計算機(jī)硬件類課程實(shí)驗教學(xué)模式改革
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摘要：
在教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、考核方式四個方面，對計算機(jī)硬件類課程實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行改革與實(shí)踐，構(gòu)成多級實(shí)驗體系，取得了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：教學(xué)質(zhì)量；實(shí)驗教學(xué)改革；計算機(jī)硬件類課程
為培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)其對概念及理論的理解、便于掌握知識點(diǎn)，自2013年以來從實(shí)驗內(nèi)容、學(xué)時分配、教學(xué)方法、考核方式四個方面，對硬件類課程的實(shí)驗教學(xué)模式進(jìn)行研究和改革，并加以實(shí)踐。
1實(shí)驗內(nèi)容
1.1增加綜合類型實(shí)驗，提高學(xué)生動手能力。
在《計算機(jī)接口技術(shù)》課程中增設(shè)綜合類型實(shí)驗《PC機(jī)系統(tǒng)中的小型I/O接口系統(tǒng)》。通過PC機(jī)系統(tǒng)中的小型I/O接口系統(tǒng)電路硬件設(shè)計、安裝或焊接元器件、進(jìn)行PC機(jī)系統(tǒng)中的小型I/O接口系統(tǒng)控制程序設(shè)計（采用ASM或CPP語言）、在PC機(jī)中運(yùn)行此系統(tǒng)這一系列過程，使學(xué)生能夠自主設(shè)計和實(shí)現(xiàn)PC機(jī)系統(tǒng)中的小型I/O系統(tǒng)，從而進(jìn)一步加深理解，對所學(xué)知識融會貫通。
1.2引入先行課程實(shí)驗，溫故知新。
《匯編語言程序設(shè)計》是《計算機(jī)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(xué)生容易遺忘，從而增大了學(xué)習(xí)《計算機(jī)組成原理》指令系統(tǒng)部分的難度。在實(shí)驗中引入?yún)R編語言部分后，結(jié)合debug調(diào)試環(huán)境，能有效利用匯編語言編程加深學(xué)生對指令編碼、指令運(yùn)行過程的理解與掌握，真正做到溫故知新。
1.3嚴(yán)格進(jìn)行實(shí)驗分類，構(gòu)建多級實(shí)驗體系。
將實(shí)驗分為四個層次：演示性實(shí)驗、驗證性實(shí)驗、綜合性實(shí)驗和設(shè)計性實(shí)驗。首先通過教師演示，讓學(xué)生初步認(rèn)識相關(guān)原器件，將所學(xué)知識和實(shí)物聯(lián)系起來；然后用五、六個驗證性實(shí)驗，加深學(xué)生對理論知識的印象，熟悉并掌握課堂所學(xué)部分；接著利用綜合性實(shí)驗，系統(tǒng)地將所學(xué)知識組織起來，形成知識體系；最后完成設(shè)計性實(shí)驗，使學(xué)生能夠熟練運(yùn)用相關(guān)知識。以《數(shù)字電子技術(shù)》為例：改革前實(shí)驗類型混亂，綜合實(shí)驗和設(shè)計實(shí)驗看似很多，實(shí)際訓(xùn)練并不能達(dá)到相關(guān)要求，所有實(shí)驗均為必做類型，導(dǎo)致部分學(xué)生實(shí)驗完成不了。在修正實(shí)驗類型、將實(shí)驗分為選做和必做之后，能更好地結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況循序漸進(jìn)，構(gòu)成多極實(shí)驗體系，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能和動手實(shí)踐能力的實(shí)驗教學(xué)目標(biāo)。
1.4增加選做實(shí)驗，多種選擇貼合學(xué)生實(shí)際。
選做實(shí)驗設(shè)置少，教學(xué)時可選擇的余地很小，不能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識掌握程度、學(xué)習(xí)興趣等實(shí)際情況來進(jìn)行選擇，靈活性差。增設(shè)選做實(shí)驗后，《單片機(jī)及應(yīng)用》課程選做實(shí)驗達(dá)到7個：指示燈/開關(guān)控制器、16×16LED點(diǎn)陣顯示實(shí)驗、查詢式鍵盤實(shí)驗、電子琴模擬實(shí)驗、直流電動機(jī)控制實(shí)驗、I2C總線實(shí)驗、電子萬年歷時鐘實(shí)驗，總計18學(xué)時，教學(xué)彈性大，更貼合學(xué)生實(shí)際情況。
2學(xué)時分配
由于各實(shí)驗的性質(zhì)和復(fù)雜程度、學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度不同，實(shí)驗學(xué)時不能“一刀切”，簡單的實(shí)驗安排少量學(xué)時，難度大的實(shí)驗增加安排的學(xué)時數(shù)。改革前，《計算機(jī)組成原理》所有實(shí)驗一律安排為2學(xué)時。重新分配學(xué)時后，PCC實(shí)驗箱的使用和熟悉實(shí)驗環(huán)境這樣的簡單實(shí)驗，安排1個學(xué)時，而綜合性、設(shè)計性實(shí)驗安排4個學(xué)時。改革前，《計算機(jī)接口技術(shù)》的波特率時鐘發(fā)生器實(shí)驗、音樂發(fā)生器設(shè)計與制作實(shí)驗均安排2學(xué)時，由于實(shí)驗比較復(fù)雜，學(xué)生在2學(xué)時內(nèi)無法獨(dú)立完成；增加到4學(xué)時后，學(xué)生不再手忙腳亂，有充足的時間進(jìn)行設(shè)計、記錄實(shí)驗數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗結(jié)果，加強(qiáng)實(shí)驗效果。同時，結(jié)合教師科研項目開展綜合性、設(shè)計性實(shí)驗，將實(shí)驗教學(xué)分為課堂教學(xué)和課下教學(xué)兩部分，不再局限于實(shí)驗室。教師通過教研會和科研活動，教學(xué)和科研相輔相成；學(xué)生參與教師課題，既能促進(jìn)實(shí)踐能力，又能提高科研水平，一舉兩得。
3教學(xué)方法
3.1仿真與實(shí)驗箱結(jié)合，發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造性。
傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗主要采用實(shí)驗箱聯(lián)機(jī)進(jìn)行，各模塊已經(jīng)集成在實(shí)驗面板上，只能根據(jù)已有模塊做實(shí)驗，學(xué)生對實(shí)驗箱的依賴過重。在單片機(jī)實(shí)驗中引入Proteus和keil軟件的聯(lián)合仿真，學(xué)生先通過實(shí)驗箱進(jìn)行實(shí)驗，對各種部件的連接有一個清楚的認(rèn)識，再用Proteus繪制電路圖，最后通過keil加載程序、仿真運(yùn)行，能更清晰地認(rèn)識到實(shí)驗原理。修改已驗證過的電路和程序，觀察并分析產(chǎn)生的結(jié)果，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，便于發(fā)揮創(chuàng)造性和求知精神。
3.2開放式實(shí)驗教學(xué)，因材施教。
綜合性、設(shè)計性實(shí)驗涉及面廣、難度大，僅僅只靠課堂的4學(xué)時是不夠的，因此需要采用開放式實(shí)驗教學(xué)做為實(shí)驗環(huán)節(jié)的補(bǔ)充和拓展，使實(shí)驗開展的時間不再局限于實(shí)驗教學(xué)的課堂時間。第一階段：理論教學(xué)時布置實(shí)驗的預(yù)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生課外通過查閱資料、網(wǎng)絡(luò)資源等方式自主學(xué)習(xí)，設(shè)計出相關(guān)電路圖，做好充足的準(zhǔn)備；第二階段：實(shí)驗開始前提出實(shí)驗要求、擬達(dá)到的實(shí)驗?zāi)繕?biāo)，實(shí)驗過程中通過問答、分組討論等環(huán)節(jié)，加深理解；第三階段：實(shí)驗結(jié)束時進(jìn)行拓展訓(xùn)練，修改已驗證的電路和程序，觀察并分析實(shí)驗結(jié)果，將所學(xué)知識加以鞏固。大部分學(xué)生能夠完成前兩個階段，優(yōu)秀的學(xué)生能完成第三階段。對少數(shù)落后的學(xué)生進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)，經(jīng)常表揚(yáng)和鼓勵，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性。
4考核方式
增大實(shí)驗成績在總成績中的比例，將實(shí)驗考核進(jìn)一步細(xì)化，根據(jù)方案或?qū)嶒灲Y(jié)果的驗收、總結(jié)報告等綜合評定方法進(jìn)行考評，最后上機(jī)實(shí)驗成績?yōu)橐粚W(xué)期上機(jī)實(shí)驗成績的平均分。
5實(shí)施結(jié)果
改革實(shí)施2年來，學(xué)生的考試成績有了顯著提升，以《計算機(jī)組成原理》為例，對2011、2012級學(xué)生的實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行改革，改革前后平均分對比如圖1所示。很多學(xué)生表示不再對計算機(jī)硬件漠不關(guān)心，理論知識也不再晦澀難懂，感覺自己真正學(xué)習(xí)到了計算機(jī)的專業(yè)知識“，對以后的學(xué)習(xí)很有幫助”等。實(shí)驗教學(xué)模式的改革，使學(xué)生養(yǎng)成了自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的好習(xí)慣。
6結(jié)論
經(jīng)過2年的實(shí)驗教學(xué)改革，引入仿真軟件、聯(lián)系教師科研，形成了一套計算機(jī)硬件類實(shí)驗教學(xué)方法，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識，培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，教學(xué)質(zhì)量得到了較大的提高。
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作者：蘇靜 劉明 朱曉靜 蔡娜 單位：瓊州學(xué)院計算機(jī)工程學(xué)院