计算机硬件课程论文

今天小编给大家找来了《计算机硬件课程论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。摘要：传统的计算机硬件基础课教学已不适应现代科学技术的发展和社会对人才的需求，本文结合计算机专业的特点，从课程内容、教学体系、教学方法等方面总结了在硬件基础课教学改革中所取得的实际经验和体会。

第一篇：计算机硬件课程论文

计算机专业硬件课程教学改革探索

摘要：针对计算机专业硬件课程教学现状和存在的问题，阐述计算机硬件课程之间的层次关系，对计算机硬件课程在教学内容整合、教学资源建设、教学方法综合运用以及重视实践教学环节等方面进行深入分析和探讨，提出硬件课程体系结构调整方案和课程整合办法等。

关键词：计算机硬件课程;教学改革;教学资源;教学方法

1.背景

计算机硬件课程是计算机专业的重要课程，是深入了解和掌握计算机基本工作原理以及建立整个计算机知识体系结构必不可少的部分。计算机硬件类课程一方面需要对计算机内部CPU结构、各种寄存器、存储器、指令系统以及指令的执行过程等非常清楚，而且需要掌握和记忆的内容较多，知识点也非常分散;另一方面，硬件课程的实验要复杂得多，需要有相应的硬件平台支撑，而硬件平台一般由专门实验室提供，学生很难拥有自己的硬件学习平台，无形中就疏远了硬件课程的学习，再加上没有运用有效的硬件课程教学方法，进一步加剧“重软件轻硬件”的现状。因此，当前高校计算机专业硬件课程的教学存在两难的境地：教师难教，学生难学。如何提高计算机硬件课程的教学效果，实现学生愿意学和教师乐于教，成为当前大多高校亟待解决的问题。

2.计算机专业硬件课程体系结构

随着信息技术的快速发展，计算机专业开设的课程也在不断调整，但涉及计算机硬件的课程相对稳定，只是在内容上有所更新，这给计算机硬件教学带来一定的便利，不需要大范围地调整课程体系。

根据当前普通高校计算机专业硬件课程的开设情况，并结合安徽理工大学计算机专业的培养计划和课程设置，计算机硬件课程体系一般包括4个层次：一是前导课程，如电路原理、电子技术基础、数字逻辑等;二是核心专业基础课程，如计算机组成原理、汇编语言程序设计等;三是主干专业基础课程，如微机原理与接口技术(或微型计算机技术)、计算机体系结构等;四足高级应用层次的课程，如DSP原理与应用、嵌入式系统与应用、计算机控制技术、CPU设计、EDA技术与应用等。

计算机硬件课程4层体系结构如图1所示其中第2、3层是和计算机密切相关的，也是大多计算机专业都开设的核心课程，在课程设置上基本保持稳定。第4层高级应用课程与计算机应用技术发展现状因各高校的具体情况而有所不同，各有其侧重点。第2层次和第3层次课程之间的递进关系如图2所示，其中，汇编语言程序设计和微机原理及接口技术课程有的学校将其合而为一，但为了突出和加强硬件编程，也可以单独开设，让学生更为深入地了解高档微机的指令系统以及编程技术。

3.计算机硬件课程教学改革探索

3.1交叉内容合理整合

近年来，高校为了适应市场需求，提升学生的就业竞争力，各专业新增开设了很多课程，使得其他课程的教学学时大为缩减，很难按照原有的教学计划进行。如安徽理工大学计算机组成原理课程由64学时缩减为48学时，计算机原理与接口技术由48学时缩减为38学时，计算机体系结构由40学时缩减为26学时，在这样大幅缩减教学课时的情况下，如何做到保证教学质量和主要教学内容不能减少甚至还需要增加新内容，对任课教师提出了严峻挑战。为了解决学时少和教学内容多的矛盾，我们对硬件类主要专业基础课的教学内容进行了全面梳理，对不同课程中出现的重复内容进行反复研究和讨论，并对相关内容的讲解深度和学时作了重新安排。

在此过程中，以计算机组成原理为基础，对相关课程的交叉内容进行梳理和整合，主要体现在以下几个方面：

(1)计算机组成原理课程的主要目标是建立计算机整机系统概念，掌握构成计算机系统5大部件的基本组成原理，重点介绍运算器、控制器、存储器以及指令系统的设计。因此，有关数据表示和运算规则是运算器设计部分的重要内容，需要详细深入讲解，在其他课程中就不再介绍。

(2)计算机指令系统部分，由于计算机组成原理针对的是计算机共性问题，侧重指令系统的设计，因此该部分内容在其他课程的侧重不同，仍需要根据课程性质不同分别介绍;但在教学过程中学时数可以适当缩减，如果开设了汇编语言程序设计课程，则在微机原理与接口技术课程中就不需要介绍指令系统内容。

(3)存储系统是计算机5大组成部分之一，计算机组成原理课程对存储器系统的组成、主存储器的连接和控制等都进行系统而深入的介绍，因此，相关内容其他课程中不需要介绍。

(4)输入输出系统也是计算机组成原理中重点内容之一，相关内容在微机原理与接口技术以及计算机体系结构课程中就不需要重点介绍，但涉及数据传输的接口芯片应用和编程等仍需要详细介绍。

通过对硬件基础课中内容的梳理和整合，可以节省大量的学时数，也理清了各课程之间关系，即计算机组成原理侧重于运算器、控制器、存储器、指令系统的设计以及各部分的组成;微机原理与接口技术侧重于CPU工作原理以及常用接口芯片、外围设备与主机的接口连接方法等;计算机体系结构侧重于计算机系统的性能评价、流水技术和并行处理技术等。为了进一步打破教学过程中各课程之间的独立性，对硬件基础课程进行捆绑式教学和研究，构建硬件课程模块，成立专门硬件课程的教学团队，定期开展硬件课程之间的研讨和交流，让每一位任课教师清楚地知道每门课程教学内容的侧重点，从整体上把握课程教学的思路和各门课程之间的衔接关系、

3.2教学资源多维建设

教学资源建设是专业建设的重要环节，也是课程教学质量的重要保证。教学资源建设主要包括师资、实验设备、网络教学平台、教材、实习基地等建设。结合安徽理工大学计算机专业硬件课程教学资源建设实践，具体有以下几个方面。

(1)高水平教学团队建设：在计算机硬件课程教学团队建设过程中，有计划有针对性地对任课教师进行多方面的实践培训，如组织部分教师利用假期到相关的高校和企业参加硬件设计应用培训班;通过与一些高新技术企业建立良好合作关系，任课教师可以参与企业项目开发等，进一步提升教师的硬件设计和应用水平。

(2)硬件课程教学设备建设：计算机硬件课程教学需要专门的实验平台，也是学生进行实践的物质基础。在硬件试验设备方面，需要结合自身的办学条件，有计划有步骤地引进和更新硬件教学设备，并充分利用现有的设备资源，不断提高教师的实验指导水平。目前安徽理工大学计算机硬件专业实验室配备有启东东疆DJ-CPTH超强型计算机组成原理和系统结构实验系统、西安唐都TD-MD16位和TD-PITE32位微机原理及接口技术试验系统、北京达盛EL-DSP+ARM多功能综合实验开发系统硬件平台等。实验室专门人员和任课教师全程参与硬件平台建设，邀请实验设备厂家技术人员进行专门的技术指导和培训，在现有硬件平台基础上，自己动手开发出一系列设计性实验，作为学生的选做实验内容。

(3)网络教学资源和平台建设：充分利用网络的方便性，组织任课教师将课程的多媒体课件、难点问题的动画演示、教学重点难点、课后习题的解题思路、疑难问题解答等放置到专门的网站，考虑到部分考研学生的需求，开辟了考研专题栏目，通过网络平台可以及时和学生进行交流，学生也可以通过邮件的方式和任课教师交流。

(4)特色精品教材建设：硬件课程教材的选取非常重要，好的教材便于学生在课下自学和复习，教师也可以将精力集中在主要和重点内容的讲解上;在吸收好教材精华的基础上，着手组织基本功过硬的教师编写精品教材。

(5)实践基地建设：参与实践是锻炼学生真正学以致用的重要环节，通过和中国电子第八研究所、安徽徽斯特电子科技有限公司以及淮南煤矿集团公司等建立良好合作关系，为学生创造更好的硬件实习环境和实习场所。

3.3教学方法综合运用

随着计算机和网络技术的发展，多媒体教学已经是最为普遍的一种教学方法，要根据课程教学内容充分利用好多媒体教学的优势。除了多媒体教学方法之外，还需要探讨多种有效的教学方法。首先，类比教学方法是计算机课程教学过程中的有效方法之一，通过将课本中难于理解的概念或理论与生活中的例子进行形象化类比，能使学生不但易于理解而且记忆深刻，是一种行之有效的教学方法。其次，运用启发式教学方法可以引导学生逐步深入思考，实现课程内容环环相扣，进而充分调动学生的积极性和参与度。如通过对课程内容采用设问的方式，每引入一个新内容，先采用设问的方式，让学生进行几分钟的思考，然后由教师通过内容的讲解来共同解答设问的问题，这样学生会带着问题思考和听讲，有效提高教学效果。再者，采用任务驱动法，能够让学生在学习和听课过程中有的放矢，听课的目的是解决问题，如计算机组成原理课程在讲解运算器构成部分，可以采用任务驱动的方法，让学生自行设计多位加法器或乘法器等，在任务的驱动下学生的学习热情和积极性明显提高。

实践中，教学方法需要根据课程的性质和内容不断地探索和创新，任何一门课程的教学方法都不是一成不变和唯一的，根据教学内容的不同，综合运用好多种教学方法能够有效提高教学效果，培养学生学习兴趣，提高学生的学习热情和积极性，对计算机硬件课程的教学大有裨益，也是破解计算机硬件教学效果不理想的有效途径。

3.4重视实践教学环节

实践教学是计算机硬件课程教学中的重要环节，每门课程一般都配有适当的实验，有些课程还设有课程设计环节，有效利用实验课时间和提高效率尤为重要。目前普遍存在的现状是：对于验证性实验，学生上课基本上是在实验箱上连线，运行出现实验指导书上的实验结果就万事大吉，学生的实验报告基本雷同，没有更深入地探讨实验的原理以及可能出现的问题等;对于综合性实验学生大多感到难度大，与实际应用脱节，没有教师的指导很难顺利完成。改变这种现状主要有以下几个方面。

(1)任课教师引导学生对实验课要有充分认识：由教师在课堂上将理论课教学和实验内容结合起来，让学生明白为什么上实验课，实验课的目的是什么，让学生在上实验课前思考实验过程中可能会出现什么问题以及解决办法等，不至于学生到实验室时还没搞清楚做什么。

(2)充分利用优秀学生资源：让一些成绩好且学有余力的学生帮助和指导动手能力相对差一点的学生，学生之间的沟通和交流往往效果会更好。

(3)实验内容和实际应用相结合：设置一些具有创新和综合性强的实验，并尽可能和实际应用结合起来，让学生通过做实验感到实用价值和具有成就感。如在计算机接口实验中，可让学生利用实验箱的硬件资源设计一款交通信号灯的控制系统，或设计一款集环境参数采集、报警和显示系统等，让学生看到课本学到的知识在现实生活中确实能够发挥作用。

(4)增加实验课在课程中的考核比重：由于实验课内容考核比重偏小甚至不计分，导致部分学生不重视实验课，而只关心理论课的考试成绩。有效解决办法是增加实验课在课程考核中的比例，比重可提高到20%～30%，实验考核可由教师组织分组，通过提问和答辩，其他组学生参与打分的办法。

(5)提高学生对硬件课程学习的热情和积极性：兴趣是最好的老师，培养学生学习兴趣非常重要的一点是让学生参与到科研活动当中，让其感受到硬件设计成果带来的成就感。教师可以根据自身的科研课题情况，积极吸收对课题感兴趣的学生参与到课题研究中，并充分利用校级、省级和国家级科技竞赛平台，鼓励学生积极参与各种电子竞赛，提高学生对硬件知识的认识和应用水平，进而激发学生学习热情。

4.结语

笔者根据硬件课程的教学特点和教学内容以及实际教学过程中的体会，对计算机硬件专业基础课程的教学内容、教学资源、教学方法以及实践教学进行了初步的研究和探索，提出一些切实可行的提高教学效果的方法和措施，为高校计算机硬件课程的教学改革提供有益的参考和帮助。

作者：陈辉　李敬兆　詹林

第二篇：探索计算机硬件基础课程的教改

摘要：传统的计算机硬件基础课教学已不适应现代科学技术的发展和社会对人才的需求，本文结合计算机专业的特点，从课程内容、教学体系、教学方法等方面总结了在硬件基础课教学改革中所取得的实际经验和体会。

关键词：硬件基础课;教学改革;整合课程

1引言

计算机硬件教学的先修课程是“电路分析”、“模拟电子学”和“数字逻辑与数字系统”。由于历史原因，这些课程大多由电子系开设，是以理论研究为目的的课程体系，存在教学内容陈旧，课程体系老化，理论论述多，占用学时多，前后衔接不好等问题，给后续计算机硬件课的理论教学和实践教学带来了诸多困难和被动。而计算机专业与其他专业相比较，少有的几个优势之一就是对计算机硬件结构的掌握。因此，结合计算机专业的具体情况，在教学体系、教学内容和教学方法等方面对硬件基础课程进行必要的改革就显得尤为重要。

2整合内容、精缩课时

1) 现代科学技术的发展日新月异，计算机技术的发展更是突飞猛进。在大学本科阶段，除了要给学生传授基础理论知识外，还要讲授新技术、新理论，这就使得各高校不断压缩某些传统基础课的课时，增设一些新的课程。在这种形式下，硬件基础课的课程体系和教学内容亟待更新。

2) 课程体系的构建是以理论知识为架构，以实际应用为目标，教学内容则应紧密结合专业核心能力对理论知识的要求。综合时代发展、专业结构和课程体系的总体考虑，从98年起我们就根据计算机专业的特点，逐渐建立完善了一套硬件基础课的课程体系。首先，在课程内容的组织与建设方面,注重了先修课和后续课程的关系,做到内容上不重复,知识点上不脱节。其次，教学内容力图反映时代的发展，技术的进步。通过编写出版《电路与电子学基础》、《数字逻辑与数字系统》两本教材重新划分课程内容，精缩学时，将原有的64学时的“电路分析”和64学时的“模拟电子学”这两门课程整合为课内48学时、实验20学时的“电路电子学”课程，重新划分、补充了“数字逻辑与数字系统”(课内48学时、实验20学时、三周课程设计)的教学内容。

(1) “电路与电子学”课程。在电路分析部分不再追求研究线性电路的理论体系完整性，删除了部分传统教学内容，只保留直流分析、交流分析和动态电路三大部分。在直流分析中，删掉了“电路分析”教学中关于支路电流法和回路电流法的内容，保留电路系统分析法中的被广泛用于机辅分析的节点电压法。在交流分析中，删除了三相电路内容，而对通信中的谐振电路则详细讲解。动态电路的分析中，只通过一个简单的RC充电回路让学生了解时域分析的基本步骤，而将重点放在三要素法和RC无源微积分电路上。在“模拟电子学”部分，去掉了半导体器件导电原理和反馈的方框图计算法，精简了阻容耦合放大电路(包括多级放大)、小信号动态图解法、差分电路分析等。相应地加强了有源器件MOS管、电流源电路和系统稳定性的介绍，课程着重讲解集成运放的应用。在讲解由运放构成的有源积分电路时，与前面的无源积分电路做比较，这样有助于学生理解并牢固掌握两种电路各自的特点。实践证明，学生在做电子竞赛时对这两种电路的使用都非常恰当。

(2) “数字逻辑与数字系统”课程。教学内容删除了数字电路中各种触发器电路的内部结构和传统设计方法中的设计技巧，精简了中规模器件的内部逻辑介绍，缩减了卡诺图和逻辑简化内容。由于计算机专业的硬件课程“微机原理与接口技术”中将介绍A/D、D/A转换，故这一部分内容就不出现在“数字逻辑”课程的教学中。将教学重点放在各类触发器的逻辑功能触发条件、集成电路外部功能、可编程器件和EDA技术上，要求教会学生如何通过查找器件手册了解器件功能和使用要点。由于计算机硬件中三态门、OC门的重要性，课程加强了对其逻辑功能及应用的举例说明。

(3) 改革组课方式。逻辑门电路是传统“数字逻辑”教学中最难的一章，由于门电路的原理要涉及到电路、模拟电子学等方面的知识，因此在讲述这一部分内容时，必须帮助同学复习有关的知识。在改革课程体系时，我们打破传统的教学体系，将这一部分内容放在“电路电子学”课程中，在讲述半导体器件后引入逻辑门电路，如MOS管可以具有开关和受控源两种类型的功能，根据器件所给偏置条件的不同，在模拟电路中可作为放大器件或在数字电路中作为开关器件。课堂上的师生互动证明，经过这样的调整，学生对有关门电路的问题就很容易理解掌握。通过合理地整合教学内容，改变了过去把电路模型与实际器件(如受控源和晶体管)、开关与放大作用、模拟与数字等研究对象截然割裂的组课方式，而是将它们有机地融合，找出共性和个性，讲清个性，突破难点，这样便于以统一的观点使学生建立完整的概念〔1〕。

3软硬结合与时共进

1) 当前国内计算机专业的普遍现象是“过软”，即强调软件编程，而学生的硬件动手能力非常薄弱。在计算机科学技术飞速发展的今天，计算机系统的软硬件界限开始变得模糊，且采用软件方法来设计硬件， FPGA、VHDL、DSP技术带来了全新设计理念与结构体系，与之相应EDA技术和ISP器件在教学、科研等领域应用越来越广泛。在这种软硬件逐渐融合的背景下，计算机学科的硬件基础课程必须要反映出这种时代的发展。

2)EDA技术分为三级：以PSPICE、EWB、Multisim等为软件平台的仿真分析类辅助设计技术为初级;以MaxPlus II、Quartus II等为软件平台，以FPGA/CPLD为硬件系统目标芯片的电子系统设计EDA技术为第二级;以NC Simulator、Virtuso、Diva等为软件设计开发平台、以集成电路芯片版图设计为目标的ASIC芯片设计为最高级〔2〕。EDA技术的前两级都与计算机硬件基础课密切相关，因此在进行课程体系改革时，应结合实践性教学环节，根据“基础型、应用型、综合型、创新型”的循序渐进的实验课程教学体系，将EDA技术分层次地引入设置在教学中：

(1) 第一级——首先在“电路电子学”教材各章的最后一节给出PSPICE对本章典型电路的仿真实例，教材最后一章加入可编程模拟器件ispPAC。其次，增加了20学时的Multisim仿真及电路设计实验。通过仿真实验，将教学中的难点用直观的图形和曲线表述，降低了数学难度。如通过对模拟放大电路的仿真，可以直接观察到改变电路参数所导致的波形失真，学生就很容易理解并掌握静态工作点变化对放大电路性能的影响。最后，利用仿真平台生动直观方便的特点，让学生掌握先设计、后仿真、再实际的设计方法和理念，在此基础上，将以往的一些验证实验提升为综合设计实验。对每一个实验都要求虚实结合，虚实互动，通过这种训练，极大地提高了设计的成功率。计算机专业的学生取得北京市大学生电子竞赛的3个一等奖，更多的二、三等奖证明，整合后“电路电子学”的教学改革取得了成效。

(2) 第二级——传统的“数字逻辑”课程体系以逻辑代数为基础，采用自底向上(DOWN-TO–TOP)的设计方法，教学内容以门电路-中规模集成电路-大规模集成电路-数字系统为顺序排列。导致学生在学习前面局部知识的时候，缺乏整体系统概念,只会 “搭积木”拼凑式的设计，当后续“组成原理”课程要建立整机、系统这些非常重要的概念时，前面所学的一个个分散的知识点不能被融会贯通〔3〕。现代数字系统的设计以硬件编程语言为基础，采用自顶向下(TOP-TO-DOWN)的设计方法，因此数字电路的教学体系必须重新构建。第二级的EDA技术包含三方面内容：(1)大规模可编程逻辑器件;(2)硬件描述语言;(3)软件开发工具。所以在“数字逻辑与数字系统”的教学体系上，应以逻辑代数与VHDL语言并行为基础，强调自顶向下的设计理念和层次化设计方法，以系统为对象，用VHDL语言描述，在EDA软件平台上，自上而下、逐步细化，最终完成整个系统的设计。依据整体“自顶向下”,细节“自底向上”的教学模式，在教学内容组织上，先给出数字系统的整体架构及逻辑系统的三大部件:存储、处理、控制，让学生有全局、整体的认识。在讲述逻辑系统的每一具体部件时, 仍然遵循“由浅入深，循序渐进”的原则，采用传统的“自底向上”的教学组织方法。在实践教学的综合设计部分中，要求学生必须按照从顶层抽象描述向底层结构描述，最后到可实现的硬件单元描述这一过程进行数字系统的设计。通过这种教学改革，学生的知识结构趋于合理，满足对软硬件结合的人才的需求。

4注重衔接 承前启后

在计算机硬件基础课的教学中，首先应注重介绍该门课程的主要内容、在计算机专业中的地位及与相关课程的关系，激发学生的学习兴趣。其次，应注重与后续课程的衔接。由于当代大学生在入学时就具备了计算机使用的基本知识，因此在授课过程中，要有意识地用计算机硬件电路作为基础课的授课案例。如“电路电子学”课程中，在集成运放构成的比较器一节，就可给出比较器在A/D转换中的应用举例，再指出A/D、D/A是计算机接口中的重要单元电路，这样就埋下一条线索，与后续课程的知识相联系。在“数字逻辑与数字系统”课程中所给出的案例都要尽可能为后续课程使用，如从键盘等引出编码的概念和编码器的作用;在讲三态门时，可进一步给出物理上总线的概念，解释当译码和读写信号设计错误时，CPU访问存储单元数据总线严重冲突会造成死机的原因;在存储逻辑一章，介绍完寄存器队列(FIFO)的逻辑结构后，可让学生设计寄存器堆栈(LIFO)的逻辑电路图。在该课程的实践教学中，所给出的设计题目包括总线缓存器、全加器、键盘扫描电路、硬件控制器等计算机的基本功能部件。通过这种方法引导学生思考，建立必要的知识关联及整体概念，最终达到对计算机硬件系统基本知识融会贯通的目的。实践证明，这种训练对于今后的“组成原理”课程和“嵌入式系统”设计都打下了坚实的基础。

5黑板、多媒体、EDA仿真

高校的教学手段基本都采用多媒体。多媒体图文并茂、生动有趣，但很容易变成另一种形式的照本宣科或“填鸭式”教育。在教学中要综合多种教学手段，注意针对不同的教学内容去寻求最佳的表述方式：黑板+粉笔、电子教案、实物投影、动画课件、虚拟电路。计算机硬件基础课教学内容多，知识点杂，不容易理解。对于较难理解或学生有争议不明白的问题，传统的“粉笔+黑板”有其独特的灵活性，既可以表述学生课堂思维的过程，又有利于师生交流互动。在课间让学生自己摆设实物投影，增强学生的感性知识，课间的学习气氛仍生气勃勃。录像CD和动画课件则留给学生自己观看。计算机硬件基础课程的实践性强、信息量大、EDA设计技术应用广泛。在授课时通过EDA仿真将验证实验与理论教学相结合，解决理论与实践的时空分离弊端，通过提问、思考、演示、总结等一系列步骤，循序渐进，调动学生参与教学的积极性，充分发挥学生的主动性。值得注意的是，在此过程中，教师一定要掌控好演示进程，既不能影响教学进度，又要协调好单位时间教学信息量与学生接受理解能力之间的矛盾。

6结束语

硬件基础课的教学改革，涉及课程多、学术性和技术性强，是一项系统工程，需要教师付出不懈的努力，不断学习新技术，及时更新教学内容，完善教学方法，才能更好地提高教学质量，更好地培养适应社会的发展人才。

参 考 文 献

[1] 郑君里. 试谈电工程与信息科学领域基础课程教学改革[J]. 电气电子教学学报,2006,28(1).

[2] 贺平. 计算机类专业课程体系改革与创新[J]. 计算机教育,2007,(4).

作者：方　维

第三篇：计算机硬件类课程群实验教学改革

摘 要：自主创新能力是国家竞争力的核心，而实现自主创新，关键在人才。如何培养具备基础性思维和创新能力的适应社会需要的计算机人才，是各高校面临的重要问题之一。本文针对计算机硬件类课程群的实验教学现状介绍本校改革实践情况，并提出一个目标、两条线路、三步走的改革方案，取得良好成效。

关键词：创新;计算机硬件类;课程群;实验改革

基金项目：湖北省教育科学“十一五”规划立项课题“基于创新能力培养的计算机硬件类课程群建设”(2008B116)的研究成果之一。

作者简介：叶雪军，男，讲师，主要从事数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构的教学工作，研究方向为计算机控制技术、嵌入式系统及应用。

培养应用型本科生，要求各院校根据本科生的培养目标、学院拥有的教学资源和社会对人才的需求来制定培养计划，并给予可行的实施方案，并不要求所有学校千篇一律。各学校每年都在为如何在有限的教学时间内对计算学科如此众多的知识域进行取舍、整合，制定出一个契合培养目标的教学计划而探索。

本课题在IEEE/ACM关于计算(Computing)学科本科教学参考计划CC2005(Computing Curricula 2005)指导下，针对我国高校本科计算机专业建设的现状，结合本校的实际情况，为了满足当前计算机专业发展的需要，培养“研究+实践型”的面向一线的应用型工程人员，提高学生动手能力和创新能力，针对计算机硬件类课程群实验教学，提出了一个目标、两条线路和三步走的建设目标和设想，并在部分课程中取得一定成果。

1 国内外大学相关课程的教学现状

计算机硬件类课程的教学和实验情况比较复杂，全国各高校的教学资源不同，师资水平不同，学校的重视程度不同，教学内容和实验平台的使用也有很大不同。

从国外计算机硬件课程调查报告中可以看出，国外大学的计算机硬件课程教学内容从基本的MOS管、集成电路到整个计算机系统及外围接口电路，涵盖了计算机电路基础、模拟电路、数字电路、计算机组成原理、计算机系统结构、微机原理与接口技术、微机控制技术、EDA等课程内容。硬件实验课程更强调的是仿真工具的使用，原理设计——模拟实现——最终实现。实验提供给学生的资料大部分是元器件生产厂家直接给的技术手册，使学生更快地适应实际工作或者实际研究。而最终实现的开发装置多数采用自主性实验平台，体积较小，学生可以自主设计实验，时间自由，只需要在教师规定的时间内上交实验报告、参加答辩，就可以获得实验成绩。

国内各高校近年来也很重视硬件课程的实验环节，也在教学和实验中使用大量常用的仿真软件，如EWB、Protel、Matlab、Proteus等。实验平台也各具特色，有的学校使用的是厂家提供的实验箱、有的学校是根据自己学校情况自主开发的实验平台。开设的实验从验证型到设计型、从单个分散的实验到综合设计，从落后原始的调试手段到可视化虚拟仪器在线测试。所以，在计算机专业的教材中，计算机硬件课程实验教材很难找到合适的，许多高校根据自己的情况自主开发了适合学生需求的实验开发平台，提高学生科学实验的兴趣，让学生在实验中找到成就感。

2 课程群建设情况

计算机硬件类课程实践教学属于计算机类专业教学的重要组成部分，核心课程包括计算机电路基础、数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统结构、单片机原理与接口技术、VHDL和计算机模块设计、微机原理及接口技术、汇编语言、微机控制技术、嵌入式技术等课程[1]，这些课程具有理论性强、应用范围广且与实践联系紧密等特点。实验教学是理论知识的验证与巩固的重要环节，采用有效的实验教学模式，通过正确引导，可以大大激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力，强化学生的创新意识，为学生以后走上社会，从事信息科技领域工作打下良好的基础[1]。

结合我校的实际情况，总结多年来计算机专业实验教学改革的成果，我们提出了一个目标、两条线路、三步走的改革方案。

2.1 一个目标

针对我校计算机专业教学对象的特点和人才市场的需求，我校的毕业生定位为“研究型+实践型”的面向一线的应用型工程人员，我们提出了培养“有思想、有能力，实践、实用、实干”型人才的办学目标。而真正培养“两有三实”人才，就是要努力做好实践教学的每一个环节。实践教学是培养学生动手能力的重要过程，要将实验的内容、形式进行改革，注意分析问题和解决问题能力的培养，始终以分析型、应用型的信息管理和信息技术人才培养为核心，制订实验方案和计划。

2.2 两条线路

该课题根据电子电路设计的两种方式，确定了计算机硬件类课程群改革的两条线路。

一条线路采用“软碰硬”的实验方式，在计算机上调用元器件库、连线画图、编制激励信号文件，确定跟踪点、调用参数库及模拟程序等“软”的手段去设计“硬”电路。即采用虚拟仿真的方式，不同的课程采用合适的仿真软件，通过仿真实验帮助学生理解单元电路的工作原理和工作过程。

另一条线路采用“硬碰硬”的实验方式，即用元件、导线、集成块、印刷板、焊锡、烙铁、电源、信号源、示波器等“硬”的条件去设计一个新的“硬”电路。采用硬件的实验平台，提高学生的实践动手能力和解决实际问题的能力。

两条线路贯穿整个计算机硬件类课程教学和实验，虚实结合，相辅相成，相得益彰，又各有优势。

2.3 三步走

该课题研究的重点是如何优化计算机硬件课程的实验资源，提高学生的动手能力和创新能力。对计算机硬件类课程群的改革分为三步走。

第一步，基于EDA计算机硬件类课程群实验体系的改革。在数字逻辑、计算机组成原理的实验教学中采用两种模式的实验，软硬结合，加强学生对基础知识的理解，提高他们学习硬件的兴趣，为后续课程打下良好的基础。

第二步，基于Proteus+Keil的系统仿真实验的探索。在单片机、微机原理、嵌入式技术等课程中采用Proteus+Keil的虚拟仿真平台，有效提高学生硬件系统设计、软件编程和软硬件联调的能力，充分发挥学生的主观能动性，满足学生的创新需求，弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾。

第三步，基于SoC的自主性实验平台的研究和实践。自主开发便携式实验开发平台，学生可以从低年级开始，在技能训练中自己组装焊接该实验平台，一方面掌握电工焊接的基本技能，学习如何选择器件、如何计算成本、如何制作PCB、如何焊接，另一方面可以了解该平台的电路和基本原理，了解实验系统的构成和设计思路，掌握Proteus仿真软件的使用。在学习了微机原理与接口技术、单片机等相关课程后，学生就可以在自己的实验平台上完成和课程有关的一些基本验证性实验，加强对课程知识的理解和掌握。在学习完微机控制技术等专业课程后，教师可以鼓励学生完成较复杂的综合系统的设计，或者结合毕业论文自己找项目，书写项目书，自主研发完整的计算机控制系统。

3 课程群教学改革实践

我校学生计算机硬件类课程的实验有多种模式，通过多年的实践改革，部分课程已经取得了预期成果。

数字逻辑课程改革后采用虚拟实验和实际制作相结合、基础实验和课程设计相结合、传统面包板和现代实验箱相结合的方式，并大胆实施分级教学，大大提高学生学习硬件的兴趣，取得很好的效果。

计算机组成原理课程实现两种模式的课程实验。一种是采用传统的数字系统设计的方式，部件和整机的设计与实现基本上是在实验室特定的硬件平台上进行的;另一种是采用EDA的方式，采用可编程逻辑器件，可以通过设计芯片来实现系统功能，从而有效地增强了设计的灵活性，提高了工作效率，并能够缩小系统体积，降低能耗，提高系统的性能和可靠性。经过比较和研究后，结合我院学生的基本情况，将两种方法结合，单元实验采用第一种方式设计计算机的各个组成部件，学生可以结合实验电路帮助理解部件功能和工作原理，综合实验和设计类实验采用EDA的方式实现部件和整机的设计，给学生提供很大的设计空间。这种方式可以作为学生课程设计以及毕业设计的基本研究方式，进行数字系统的设计、复杂模型机的设计等[2]。

单片机原理与接口技术、微机原理与接口技术、微机控制技术等课程引入Proteus+Keil平台进行系统仿真。利用Proteus 和Keil 联调实现动态仿真在Proteus 软件中绘制电路图，并进行硬件电路调试，通过软件中的虚拟仪器在Keil 软件中选择单片机型号，用汇编语言或C语言编写程序并完成软件的语法调试。在这个平台上，学生不仅能够独立完成单项实验，还可以完成如温度报警系统、万年历显示系统等综合设计。

仿真实验只是学生感触系统设计过程的一个环节，更重要的是硬件开发平台使用、程序设计和调试。如何将先进的仿真工具引入教学，如何设计和使用实验平台，虚实结合，发挥学生的创造性，提高学生的研究能力，使学生能更快地适应实际工作或者实际研究，需要教师们认真思考。当前计算机系统实验都是使用实验箱完成的，学生受到时间、地域以及实验箱的限制，无法自主创新。

该课题实现了基于SoC的自主性实验平台的设计，方便学生自主设计，扩展实验。本实验平台的内核芯片C8051F005为美国Silicon Labs公司生产的系列混合信号系统芯片(SoC)中的一种，该芯片的CPU构架为8051内核，集成了功能强大的可编程和可重配置的数字和模拟外设，在近年来的工业产品中广泛应用。该系统具有可编程放大器、A/D转换器、D/A转换器、可编程电流源、微控制器内核及丰富的外围设备等电路模块，各电路模块之间可重编程和重配置。其功能如下。

1) 1路1mA的恒流输出，用于驱动传感器电路。

2) 1路4~20mA的电流输出，用于构成标准电流信号。

3) 1路0~5V的电压信号输出，用于构成标准电压信号。

4) 1路4~20mA的电流输入，用于采集现场仪表的电流信号。

5) 2路电压采集输入(0~2.4V)，可扩充至6路电压输入。

6) 1路板载温度传感器，可用于热电偶等测量电路的冷端补偿。

7) 1路电压比较器，可扩充至2路比较器。

8) 2路继电器输出，额定电压30V，额定电流1A。

9) 2路光电隔离输出，额定电压16V，额定电流50mA。

10) 2路光电隔离输入。

11) RS485通信接口。

12) 4位LED数码显示管。

13) 4按键输入。

14)板载系统时钟24MHz，可使用片上时钟，2-16MHz可调。

15) JTAG接口，支持在系统编程与调试。

该实验平台具有基本的硬件平台和软件模块，用于学生在课内课外开展自主性实验。由于SoC系统具有可重配置和重编程的特性，系统灵活性很强，学生可利用实验平台的基本软硬件模块完成设计目标。学生可选择某一感兴趣的课题完成实验，在实验过程中经历控制系统的总体设计到在实验平台上实现的整个过程，既要了解实验平台的硬件构成，又要针对设计目标进行软件编程，基本等于完成了一个工程实际系统的设计，其自主性和创新性得到充分发挥。学生在该平台上既可以做基础的认知实验，也可以做课程设计或者毕业设计等。

4 结语

计算机专业硬件类课程群实验教学改革是一个长期的过程。如何训练学生的思考能力、动手能力和创新能力?改善实验模式，使用虚拟实验工具、自主性实验开发平台，既能够达到教学目标，又能够节省实验资源，还可激发学生的学习兴趣，鼓励优秀学生充分发挥想象力，去设计与实际生活工作有关的项目。我们将不断完善实践教学体系，在实践中探索、改革、提高，以培养出更多适应社会发展的综合型人才[3]。

参考文献：

[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业公共核心知识体系与课程[M]. 北京:清华大学出版社,2008.

[2] 叶雪军,唐建宇,熊威. 基于EDA的计算机硬件课程实践教学的研究[J]. 计算机教育,2007(14):90-93.

[3] 鲁荣波,李宗寿. 加快计算机硬件课程群实践教学体系改革,提高学生实践和创新能力[J]. 当代教育论坛:综合版, 2011(2):109-111.

Experimental Group of Computer Hardware Courses Teaching Reform

YE Xuejun

(Hubei University of Economics School of Information Management, Wuhan 430205, China)

Key words：innovation; computer hardware category; course group; experimental reform

(编辑：张玥)

作者：叶雪军