计算机硬件课程教学方法的研究与实践

2018-03-19刘雅琴张凡荣

电脑知识与技术 2018年4期

刘雅琴+张凡荣

摘要：为了增强学生学习计算机硬件课程的兴趣，全面提升硬件课程的教学质量，该文从课件的制作、案例教学、任务驱动教学、实践教学、电子网络辅助教学、师资建设等几个方面对硬件课程的教学方法进行了研究与实践，提出了提高计算机硬件课程教学水平的一些方法，教学中采用这些方法取得了良好的效果。

关键词：硬件课程；教学方法；案例教学法；网络平台

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）04-0086-03

Study and Practice on the Computer Hardware Course Teaching Method

LIU Ya-qin， ZHANG Fan-rong

（Academy of Information Technology， Luoyang Normal University， Luoyang 471022，China）

Abstract： In order to enhance the students' learning interest in computer hardware course and improve the general quality of hardware course teaching quality， this paper studies and practices hardware course teaching methods from several aspects such as courseware making， case teaching， task driving teaching， practice teaching， electronic network aided teaching and construction of teaching staff. Some new teaching methods are put forward to improve computer hardware course teaching level. It has achieved good effect using these methods in teaching.

Key words： hardware course； teaching method； case teaching； network platform

1 概述

计算机硬件课程主要包括：《数字电路》、《计算机组成原理》、《汇编语言》、《微机原理与接口技术》、《计算机组装与维护》、《单片机原理及应用》以及《嵌入式系统及应用》等课程。这些硬件课程既包括基础课程也包括应用课程，学生学完这些课程应能完成一些硬件方面的课题，可事实是许多学生对硬件的基本概念含糊不清，系统设计更无从谈起，毕业设计很少有人做硬件，即使有也是老师指定的题目，做出的硬件效果也不尽人意。造成这一原因多方面的。第一，课程体系设置欠科学；第二，课程教学内容僵化；第三，教学方法单一；第四，实验环节脱离实际等。第一和第二原因已在文献[ 1]讨论过，本文就计算机硬件课程的教学方法做了一些深入的研究。

2 注重开课引导篇的讲述

教师在上某一门课程的第一节课时，不要急于讲授新的课程内容，应首先进行开课引导篇的讲述，在引导篇中主要讲解：任课教师的介绍、教材及参考教材、教学目的，教学内容、考核方式、辅助教学平台等基本情况。

1）明确教学目的

教学目的是此环节的的重点，教师一定要切中要害的阐述。学生只有明确了教学目的，才能知道为什么要学这门课，才能调动他们学习这门课的兴趣。硬件系列课程的一般来说分为基础课、应用课及提高课。针对不同的类型课程它们的教学目的有所区別。

硬件系列课程中《数字电路》和《计算机组成原理》课程为基础课，对于基础课要让学生学会该课程的基本原理，为后续课程的学习打下基础，如《数字电路》是《计算机组成原理》课的基础课，《计算机组成原理》课程不仅是硬件课程《微机原理与接口技术》等课程的基础，同时也是《操作系统》等软件课程的基础，同时也是计算机考研的专业课之一，对于教学型大学来说，考研是学生提高自身能力，获取学习机会的一条重要途径。考研人数逐年增加，竞争也越来越激烈，而计算机组成原理作为考研课程这一点要强调。

应用型课程一般包括《微机原理与接口技术》和《单片机原理及应用》，对于应用课程学完该课程学生要会应用该课程的知识，能够做出一些简单系统。如学完《单片机原理及应用》，可以让学生做一些简单的基于单片机的课题：温度计的设计、直流电机的驱动等[2]。

提高课程一般指《嵌入式系统及应用》等，对于这类课程教学目标就是直接与就业联系，学好该课程意味着掌握了一门较高端的技术。

为了说明教学目的，教师可以演示一些小系统，让学生对本门课课程产生兴趣。

2）了解教学内容

罗列出这门课程的教学内容，内容罗列一是不要太多，二是要按照层层递进的关系罗列。教师针对罗列的内容进行简单讲解，目的是让学生对这门课程所讲的内容大致有所了解。讲解时一定要通俗易懂，言简意赅，忌讳罗里啰嗦、高深莫测的讲解。

3）了解考核方式

提早告诉学生的考核方式，让学生有目的的学习，考核方式一般分为考查和考试，考查课形式较为多样，有大作业或随堂笔试（可为闭卷也可以为开卷），大作业要进行公开答辩，对学生的要求较高。考试课由学校统一组织实行闭卷笔试。无论是考查课还是考试课都有相关的平时成绩，平时成绩包括：上课考勤、平时作业以及实验。把考核形式告诉学生，学生在学习的时候就会做到心中有数，比如《单片机原理及应用》这门课为考查课，考查内容为平时成绩+期末大作业，大作业要求做出一个简单的硬件系统并写出实现过程，学生为了完成大作业，在课堂上就会认真听讲，课下就会查阅相关文献为大作业做准备。硬件系列课程考查和考试的设置情况见表1：

表1 计算机硬件课程考核方式设置

[课程考核方式说明数字电路考试平时成绩占20%，笔试成绩占80% 汇编语言考查期末上机考试，平时成绩30%，期末成绩70% 计算机组成原理考试平时成绩占20%，笔试成绩占80% 微机原理与接口技术考查期末随堂笔试，平时成绩20%，笔试成绩80% 计算机组装与维护考查期末大作业，平时成绩50%，期末50% 单片机原理及应用考查期末大作业，平时成绩40%，期末50% 嵌入式系统及应用考查期末大作业，平时成绩30%，期末50% ]

考核方式要以转变观念为先导，树立以培养人才及就业为导向、以能力和素质考核为中心的考试观念，积极探索建立新型的专业考核评价体系，充分发挥考核评价的引导和激励作用。

3 重视多媒体电子课件的制作

多媒体课件包含文本、图片、声音、动画、视频等媒介类型。采用多媒体授课能够节省板书的时间，加大教学内容的信息量，使课程的内容向广度和深度延伸。多媒体课件中的声音和动画效果使得教学内容更鲜活、更生动更具体，从而激发学生学习的兴趣。

如《计算机组成原理》课程，在讲授中断传输方式[3]时，如果仅仅给出静态接口电路图，上课时对着电路图讲解，学生的注意力可能不太集中，如果此时把中断传输方式的原理做成动画效果，随着动画的出现，再配上老师的讲解，既形象又生动，这样学生就容易理解了。

多媒体课件的制作是当前多媒体教学的一个重要组成部分，如何制作出满意的多媒体课件呢？

首先，要求教师要熟悉教学内容，了解学生的情况，熟悉多媒体课件制作软件，为课件制作做准备。其次，按照“设计教学过程→写标题→填充文字内容→添加图片→做动画→超链接视频”的思路制作课件，使课件条理清晰。最后，调整整个课件的颜色搭配，字体、图片的大小，使制作出的课件赏心悦目。

课件制作过程是一个相对复杂繁琐的过程，要求老师一定要静下心来，用心制作。课件制作的过程包含了教学设计的过程，包含了教师讲课的思路，好的课件可达到事半功倍的效果。

4 采用灵活多样的教学方法

现在的学生思维活跃，照本宣科满堂灌的教学模式很难让学生接受，因此，采用灵活多样的教学方法势在必行。

4.1 多种方法调节课堂学习气氛

计算机硬件课程大都理论性较强，学生在接受此类课程时，往往感到枯燥、乏味，所以老师要在课堂上适当的调节课堂气氛，可穿插讲解计算机名人典故，可采用诙谐幽默的语言，可采用类比法讲解知识点等。

讲解名人典故，能够激发学生努力学习、积极探索。如《计算机组成原理》在讲解冯.诺依曼计算机的特点时，可介绍一下冯.诺依曼的典故，同学们在听故事的过程中，可以受到启发，会以名人为榜样，树立远大的理想，从而会认真的学好课程。

采用诙谐幽默的语言，能够拉近老师与同学的距离，如在讲解计算机运算速度的性能指标吉普森法时，可以引用流行词语“理想很丰满，现实很骨感”，指出这种算法虽然很好，但实现起来不容易，一语道破这种算法的优缺点。

类比法是一种化解难点的有效方法。如单总线结构计算机的缺点是出现总线使用的拥堵，同学们可能觉得不太好理解，此时可联系公路来类比，如果公路少，车多，交通就会出现拥堵，通过类比学生就很容易理解单总线结构计算机的缺点。

调节课堂气氛，一定不要过，所谓不要过就是穿插的内容要能收回来，别跑题，否则，学生听得很热闹，但是真东西没学。

4.2 案例演示教学法

当讲述某些原理或方法时，教师可以设计一些案例[4]，通过对案例的讲述，层层推进，最后学生很自然就能接受教师所讲授的原理或方法。

例如，讲授8253芯片[5]，老师可以先演示一个模仿电子琴的系统，优美的音乐就调动学生学习的积极性，接著针对这样一个系统，老师就可以分步骤介绍这个系统。第一步，讲解本系统硬件电路连接图，这时引入8253芯片的引脚，趁机讲解这一知识点。第二步，软件编程部分，主要讲解与案例相关的8253工作方式3，重点讲清工作方式3中输入脉冲频率、初值的设置以及初始频率与初值及输入频率的关系，然后告诉同学音乐“DO、RE、MI、FA、SOL、LA、XI”七个音阶都有固定的频率，即相当于8253的输出频率，在本系统中已知输入频率，这样我们就可以知道初值，从而通过编程就可以实现“DO、RE、MI、FA、SOL、LA、XI”的发音，即完成本系统的软件设计。

通过这样一个案例把学生学习8253芯片的积极性调动起来，此后再学习8253芯片的其他工作方式，就易如反掌。

案例教学法是一种启发式和讨论式的教学方法，它可以克服传统教学中“满堂灌”的弊病，充分调动学生学习的积极性。

4.3 任务驱动教学法

任务驱动是一种建立在构建主义教育理论基础上的教学法，它强调学生为主体，教师为主导的作用，符合探究式的教学模式适用于培养学生的创新能力和独立分析问题、解决问题的能力。

对计算机硬件课程来讲，主要是对于某一部分的理论讲完以后，讲解这一理论的应用时，采用这一方法。例如，在讲授8255芯片的基本理论完成后，我们可以给学生布置一个任务，让其利用8255A芯片设计一个扫描键盘按键的系统，并能回显在一个七段数码管上。学生第一次接受这样一个新东西，不知从哪里下手，这时老师要适当的引导，把这个大任务划分为几个小阶段，每一阶段给出任务内容。本例具体实现如表2。

表2 任务的划分

[任务阶段任务内容第一阶段系统硬件电路的设计第二阶段 8255A芯片的工作方式的设置第三阶段软件识别键盘的按键第四阶段软件如何实现在数码管的显示 ]

划分任务只能是粗线条的划分，给学生提供思路，不能划分太细，否则就限制了学生的思维。通过这样的任务划分，学生的思路基本清晰，然后就可以发挥自己的能动性，提出多种不同的解决方案，甚至出现非常新颖的设计，这种方法也充分激发了学生的创造性思维。

4.4 實践教学法

为了更好的理解硬件课程的理论知识，为了提高学生的动手能力、设计能力以及创新能力，实践教学环节必不可少[6]。

1）改善计算机硬件实验环境

改善硬件实验环境，一是要求学校加大实验投资的力度，增加硬件教学设备。我们学校在2007年，更新了一些实验设备，新建了一些实验设备，除此之外还建立了硬件综合性实验室，大幅度的改善了硬件教学设备。对于每种实验设备，都做了高标准的要求，不但能做一些验证性实验，而且也能做设计性和综合性实验。

2）开放实验室，开设课程设计

对应用性和提高性课开设课程设计，加大这些课程的实践力度。对我们学院来说，主要是《单片机技术及应用》、《微机原理与接口技术》《嵌入式系统及应用》这三门课增设课程设计。课程设计的题目可由老师拟定也可由学生选择感兴趣的题目，题目确定之后由学生写出设计书，老师审阅后实施。硬件的课程设计不同于软件，对于软件来说学生基本用电脑就可以完成，而硬件则需要除电脑外的硬件设备，为了让学生完成课程设计，我们采取开放实验室，给学生足够的实践空间。通过课程设计使学生的自学能力、研究设计能力、独立分析问题及解决问题的能力和创新能力都得到了提高。

3）鼓励学生参加电子设计大赛

选拔对硬件感兴趣的同学，组建参赛团队，加强同学们的电子设计能力，增强同学们对硬件学习的兴趣，促进硬件实践教学的改进。

4.5 电子网络辅助教学法

计算机硬件课程具有较强的抽象性，教学内容或者难以通过课堂讲授被学生理解或者是课堂上听得津津有味，课下可能又忘了。为此，我们开发了《计算机组成原理》、《微机原理与接口技术》、《计算机组装与维护》等多门课的网络课程，每一门网络课程基本包含模块：多媒体课件、教学录像、实验系统、习题、在线测试以及在线讨论等。多媒体课件模块由电子教案、课件以及一些仿真系统组成；实验系统模块由实验步骤、实验电路图以及模拟仿真实验；在线讨论模块实现老师和学生之间的互动。通过网络课程，同学们在寓教于乐中不仅可以复习老师讲过的知识点，还可以预习新的内容，同时也可以与老师互动，极大地提高了学习效率。

5 加强师资建设

当前，计算机硬件课程教师面临问题：一是计算机专业的扩招，导致教师缺编较大，使得每位教师的教学工作量成倍增大；二是学校人事制度的改革，要求每位教师在完成教学工作量的同时要完成一定的科研任务；三是科研任务的完成是可以量化的，而教学完成的情况无法量化，成了一个十足的“良心活”。解决这些问题，应从以下几方面下力气：

1）建立健全教学评价体系，调动教师教学的积极性

教学评价的科学性、公正性对调动教师教学积极性至关重要。我们学校的教学评价采用学生评价加上系督导组的评价。学生对教师教学评价打分本是一个很有效的教学效果评价手段，但是具体操作过程由于学生考虑到不同老师的熟悉程度或怕课程成绩得分不高等因素，使得具体实现过程中出现讲课效果好的老师和讲课效果差的老师打分上拉不开档次。督导组打分有两方面的缺点：一是督导组的成员不可能每节课都听，另一方面不同的课程相差较大，他们不可能都懂。所以要改革现行的评价体系，对学生的打分要加以规范，保证学生打分的私密性，强调客观打分的重要性，保证充分的打分时间，实施有效的监督等。对督导组的要求：听每一门老师的课程不少于三分之一，听课的督导老师要了解该门课程。

除了建立公平公正的教学评价体系外，重奖长期坚持在教学一线的优秀教师，充分调动教师教学的积极性。

2）不断学习，提高教学水平

教师要热爱教学工作，以校训“德高为师，学高为范”要求自己，教师要深钻所教学科，跟踪该学科的发展前沿，确定教学内容，精心制作课件，用心设计教学过程，认真批改学生作业，勤于动手实践并引导学生实践，善于和同学们交流、互动，根据学生的情况以及时代的发展，时时调整教学方法，不断提高自己的教学水平。

3）建立教学团队，以科研促教学

计算机硬件课程特点是课程之间联系紧密，不同课程的内容相似较多，课程内容较多。所以，我们要建立教学团队，一是促进教师之间的交流，确定课程的教学内容，相互探讨教学方法，做到共同提高。二是教学团队的老师专业相近，从而确定研究方向，使得老师们在科研上有所发展，做到以科研促教学。

4）增进与企业的联系，增强实践经验

计算机硬件课程是面向实际、具有很强实践性与综合性的课程，但是执教硬件课程的教师，大都缺乏系统开发的经验和工程实践经验，导致上课存在照本宣科的现象，使得课堂教学效率不高。为此，我们的教师要走出去，增进与企业的联系，增强实践经验。

6 结束语

计算机硬件包含多门课程，每一门课程都有自己的特点，根据自己多年的教学经验，从开课引导篇的讲述、课件的制作、

灵活多样的教学方法以及师资建设等几个方面提出了有效的硬件课程的教学方法，通过实践教学，取得了良好的效果，硬件课程的教学普遍得到了学生的好评。

参考文献：

[1] 刘雅琴，雷治军.计算机专业硬件课程体系设置和教学内容改革[J].2011（6）：37-40.