驗平臺；項目驅動實踐教學；過程式考評機制
文章編號：1672-5913（2013）03-0050-04
中圖分類號：G642
計算機硬件系列實驗課程主要從邏輯和應用兩個方面對計算機硬件的基本原理、應用方法進行教學，其目的是在學生學習硬件抽象理論的同時，通過教師演示或學生親自動手實驗，直觀地驗證計算機硬件的基本原理和工作機制，培養學生在應用技能方面的實踐創新能力。因此，計算機硬件系列實驗課程在高校計算機教學中占據非常重要的位置。
1 問題分析
當前，計算機硬件實驗課程教學主要存在以下幾個方面的問題：
1）思想上“重軟輕硬”。不少學生認為硬件實驗課程只是驗證計算機硬件的工作原理，對學習軟件知識，進行軟件開發沒有幫助；或者認為硬件實驗完成的多少無礙大局，因此在硬件實驗課程上缺乏主動性。
2）實驗教學內容陳舊。當今計算機硬件技術飛速發展，而硬件理論和實驗教材均稍顯落后，實驗設備老化，實驗內容陳舊，很多新理論新技術沒有融入到實驗課程中。
3）實驗課程體系缺乏系統性和科學性的規劃。由于計算機硬件實驗課程包含了眾多的基礎知識、基本思想、基本方法，課程之間不僅存在前后銜接的層次關系，而且存在著相互滲透的交叉關系，計算機硬件實驗課程之間和課程知識點之間內容銜接比較緊密。但各門課程的任課教師按照教學大綱獨立授課，過分強調某一門課的完整性和獨立性，忽略了課程之間的內容銜接和整體優化，內容重復的現象時有發生。加之有些課程的先修課并未放到培養計劃中，造成前導知識斷層，致使學生的硬件知識體系不系統、結構不健全、實驗技能不全面，無形中給學生學習計算機硬件課程和軟件課程制造了障礙，影響了學生的學習積極性。
4）對創新性實驗認識不足。計算機硬件實驗不能僅僅停留在通過基礎類實驗驗證計算機硬件的工作原理這一最低要求上，還要通過綜合類實驗讓學生完成一些綜合性系統設計，更需要拓展視野，完成一些開創性的設計，培養科學探索精神和素養。
5）實驗室的開放程度不高。目前國內多數高校的計算機硬件實驗室為限制性集中管理，學生進行集體實驗，不能滿足學生個人實驗需求，實驗設備共享和利用程度不高。傳統的實驗教學存在時間和空間的限制等問題，這些都嚴重影響了硬件實驗課程教學效果的提高和專業人才培養的質量，限制了學生完成硬件實驗的能力，降低了實驗興趣。
6）缺乏科學的實驗、實訓成績評價方法。計算機硬件實驗、實訓成績過度依靠教師現場觀察進行打分，導致實驗指導教師工作量繁重，實驗抄襲現象時有發生，缺乏統一評價標準，降低了考核成績的公正和客觀性。
針對以上問題，計算機教育專家們提出了許多計算機硬件實驗課程改革創新性的建議，但多傾向于從某一側面解決問題。計算機硬件實驗教學改革需要統籌規劃，兼顧課程體系、實驗平臺、實踐模式和評價方法各個方面。
計算機硬件實驗課程的重要性不言而喻，它對于培養學生實際動手能力、工程實踐能力及開發創新能力具有特別重要的意義。隨著電子技術和社會經濟的發展，計算機科學與技術和電子科學技術相互滲透和融合，硬件軟件化和軟件硬件化日益普遍，尤其是ARM、SoC、SOPC等技術的出現，計算機軟、硬件的融合日益顯著和成熟，加強計算機硬件實驗課程的建設、硬件課程體系新的實驗平臺的建設顯得越來越重要和必要。為了培養創新型人才，有必要對計算機硬件實驗課程體系進行更系統、更深層次的教學改革。
2 融合各門計算機硬件實驗課程
傳統的計算機硬件實驗課程的主要任務是驗證計算機的工作原理，以配合對應的計算機硬件理論課程，忽略了各實驗課程間的融合性，而且課程內的各個實驗之間的融合也不夠緊密，而技術的發展需要軟硬結合、軟件硬化或交融。硬件實驗課程教學任務不但要學生了解計算機結構、工作原理，而且要掌握計算機維護技術，能用硬件描述語言進行部件及應用系統的設計；結合軟件知識，能夠設計計算機應用系統。尤其是嵌入式系統的應用日益普及，應用范圍迅速擴大，要培養學生綜合設計能力。
因此，計算機硬件實驗課程群應以“培養應用型、創新型人才，注重計算機實踐能力培養”為核心進行建設。按照計算機科學與技術專業培養方案的要求，將課程群中各門課程的授課、討論、實踐、考核、教材等教學環節作為一個整體進行統籌優化，融合各課程的學習內容，形成一個完整的體系。這樣就能使學生較容易地理解和掌握課程的重點內容，理解課程間的連續性，使所學的知識形成一個完整的體系。
按照培養方案，對課程群內各課程的安排順序、授課內容、授課重點、授課計劃等按照計算機科學與技術專業培養方案的要求和社會對人才的需求進行調整和整合，形成包含基礎層、系統層和應用層的層次化課程體系（如圖1所示，其中標*的課程為核心課程）。修訂教學大綱，協調各門課程的內容，避免同一內容在多門課程重復講授；適當引入新概念、新技術；注重課程之間的內容側重和無縫銜接。
在基礎層，講授模擬電路和數字電路分析與設計，讓學生掌握電路的基本知識和現代設計方法，能夠設計一般的數字邏輯部件及簡單的數字系統。在系統層，讓學生掌握現代計算機組成結構、工作原理、實現方式和設計方法，能夠再現和設計簡單指令系統、CPU和完整的計算機硬件系統。在應用層，讓學生掌握計算機應用系統（包括硬件電路、應用軟件）設計方法，能夠設計實際的嵌入式應用系統。
3 建設共享和開放的計算機硬件實驗平臺
當前，計算機硬件實驗主要通過集體實驗來完成。由教師布置，學生準備，在固定時間集中到實驗室完成，最后提交實驗報告。這種途徑不能充分滿足學生的個性化實驗需求。
此外，一些實驗室采用分散預約和集體實驗相結合的實驗方式，學生可以在任何地點、任何時間通過網絡進入實驗網站進行預約，提前準備實驗內容，寫好實驗報告的“靜態”（實驗項目、原理、內容、設備等）部分后，再到實驗室開始做實驗；在實驗過程中完成實驗報告的“動態”（實驗調試過程、出現的問題、解決方法、實驗結果、分析等）部分。這種方式較為靈活，一定程度上提高了實驗室的利用率和實驗效率，但在實驗資源有限的情況下依然不能解決供需矛盾。
近年來，利用多媒體技術、網絡技術和虛擬現實技術進行虛擬教學和虛擬實驗已經成為業內研究的一個熱點。虛擬教學可模擬進行演示、探索、游戲。利用簡易型虛擬現實技術表現某些系統（自然、物理、社會）的結構和動態，為學生提供一種可供體驗和觀測的環境。虛擬實驗室概念是由美國弗吉尼亞大學教授William Wolf于1989年首先提出的，它描述了計算機網絡化的虛擬實驗環境，致力于構筑一個綜合不同工具和技術的信息化、網絡化的集成環境。在這個環境里，實驗員可以非常有效地利用世界上分布的各種數據、信息、儀器設備及人力等資源。利用虛擬現實技術構建基于網絡的虛擬實驗，將有效緩解很多院校在經費、場地、器材等方面普遍面臨的困難和壓力，而且開展網上虛擬實驗教學能夠突破傳統實驗對“時、空”的限制，無論是學生還是教師，都可以自由地、無顧慮地隨時隨地上網進入虛擬實驗室，操作儀器，進行各種實驗，有助于提高實驗教學質量。
4 改革創新計算機硬件實驗和實訓
計算機硬件實驗教材中對一些重要原理的有關實驗大多是驗證性的，即先通過教師演示，然后學生再現計算機硬件各個器件的工作。目前的計算機硬件實驗儀器生產廠商多提供這種封閉性實驗儀器，雖然利于教學，但是僅支持基礎類實驗，實驗內容固定，實驗目的單一，擴展性不足，不利于學生創新能力的培養。
針對以上驗證性基礎類實驗的問題，綜合類實驗也納入到了計算機硬件實驗模式中。這類實驗需要綜合多個知識點，對所學內容的綜合運用，一般作為考試型或課程設計實驗項目安排，目的在于充分發揮學生的潛在能力，拓展思維空間，考查學生運用綜合知識，進行規劃、設計、組織以及調試運行的能力；也可以作為學生課外開放實驗的選題項目，一定程度上滿足學生開展課程設計和課外創新實踐活動的需要。
對任何一所大學來說，本科教育始終是學校辦學的主體和基礎。在有條件的大學開展本科生科研，培養本科生的科研意識，鼓勵本科生及早進入研究領域，是培養具有實踐能力和創新能力的本科人才的一個十分重要的途徑。因此，創新成為實踐環節的更高要求，其實現途徑成為實驗模式研究的新課題。
5 建立完善科學的計算機硬件實驗成績評價機制
在高校計算機課程教學過程中，實驗成績是學生實踐能力的綜合反映，也是一個綜合評價問題。在教學實驗中如何科學地、合理地判定學生的實驗成績，有效地提高學生的學習主動性和積極性，發現和挖掘學生在教學實驗中的潛能是從事實踐教學的高校教師所探討的課題。
計算機硬件實驗成績的評價不同于軟件，需要結合具體的實驗設備進行考核，其考核形式包括單項實驗驗收式、實驗報告驗收式、綜合實驗考試式等，考核教師的工作量巨大。考核過程中，成績的評定人為因素較嚴重，過分依賴于考核教師。另外，實驗考核中也存在抄襲現象，僅僅通過實驗報告形式考核欠科學公正。因此，計算機硬件實驗成績的考核需要規范化、量化。
為了減輕考核教師的工作負擔，可以用“優秀”“良好”“中等”“及格”“不及格”來分等級衡量。等級制成為首選的評定方法。但該評價標準較為模糊，而評價學生實驗成績的因素是多元的，并沒有完全客觀的標準，通常難以定量衡量。如果直接進行定量分析，如僅給出一個成績，很難科學合理地反映學生的綜合能力及水平，也就難以對其學習進行正確的評價。
指標制則對等級制進一步細化，將考核指標化，如表1所示。
可以進一步限定指標的分值比重和等級的分數范圍，實現考評的量化。通過在線評測系統登記考評結果，實現對實驗成績的規范管理，可提高實踐教學的指導效率，更準確及時地調整實驗內容和難度，更有效地杜絕或減少互相抄襲，更客觀公正地考核成績，從而調動學生學習積極性，提高學生的動手能力。
關鍵詞：EDA技術 計算機硬件 存在問題 優化措施
一、EDA技術的基本特征研究
現代EDA技術的基本特征是采用高級語言描述，具有系統級仿真和綜合能力，具有開放式的實際環境以及豐富的元器件模型庫等；硬件描述語言輸入是EDA系統的主要輸入方式，由于現代社會電子系統規模日漸增大，硬件描述語言輸入逐步取代了之前傳統的原理圖輸入設計方法，其優勢在于能夠進行邏輯綜合優化，使設計者在比較抽象的層次上對設計的結構和內部特征進行描述。
二、傳統計算機硬件設計存在的問題
（一）硬件設備短缺，開發周期較長
早期的計算機由于工作環境、硬件材料等方面因素的影響，隨著時間的延長，計算機硬件設備的損耗量相對較大。為了保證計算機硬件設備正常運轉，管理人員不得不花費較多的人力、物力和財力進行修復和管理。同時，受當時技術水平的制約，計算機硬件設備的開發周期較長，而對于相關專業的任課教師來說，從理論知識的學習到最終熟練進行知識的講解，中間還需要經歷長時間的計算機硬件設計分析和試驗，因此，計算機硬件設備的周期非常漫長。而對于高校的計算機實驗室來說，如果堅持與時俱進的進行計算機硬件設備更新換代，雖然能夠保證各項計算機教學試驗正常開展，但是高頻率的計算機硬件設備更新必然會造成較大的經濟壓力，不利于高校的綜合性建設；而如果長時間不進行計算機硬件設備的更新，又起不到教學應有的效果。
（二）硬件與試驗脫節且不夠系統化
計算機專業的硬件類課程是一門實用性很強的學科，學生不僅要掌握計算機系統設計的基本方法和理論知識，而且要學會計算機系統的設計技術和計算機的控制運用。但是從現階段高校計算機硬件設計教學來看，許多高校專業教師仍然沒有從根本上轉變教學方法，課堂理論知識講解的比重過高，學生獨立思考和獨立設計的時間偏少，由此導致計算機硬件的理論教學與實踐相脫節。除此之外，即便是在教師的帶領下開展了計算機硬件實驗課程，由于缺乏規范化的組織和系統化的安排，學生的自主動手和實驗能力也得不到有效的發揮，多數情況下只能按照教師所講解的內容進行模仿設計，學生計算機應用能力和硬件設計能力沒有得到真正的提高。
（三）教學內容相對固定，缺乏創新性實驗
計算機硬件設備的設計要滿足與當前社會的發展需要，這就要求其設計理念必須緊跟市場發展形勢，不斷的進行自我更新和完善。但是作為高校的一門學科，計算機硬件設計要受到多種因素的制約，例如其硬件開發不僅受高校實驗室硬件設備的影響，還與實驗人員的整體素質有關。而有些高校為了降低計算機硬件設計的開發成本，對某個實驗室的設計功能進行了限定，這種方法雖然能夠降低硬件設計成本，但是不利于實驗室功能的延伸，并且專用實驗臺的故障率較高，后期投入維修的花費也大。因此，計算機硬件教學內容難以實現與時俱進的更新，缺乏創新意識，是制約其硬件設計的主要根源。
三、基本設計思想和EDA技術
開發利用EDA平臺進行計算機系統部件及主機系統設計，其實質是利用運行在計算機上軟件所提供的虛擬實驗環境，設計人員利用該系統所提供的各種元器件和芯片仿真模型，根據實驗需要設計邏輯電路，進行系統布線和調試運行。由于整個實驗過程都是在虛擬環境下進行，因此可以反復操作和多參數調控，而不必擔心系統設計的成本問題。同時，設計者還能隨時進行存檔，將當前設計的系統、線路進行保存，并在再次使用時隨時調用。在此基礎上，可以針對自己設計出的部件及系統進行編譯、模擬仿真測試，以驗證自己邏輯設計的正確性。課程設計結束后，可以將存儲的設計圖及結果提交給檢查者。使用EDA技術，解決微指令時序控制時邏輯與非門電路比較復雜的問題：時序設計分一個周期完成一條機器指令或是二個周期完成一條機器指令，對于后者，時序控制邏輯就比較復雜。
四、基于EDA技術開展計算機硬件的優勢
（一）提高學生自主學習能力，豐富課程內容
EDA技術的優勢之一在于其應用范圍的廣泛性，在電子信息工程專業和計算機技術專業專業領域內，學生都需要進行不同深度的EDA課程學習。同時，EDA技術還是一門輔助教學能力較強的課程，學生在掌握基礎的理論知識和熟練的EDA技術操作后，能夠為繼續進行相關方面的專業學習提供極大便利。例如，EDA技術要求學生動手進行線路設計和按照操作，對于提升學生的動手操作能力和團隊合作能力有積極幫助。而今后學生在學習系統編程時，也離不開這兩種能力。因此可以說，EDA技術對于豐富學生專業課程內容，提高學生自主學習能力有極大的幫助。
（二）彌補條件的不足，節約課程投入
以往的電子相關課程以理論講解為主，學生雖然有機會參與到實踐操作中，但是許多技術方面的問題得不到及r解決，容易影響下一步的知識學習。而EDA技術則能夠在很大程度上避免類似問題：首先，EDA技術以計算機和電子技術為支撐，學生在教師講解完相關的課堂知識后，能夠立即在計算機上完成實踐聯系，包括設計電路、調整參數、系統運行以及模型分析等。其次，利用計算機上的這些仿真軟件，能夠隨時進行設計修改和多參數調試運行，而不用擔心成本問題。而在以往的實驗室操作教學中，如果學生操作不當，很容易出現器材損壞、元器件丟失等問題，給實驗室造成一定的經濟損失。因此，EDA技術的使用，間接的節省了實驗開發成本。
參考文獻：
[1]易小琳，胡林青.計算機組成原理實踐教程―基于EDA平臺[M].航空航天大學出版社，2006.
1.1 注重理論知識傳授，忽視實踐能力培養
計算機硬件教學是一門實踐操作性比較強的學科，在硬件安裝和日常維護中體現比較冥想。然而在實際的教育教學中，很多教師往往墨守成規，沒有根據硬件教學的學科特點采用靈活多樣的教學方法。一方面，教師不重視硬件課程的教學，認為硬件教學在工作和生活中缺乏實際的應用價值，這樣計算機硬件教學就變成了一種擺設，教師沒有專心的教授。另一方面，教師理念落后，僅僅按照傳統的教學模式進行理論知識的傳授，忽視學生的動手操作能力，很多學生在學習了計算機硬件課程后不會打開機箱，不知道內存條在什么位置，學生只知道概念，只能紙上談兵，連最基本的操作都不會。注重理論知識傳授，忽視實踐能力培養之后導致學生在走上工作崗位之后無法適應社會的需求。
1.2 教學內容落后，教育資源不足
計算機技術隨著時代的發展和社會的需求而需要不斷的提升和進步，無法取得計算機硬件的核心技術，就缺乏理論與實踐的有效銜接。在實際的教育教學中，存在教學內容落后，教育資源不足的問題。一是教學內容落后，學生在學校學習的計算機硬件的相關知識，與現實工作和學習中使用的計算機硬件差距很大，學生所學內容和實際的應用脫節，無法學習到關于硬件設備的最新的技術和材料，這樣學生就很難在沒有知識儲備的情況下解決實際問題，抽象、單調、枯燥、落后的學習內容也難以激發學生的學習興趣。二是教育資源不足，很多學校在計算機實驗條件方面存在教育資源不足的情況，例如設備相對落后，師資配備不足、創新環節缺乏等，這都導致學生在實際操作過程中缺乏實踐能力和創新能力。
1.3 課程體系不健全，教學缺乏系統性
計算機技術的系統性較強，是由硬件技術和軟件技術構成的龐大系統。在當前的教學中整體缺乏系統性，忽視教學內容和知識之間的有效銜接。一個問題是課程體系不健全，由于師資力量的不足和教學資源不足等特點，存在自身課程體系缺乏特色和忽視學生學習能力和學習特點等問題，存在課程名稱種類繁多，但是變動性大，穩定性不強等諸多問題，另一個問題是教學缺乏系統性，計算機硬件技術和軟件技術本應是一個完整的系統，知識內容是相互交叉和互補的，但是由于課程體系缺乏系統性，導致這些知識內容缺乏有效銜接，學生無法建立完整的知識體系。在教學過程中由于教學銜接不夠，知識點重復、缺失現象嚴重，這些導致了學生對于計算機硬件的結構缺乏完整認識，學生缺乏持續學習的耐性、也缺乏學習的興趣和積極性。
2 計算機硬件教學的實踐策略
2.1 加強課程體系的建設
積極建設計算機硬件教學的課程體系，能夠有效實現教育教學的實用性和創新性。加強課程體系的建設，可以從以下幾方面入手：一是選擇合適教材。二是加強實踐課程的教學。在教學過程中，要將基礎知識學習和實踐課程學習結合起來，實踐教學的內容可分為驗證性實踐、設計性實踐、綜合性實踐三個方面，驗證性實踐是根據實驗要求和實驗步驟開始試驗，測試所需數據，并驗證數據的合理性和正確性，這是在學習基礎知識之后走向實踐的第一步，這是學生學習的基礎；二是設計性實踐，是通過學生通過將所學的基礎知識運用到實踐過程中，學生自行設計試驗方面，形成初步的分析問題和解決問題的能力；三是綜合性實踐，即學生在炎癥性實踐、設計性實踐的基礎上，靈活的運用所學計算機技術創新性的進行學習的過程。
2.2 加強實踐操作的訓練
計算機硬件教學離不開實踐教學，有效的實踐操作能夠培養學生的實際動手能力和分析問題解決問題的能力。因此，必須在實際的教學過程中，加強實踐操作的訓練。一是加強實踐教學。教師布置若干實踐任務，將班級同學分成若干小組，小組成員相互合作配合來進行實踐操作，教師在實際操作過程中加以有效的指導，回答學生提出的問題，從而完成正常實踐教學環節。二是走向社會參加實踐。學校可以根據自身的情況，與電腦公司、相關部門簽訂校企合作項目，接手一些計算機維修維護的任務，初期可以由教師帶領學生進行參觀、維護，后期可以讓學生獨立的進行實踐操作，使學生在不斷的實踐活動中學習到實踐知識，同時還可以選派優秀學生到企業實習鍛煉。
關鍵詞：課程設計；項目教學；任務
計算機組裝與維護課程設計旨在改變傳統理論教學模式，遵照“教、學、做一體化”的教學理念，以項目為主線，采用“項目教學”“項目分解”“項目總結”“項目實訓”的全新模式。學生在教師的指導下，以主體地位在完成一個個具體任務的教程中，理解概念，掌握知識，獲得技能。完成每一個項目的過程就是理論知識的學習過程，并且每一個子項目都安排實訓，加大學生的實踐操作能力和動手能力，實訓完成的情況可以反映出學生掌握知識和技能的情況，是理論和實踐的完美統一。
一、課程設計理念與思路
本課程從技能型人才的培養目標出發，致力于培養學生的職業能力，通過合理的課程開發和實訓安排，突出自己的特色，結合真實工作需求選擇課程教學內容。
1.課程內容的設計
課程以臺式機的硬件組裝和操作系統、應用軟件安裝為主線，加上計算機硬件的知識、系統故障診斷、軟硬件的維護等知識，豐富教學內容，完整知識結構。
課程以理論和實踐內容為主，突出項目化教學特點，構建了九個較為詳細的項目，包含理論講解、實訓內容以及技能達標水平。按照“熟悉計算機—組裝計算機—配置計算機—安裝軟件—優化計算機—使用計算機—維護計算機”的主線進行教學的組織。
2.教學過程設計
教學過程以項目為基礎，以實際的工作過程為主線，分成理論教學和實踐教學環節。理論教學采用多媒體課件，配以實物展示臺，加深學生的印象，同時通過網絡，到一些著名的硬件網站，同步了解各硬件產品和部件的真實價格，真正做到理論聯系實際。此外可與多家企業建立合作關系，通過校外合作企業，開展校企合作、工學結合，提高學生的實際操作技能。
二、教學內容的組織與安排
根據實際的計算機組裝與維護相關工作崗位的工作內容，我們精心設計和安排了課程教學內容。我們將本課程分成兩個大塊，細化為小的教學模塊，每個教學模塊分成理論教學和實訓兩部分內容，相關的理論和實踐合成項目，在項目實施的基礎上讓學生理解概念，掌握知識，獲得技能，完成這些教學任務后，還要在期末完成一個綜合實訓。通過這樣的安排，加強了學生的理論知識，提高了學生的實際操作能力，培養了他們的職業素養。
三、教學內容的選取和項目的劃分
1.教學內容的選取
我們根據電腦組裝與維護的實際工作崗位對學生知識、能力、素質的需求，結合理論知識和學生的可持續發展能力，選取了以下教學內容：微機系統概述、計算機硬件系統的組成、計算機硬件組裝、BIOS的設置、硬盤的分區與格式化、操作系統的安裝、應用軟件的安裝、操作系統的優化與維護。
2.項目的劃分
項目一：微機CPU與主板的組裝。子項目：1.1微機系統概述；1.2中央處理器（CPU）；1.3主板。實訓：1.4微機CPU與主板的組裝。
相關理論支撐：掌握主板的類型，掌握CPU的類型，掌握主板的安裝與拆卸，掌握CPU與風扇的安裝與拆卸。
技能目標：能識別計算機的各個部件，能選擇合適的主板，能將主板固定在主機箱內，能選擇與主板相匹配的CPU，能安裝好與CPU相匹配的風扇。
項目二：微機整機的組裝。子項目：2.1存儲系統；2.2視聽系統；2.3網絡設備；2.4 I/O設備；2.5計算機的組裝。實訓：2.6微機整機的組裝。
相關理論支撐：掌握主板的安裝，掌握CPU和風扇的安裝，掌握內存條的安裝，掌握硬盤的安裝，掌握擴展槽設備的安裝，掌握外部設備的安裝，掌握通電測試的方法。
技能目標：能安裝好主板和CPU，能安裝好內存條，能安裝硬盤，能安裝好獨立顯卡或聲卡，能安裝好獨立網卡，能連接好各部件的電源，能連接好顯示器、音箱、鍵盤、鼠標等外部設備，能通電測試通過。
項目三：BIOS的設置。子項目：3.1 BIOS的設置。實訓：3.2BIOS的設置。
相關理論支撐：掌握BIOS的進入方法，掌握BIOS各項設置的含義和作用，掌握BIOS的保存和退出，掌握BIOS升級的方法之一。
技能目標：能進入BIOS設置主界面，能理解和掌握BIOS各選項的意義，能對各項內容進行設置和保存，能對BIOS進行升級。
項目四：硬盤分區與格式化。子項目：4.1硬盤分區與格式化。 實訓：4.2硬盤分區與格式化。
相關理論支撐：掌握分區和格式化的原理和作用，掌握使用“PQ、DM”等軟件進行磁盤分區和格式化的要點，掌握使用“管理工具”“Windows安裝程序”等工具進行磁盤分區和格式化。
技能目標：能理解分區和格式化的原理和作用，能使用Windows安裝程序硬盤進行分區和格式化操作，能使用Windows管理工具進一步對硬盤進行分區和格式化操作，能使用PQ軟件對硬盤進行分區和格式化操作，能使用DM軟件對硬盤進行分區和格式化操作。
項目五：操作系統的安裝。子項目：5.1操作系統的安裝。 實訓：5.2操作系統的安裝(Windows XP)。
相關理論支撐：掌握系統盤安裝的步驟和要點，掌握用GHOST克隆安裝的步驟和要點。
技能目標：能使用系統盤安裝Windows XP操作系統，能使用GHOST盤快速安裝Windows XP系統。
中圖分類號：G642
摘要：根據國內外計算機硬件類實踐課程教育的現狀，分析傳統計算機組成原理實驗課程教學中的弊端，介紹南京大學計算機系對此門實驗課的教學安排，從知識準備、具體實驗內容設置和教學組織形式等方面，全面介紹計算機組成原理實驗課程的內容和教學方式，并對教學效果進行總結。
關鍵詞：計算機組成原理；CPU；FPGA；單周期；多周期
1 課程設計初衷
計算機組成原理是計算機專業重要的核心課程，在計算機專業的整個課程體系中起著承上啟下的作用。熟練掌握計算機的結構和工作過程，不僅為計算機硬件的學習和研究打下基礎，對從事軟件工作的人也大有益處。
近年來，南京大學計算機系對國際一流大學計算機專業的相關課程進行了詳盡的跟蹤調研，調研結果表明，計算機組成原理實驗課程設置一般都有兩個不同的角度：一個是偏重軟件的程序員角度，另一個是偏重硬件的硬件設計人員角度。偏重軟件的實驗課程一般是用高級語言和模擬器實現CPU，使學生能夠更好地理解計算機底層的系統結構，提高程序編寫和調試能力。偏重硬件的課程一般要求學生利用硬件描述語言，在FPGA上設計一個處理器系統。
國內傳統的計算機組成原理實驗的教學方式是做驗證性實驗，在固定的實驗箱上，通過插拔一些連線，撥動部分開關和編制微程序等方式，和固定的硬件系統進行交互，從而了解計算機的內部結構。這一實驗形式無法讓學生深入理解計算機各個部件的具體硬件結構，也不能使學生很好地理解計算機底層的結構和系統軟件之間的關系，更不能培養學生利用現代化的工具設計計算機硬件系統的能力。鑒于這些傳統教學的弊端，國內部分高校在課程設置和教學內容上都開始借鑒國外一流大學計算機專業的做法，一部分高校已經率先利用EDA技術在FPGA上進行計算機單元部件的設計、并以系統搭建的形式來組織計算機組成原理的實驗教學。南京大學計算機系從2007年開始了這一教學形式的嘗試，經過幾年的探索，已經形成了相對穩定的計算機組成原理實驗課程的教學模式和教學內容。
2 課程知識準備
利用EDA技術在FPGA上實現一個處理器，需要學生有一定的知識準備。首先，計算機系在數字邏輯電路實驗課程中，利用EDA技術在FPGA上進行數字邏輯單元電路的設計和簡單數字系統的設計。其次，在計算機組成與系統結構課程中，學生深入學習MIPS體系結構的指令系統，單周期、多周期以及流水線結構CPU的數據通路。計算機組成原理實驗課程在這些課程的基礎上，從設計CPU內部的單元電路開始，逐步進行MIPS體系結構的完整CPU的設計。
3 課程設置
課程內容的安排主要分為3大部分：部件級實驗、簡單CPU實驗和大型作業。
3.1 部件級實驗
在CPU的硬件電路設計中，涉及許多簡單的單元電路，如選擇器、譯碼器、觸發器等，這些內容在數字邏輯電路實驗課程中已經很熟悉了，在本實驗課程中，主要是安排CPU內部其他重要的功能獨立部件的設計，如存儲器、寄存器組、桶形移位器和ALU等。
3.1.1 存儲器的設計及測試
存儲器是計算機系統的重要組成部分，用于存儲指令和數據。指令存儲器和數據存儲器可以分開設計，也可以只設計一個既存儲指令又存儲數據的存儲器。存儲器有讀和寫兩個端口，讀存儲器時，可以使用時鐘進行觸發，也可以不使用時鐘進行觸發。寫存儲器時，一定需要有時鐘進行觸發才能將數據寫入存儲器中，時鐘的上升沿和下降沿都可以觸發存儲器的寫操作。
存儲器實驗的主要內容，是讓學生掌握存儲器的接口及控制信號的功能和使用，學會各種存儲器的設計及測試，特別要掌握存儲器的工作時序，這在單周期CPU設計時特別重要。單周期CPU需要在一個時鐘周期內完成一整條指令的執行，而在這一個時鐘周期內，CPU有可能會兩次訪問存儲器——讀指令和存儲數據，如果存儲器設計不合理，在一個時鐘周期內是無法完成一條指令的。對于多周期和流水線CPU，一條指令需要多個時鐘周期才能完成，對存儲器時序的要求相對小一些，這時可以靈活應用方便讀寫的存儲器結構。
3.1.2 寄存器組的設計
寄存器是CPU內部暫存數據的空間，速度最快，使用也最為頻繁。MIPS體系結構的CPU內部寄存器，是一組由32個32位的寄存器組成的通用寄存器組。僅從寄存器組的外部特性來看，MIPS結構的寄存器組由無差別的32個32位寄存器組成，任何條件下均可訪問寄存器組中的任意寄存器。但是，為了簡化CPU的結構，MIPS體系結構寄存器組的0號寄存器的值被設置為恒“0”，只能讀出，不能寫入。
MIPS指令集中一條指令（R型）最多同時對三個寄存器進行操作：兩個源寄存器和一個目的寄存器。R型指令執行過程中，需要讀出兩個源地址寄存器中的內容，經過運算后再寫入目的地址指定的寄存器，由此可以得出MIPS體系結構的寄存器組至少需要兩個輸出端口和一個輸入端口。32位寬的寄存器是由4個字節組成的，寄存器組可以僅對某個寄存器的某個字節進行寫操作，因此寄存器組還需要一個4位的寫使能控制端，分別用于控制4個字節的寫操作。
3.1.3 桶形移位器
在MIPS的指令集中，有一些移位指令，要求對某寄存器中的數據一次性移動數位。如果用移位寄存器來完成這一移位操作，就需要多個移位周期才能完成一條移位指令，工作效率太低，顯然不能滿足快速CPU的要求。
桶形移位器是一個組合邏輯電路，移位位數可以在0～31位之間自由設置，移位方式有邏輯左移、邏輯右移、算術右移和循環右移4種。因此，桶形移位器的輸入端有32位的待移位數據輸入端、5位移位位數輸入端和2位移位方式控制端；桶形移位器輸出一個已經經過移位的32位數據。
3.1.4 ALU設計
ALU是CPU中負責運算的電路，通常ALU只實現算術運算和邏輯運算，但是，MIPS指令系統要求一些特殊指令也在ALU中完成，如LUI（置高位立即數）、SEB（字節擴展）、SEH（半字擴展）、SLT（比較置數）、CLZ（計算前導0）和CLO（計算前導1）等。經過對MIPS指令系統進行詳細的分析，MIPS體系結構的ALU要執行15種不同的運算，ALU具體的操作及編碼如表1所示。此外，為了簡化后續電路和擴展CPU功能，在ALU電路設計時，其輸出端也產生和保留了一些通常ALU沒有保留的信號，如溢出信號、進位信號和是否小于信號等。
3.2 簡單CPU設計實驗
3.2.1 單周期CPU設計實驗
所謂單周期CPU，是指所有的指令都在一個時鐘周期內完成的CPU結構，單周期CPU的指令執行過程和硬件結構都相對簡單。理解單周期CPU的工作和設計原理，對于理解多周期CPU和流水線CPU都有很大幫助，因此，學習設計CPU從單周期CPU人手是非常合適的。
該實驗要求完成一個單周期CPU的設計，此CPU能完成表2中的指令，這些指令包含R型指令、I型指令和J型指令，為了使單周期CPU的結構相對簡單，實驗中沒有加上移位指令和存儲指令。
處理器的設計涉及數據通路的實現與控制邏輯的設計，能夠執行以上16條指令的單周期CPU的數據通路如圖1所示。
3.2.2 多周期CPU設計實驗
單周期CPU的指令周期長度，必須滿足執行時間最長的指令周期長度。實際上，大部分的指令執行周期都很短，這就導致了單周期CPU的效率低下。多周期CPU是將每條指令分成幾個時間相同的執行階段，每個階段執行特定的操作，執行時間長的指令就執行多個周期，執行時間短的指令就使用相對少的幾個周期，這樣就提高了指令執行的效率。
多周期CPU除了要完成上述所有單周期CPU需要執行的指令外，還增加了表3中的4條指令，這些指令包括邏輯移位指令和存儲器訪問指令。
觀察多周期CPU可執行的指令，它比單周期CPU可執行的指令多了邏輯移位指令和存儲訪問指令，因此，多周期CPU在結構上比單周期CPU多了桶形移位器和數據存儲器。另外，多周期CPU執行一條指令時需要多個時鐘周期，只有在指令的運算周期，才會用到ALU，在其他周期ALU是空閑的。為了簡化硬件結構，在ALU空閑期間可以用它來計算下一條指令的地址，這樣用于計算下條指令地址的加法器就省略了。和單周期CPU相比，多周期CPU的控制信號也相應的有所增加，多周期CPU的結構圖如圖2所示。
3.3 大型作業
進行了單周期CPU和多周期CPU的設計訓練之后，同學們具備了一定的CPU設計基礎，有了設計相對復雜的CPU的知識儲備。在學期的后半段，我們會布置大型課程設計作業，作業內容包括MIPS體系結構5級流水線CPU的設計，或是ARM體系結構CPU的設計，我們也鼓勵同學們自己設計指令系統，并能夠設計出可以執行這些指令的CPU。
大型作業要求同學們分組完成，每組2～4名同學分工合作，這樣既減輕了他們的工作量，又鍛煉了他們協同合作的能力。
4 教學效果
自2008年秋季學期開始，我系在計算機組成原理實驗課程中采用了用EDA技術在FPGA上進行CPU設計的教學方式。通過對CPU設計的學習，同學們加強了對于計算機硬件結構的理解，增強了數字系統設計的能力。在有些設計階段，同學們的設計超出了教學講解的范圍，他們通過討論、查詢網絡和查閱圖書資料等方式解決問題，增加了他們的自學能力和搜集利用資料的能力。部分同學因此對CPU的設計產生了濃厚的興趣，有些同學設計了包含MIPS所有整數指令的五級流水CPU，還有的同學設計了ARM 11結構的處理器，并在此基礎上增加總線及總線接口、PS/2接口、VGA接口等部分，接上鍵盤和顯示器，就構成了一整的計算機硬件裸機，然后又用已經實現的指令編寫了游戲軟件，實現了在自己設計的機器上玩自己設計的游戲的夢想。也有同學將設計的系統作為作品參加了相關的設計大賽，獲得了很好的名次。
5 結語
經過5年的教學實踐，計算機系證明了在計算機組成原理實驗課程中，指導學生利用EDA技術在FPGA上實現—個CPU在教學安排上是可行的，相關實踐取得了很好的教學效果，為學生的研究和學習增加了—個可選的方向，對我國硬件人才的培養也非常有益。
參考文獻：
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關鍵詞：硬件平臺；集成；網絡化管理
作者簡介：王桃發（1965-），男，福建東山人，漳州師范學院計算機系，講師；黃茹芬（1963-），女，福建漳州人，漳州師范學院計算機系，副教授。（福建?漳州?363000）
基金項目：本文系漳州師范學院院內資助項目“嵌入式CPU中斷系統設計與仿真”（項目編號：SK09001）的研究成果。
中圖分類號：G642.423?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0086-02
一、計算機硬件實驗
計算機硬件實驗包括基礎實驗和專業實驗兩大部分，主要有數字邏輯、計算機組成、接口技術、計算機體系結構、單片機、SOPC、嵌入式系統等。
高等教育正在由知識型向能力培養為中心的教育進行轉化，而專業能力的培養離不開實踐教學活動。[1]計算機科學與技術是一門技術科學，有科學的成分，不過工程技術的含義更多。但是，目前國內高校計算機專業的課程設置大多“避硬就軟”或者“硬件軟化”。
二、計算機硬件實驗平臺現狀
國內絕大多數高校都招收計算機科學與技術專業的學生。硬件實驗平臺普遍存在平臺本身功能單一，平臺利用率、實驗室利用率和實驗室管理人員效率低等幾個方面的問題。
1.實驗技術相對落后
多數高校仍采用傳統的中小規模集成電路作為平臺的主要元件，[2]這樣的實驗平臺只能完成簡單的驗證性實驗，無法支持綜合性實驗，更談不上創新性實驗。而且這樣的平臺插接不良的現象時常發生，影響實驗者的判斷，增加了指導教師的工作量，也耽誤了許多時間。
2.實驗平臺利用率低
目前，大多數高校采用一課一平臺的方式實現實驗教學，某具體平臺的使用一般僅限于該課的開設學期，一旦該門課程結束了，與之相關的實驗平臺也就不再使用了。這種硬件教學實現模式增大了學生學習使用不同平臺的負擔，同時也造成知識掌握不牢固、學藝不精；對單個學生而言，大學四年使用某具體平臺僅有若干次（與實驗教學大綱有關），自然辦學的成本也就高了。
3.實驗室利用率低
通常每個平臺需要一個上位機（正常為PC機），因此一個類型的平臺就需要配置一個實驗室。以56個學生位為例，除平臺之外，目前配置一間實驗室的實驗教學環境大約需要花費人民幣45萬元（含機、學生桌椅、投影、擴音、局域網等），還需要一間面積在110～120m2之間的房間。假設集成平臺同時支持6門硬件實驗課程，則按照當前物價估計直接可節約人民幣約225萬元，減少實驗室面積約600m2，每年可節省維護、工資費用約20萬元。
4.實驗室管理人員工作效率低
每個管理人員負責的實驗室數量是有限的，實驗室的數目越多，要求配備的工作人員就越多；實驗平臺的技術水平越低，集成度越差就越容易損壞，維護的工作量就越大。同時，社會對高校的認可程度也就降低了。
三、計算機硬件實驗平臺集成
所謂實驗平臺集成就是指設計出這樣的平臺——可以支持多門課的實驗，包括驗證性、綜合性和創新性實驗。
1.平臺集成的必要性
作為計算機專業方向，各門課程之間既相互區別又相互聯系，如何做好它們之間的銜接[3]是一門藝術，從理論教學到實驗、實踐教學，是值得廣大計算機教育者深入研究的大課題。如上所述，由于技術水平和觀念兩個方面的因素，就實驗教學而言形成了目前松散的局面。從提高實驗成功率、增加實驗類型、增加知識一致性來看，平臺集成非常有益；從減少硬件投入、減少試驗室面積、降低辦學成本來看，首選的應該是平臺集成；從減輕試驗室維護工作量、提高設備使用率、提高實驗室管理水平上看，平臺集成十分必要。
2.平臺集成的可能性
由于新技術的出現，計算機硬件實驗平臺集成是可能的。借助于EDA技術[4]，數字邏輯、計算機組成等硬件實驗均可以由同一個平臺支持。
3.平臺集成的實現
計算機硬件集成平臺在物理上表現為核心電路加上適量電路。它需要軟硬兩個方面的支持，主要依賴以下幾個因素：硬件描述語言與仿真、CPLD/FPGA、IP核[5]、擴展電路。
硬件描述語言發展至今有近30年歷史，特別是VHDL和Verilog HDL，先后成為IEEE標準，它們可以方便地應用于電路設計建模、仿真、驗證、綜合等不同階段。而CPLD/FPGA器件是平臺集成的物理基礎，它們包含可編程的邏輯陣列，甚至內嵌存儲單元、鎖相環等模塊，支持JTAG協議，可以方便地嵌入邏輯分析儀、產生狀態機、產生CPU等。對于一些硬件課程，IP使得平臺適應范圍更廣、升級更簡單，比如從51單片機[6]升級為PIC單片機。除了核心CPLD/FPGA器件之外，少量電路是必需的，比如AD/DA 芯片、LCD驅動電路、交流/直流微電機驅動電路等等。
四、集成平臺網絡化管理
所謂集成平臺網絡化管理就是借助網絡，學生做實驗時不必進入實驗室，也不受時間限制。他可以提交各種不同類型的實驗代碼（包括課程設計和畢業設計），實驗平臺通過網絡返回實驗結果。實驗過程中學生有疑問時由相應的實驗指導教師以任何可能的方式給予解答，如實時在線、實驗課后集中解答等。
1.集成實驗平臺網絡管理的必要性
摘 要：隨著云計算時代的到來，教育領域面臨著一次革新，將教育和云計算技術相融合是新時代下必然的結果。為此，主要闡述了基于百會的大學計算機基礎課程設計。
關鍵詞：云計算；大學計算機基礎；教學；實踐
中圖分類號： G4 文獻標識碼：A 文章編號：16723198（2014）17012801
1 云計算
云計算是一個新興的術語，很多技術還處在起步階段，目前還沒有確切的定義，它涉及的范圍非常廣泛。云計算的程序和數據不再運行和存放在個人臺式計算機上，可以托管到“云”中，利用個人電腦或便攜設備，經由互聯網連接到“云”中，能夠讓你從世界上的任何地方訪問你所有的應用程序和信息服務，不再受到桌面的限制，這是一個由云計算啟動的全新的協同計算的世界。
2 大學計算機基礎
隨著信息技術的高速發展，熟練掌握計算機應用能力已經成為人們勝任本職工作以及適應社會發展的必備條件之一。作為新時代的大學生，必須掌握計算機基本知識和操作技能。大學計算機基礎是高等學校必開的公共基礎課，計算機與信息技術的應用已經滲透到幾乎所有的學科和專業，非計算機專業的學生不僅應該掌握計算機的操作使用，而且還要了解計算機信息處理的知識、原理與方法，才能更好地促進自己的專業學習與工作。
目前，高等院校非計算機專業的計算機教育分三個層次教學：第一層學習計算機基本知識和基本操作，側重于計算機操作能力的培養；第二層是計算機技術基礎，包括程序設計、網絡應用等，側重于利用計算機分析和解決問題能力的培養；第三層是計算機應用，結合自己的專業進一步深化學習。本文探討的是針對第一層教學，以培養計算機操作使用能力為主要目標，培養大學生的信息素養。
3 大學計算機基礎課程設計
大學計算機基礎整個授課過程主要分為理論教學和實踐教學兩大部分內容，其中理論教學又分為三部分，包括計算機硬件的教學內容、計算機軟件的教學內容和互聯網絡技術的教學內容。實踐教學主要是指讓學生在上機過程中掌握教學大綱中要求掌握的軟件操作。
3.1 理論教學
計算機硬件是計算機系統中所有實物裝置的總稱。從硬件體系結構來看，計算機硬件系統采用的基本上還是經典的馮?諾依曼結構，即由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5大部分組成。計算機軟件主要包括Windows操作系統和辦公軟件OFFICE的使用。互聯網技術主要包括計算機網絡硬件、計算機網絡軟件以及信息安全。
利用百會維基呈現教學內容，讓學生能夠了解教學大綱以及各種與課程相關的信息。有了云計算技術，學生可以隨時隨地利用各種上網設備登陸百會網利用百會維基查看需要了解的相關信息。隨著信息技術地不斷發展，智能手機已經成為了主流。利用智能手機便可方便地查看自己需要的信息，使用起來很方便。
利用百會文檔免費在線建立、撰寫、存儲和分享文檔。運用百會文檔的這個功能可以實現網上提交作業，打破了傳統的作業上交模式，而且還節約了紙張，為節約國家資源貢獻了一份力量。與此同時，教師批改作業的模式也發生相應的轉變，不再是拿著紅筆進行批改，轉變為網上批改，批改完后能夠及時通過百會文檔反饋給學生，提高了工作效率。
百會聊聊可以實現師生間的及時交流互動。學生在學學計算機基礎的過程中碰到問題的話，可以通過百度或谷歌等網站尋找解決問題的方法，但是在整個過程中缺少互動或者互動所需要的時間太長。利用百會聊聊，就能在學生之間或者學生與教師之間形成及時對話，從而縮短了解決問題的時間。
3.2 實踐教學
大學計算機基礎課程由原來的要求掌握Windows XP和Office 2003轉變為Windows 7和Office 2010。要求學生熟練地掌握Windows 7操作系統平臺，重點是文件系統管理以及控制面板中硬件、軟件的管理。學習Office2010的強大功能，熟練掌握字處理軟件Word2010、電子表格處理Excel 2010和演示文稿Powerpoint 2010的使用方法。Word2010要求掌握文稿編輯和圖文混排，Excel 2010要求掌握數據輸入與編輯和數據管理與圖表化，Powerpoint 2010要求掌握編輯演示文稿和演示文稿的美化與放映。如果單純的按照教科書上的操作步驟進行講解，難免會讓學生產生一種枯燥無味的感覺，從而降低了學習興趣。在實踐教學中，應該采用案例教學，打破傳統的就知識講知識的教學方式，將各知識點與操作技能恰當地融入到各任務中，激發學生的學習興趣。把Word2010的操作講解與每個畢業生要寫的畢業論文的撰寫相結合，讓學生既掌握了Word2010的操作又與實際的應用聯系起來，當然會讓學生覺得有用。Excel 2010的講解可以與單位的工資表的統計以及相關操作相結合，讓學生切實感受到Excel 2010的用途。Powerpoint 2010的講解可以以設計一個寢室PPT大賽為案例進行相關操作的講解，讓學生在輕松的氛圍下掌握Powerpoint 2010的主要操作。
把Windows 7和Office 2010的實踐教學和云計算相結合，能讓學生的學習變的更為得心應手。大學計算機基礎這門課程除了要求學生掌握應有的計算機基礎操作外，還要求學生參加大學計算機等級考試。可以利用百會維基給學生提供相關的大學計算機等級考試大綱以及教學大綱等。利用百會文檔分享教師上課所用的演示文稿，便于課堂上未來得及掌握的學生在課外進行進一步的深入學習。學生上交大學計算機基礎的作業也是通過百會文檔進行。很多大的作業無法在課堂上及時完成，需要學生利用課外的時間進行，一旦完成便利用百會文檔進行提交，操作方便。利用百會聊聊能夠實現學生之間或者師生之間的及時交流。利用百會論壇可以將每個學生覺得有用的知識上去，便于大家共同提高。
4 結束語
將大學計算機基礎和云計算機技術相結合中，是信息化時代下科技不斷發展的必然結果。在教學中運用云計算技術能夠有效地整合教學資源，提高教學效率，是對教學方法的創新。不久的將來，云計算技術將被廣泛地應用到教育領域當中，在未來的幾年將迎來更大的高峰，創造出更大的價值。
參考文獻
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關鍵詞:計算機專業;課程設計;課程群
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
1引言
計算機專業是一門實踐性非常強的專業,不僅要求從業者具有扎實的理論知識,更要求從業者具有較強的應用能力和實踐動手能力。基于此,我國各高校在制定計算機專業的教學培養方案時都配置了一定數量的實踐環節,希望以此加強學生在程序設計方面的實踐能力,但效果并不理想。
教育部高教司2006年一項調查顯示,自2002年以來,高校計算機專業大學生初次就業率連年下滑,成為大學生就業市場上一大問題,并受到社會各方面的普遍關注。
在計算機人才供需兩旺的情況下,計算機類專業畢業生就業出現困難,其實質不是人才過剩,而是高校教育和企業要求不匹配,由此造成大量計算機專業畢業生難以勝任企業工作需求,進而出現畢業生難以就業,企業適用人才難求的局面!
這種局面的產生,其主要原因在于長期以來,實踐教學在高校課程體系中一直處于從屬的位置,傳統的計算機專業高等教育注重理論型、研究型人才培養,但在應用型人才的培養上存在層次單一,教學內容滯后,理論與實踐嚴重脫節的情況,課程設置陳舊,設施落后,大多數畢業生理論有余,崗位需要的專業應用技術相對不足。
要想改變這種現狀,計算機專業教育就應該提倡素質教育,注重能力培養,提高高校實踐教學的質量,培養學生的實踐能力和創新能力,從而提升學生就業力。
2現狀
實踐性教學是指為配合理論教學,培養學生分析問題和解決問題能力,加強專業訓練和鍛煉學生實踐能力而設
置的教學環節。目前,高校計算機專業現有的實踐教學環節包括課程基礎實驗、課程設計、實習和畢業設計或畢業論文環節。
基礎實驗屬于基礎性實踐活動,著眼于學生的基本動手能力訓練,幫助學生理解、掌握基本原理,學習和掌握計算機基礎實驗操作技能、實驗方法、計算機常用軟硬件的熟練使用、編程與設計等。
課程設計屬于提高性實踐活動,著眼于學生的綜合應用知識能力訓練,針對特定問題進行設計、實現,從而實現一個小型綜合性系統,幫助學生提高綜合應用專業知識、解決實際問題的專業技術能力。
實習一般分為專業認識實習、操作實習、生產實習和畢業實習四個階段。他主要是針對不同專業特色、不同年級學生專業需要開設的具有針對性的實踐活動,有助于學生系統理解本專業知識,提高綜合應用能力。
畢業設計與畢業論文是對學生整個本科階段學習情況的綜合檢驗,是學生綜合能力的體現。
計算機專業的專業課程通常都設置基礎實驗,學生在基礎實驗中按照教學內容,分章節進行基礎技能的訓練。但由于各章節相對獨立,學生驗證的只是一個個獨立章節的知識,而不能從總體上掌握課程內容,更無法綜合運用所學知識解決應用問題。
課程設計主要是針對專業的核心課程,如“數據結構”、“面向對象程序設計”、“數據庫原理”、“軟件工程”。這些課程都設置相應的基礎實驗環節。課程設計的主要目的是在基礎實驗驗證所學的基礎上,培養和提高學生的綜合運用能力。課程設計的時間通常為一周,設置在學期末進行;設計內容主要針對課程獨立進行,常見的方式是由教師命題,學生自由選題,針對特定問題進行設計、實現,從而實現一個小型綜合性系統。
計算機專業的課程相關性較強,實現一個系統常常需要幾門課程的綜合知識。而課程設計往往是隨課程學期進行的,相關課程被安排在不同學期,學生在短時間內無法充分領會和掌握相關知識而導致時間浪費,達不到預期要求,效果不甚理想。
近年來,隨著各高校教學的改革,實踐教學的重要性得到重視。但由于實踐教學理念落后,長期以來實踐教學僅被看作是一種輔教學,在知識和能力的培養中,側重于知識;在思維能力與動手能力的培養中,側重于思維能力。這種目標定位造成了目前實踐教學重實踐結果,輕實踐過程;重知識鞏固,輕能力培養的狀況。
課程設計是計算機專業重要的實踐教學環節,對于培養和提高學生的綜合技能至關重要。本文針對計算機專業課程設計的現狀,經多年的探索和改進,實行了一種基于課程群的集中實踐模式――專題訓練。該模式主要從課程群組織規劃、課程群實踐管理以及實踐驗收幾個方面進行了新的嘗試和實踐。這種模式兼顧課程間的連續性和應用性,從實際應用考慮制定實踐方案,針對性強,組織合理,教學效果明顯。
3基于課程群的集中實踐模式
基于課程群的集中實踐模式將相關課程盡可能安排在同一學期或相鄰學期,保證學生在融會貫通課程體系的基礎上進行綜合應用。實踐活動時,由相關課程的多位老師同時指導,實踐時間通常是2～4周,保證學生在知識連貫性、指導多元化、時間充分的條件下鍛煉和提高自身的實踐動手技能。
3.1課程群組織規劃
課程群組織規劃針對計算機專業的主干課程進行,充分考慮課程的連續性和應用性:
(1) 將“程序設計基礎”、“數據結構”、“面向對象程序設計”、“Java程序設計”、“C#程序設計”等語言類課程劃分為一個課程群,學生在系統了解面向對象程序設計、數據結構的理論知識基礎上,通過C、Java、C#語言的系統學習,在第七學期開展為期兩周的語言類專題訓練,重點訓練學生的程序設計能力。由相關課程的老師集體指導,保證理論和編程提高的有效性。
(2) 將“數據庫原理”、“高級數據庫編程”等數據庫類課程劃分為一個課程群。學生在系統了解數據庫應用的理論知識基礎上,通過具體數據庫平臺的應用技術學習,在第七學期開展為期兩周的數據庫類專題訓練,重點訓練學生的數據庫的應用能力。由兩門課程的老師集體指導,設計、實現一個基于特定平臺的實用的小型管理信息系統。
(3) 將“軟件工程”、“軟件測試”、“信息系統案例”、“軟件項目管理”等工程類課程劃分為一個課程群。學生在系統了解軟件工程的理論知識基礎上,通過軟件測試、信息系統案例軟件項目管理等實用類課程的應用學習,在第七學期開展為期兩周的軟件工程類專題訓練,重點訓練學生的軟件分析、設計、實現、測試能力。由相關課程的老師集體指導,嚴格按照軟件系統的用戶需求分析、方案設計、系統詳細設計、系統實現和系統測試等幾個步驟來規劃、設計、實現一個軟件系統,并書寫相關文檔,實現理論和實踐的高度結合。
(4) 將“微機原理與接口”、“嵌入式系統概論”、“嵌入式操作系統”、“嵌入式程序設計”等硬件應用類課程劃分為一個課程群。學生在系統了解計算機硬件接口和嵌入式應用原理的基礎上,通過硬件編程的應用技術學習,在第七學期開展為期兩周硬件應用類專題訓練,重點訓練學生對計算機硬件和嵌入式應用的分析、設計和實現能力。本課程群集中實踐可以針對嵌入式硬件實現,也可針對微機硬件接口實現。
基于課程群的集中實踐專題訓練統一安排在第七學期,目的是將大學四年所學的理論知識系統化、分類化、實踐化,提高學生的實踐技能,提高學生的就業儲備值。考慮到此時學生的就業需求和企業需要,也可將四個專題訓練進行有機整合,或者和企業定制、企業實訓課程進行學分置換,方便校企合作。
3.2課程群實踐管理
以下從實踐組織,實踐管理,實踐設計等幾個方面進行具體闡述。
(1) 實踐組織
專題訓練的設計題目由指導教師結合自己的科研項目以及課程內容給出,并公布于校園網。實踐之初,學生根據學習興趣和選題難度自行選題并組成開發團隊小組。實踐過程中,學生統一在專業實驗室集中實踐,由相關課程的多名教師帶隊指導,每天都有教師值班答疑。集中進行專業訓練既方便學生討論、交流、答疑,又方便指導教師充分地把握實踐情況,并給予具體指導。
(2) 實踐管理
專業實驗室全天開放,每天八小時工作制,晚上可以加班加點,專心設計項目。
研發階段模擬軟件企業的研發流程。研發時,每個學生研發小組安排組長一人。組長組織成員進行項目調研、模塊劃分與任務分工、接口的確定、進度的監督與協調、集成測試等。
實踐期間安排不定期抽檢和中期檢查環節。指導教師按照專題訓練最初制定的任務要求及日程安排檢查實踐進展,針對學生研發過程、研發進度、研發難題及研發組織等給予監督與指導,一旦發現偏差,及時糾正,將錯誤消滅在萌芽狀態。抽檢和中期檢查結果以文檔形式留存,作為成績考核的一部分計入總成績。
實踐期間及時進行項目總結。每天規定一個時間,將同組學生集中起來,針對當天完成的任務進行總結,交流自己的想法,提出存在的問題,集體討論,這樣就能夠做到日日有收獲,天天有提高,從而鍛煉自己的實戰水平和組織經驗,小組項目小結以日志的形式記錄,開發結束后整理寫入實習報告。
(3) 實踐設計
實踐任務采用項目驅動,實踐題目一般是指導教師橫向或縱向科研項目,或使用某企業已完成的項目案例。這樣,學生在校內既可進行初步的客戶調研和需求分析,同時也具有較強的推廣價值,為將來的職業奠定基礎。具體實施如下:
專題訓練主要分為三個階段:
第一階段是答疑式講座。由于專題訓練集合了相關的幾門課程,有的課程是以前學過的,學生會遺忘。為了使學生更好地理解和掌握任務的基本原理以及后續的應用技術,指導教師在專題訓練之初會采用答疑講座的方式,詳細介紹任務的基本原理、企業軟件項目開發的基本流程、開發規范和開發過程中要注意的事項。
第二階段是案例分析。針對專題訓練給出的項目題目,提取幾個有針對性的案例進行分析講解,使學生了解軟件系統生產的基本過程、方法及開發技術。
第三階段是實際研發。讓學生自己動手綜合運用前面指導老師所講到的知識,完成一個中小型項目的開發任務。
3.3課程群實踐驗收
專題訓練最終成果包括系統軟件、系統技術文檔以及用戶操作手冊。
考核是檢驗實踐成果的主要手段,科學、合理的實踐考核對于促進教學質量,全面把握學生的學習效果,提高
學生的學習積極性、主動性,改進教師的教學方法都有著重要的意義。考核也是一個較難把握的環節,既要考核學生的獨立編程能力,也要考查其團隊協作精神,同時還要考慮其組織能力、表達能力、文檔編寫能力、紀律性等內容。為了客觀科學地評價學生的實際效果,我們實行分階段考核,各階段成績綜合在一起構成最終集中實踐成績。成績由平時表現、中期檢查(抽檢)、實踐答辯和實踐報告四部分組成。其中,平時表現占總成績10%,中期檢查(抽檢)占總成績10%,實踐答辯占總成績40%,實踐報告占總成績40%,匯總后總成績以等級表示。
中期檢點考察其開發進度,內容包括調研程度、開發平臺及環境的選取是否合理、需求分析是否充分,開發進度安排是否合理、是否有延遲等。
答辯重點考察軟件功能、實現的難易程度、技術含量,界面友好性等。具有創新性的作品,適當加分。答辯流程為組長匯報軟件的設計思想、主要技術、任務分工等情況,并演示軟件,指導教師提問各位成員所設計的模塊。老師根據項目完成效果確定這個組的等級,按照工作量大小再確定組內各成員的等級。
實踐報告以小組為單位上交,重點考察其規范程度,文檔是否齊全,書寫是否認真等。
4結束語
實踐教學是高等學校創新教育的一個重要環節,實踐教學體系的改革不容質疑。計算機專業課程設計作為實踐教學的一個重要環節,是在基礎實驗基礎上的一個提高實踐環節。經過實踐證明,將主干課程集合成群,按課程群設計集中實踐,并輔以嚴格的組織和管理,學生的計算機應用、軟件開發等綜合技能普遍提高,實踐效果明顯,保證了實踐環節的教學質量。
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The Exploration and Realization on Centralized Practical Mode Based on Course Group
LU Ying, TANG Xiao-jun
(Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China)
關鍵詞 計算機專業 實用型人才
計算機專業畢業生工作難找是我國目前計算機教育首要問題，按當今互聯網的全面普及網絡交易平臺的火爆形式來看，計算機專業的學生找工作應該并不難，實際上形成工作難找的主要因素有以下幾點：
一、高校專業教育與社會需求發展脫節
高等教育在計算機科學理論研究與知識推廣方面有比較好的優勢，但對于社會需求的應用型人才的培養上卻有些單一。我所感受到現狀是大部分計算機專業的畢業生動手能力尚可，但他們仍缺乏實際應用程序開發以及對計算機硬件修復能力，由于有的學生接觸社會晚，不了解社會計算機專業的實際人才能力的要求，而不能很好地將本專業技術的知識真正應用到生產工作中。
我們如今吧不論是生活還是學習，工作都離不開計算機的運用。社會對計算機技術從業人才需求自然越來越多，但同樣是專業性的行業千差萬別，這樣計算機專業的應屆畢業生要比其他專業的學生就業機會多很多，但同時出現在畢業生面前的問題是：計算機專業的學生要具備哪些專業能力才能去適應社會，滿足企業，公司的用人需要。
從計算機專業人才需求的來看，通常有系統開發和應用開發兩種。系統開發包括系統硬件開發和系統軟件開發，大多學生在大學期間單單只對系統軟件開發感興趣，而忽略了對系統硬件的了解和掌握，硬件應用系統采用計算機實現其它信息與數字信息間的轉換、處理和存儲，以實現對生產、生活中的儀器、設備和系統的控制，這類從業人員沒有過硬的硬件知識和技術顯然是寸步難行的；計算機軟件的掌握固然重要，但他還是以硬件作為基礎的，計算機的軟件應用系統是在系統硬件和軟件的基礎上，通過高級語言設計出不同行業不同公司所要求的應用程序，如果只是要求做出應用程序，從事程序方面的開發基本不需要了解計算機的硬件基礎知識，只要具備相關專業的知識，就能設計出符合公司要求的應用程序，相比之下，計算機專業的學生不具備其它專業的專業知識，對這類程序應用沒有占有優勢，這樣一來，程序設計人員常常來自各行各業，而不是計算機專業的人才。所以在大學的計算機專業教育時，必須要求學生對計算機硬件和軟件都有充分的了解及掌握，必須具備其他專業人員不具備的知識才可占有一席之地。這些知識包括硬件知識、系統結構知識和算法等，將這些知識與相關專業知識結合，就可以設計出性價比更高的應用系統才能合理地選擇軟件和硬件，從而實現系統的最優。在找工作的時候能力更為突出。
二、高校的教學方法，實習實踐環節缺乏
當前大多數院校的計算機專業課程設置未能與社會科學的發展與計算機應用的發展同步前進。而仍然沿照多年前的專業設置方案。這些方案以一味純理論的課程設計、畢業設計作為實習實踐的環節，而高校里的這些實踐環節存在著學科片面性、與社會企業應用脫鉤、缺乏系統的、全面的、充分的實習實踐環節。這些都需要在高校在教學方法，實習實踐環節上進行加強改進。
三、高校的師資建設滯后
除了教學方面，在師資建設上也存在一些問題。大多高校教學一線的教師多偏向于理論教學類型，平時教學任務繁重，無暇從事計算機應用項目的開發科研工作，缺少實踐項目的經驗，很少教師能夠在計算機應用項目上給學生提供更好的經驗指導及建議。
通過以上的闡述，結合我在高校計算機教學工作數年相關經驗，為提高計算機專業畢業生的就業率，對現行高校教學模式不足的地方提出改進建議：
在計算機專業大四學年階段以多進公司單位實習多進行實際操作實踐為主，學校多聯系專業相關的公司單位進行校企合作，在條件允許的期刊下多與企業創辦實習基地。給畢業生更多的實習就業機會。
記得小學的時候有篇文章叫《小馬過河》，其中所講的意思就是實踐出真知，學生們在大學里大多學的專業知識過于理論化，程式化，即便掌握專業課程的基本應用能力，在社會實踐運用時還是會有很多力不從心的時候，而通過在企業，公司的實習實踐，學生會了解到需要綜合運用多門專業課程的理論及其應用知識，一方面讓學生走入企業中實習，觀摩、學習、參與企業的生產過程，這可以讓學生更早地與企業接觸，深入了解企業對計算機應用的需求，思考運用所學知識解決實際問題的能力，加強對課程的理論與實踐的學習，掌握業界內計算機最新的發展趨勢；另一方面，企業應用項目有一定的復雜度、時間限制，對同學們也提出了比較高的要求，在有壓力的驅動下鍛煉學生的實踐動手能力、解決實際問題的能力，也鍛煉了同學們與他人溝通協作的團隊精神。
參考文獻：
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[關鍵詞] 中職；計算機；教學改革
中等職業教育經過 20 多年的不斷發展， 為適應信息化快速發展 的社會形勢，為社會培養了大量適用的應用型技術人才。但近年來,在辦學過程中存在著不足，一方面是計算機行業技能型人才嚴重短缺, 與另一方面是中職學校計算機專業畢業生就業率不高，這兩個現象并存的局面。剖析原因主要有以下四個方面：
一、課程內容滯后、課程計劃僵化
這樣的課程體系導致學生技能不突出，學生學習與市場需要之間存在一定的脫節，培養出的學生不能受到大多數單位的認可，不能適應技術性、技術型計算機專業人才培養過程的需要。從而影響就業競爭力。
二、教師教學技能薄弱
由于計算機的普及，每個計算機教師課時多、課時量大是一種普遍存在的現象，再加上計算機軟硬件更新的速度很快，要求教師要不斷地去學習新的知識，但是各個學校的教師通常沒有時間去進修，更為嚴重的是每個學期都忙于上課而不能及時更新知識，從而使教師隊 伍的計算機知識老化，知識結構不合理，實踐經驗不足，這樣反而影響了計算機在中職教育中應發揮的作用。
三、學生自主學習積極性不高
教師在教學中往往點到為止，學生也只習慣于被動地接受，懶于思考，滿足于卷面的分數，忽視了實際操作的能力。計算機是一種工具，中職學生學習目的全在于應用。如果只知道計算機組成原理，沒有自己參與實踐，單獨組裝過一臺計算機的話，無疑學生將很缺乏動手能力的培養。
四、基礎教學設施投入不足
雖然各校近幾年不斷地增加計算機基礎教學設施的投入，不斷地改進實驗條件，但仍存在實驗室無法滿足需求等情況。同時實驗室也不全是開放型的，學生自由上機實踐的時間也是很有限的。況且教學設施和實驗設備的更新速度太快。盡管不斷地加大基礎教學設施的投 入，但仍然有許多計算機硬件設備不能滿足軟件發展和教學內容更新的需要，有的計算機設備已經陳舊和老化，維護工作量大，難以保證教 學目標的實現。
（一）完善課程體系設置。
課程體系的設置要圍繞以服務為宗旨，以就業為導向，以能力為根本的職教培養目標， 把社會的需求和學生學習的需求有機統一，從而激發學生的學習積極性。
為滿足上述培養目標，中職學校計算機專業課程開設應采用模塊化知識結構，包括計算機知識層面、專業技術領域知識層面和文化基礎課層面三個部分。
1、計算機知識層面：硬件安裝維護模塊(包括：微機操作與維護、網絡技術與 internet，局域網的組建與維護)、文字數據處理模塊(包括：數據庫編輯應用、文字錄入與處理)、平面設計模塊、網頁設計模塊。
2、專業領域知識層面：專業課模塊（包括操作系統、匯編語言、vb、java、微機原理等）、專業基礎模塊（計算機專業英語）。
3、文化基礎課層面 ：經濟政治、數字電路、體育、職業道德、法律等。
根據目前計算機行業的發展情況，根據目前計算機行業的發展和崗位需求情況，把中職計算機專業技術知識還應切分成如下幾個模塊：
（1）計算機辦公模塊 ：包含外事英語、文字錄入、word （或wps）、excel、powerpoint、電子郵件收發、應用公文、打印機復印機維護等課程。
（2）電腦藝術設計（平面）模塊：包含素描、色彩、平面結構、photoshop、coreldraw、freehand 等課程。
（3）電腦藝術設計（三維）模塊：包含立體構成、攝像藝術、3dsmax、director、after-effects 等課程。
（4）計算機網絡工程模塊：包含組網技術、網絡安全、linux、電子商務、網站建設等課程。
（二）改進教學手段。
在計算機教學中，對于操作性較強的應用軟件課教學，應以直觀形象的“多媒體演示法”等教學方法為主。由于現在的各種計算機軟件，大多以圖標方式和鼠標操作為主，其操作直觀、便捷，在現代化的多媒體教室，利用大屏幕投影進行直觀教學，編制多媒體教學課件和演示程序，化抽象為直觀，可以把原本比較枯燥抽象的教學內容，變得生動活潑起來，消除學生的倦怠情緒，激發學生的學習興趣，強化教學效果。
（三）加強實踐教學。
1、強化基礎實驗指導。
學生要想真正靈活掌握所學課程知識離不開上機實踐。學生在編程、上機操作、程序調試與正確性驗證等基本技能方面只有在上機實踐過程中才能受到嚴格訓練。教師應強化對學生基礎實驗課程的指導，并充分發揮學生的發散思維，在實驗的環境里，進一步培養學生的
創新能力。
2、強化實踐課程設計。
一方面，可以確定一系列簡易的課程設計題目，給學生分組去完成課程設計任務。明確學生分工合作完成問題分析階段和模塊設計階段，但最后的編碼要由每個學生獨立編寫。 最后每個學生都要親自提交課程設計報告，要按學生是否能夠清楚介紹設計思路、主要技術手 段并回答與題目相關的問題給予一定分數，并且程序通過程序測試才算圓滿完成了課程設計任務。
另一方面，還可以通過實施一個完整的項目而進行教學活動，目的都是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，充分發掘學生的創新潛能，提高學生解決實際問題的綜合素質。
（四）建立開放型的實驗室。
計算機課程是實踐性很強的課程， 學校應加大基礎設施的投入。 建立開放型的實驗室。 最大限度保證學生上機時間，在節假日或其它沒有安排教學任務時可以面向學生開放。同時，學校也要及時更新計算機設備和計算機軟件，嚴格管理，提高使用效率，這樣學生有了良好 的實驗環境，樂于實踐，為加深自己的專業知識修養，適應現代社會快速發展的需求打下良好基礎。
[參考文獻]
關鍵詞:計算機組成與結構;教學改革;分層次教學;創新實驗
1課程的性質和地位
規范計算機教學知識體系在教學過程中能夠起到很好的作用,參照IEEE/ACM的計算機學科本科教學參考計劃(Computing Curricula 2001,簡稱CC2001 /education/curricula-recommendations),不同類型的本科院校對計算機專業都制定了各自學科的教學計劃。在CC2005(Computing Curricula)中將計算機學科分為計算機工程(Computer Engineering-CE)、計算機科學(Computer Science-CS)、信息系統(Information System-IS)、信息技術(Information Technology-IT)和軟件工程(Software Engineering-SE)5個專業,圖1為針對每個專業的特點和要求所提出的知識架構。
圖1The problem space of computing
橫軸分為理論和應用兩個方面,而縱軸分為計算機硬件與結構(Computer Hardware and Architecture)、系統基礎(Systems Infrastructure)、軟件方法和技術(Software Methods and Technologies)、應用技術(Application Technologies)和信息系統結構(Organizational issues & Information Systems)5個層次,不同專業對每個層次的要求不一樣。CC2005中基于上述層次結構明確指出計算機科學專業和計算機工程專業都應該掌握計算機硬件與結構方面的課程知識,并且對不同專業的每一門課程的地位、知識范疇和教學方法等做了詳細的說明。圖2為Computer Architecture課程的編號體系,課程分為四個級別:入門課程、中級課程、高級課程和具體項目課程,不同的課程對應不同的教學目標和教學方法。
圖2CC2005課程編號體系
作者簡介:韓英(1979-),女,助教,本科,研究方向為計算機系統結構相關的教學與研究;嚴誠(1983-),男,講師,碩士,研究方向為計算機體系結構相關的教學與研究;荀啟峰(1979-),男,講師,碩士,研究方向為計算機系統結構相關的教學與研究。
“計算機組成與結構”作為計算機科學專業的中級課程來講要求采用精簡的、系統的、主題教學相結合的教學方法。通過本課程的學習,要求學生在掌握理論的基礎上,通過實踐教學環節的訓練,培養學生在計算機系統的分析、設計、開發、使用和維護的能力,為后繼課程的學習和將來從事相關的計算機研究工作打下良好的基礎。
2教學改革
2.1抓課程核心,合理安排講授內容,突出硬件重點
該課程主要是介紹單處理器計算機的組成原理與結構體系,內容主要包括計算機中數據的表示和運算實現、存儲器組織與結構、指令系統、中央處理器等。由于該課程屬于硬件基礎課,其本身的特性決定了課程內容之間相對獨立、知識點零散,目前很多教材沒有做到體現計算機系統結構的整體性,且傳統的灌輸式教學模式存在很多問題,所以這門課程的教與學都比較困難。
針對教與學的現狀以及出現的問題,很多高校對該課程的教學內容和教學模式進行著探索性的改革,為了在教學中讓學生能夠形成清晰完整的概念,需要合理的安排內容。比如,首先應該給出計算機系統的概念結構,然后從具體的運算實例出發(比如 “5+8*3”)來介紹微機的功能和工作過程,進而引出整個課程的主要內容結構,讓學生把握課程整體的方向,為學習以后的內容打下基礎,在講解具體部件原理時,始終堅持“突出整機概念”為主線,這樣把握著課程核心目標,進一步安排教學內容。[1-2]對于基礎性的知識注重硬件原理的講解,而對于發展較快、具有時代意義的技術性內容,老師應該做到跟蹤前沿技術,在課堂上補充講解。老師可以讓學生參與課題研究,培養學生的創新意識,保證教學內容的基礎性和先進性的統一。
2.2理論性和實踐性相統一的分層次教學,培養學生動手能力
“計算機組成與結構”課程的理論教學主要講解計算機組織和計算機結構兩方面的內容。理論教學內容偏重原理性的知識,十分抽象,例如講解CPU和存儲器連接技術時,教學中無法做到兩者實物引腳的連接,只能通過原理性的知識去講解其連接技術和讀寫工作原理;在講解各個部件互連技術時,涉及到對程序員透明的硬件細節問題,如控制信號、節拍電位機制以及硬件門電路技術等。
實際上,教學的要求不僅僅掌握其原理性的知識,還要求掌握關鍵部件的設計方法,更重要的是培養學生的實踐創新能力。教學實驗的內容應不斷更新,做到追蹤新原理、新技術、新方法和新器件,并及時反映到實驗教學中,為了達到通過不同類型實驗來培養學生實踐能力,實驗可采用分層次教學:基本實驗開放性實驗綜合性實驗研究性實驗。[3]基本實驗是配合理論教學內容,進一步加深學生對于理論知識的理解而開展,可以在平常的實驗中開設,比如運算器、存儲器實驗等;開放性實驗是為了進一步提高教學水平培養學生的實驗技能,讓學生了解這門課程先進的技術進展,可以借用學校的網絡教學平臺來開設開放性實驗,比如“接口技術”;而綜合性實驗為了培養學生的設計能力和分析解決問題的能力,可以在課程設計中開設,比如為了能使建立完整的微機概念,除了在理論教學中突出整機概念外,在課程設計中結合具體的實驗給出基本模型機和復雜模型機的具體設計和實現技術;研究性實驗是更高層次的要求,是為了培養學生的創新思維和研究能力,可以安排在畢業設計階段。這樣的分層次教學和堅持理論和實踐相統一的原則,更有利于培養計算機專業的硬件人才。
2.3多媒體技術應用于教學方法的改革,激勵學生思維活動
創新思維活動是建立在原有知識體系基礎之上的一種活動,學生良好思維習慣的形成需要在平常專業學習中培養,可以在課堂教學中采用多樣的教學手段有效激發學生的思維。比如將多媒體技術應用到教學中,借助于直觀的圖形和動畫的形式將抽象的問題進行分解,為學生建立形象化的思考過程,有利于學生對于知識點的理解,同時也有利于學生創新意識的積累。我院在“計算機組成與結構”的教學的改革探索中,將網絡和多媒體技術應用于教學,建立共享型的網絡教學資源平臺,并配合雙語課程構建了開放式的課程學習環境。該課程的教學大綱、多媒體課件、習題、實驗指導以及講課錄象都以網絡的形式提供給學生,同時學院針對這門課程建設了配套的試題庫、試卷庫。學生不僅可以通過網絡查詢資料,還可以通過網絡課程自主學習,自測效果。多媒體技術和網絡技術的教學手段更靈活、更便捷。便于學生理解和思考、便于師生交流,達到互動學習的目的。
2.4 采用互動式教學方法,激發學生的學習興趣
在教學中為了更好的達到教學目標,應采用互動式的教學方法,強調學生學習的主動性。[4]建構主義理論指出學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生,而是學生自己建構知識的過程,學生不是簡單被動地接受信息,而是主動地建構知識,這種建構是無法由他人來代替的,這里強調是一種“情境”,即環境的情境必須有利于學生對所學內容的建構。“計算機組成與結構”課程的學習在絕大部分院校都是利用多媒體課件進行講授,以老師為中心、以強調知識傳授為主體,這種灌輸式教學無法調動學生學習的主動性和參與性。
建構主義強調學習的主動性和積極性,認為教師的教學設計不僅僅考慮教學目標分析,還要考慮有利于學生學習情境的創作,強調以學生為中心,把學生的角色進行轉變,由傳統的知識被動接受者轉變為信息加工過程中的主體,也就是知識的主動建構者,而在教學的過程中教師起組織、指導、幫助和促進作用,利用情境設計,互相協作、交流等方式調動學生的主動性和積極性,以培養學生的實踐能力、創新意識和應用能力。在教學方法創新中,我們還做了如下嘗試:(1)采用啟發式教學調動學生的思考性;(2)重點的內容采用討論式教學,加強互動性;(3)簡單的內容讓學生自學以培養學生的自學能力;(4)實踐教學內容采用研究式,讓學生主動參與。如此通過各種教學環節的設計,以及情境式的構建來激發學生的學習興趣,以達到培養學生解決問題的能力和激發學生學習的興趣。
2.5針對教學內容的組織,采用新穎的教學方法
針對這門課程的特點和大綱要求,我們可以采用如圖3所示的教學方法。采用從整體到局部和從局部到整體,始終突出整機概念的教學方法。[5]
圖3教學方法示意圖
首先給出計算機系統的整體概念,然后引出計算機系統的三大組成部分:中央處理器、存儲器系統和I/O設備。三大部件通過系統總線相連,這樣有利于學生建立整機的概念,把握課程的總體方向。而在講述到某部件具體細節(知識點)的時候,采用的是從局部到整體的教學方法,比如對于運算方法和運算器的教學。如果學生沒有學習表示和運算數據的基礎,根本無法做到理解運算器的原理與結構。所以對于“計算機組成與結構”課程的內容講解,需要針對不同知識點的特點采用從整體到局部和從局部到整體的教學方法。
在“計算機組成與結構”的教學改革探索中,除了上述的改革以外我們還做了關于教學組織管理制度的改進,比如集體備課、雙教案、自編實驗教材以及和外校共同進行教考分離等,目的是通過這些方法改進、改變傳統的教學。
