基于计算机系统能力培养的硬件课程群的研究

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　　摘 要
　　系统能力培养是计算机相关专业学生培养的大势所趋，结合硬件课程的特点对相关课程进行研究分析，建立模块化的教学体系可以被认为是切实实行硬件课程群改革的有效手段。
　　关键词
　　系统能力;硬件课程群;模块化教学
　　中图分类号： TP3-4;G642.3                  文献标识码： A
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.16.011
　　1 计算机系统能力
　　系统能力是计算机类专业人员创新的基础保证，系统能力培养将积极促进学生创新能力，以满足新工科建设及提高本科学生培养质量的目标。
　　我国教育部通过对计算机专业学生从能力培养和实践教学体系等方面进行研究，从而明确了计算机专业学生应该要具有的四大专业基本能力，其中系统能力则占这四大能力中的75%。而我们对系统能力又进行了划分，包括系统认知、系统设计、系统开发和系统应用能力。
　　系统能力培养是计算机相关专业学生培养的大势所趋，新华学院信息工程学院教师近几年来一直积极参加计算机能力培养研讨会、培训会及学生竞赛。
　　作为一个应用型人才培养的高等院校，计算机硬件课程体系应该涵盖诸如计算机硬件设计、系统集成的开发和应用技术等相关知识，同时需要熟悉计算机内部的工作原理、接口技术及应用。计算机硬件系列课程主要包括：电路分析、数字逻辑电路、微机原理、计算机组成原理、单片机原理、操作系统以及嵌入式系统开发等课程。该系统称为计算机系统能力体系，它描述了从芯片结构到系统集成、从原理到应用程序、从单个系统到多网格系统再到完整的计算机物理体系結构，以及配备计算机的体系结构，可以使学生熟悉完成的计算机系统概念，进而具有很高的应用能力。
　　2 计算机硬件课程现状
　　目前，高等学校的计算机硬件教学主要集中在课程上，在这些课程中，教材只注重课程的逻辑，而没有考虑到整个计算机设备的系统性，而且缺乏作为参考主线的计算机体系结构。除此之外，计算机硬件课程的内容是一致且连续，因为它与先前的后续课程密切相关，而如果先前的课程尚未得到很好的衔接，会加速导致本课程的教学更加困难。因此存在各大高校都有“欺软怕硬”现象。
　　硬件课程相对软件课程来说，枯燥乏味，有时候看不到直接的效果，吸引不了学生。硬件课程分别有相关老师负责授课，但是各个老师只负责带课，并没能就这些课程的相关知识进行融合，从而涉及的教学内容过多重复。
　　现在出现“欺软怕硬”之现象，基于安徽新华学院当前现状进行如下分析：
　　（1）重软轻硬
　　与硬件课程相关的实验主要集中在测试实验上，也可以说是验证性，这些实验通常缺乏计算机硬件系统的通用设计，缺乏综合的实验培训，更不用说无法集成有关对多门硬件课程的融合。
　　（2）教师之间交叉带课少
　　每个老师守好自己的“一亩三分地”，经常固定带一到两门课程，虽然会对所授课程有着很深的见解，但是无法得到更深的相关感受和体会，从而阻碍了课程的发展，建议作为资深老教师要加入其他相关课程中去，从而把这些课程进行融会贯通，得到更好的学习。
　　（3）实验室建设未能达到融合
　　所开设的实验室能够满足《电路分析》、《数字逻辑电路》和《计算机组成原理》的相关实验，而这些实验也只是基础性的实验，但是这些实验还都是独立完成，相关课程还不能达到相关融合。
　　3 模块化教学的研究
　　近年来，我们老师在各种课程中积极参与各种学术研究和教育改革，尝试各种教学方法。在MOOC/SPOC翻转课堂教学模式、CDIO工程教育模式、BOPPPS教育模式及精品资源课程建设方面均取得了一定的成绩，《微机原理与接口技术》这门课获批省级精品课程，且顺利结题，同时这门课申请MOOC教学改革，不少教师参与了MOOC的录制，《数字逻辑电路》这门课也作为校级精品课程从考试方式方法改革、教学方法改革方面进行各种尝试，而《计算机组成原理》也已经成功获批省级MOOC，大家正在进行录制准备中。涉及领域如图1所示。
　　引入模块化教学体系是应用型人才培养的可行方法，推行模块的教学体系，是加快应用型人才培养的关键因素。相关内容如图2所示。
　　从图2中所示，不同的需求能力需要相应的课程来支撑，而这些课程就可以划分成相应的模块，从而构成相应的模块单元，最后在将这些模块教学单元加以综合和完善，就形成了计算机专业的完整的教学体系。如图3可以看出，嵌入式开发能力的实现需要计算机硬件基础模块作为其坚实的根基，在此基础上才能进一步学习电路、微机原理等。
　　这个体系中，课程是最基本的，将涉及的课程之间的关系需要理顺，谁是先导课程，谁又是后续课程等等，从而进行教学内容递进式的讲授。
　　首先研究学习的是硬件课程中的《数字逻辑电路》和《计算机组成原理》，这两门课程有何关联，如何实现有效的融合，是重点关注的
　　相关实施方法如下：
　　在研究过程中，我们以数字逻辑电路和计算机组成原理课程为研究主体，形成4到5人的教学团队，主要研究如下：数字逻辑电路开展课程设计，且利用基于FGPA的口袋芯片让学生很好地感受最基础的知识，为更好地进行组成原理课程建设，从而达到一定的融合效果。
　　以数字逻辑电路和计算机组成原理的融合案例，从而尝试新的课程群建设。掌握数字逻辑电路相关知识，要能够实现CPU的基本功能部件（如寄存器、计数器、节拍发生器等）。学完计算机组成原理，结合数字逻辑电路知识，可以实现若干条指令的CPU流水。同时将竞赛为突破口更好地服务于计算机系统能力融合，以赛促学，将相关硬件课程融合，推进模块化教学改革，加强应用型课程改革，提高教师自身能力，带动学生应用能力的提升，为学科竞赛储备力量。
　　当然要想完成上面课程的融合，专业实验室的环境也要跟上，即要完成实验室的建设，是其中一个重要环节，毕竟实践才能出真知，这是掌握理论知识的最有效的方式。
　　采用硬件课程群实验交叉设计，前导课程的“提高”要求与后继课程的“基本”要求进行衔接，这点非常关键。
　　所以要想达到预期效果，必须进行相关改革，比如课程的改革，包括授课形式、考核方式、三纲两书等改变;竞赛所涉及的课程植入竞赛所需知识点，以赛促学;健全专业实验室资源等等。
　　总之，硬件课程群的相关教学，需要进行改革，让同学们对此产生兴趣，才是保障和前提。
　　参考文献
　　[1]陆枫.面向大数据时代的计算机系统能力培养改革与实践[J].计算机教育，2017，（03）：33-36.
　　[2]庄锡钊.计算机应用基础模块化教学研究[J].课程教育研究，2019（50）：171.
　　[3]吕弘.计算机专业课程项目化、模块化教学改革研究[J].数字通信世界，2020（02）：252.
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