“卓越工程师”下计算机硬件基础课的改革与实践
张建科，谭小球，崔振东
浙江海洋学院 数理与信息学院，浙江舟山，316000
E-mail: zjk1201@zjou.edu.cn
摘要：本文围绕“卓越工程师”计划，根据计算机硬件基础课教学的特点与实际情况，分析了其在当前环境下存在的问题及挑战，从课程教学目标、课程教学结构、课程教学内容及课程实验环节四个方面提出了教学改革的方案。 关键词：卓越工程师；硬件基础课；教学改革；
1 引言
教育部“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”），旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。
浙江海洋学院于2014年4月启动“卓越人才培养计划”项目，计算机科学与技术本科专业有幸被列入其中的“卓越工程师”培养计划。“教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见”（以下简称“意见”）中指出，本科阶段以培养应用型工程师为主，应用型工程师主要是在现场从事产品的生产、营销、服务或工程项目的施工、运行，维护。
计算机科学与技术专业课程体系中的硬件基础课程设置中包含以下几门课程：《计算机组成原理》、《汇编语言程序设计》、《微机原理与接口技术》。这三门课程都是计算机专业的主干课程，其主要任务是分析、设计计算机的内部结构，理解计算机的基本工作原理；训练硬件级的程序设计能力；分析微机的工作特点，掌握应用汇编程序设计实现微机与外设通信的技巧；了解计算机硬件技术发展的新应用、新工艺、新技术、新思想。按照 21 世纪计算机科学与技术专业人才培养方案和教学要求，和基于“卓越计划”下的培养理念，计算机应用领域愈来愈需要“创新能力强”的专业人才，而传统的计算机硬件基础课程的教学内容、方法和考核等都存在一些问题。
2 问题及挑战
（一）课程的内容结构松散，重复多。
虽然组成原理、汇编语言、微机接口三者的教学内容分别侧重计算机硬件基础理论、硬件程序设计方法以及微机应用在控制系统中的技巧，但是这三块内容前后承接，紧密相联，前者是后者的前导与基础，后者是前者的深化和应用。现在由于这三门课程均独立设课，很多情况下是由不同的教师，在不同的学期开课，教师在教学内容的选择上自由度非常大，教学内容根本无法做到前后统一，首尾呼应，甚至讲授的版本也可能不同。在本校09计算机专业中出现过这种情况，汇编语言课的教师选择了基于Windows的32位汇编，而微机原理与接口技术课的教师则以基于8086的16位汇编讲解，这样就导致学生教学内容理解上的混乱与不适。又比如在组成原理中大多以单片机中的汇编格式来举例分析指令系统，而汇编语言讲的都是8086系列的指令系统，两者存在不少的差异，学生自然会产生疑惑，无形中增加了教学的难度。 这三门课程的教学内容不仅结构松散，而且重复较多。比如组成原理中，指令系统这一节的内容跟汇编语言的内容基本相同，两者选其一即可；又如组成原理中一个非常重要的知识点——中断，在微机接口中又会详细介绍。此类相同内容在教学过程中如果被反复讲解，很容易分散学生的注意力，抑制学生的求知欲。
（二）教学内容老化，过于抽象、学生兴趣低
随着社会经济的不断进步，计算机技术的发展日新月异，网络的普及使得学习者更容易接触到计算机的前沿领域，这也使学生对课堂教学抱以更高的期望。现在选用的教材已经做了很大的改进，比如组成原理选用的是唐朔飞教授编写的《计算机组成原理》第三版，其内容已包含较多的计算机新技术。但是有些内容与实际应用还是存在差距，比如微机接口中的内容就过于陈旧，当务之急是需要教师不断更新和完善教学内容，选择与实际应用中密切相关的技术，拓展学生的知识面。此外，我们选择的部分教材与实验环境也有较大差异，这使得教学过程只能通过抽象思维完成，无法通过实验帮助学生加深理解。对缺乏实际体验的大学生来说，不仅感觉到课堂教学枯燥无味，难以调动学生的学习兴趣，而且理论脱离实际，学生无法想象书中的原理在实际中的具体应用。
（三）大类招生对课程设置影响较大
全国很多本科院校已经开始实行大类招生，大类招生使得计算机专业与其他相关专业在大一期间混合在一起，比如我校今年的计算机专业与信息、数学、物理一起招生。按照教育部大类招生“厚基础，宽口径”的指导思想，在大一开设的专业课程以数学、物理等基础课为主。这一改变造成两个影响，首先是计算机类课程学分的变化。因为总学分不变，而大一增加了较多的非计算机课程，自然使得计算机专业课程学分减少。以我校计算机专业为例，上述三门硬件基础课程大类招生前的总学分为9分，共136学时，现2014级培养方案中只能提供4学分，64课时。其次是课程进度的变化，原来上述三门课程分别安排于大二下、大三上、大三下，这种循序渐进的安排比较有利于后续课程如《嵌入式系统》、《计算机体系统结构》等的开展。现在，由于大一安排的专业课程少，其他的专业课程只能相应推迟，比如2014级的《现代计算机组成原理》就只能安排在大三上半学期。又因为“卓越工程师”培养方案明确大四一年不安排在校上课，因此这三门课只能集中于大三一学年里完成，这不仅对培养计划的实施造成较大困难，也必将大大影响课程的教学质量。
3 课程改革方案
（一）明确课程教学目标
教育部在“意见”中指出，“卓越工程师计划”的主要目标是“面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。”针对以上培养目标，计算机硬件基础课的教学目标需要作出相应的调整。
原来组成原理、汇编语言、微机原理与接口技术三门课程的教学目标可以归纳为：通过理论学习和指定的基础实验，使学生掌握计算机组成原理的基本概念以及微机结构、指令系统、汇编程序设计、微机接口电路设计及编程等。“卓越工程师”下课程的教学目标不仅要强调基础，更要强调学生综合能力的提升，要求学生在掌握基本知识的基础上，从实用和创新的角度出发，通过实践环节的培养和训练，提高团队协作精神，增强自主实践、勇于创新和善于总结的意识，培养出适应经济社会发展的高质量的计算机工程技术人才。
（二）修改课程教学结构
根据计算机硬件基础课程的现状及挑战，课程教学结构的改变势在必行。原来的三门课程合并成一门课程，课程命名为“现代计算机组成原理”，内容覆盖计算机组成原理、汇编程序设计以及接口技术。课时也作出相应的调整，总学时64，其中实验学时16。此外增设了两周的课程设计环节，一般安排在学期末，集中完成设计任务，设计报告，开展现场演示及陈述，完善交流和考核。
（三）整合课程教学内容
课程合并成一门课后，教学内容并非简单的叠加，而是有机的梳理和整合。要根据教学目标有取有舍，前后统一。例如前文所述的指令系统在组成原理和汇编语言中都有，首先，重复的内容取其一，不必累述；其次两者强调的重点有所不同，组成原理中强调机器指令的格式，汇编语言中则主要是程序的设计。因此，在选择这一知识点时，应以汇编语言为主体，在指令格式一节再加详细分析，则可以使两者兼顾。又例如中断这一知识点，组成原理的教学内容中多抽象的理论分析，缺少具体的实践操作，微机原理与接口中则恰恰相反，以介绍中断接口芯片8259A怎样应用为主。两者结合在一起，取长补短，互为印证，教学效果的提高非常明显。
四、改革课程实验环节
首先实验环节的改革是实验内容的改革。原来计算机组成原理的实验主要包括运算器实验、存储器实验、并行接口实验、中断实验、微程序设计实验等。微机原理和接口技术则主要包括串行接口实验、并行接口实验、中断接口实验、DMA接口实验以及各类通用接口实验。现在需要合并相同的实验项目如中断实验和并行接口实验，保留必须的项目。而汇编语言程序设计的实验主要包括汇编程序设计初步、选择结构程序设计、循环结构程序设计、子过程设计、DOS中断程序设计等，这些实验项目完全可以穿插于接口实验中，不必单独设置。
其次实验环节的改革是实验考核方式的改革。要改变以往仅以实验报告为依据的考核方式，实行课上组织过关的方式，注重实验现场的考核，重点根据现场实验调试效果及问题回答情况给出考核成绩。
4 结束语
依据国家“卓越工程师培养”的指导思想，结合我校计算机科学与技术专业的自身特点，在仔细分析了计算机硬件基础课的教学现状后，提出了自己的教学改革方案。我校的“计算机卓越工程师培养计划”刚刚起步，还有很多问题需要进一步探索，但是只要教师积极研究提高学生创新能力和创新思维的教学方式，以培养学生的学习兴趣和创新设计的能力，激发学生学习的主观能动性，必定能圆满完成课程的教学目标，为其他课程的改革乃至整个专业的改革提供借鉴。
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