计算机硬件课程教学方法改革的思考

沈澍　李鹏　刘大勇

摘 要：文章针对“互联网+”时代计算机硬件课程的现状，分析了该类课程在新时代所面临的挑战，从而提出了必须注重硬件课程相互之间的融通以及硬件课程与其他类别课程的联系；同时要注重加强以参与科研项目和学科竞赛为主要形式的课外实践训练，关注学生硬件与软件能力协同发展的观点。

关键词：互联网+；计算机硬件课程；教学方法

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）07-0045-02

随着中国社会进入“互联网+”时代，在“万众创业，大众创新”的大环境下，IT领域中各项新兴技术层出不穷，例如应用于各领域的智能电子设备、可穿戴设备、人工智能等。这些新兴技术又都与计算机硬件紧密联系，于是社会对当前的计算机硬件类专业人才的培养提出了新要求。以人工智能为例，国家发改委、科技部等几部门联合发布的《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》中明确提出，“培养发展人工智能新兴产业”、“推进重点领域智能产品创新”和“提升终端产品智能化水平”等三点目标，同时强调方案实施的关键是大量的“互联网+人工智能”专业人才。由此可见，时代的发展方向正要求对计算机硬件课程进行调整，势必会引领计算机的软硬件课程的协同发展，开展新一轮的计算机教学内容的整合和教学方法的改革。

一、计算机硬件类课程现状

（一）计算机硬件课程设置现状

从计算机专业本科生的培养计划可见，软件类课程仍占据主导地位，而硬件类课程则相对较少。笔者以南京邮电大学信息类各专业的培养计划为例，将与计算机硬件相关的课程整理在表1当中。根据各专业的培养计划的具体要求不同，课程会放在不同学期进行授课。

表1 计算机硬件类课程的设置

（二）计算机专业现有培养模式的特点

通过长期对计算机专业本科生在教学以及毕业设计过程中的表现的调查和研究[1-3]，笔者发现“欺软怕硬”的现象很普遍。所谓“欺软怕硬”，是指学生对软件类课程的学习热情和掌握情况要远远好于硬件类课程。由此形成了学生在毕业设计选题时对软件类题目趋之若鹜，而硬件类题目则无人问津的局面。通过与学生的交流和教学过程中的思考，同时借鉴了相关文献的研究经验[4-5]，笔者认为目前的局面是由现有的培养模式决定的，其特点可以总结如下。

1.想法可以快速实现并验证，因此大多数学生更喜欢软件。2.相较于软件类课程，硬件类课程内容显得较枯燥。3.不同的硬件课程采用不同的实验设备，不便于学生贯通式地掌握系统化知识。4.硬件类课程的实验教学与实际开发有较大区别，实验技能往往无法直接用于实际项目开发。5.教学实验设备无法为教师的科研项目提供支撑，教师将科研与教学实验相结合的热情不高。6.实验室人员需要花费大量时间维护各种硬件实验设备。

二、“互联网+”时代计算机硬件课程面临的挑战

“互联网+”是将互联网作为当前信息化发展的核心特征，提取出来，并与工业、商业、金融业等服务业全面融合。其核心是创新，只有创新才能让这个“+”真正有价值、有意义。在分析了目前市场上的各种“互联网+智能硬件”后，笔者认为对计算机硬件课程发展的挑战主要体现在以下几点。

（一）个体化向网络化的转变

目前的计算机硬件课程基本都是面向个体化设备的，无论是“计算机体系结构”课程中侧重对计算机系统的性能评价，还是“计算机组成原理”课程中着重于运算器、控制器、存储器、指令系统各部分的设计和组成，抑或是“微型计算机原理与接口技术”课程中关注的CPU工作原理和常用外设与主机的连接方法等，无一例外是在单一设备上进行。而“互联网+”所倚重的物联网、云技术和大数据等技术则需要网络化设备进行分布式的协同工作。这是传统的计算机硬件课程在教学和实验环节中比较欠缺的。

（二）功能化向智能化的转变

学习了计算机硬件课程后，学生大多能熟悉和了解对于实现特定功能的硬件系统的开发流程。但是目前的“互联网+智能硬件”已经不仅仅局限于实现某个或某几个简单的功能，而是更多地强调可以进行“随机应变”的智能化属性，这就要求学生不仅要学好硬件类课程，还需要对人工智能、机器学习、云计算等相关领域的知识有广泛的涉猎。

（三）低成本至高性价比的转变

在以往的硬件開发中，特别是在对价格较敏感的某些应用领域，开发者往往更重视对硬件成本的控制。随着微电子技术的快速发展，各芯片及相关的外设和传感器的价格不断降低，如今人们对成本的要求已经不像以往那么严苛了，人们往往更注重性能或者说是性价比的提升。目前的硬件课程中介绍的芯片大都是很久以前的产品，如何使课程与时俱进是课程改革中需要关注的问题。

三、计算机硬件课程教学方法改革的策略

（一）注重课程间的联系与融通

课程之间的联系其一是指计算机硬件课程之间的，其二是指硬件类课程与其他类课程的。首先来看计算机硬件课程之间的联系，这里仍以表1中所列的几门课程为例。前文已经提及这几门课程的侧重点不同，但是各课程的主要内容又互为依托，是学习其他课程的有效载体。如果学生能够先学好其中的一门课，那么对后续相关课程的学习会有很大帮助，达到事半功倍的效果。另外，假设教师能够对这几门课程中的核心内容进行一定的梳理并加以整合，不仅可以节约出一定的课时，还可帮助学生理清楚各门课程之间的关系，有针对性地进行学习。其次来看硬件课程与其他类课程之间的联系。在“互联网+”时代，硬件类课程与软件类课程、网络类的课程的联系必然越发紧密。比如，在“汇编语言程序设计”课程中，因为学生已经有了“高级语言程序设计”和“算法”课程的编程基础，所以在该课程中教师才能够把主要精力放在对指令集的讲解上，通过与高级语言编程的对比也有助于学生理解汇编语言编程的特点。另一个例子是关于计算机网络课程与硬件课程的联系，在计算机网络体系结构里位于下三层通信子网的路由器等硬件设备，本质上可以看成是一种具有多输入输出端口的专用计算机，其结构可以在“计算机组成原理”这门课程里得到深入理解。

（二）注重与科研竞赛的结合

因为“实践是检验真理的唯一标准”，“兴趣是最好的老师”，所以合理有效地安排好学生的课外实践活动，并制定出适合的成长目标是至关重要的。笔者通过在教学过程中的实践经验发现，大学生参与课外实践的形式主要是参与科研项目和学科竞赛。

1.硬件课程与科研项目的结合。笔者将大学生可以参与的科研项目分为两类：一类是以学生为主导的项目，另一类则是以教师为主导的科研项目。前者最典型的是大学生创新创业训练计划项目（STITP）。以南京邮电大学为例，学校和各学院对硬件类的STITP项目格外重视，特别鼓励教师和学生申报硬件类课题，并且明确规定了硬件类项目申报数必须达到的最低比例。通过申报和参加此类项目，学生可以在教师的指导下自主地进行选题、查资料、撰写申请书、制定研究方案的步骤。由于申请项目是学生主动意愿的体现，所以可以在一定的程度上避免课堂教学中学生的被动性。后者一般是教师所承担的各种科研项目。这些科研项目以教师为主导，而且很多是对国际或国内前沿科研与技术领域的积极尝试，對本科高年级的某些优秀学生的自我提升会有非常大的帮助。通过参加这些科研项目，学生可以拓展视野，锻炼团队协作能力。更重要的是通过完成项目计划中的既定目标，提高了自信心和求知欲，对今后的科研或工作是大有裨益的。

2.硬件课程与学科竞赛的结合。大学生参与实践的另外一个重要形式是参加学科竞赛。相较于以“全国大学生数模竞赛”为代表的软件类竞赛，硬件类竞赛也是很丰富的。其中最重要的一项竞赛便是“全国大学生电子设计竞赛”，此外近年来还出现了一些与硬件课程相关的旨在培养学生创新创业能力的比赛，比如“全国大学生物联网设计竞赛”、“3S杯全国大学生物联网技术与应用‘三创大赛”等。根据学生在课程学习时实验或课程设计、参与科研项目时的完成情况，选拔和鼓励一部分能力突出的学生参加竞赛。在这个过程中，学生势必要能够熟练掌握竞赛涉及的计算机硬件类课程的相关知识，这样可以加深对所学课程的理解，锻炼解决实际问题的综合能力，从而增加项目实践经验。若他们能在竞赛中取得好成绩，还会对自身培养科研兴趣和增强科研信心有好处。

参考文献：

[1]沈澍，韦伟，邹志强.“学研赛”并重的计算机类双创型人

才培养模式探索[J].计算机教育，2016，（7）.

[2]沈澍，邹志强，刘风娟.本科生学习导师制的探索与实践

[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2016，（2）.

[3]邹志强，马玲玲，沈澍.面向计算机专业的递进式实践教

学改革研究[J].计算机教育，2015，（13）.

[4]马汉达，鲍可进.计算机硬件课程实验教学改革与实践

[J].实验室研究与探索，2013，（10）.

[5]陈辉，李敬兆，詹林.计算机专业硬件课程教学改革探索

[J].计算机教育，2014，（5）.

[责任编辑 包玉红]