時間：2023-11-19 16:11:43
引言：易發表網憑借豐富的文秘實踐，為您精心挑選了九篇計算機硬件系統知識點范例。如需獲取更多原創內容，可隨時聯系我們的客服老師。
關鍵詞：實踐教學；案例項目任務驅動；創新能力
為培養高素質創新人才，提高學生創新能力和就業競爭力，各大高校都非常重視實踐教學，并將其課時設置大幅提升，在有些高校中甚至已經超過了理論教學課時量，同時學校在科研和設備投入方面也給予了大量傾斜。但受傳統教學理念的影響，實踐課程的設置過分依賴理論教學，實驗內容仍以驗證性和演示性實驗為主，教師在實踐教學過程中處于中心地位，學生被動地跟隨教師的思路進行實驗方法和技能的學習。因此，學生的主觀能動性和創新能力難以有效發揮。
計算機硬件課程是計算機專業的重要分支，是軟件課程學習的基礎，對學生實際動手能力與創新能力的培養起著舉足輕重的作用。鑒于計算機硬件課程本身的復雜性，學生在硬件實踐課程的學習中存在著畏難情緒，同時硬件實踐教學改革滯后，教學方法陳舊，實踐課程與快速的計算機信息技術發展嚴重脫節，學生對計算機硬件實踐課程學習的主觀能動性不夠，學習效果不佳，為此筆者探討案例項目任務驅動教學法在計算機硬件實踐教學中的應用，引導學生重視硬件課程，以提高學生學習興趣，切實地提高學生實際動手能力、創新意識和就業核心競爭力。
1、基于案例項目任務驅動的教學方法
案例教學法基于啟發式教學理念，寓教學內容和知識點于具體案例，結合典型案例的剖析，引導學生主動解決案例所遇到的問題，培養學生分析和解決問題的能力，發揮學生的學習主觀能動性。項目教學法則是依托實際項目，融教學知識點于具體項目，學生在完成項目的過程中，學習教學大綱中設置的知識點，由于項目完成需要小組人員的通力合作，利于增強學生的團隊意識，提高其自主創新能力。而任務驅動教學法是以學生作為學習主體，結合自己分擔任務模塊的完成，建構知識體系，極大地發揮了學生的學習主觀能動性。上述3種教學方法已在當前教學實踐中獲得了良好的教學效果，但多以單一課程作為研究對象，教學方案設計過分依賴所選案例、項目和任務，且教學內容與設計案例、項目和任務嚴重脫節，影響了教學方法的效果。同時3種教學方法在培養學生創新能力和發揮學生主觀能動性等方面各有側重，為此，筆者以計算機硬件課程系統為研究對象，融3種教學方法于一體，以學生喜聞樂見的“案例”為“引導”，以“實際項目”為“主線”，寓課程知識點于項目實施的每個任務模塊，“驅動”學生在完成任務的同時，建構理論體系。
2、基于案例項目任務驅動的計算機硬件實踐課程的實施
2.1 計算機硬件課程實踐教學內容的優化設置
計算機專業硬件課程主要有“模擬電路”、“數字電路”、“計算機組成原理”、“微型計算機原理”、“單片機原理及應用”以及“嵌入式系統”等。由于課程之間在內容上存在交叉部分，我們需要深入分析和研究計算機硬件課程的教學任務，按照硬件課程體系培養能力結構的要求，優化整合硬件課程實踐教學的內容，將其分為電子技能訓練教學內容、計算機系統訓練教學內容、單片機與嵌入式系統教學內容3個部分，而每個部分又可分為驗證性、綜合性和創新性3個層次。
電子技能訓練教學內容是計算機硬件課程實踐教學的基礎，主要以驗證性和綜合性試驗為主，通過驗證性試驗鞏固深化教學內容。綜合性試驗則是以學生熟知的案例（如設計系統電源、放大電路以及信號采集調理電路等）驅動學生綜合解決系統級任務課題，提高學生綜合解決問題的能力。實踐教學平臺包括基于Proteus仿真試驗平臺和自主性創新試驗平臺2種類型，其中基于Proteus仿真試驗平臺用于模擬電子電路運行機理，驗證和鞏固課堂教學知識點；而自主性創新試驗平臺是在教師引導下，學生自主搭建電子線路，從而加深其對課堂知識點的理解，提高其動手能力，激發學生的科研探究興趣。
計算機系統訓練教學內容多以綜合性和創新性實驗為主，主要設計內容包含處理器設計和計算機控制系統設計等方面，采用基于EDA試驗平臺和自主性創新試驗平臺2種類型。其中基于EDA試驗平臺的實驗主要用于訓練學生自主設計CPU的能力，強化其計算機底層理論體系，以便使學生建立整機的概念，優化軟件編程效率。創新性試驗平臺則是基于實際的計算機控制系統，由學生自主地完成某一控制系統的設計，深化學生理解計算機專業硬件課程的重要性，激發學生對計算機硬件專業課程學習興趣。
單片機與嵌入式系統教學內容主要以自主性創新試驗為主，主要是對計算機硬件課程知識體系的綜合檢測。其試驗平臺多以教師實際承擔的科研項目和電子設計大賽題目為主，項目具有較強的時效性和復雜性特點，易于提高學生參與課題的主觀能動性，可作為計算機硬件實踐課程的項目資源。學生在教師的任務分配下，獨立完成自己所承擔的任務，在任務完成過程中建構自己的知識體系。
2.2 項目資源的優化選擇
計算機硬件課程實踐教學項目資源的選擇應以培養學生的創新能力為首要目的。所選項目應盡量涵蓋教學大綱要求內容，同時項目還需具備一定的難度和時效性。為此，我們必須深入分析計算機硬件實踐教學內容，獲取相關知識點，并將其融于項目實施過程，使學生在解決項目實施過程中所遇到的問題時，掌握和深化課程知識點。
項目資源優化選擇的原則有3個：①鑒于計算機硬件課程實踐教學內容由電子技能訓練內容、計算機系統訓練教學內容和單片機與嵌入式系統教學內容3部分組成，項目資源需融合上述3種教學內容所涉及知識點，并充分涵蓋相關教學內容；②項目資源內容需緊跟信息技術的發展方向，應有較強的時效性，易于激發學生學習的積極性；③項目在實施過程中所遇到的問題難度應適中，最后實驗結果要明顯，易于激發學生強烈的成就感。
我們以單片機與嵌入式系統教學內容為例說明項目資源優化選擇原則。項目資源選擇“基于單片機的智能車控制系統的設計”，包括軟、硬件2部分，其中硬件部分包括了電源部分、硬件濾波部分、信號采集調理放大部分、數模轉換部分、控制電路部分等電子電路部分，基本涵蓋了模擬電路和數字電路的基本教學知識點；軟件部分涵蓋了定時器控制、中斷應用、鍵盤使用、AD轉換等，基本涵蓋了微機原理和單片機原理的相關知識內容，且相關知識點均為硬件課程教學內容的基本知識點，難度適中。通過項目的實施，智能車可實現快速避障運行，易于激發學生的學習興趣。智能車快速避障功能是智能機器人研究領域的熱點，具有強烈的時代背景。此項目的開發經歷，對于學生就業以及進一步深造都具有較強的指導意義。
2.3 實踐案例的合理剖析
項目分解要注意與實踐教學內容相結合，分解后的案例模塊在功能上要保持一定的完整性，且各模塊之間具有一定的漸進性、擴展性，這樣可逐步引發學生的學習興趣，避免產生畏懼和抵觸情緒。我們需要針對每一個案例模塊，進行有效地評價和優化，分析每個案例模塊所運用的知識點、用到或可能替代的相關算法以及相關聯的案例模塊等，并實現和演示。
我們以“基于單片機的智能車控制系統的設計”為例，說明實踐案例剖析過程。“基于單片機的智能車控制系統的設計”可分解成：智能車系統的電源模塊、智能車系統信號調理模塊、智能車系統顯示模塊、智能車系統速度控制模塊、智能車系統循跡模塊和智能車紅外避障控制模塊等典型案例。上述案例直接由實際智能車系統分解而成，功能上具有完整性，難度逐步加大，具有一定漸進性，且各案例均涉及計算機硬件課程相關知識點，譬如智能車紅外避障控制模塊包括硬件電子電路和軟件設計部分，硬件電子電路設計部分還有模擬電子的信號推挽放大電路、12C總線擴展、中斷硬件電路設計等，軟件設計部分包括數字濾波設計信號、定時器設定控制周期、中斷避障判定等。這樣，一個案例就涉及了計算機專業硬件課程的相關知識點，便于學生在項目實施過程中，強化理論知識的學習，激發學習興趣。
2.4 具體任務分配
案例剖析完畢后，我們必須指導學生將所選項目分解成相應的任務，使其與案例密切相關，并通過“模仿”、利用教學資源等學習方式完成任務，同時引導學生按照課堂上的案例步步深入，每完成一個任務，就將該任務“組裝”進來，最終“組裝”成一個完整的項目應用程序。結合“基于單片機的智能車控制系統的設計”剖析完成的案例，以任務的形式下達給各試驗小組，分別用相關案例給各實驗小組分配相關任務，因此會有智能車電源模塊實驗小組、智能車系統信號調理實驗小組、智能車系統顯示實驗小組、智能車系統速度控制實驗小組、智能車系統循跡控制實驗小組以及智能車紅外避障控制實驗小組。各小組人員的具體任務進一步被分解，使得每一個學生都承擔一定的具體任務。每位學生的責任明確，自己任務的完成都是項目完成必不可少的部分，使每位學生充分意識到團隊合作的重要性，提高學生學習的主觀能動性和創新能力。
2.5 客觀評價體系的優化設置
具體任務下達以后，學生便進入動手操作環節，充分地發揮了學生的主體能動作用。為有效防止學生任務完成過程中出現困惑和畏難情緒，教師需要做好正確的引導，但必須時刻堅持“學生為主導”的教學理念，僅需在解決途徑和思路上給予指導。學生在具體任務完成過程中建構自己的理論體系。項目完成時，每位同學需對自己所完成的任務進行總結和評價，并接受教師和學生的提問，教師做出點評。各實驗小組都要對自己所承擔的任務進行評價，這不僅對目標達成的結果作出判斷，還對小組成員目標達成的情況作出分析評價。學生通過參與自己學習成果的評價，認識到自己的智力潛能，利于激發學生的科研熱情。教師依據各小組評價、任務完成過程、設計方案、調試過程、實驗報告等部分，按一定的比例計算出學生最終的考評成績。
[關鍵詞]硬件課程 教學改革 實踐教學課程化
1.計算機專業硬件系列課程教學改革的必要性。計算機硬件知識的教與學對于高校計算機專業的重要性是不言而喻的。上世紀五十到八十年代，我國一些學校的計算機及應用專業基本上是以計算機硬件技術的教育為主，致力于計算機硬件技術專業人才的培養。近年來計算機軟、硬件，特別是計算機網絡快速、蓬勃地發展，我國計算機專業教育的內容、形式也都發生了很大變化，但在廣大學生的學習過程中，不論是學習態度還是學習效果，都普遍出現了“重軟輕硬”的傾向，在這種傾向的背后，必然隱藏著硬件課程教與學中存在的一些問題，這無疑對國內高校硬件類課程的教學提出了新的更高的要求；提高學生的綜合素質，培養目標由知識型向高素質的復合型人才轉變，是大學本科計算機專業教學所面臨的又一新課題，在計算機硬件系列課程的教學過程中，如何根據計算機技術的高速發展進行知識的合理優化，采用什么方式更有效的進行課堂教學，如何引導學生學習硬件知識的主動性，如何進一步提高學生硬件動手能力等等，所有這些問題只有通過對計算機專業硬件系列課程進行教學改革，才能得以圓滿解決。
2.目前計算機硬件系列課程教學存在的主要問題。
2.1 教材與教學內容陳舊、落后，跟不上計算機科學與技術發展的步伐。一方面，隨著計算機硬件技術飛速發展，真正能反映當今世界硬件領域技術的教材太少，教學內容大多較舊，計算機硬件課程未能跟上技術的更新，其相應的實驗設備和條件幾乎為零；另一方面，計算機硬件知識不直觀，最新的硬件知識往往包含許多較復雜的技術，講述起來抽象、枯燥，學生較難學習和理解，因此許多教師偏向于講述舊的知識。
2.2 學生中存在“重軟輕硬”傾向，硬件動手能力較差。目前計算機教育存在著重軟輕硬的傾向。很多學生對硬件課程的了解甚少，認為硬件課程只是學習計算機的內部工作原理，在計算機應用當中無關緊要，認識不到硬件技術在應用方面的重要性，再加上相應的實踐環節難以保證，課程考試評價體系中對硬件實踐能力的不重視，導致學生在學習中缺乏積極性。
2.3 各門課程內容銜接存在問題，教學效率不高。計算機是一個由硬件和軟件組成的龐大的復雜系統，計算機知識有著很強的系統性。而在目前的教學中，硬件課程知識與軟件課程知識之間缺乏足夠的交叉和互補，學生無法深入理解計算機的基本工作原理及其在軟件系統中的作用。另外，在硬件課程之間也缺乏充分的銜接，有些知識點重復或缺失，這些都導致了學生的知識體系不系統、結構不健全。
2.4 缺乏創新能力的培養。目前高校中開設的硬件實驗課程大多以驗證性實驗為主，教師往往提供了實驗的所有環節，大部分學生在做實驗的過程中，基本上不對實驗的實用性進行延伸思維，只按設定好的正確線路、程序、步驟、數據一一照做。這樣的實踐不利于學生創新思維的培養，成了另一種形式的理論學習通過實驗達不到理論與實踐相結合的目的，達不到培養學生初步科研能力的要求。
3.關于計算機硬件系列課程教學改革的思路。
3.1 改革教學內容，構建科學的、系統的計算機硬件教學體系。
3.1.1 計算機硬件系列課程教材目前存在的主要問題是知識陳舊、落后跟不上計算機科學與技術的發展步伐，這種現象在基礎教材中尤為突出。為適應計算機科學與技術飛躍發展的需要，教材叢書應具有先進性和時代特征。并且每隔一二年做一次小的調整，每隔四五年重新修訂出版。教材要緊跟計算機科學與技術的飛速發展是不可能的，況且知識的傳授不能受教材的制約，因此，計算機硬件系列課程教學中應注重知識的更新，計算機硬件技術的發展、更新速度是驚人的，這要求教師時刻關注最新發展動態，及時了解本學科的新技術、新趨勢，及時調整更新授課內容，使該課程能夠反映學科的發展前沿。教師授課時注意知識點的延伸性，即從知識點最早出現的基本原理發展到目前技術狀態的過程，這樣可以減少學生理解的抽象性，從而提高學生的學習積極性。
3.1.2 在充分分析原計算機專業所開設的《數字邏輯》、《計算機組成原理》、《操作系統》、《匯編語言程序設計》、《計算機接口技術》、《計算機體系結構》、《單片機原理》和《嵌入式操作系統及應用》等硬件課程教學內容和教學時數的基礎上，剔除掉不必要和重疊的教學內容或課程，增加新的必須的教學內容或課程，構建出符合現在計算機硬件教學需要的，面向工程應用的課程體系方案和相應的教學內容。如縮減《大學物理》學時，增加((EDA技術》課程，借助EDA技術學生能完成涉及多門硬件類課程的實驗，在不同的學習階段，學生學習了相應的硬件課程后，就可以采用EDA技術，自行設計與本課程相關的實驗設計或復雜應用系統設計。將EDA技術的應用貫穿于計算機硬件體系實驗教學，使學生調試、驗證自己的設計項目成為可能，為學生的自主實驗提供廣闊的發展空間，學生的自主設計能力和創新意識都得到極大提高，避免了學習的抽象、枯燥，增強學生學習硬件課程的興趣，提高動手能力，有助于解決學生“重軟輕硬”的認識問題。
3.1.3 構建新的硬件課程體系，解決硬件課程之間的銜接問題，提高教學效率。該課程體系由必修課程、選修課程及配套實踐三部分組成。必修課包括“組成原理”、“接口技術”、“系統結構”等基礎課程。為適應社會需求，在選修課中增加“EDA技術”、“計算機控制技術”、“嵌入式系統”等社會需求較強、實用價值高的應用性課程，同時新開了“模型機設計與組裝”、“硬件綜合實踐”、“嵌入式系統實踐”等實踐課程，保證課程體系的實用性與先進性。硬件系列課程從體系結構上劃分為三個層次：基礎層、應用層和提高層，其課程間的關系如圖1所示。基礎層為“數字電路”與“組成原理”。“數字電路”課程雖然在教學體系上不屬于計算機硬件系列課程，但它是計算機硬件系統的技術基礎，是必修的前續課：“組成原理”介紹計算機的基本組成和工作原理，解決整機概念；以"EDA技術”的應用為基礎，通過“金工電子實習”與“模型機設計與組裝”兩門實踐課程，強化學生的硬件動手能力。在應用層中，通過“接口技術”介紹應用層的接口和相關外設，以“嵌入式系統”等三門實用性強的課程作為選修課，每門課程都配有相應的實驗環節，并通過“硬件綜合實踐”、“嵌入式系統實踐”強化學生對基礎知識的掌握和綜合應用。提高層為“系統結構”及“性能測試與分析”實踐課程，通過學習和實踐，能夠使學生比較全面地掌握計算機系統的基本概念、基本原理、基本結構、基本分析方法、基本設計方法和性能評價方法，并建
立起計算機系統的完整概念。
3.2 改革課堂教學模式和教學方法，提高教學質量。教學實踐證明，以課堂理論教學為主，實驗教學為輔的培養模式，無法滿足計算機硬件系列課程教學的要求，必須改造為以工程應用為目的，以項目驅動案例教學為手段的高效、實用的人才培養模式。教師先講解相應知識的項目案例，然后設立新項目，由學生去實施和完成。比如《計算機組成原理》課程，可以設立定點運算器、時序發生器及時序分析、計數器設計、微程序控制器設計等一系列項目，采用“課外為主、課內為輔”的方式，即學生領取任務后，通過課余時間進行資料查閱、討論、設計和實驗，以及完成項目保報告書等；然后使用課內少量學時，由教師進行引導，選取部分學生報告項目完成情況，進行簡短答辯和討論。該方式既不影響課堂教學內容和教學進程，又能使學生充分利用業余時間積極、主動地學習，同時，課堂上的適當討論也能活躍課堂氣氛。通過這種項目案例教學模式可以有效地鍛煉學生的自主性，提高學生學習的積極性和效率。
3.3 建立實踐教學課程化的教學模式，保證硬件設計的連續性。計算機軟、硬件設計能力是計算機專業本科必須具備的能力，在一般高校，很多只是注重了軟件的設計能力培養，在軟件類課程的開設中，保證軟件設計的四年不斷線，而硬件設計卻很難保證。因此，在硬件課程實踐教學的安排上也要保證設計不斷線，使學生能真正理解計算機結構的系統性并能進行相關的設計。
我們的改革措施是去除與單一理論課程對應的課程設計等實踐環節，理論課程內只保留最基本的實驗，達到幫助學生理解基本理論的目的，其他實踐教學內容進行系統性整合，按照學期單獨設課，形成完整的實踐教學系統。
3.4 建立科研導師制度。為學有余力的學生，提供一個學習和培養技術特長的機會。由硬件應用系統開發經驗豐富并申請有科研課題或技術服務項目的教師擔任導師，吸收對該課題有興趣和能力的學生參加并共同完成，同時負責學生的學習規劃制定和在課外直接指導學生的創新性實驗、產品制作、參加電子競賽、軟件制作大賽和挑戰杯比賽等。學院為特長生提供學習環境和機會，學生通過參加課題來提高自己的實踐能力和工作經驗，培養其濃厚的學習興趣和學習主動性。
3.5 改革考試、考查方式。考試方法改革突破了單一的理論知識考核和傳統的閉卷考試方式，實現對學生的綜合能力和實訓過程考核。具體要求為加大平時考核比重；注重實踐操作考核；考試方法的改革將促進學生學習的自覺性和主動性。
4.結束語。對計算機硬件課程教學改革，筆者在實踐中作了初步的嘗試，對推進課堂教學建設，改革課程教學體系，改進教學方法，培養學生的創新精神和實踐能力，提高課程的整體教學水平和教學質量起了一定的推動作用。
參考文獻
1 宋人杰等，計算機專業硬件系列課程教學改革探討[J]，東北電力大學學報，2007(5)
關鍵詞：計算機硬件；課程體系；整體優化；應用型人才
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0036-02
根據創新型復合人才培養模式，計算機類人才必須具備三大專業能力：計算思維能力（抽象思維與邏輯思維），算法設計與分析及程序設計能力，計算機系統的認知、分析、設計和應用能力。[1]計算機硬件課程體系就是培養對計算機系統的認知、分析、設計和應用能力的教學模塊。計算機硬件課程體系主要包括“電路與模擬電子技術”“數字邏輯”“匯編語言程序設計”“計算機組成原理”“單片機技術”“微機接口技術”“嵌入式系統”“計算機系統結構”等課程。大部分課程是計算機專業的基礎核心課程，也是學生在計算機學科領域深入研究和發展的必備知識，其中“計算機組成原理”是全國碩士研究生入學統一考試計算機學科專業考試課程。以上充分說明了硬件課程體系在計算機專業教學中的重要性，同時也對我國高等院校的計算機硬件課程體系提出了更高的要求，因此對硬件課程體系進行整體優化和調整是當前計算機專業教學亟待解決的問題。
一、計算機硬件課程體系現狀和存在的問題
1.課程體系結構缺乏系統性
硬件課程體系中的各門課程雖然教學內容不同，教學側重點也不同，但從屬于統一的體系結構，存在一定的層次銜接關系。而很多高校在設計硬件課程體系時，受傳統的“重軟偏硬”思想的影響，盲目加大軟件類課程的教學學時，將人才培養計劃中必不可少的硬件課程孤立地安排在教學計劃中，忽略了硬件類各門課程之間的系統聯系，不考慮內容的銜接與整體的優化。在教學過程中，教師往往只孤立地注重一門課程的完整性，不重視與其他課程相互滲透的交叉關系，不注重為學生后續相關課程打下鋪墊。由于“計算機組成原理”是碩士研究生入學考試專業課程，有些高校不得不增大該門課程的教學學時，但竟沒有開設該課程的前導課程“數字邏輯”。而另一門前導課程“匯編語言”甚至安排在“計算機組成原理”后教學。課程體系結構缺乏系統性，造成教學內容脫節，知識點孤立，一些課程教學內容重復，嚴重影響教學效果的提高以及計算機專業人才培養的質量。
2.學生的畏懼心理
硬件課程體系中的課程知識點多，理論性強，概念比較抽象。學生在學習過程中不能在掌握抽象概念的同時進一步進行應用驗證。[2]而軟件課程只需要一臺PC機，學生就能在課后對學習內容通過編程驗證，采用直觀的方式完成作業和復習，充分調動起學生的學習積極性。高等院校過于重視組織學生參加各類程序設計大賽，無形中就讓學生以為只要具備程序設計能力就達到了計算機學科人才的要求。因此學生對硬件課程不重視，孤立地記憶各個知識點，僅僅為了參加考試修滿學分才學習，一提到硬件課程就頭疼，產生畏懼心理。
3.課堂教學效果差
在硬件課程的教學中，由于教學大綱制訂的不合理，教師過分依賴教材進行課堂教學。教材內容陳舊，教材的更新往往跟不上計算機硬件技術的高速發展，許多新技術新思想未能融入到課程體系中。而且現在高等院校課堂普遍采用多媒體教學方式，教師上課所用的教學課件僅僅就是教材的重復，教師的教學方法單一，純粹為完成教學內容而教學，通過傳統的講授教學方式把知識硬灌輸給學生，課堂教學內容與實際應用嚴重脫節，針對性不強，學生只能被動接收孤立的知識點，無法抓住硬件課程的精髓，直接影響學生學習硬件課程的積極性，最終造成學生無法對計算機系統形成一個整體的認識。
4.實踐教學的誤區
由于大多數高等院校由于經費不足，計算機專業實驗設備的投資更偏重軟件類課程，而硬件課程實驗設備前期投資較大，后期的維護費用高，課程體系中的“模擬電子技術”“數字邏輯”“單片機技術”等課程由于實驗設備的缺乏，更多的是將這些實驗課程安排到電信系來開設，直接導致理論教學同實驗教學的脫節。而“計算機組成原理”的實驗也僅僅是在實驗箱上完成，按照實驗指導書上的連線圖，學生只需要動手插上連接線，撥動幾個開關，通過指示燈的亮和滅記錄下結果就行了。[3]而且安排的實驗全部是驗證性實驗，對學生理論知識的理解沒有很大的幫助作用。
二、計算機硬件課程體系整體優化的探索和實踐
針對目前我國高校計算機硬件課程體系的現狀和普遍存在的問題，以培養“三重一高”應用型人才為導向，可以采取以下措施對硬件課程體系進行整體優化來有效地提高計算機技術人才培養的質量，符合科學發展觀的人才培養模式。
1.創建“三重一高”應用型人才培養模式
“三重一高”應用型人才培養的核心思想是以“重基礎、重技術、重能力、高素質”為本，創建符合科學發展觀的人才培養模式。通過該人才培養模式能促進學生的全面發展，不斷地提升學生的思想品德、科學文化素養、身體素質、心理健康、動手實踐能力以及創新意識。在制訂人才培養模式時，院校要及時關注當前社會對計算機技術人才的需求，結合高等院校的辦學層次和自身特征，充分發揮出學生的特色，才能讓學生有更強的社會競爭力和發展潛力。
2.優化計算機硬件課程體系結構
（1）修訂教學大綱。根據人才培養模式的要求，及時修改計算機類各專業的教學計劃，充分認識到計算機硬件課程體系在培養計算機技術人才的重要地位。組織承擔硬件教學課程的教師理順該課程體系中各門課程的銜接關系和內在聯系，有效地整合硬件課程體系中的課程，將多門課程中重復的內容進行有機融合，重新制訂各門課程的教學順序和教學學時，避免課程教學脫節和教學內容的重復，還可以增設“硬件工程師培訓”“嵌入式工程師培訓”等硬件類的專業選修課程，通過分析各門課程的側重點以及授課老師的集體交流，擬定出一套能充分體現硬件課程系統化教學的教學大綱。教學大綱中可以將技術落后以及與后續課程聯系不大的內容刪除，并及時將計算機硬件技術的發展前沿和最新成就補充進來。
（2）編寫適用教材。根據本校的教學實際情況組織教師編寫符合人才培養模式的硬件教材，在強調理論知識的同時，采用深入顯出的方式分析抽象的原理，并增加學科的前沿技術，引導學生去進一步深入探討。注重培養學生的創新意識，使得整個課程體系中的教學過程更連貫，教學效果更好；并完成與教材配套的多媒體教學課件。該教學課件不能僅僅做成是復制教材內容的PPT文檔，要充分體現多媒體輔助教學的功能，要采用多種形式來演示抽象的理論知識點。比如可以利用仿真軟件來動態演示輔助教學，還可以采用FLASH動畫效果來加深學生對知識的理解，消除對硬件課程的畏懼心理，充分調動起學習硬件課程的積極性，學習效率更高。針對一些比較重要的硬件課程，還可以編寫該課程的學習指導與習題解析，幫助學生課后自學和復習。
（3）建立教學網站。利用豐富的網絡資源建立硬件課程網站，分模塊將各門課程的學習資源以開放形式提供給學生，讓學生在課后能及時補充學習內容，獲取更多的新技術和學科的發展動向，并通過在線交流來實現師生間對一些核心知識點的探討。學生也可以通過該網站提交作業和設計報告，并向教師提問。教師也能在該網站獲取學生的反饋信息，及時調整教學進度，采用合適的教學手段和方法。
（4）建設課程試題庫。為了進一步提高教學質量，科學地進行教學評價以及端正學生的學習態度，必須嚴格遵循人才培養模式和教學大綱，科學建立起各門硬件課程標準化的試題庫。并且要動態地更新試題庫，通過計算機系統自動完成整個考試過程，真正實現“考教分離”。教師在教學時必須嚴格遵循該課程的教學大綱，按要求將重難點講清楚和透徹，避免考試前透題，以及改卷時送“人情分”。
（5）注重實踐環節。實踐環節是培養學生創新意識的最好途徑，不能僅僅將實踐教學作為理論教學的附屬品，要切實把實踐教學貫穿整個硬件課程體系當中，嚴格遵循實驗教學大綱，編寫規范的實驗指導書，改革實驗考核方式，引起學生對硬件實驗的重視。在注重理論知識的同時，也要培養動手實踐能力，提高綜合素質。[4]一般硬件實驗設備的投資比較大，后期的維護費用也比較高，可以建立起硬件虛擬實驗室，提供給學生更多發揮創新潛能的機會。像“數字邏輯”“計算機組成原理”和“單片機技術”等課程將一部分驗證類實驗在實驗箱上通過連線完成，設計類和綜合類實驗可以在計算機上用“軟件”的方法來實現，采用EDA技術，應用Multisim、Proteus仿真軟件、VHDL硬件描述語言，擴展學生的思維，激發學生的創新意識。同時注重培養學生的工程實踐能力，充分利用實驗中心的創新實驗平臺，鼓勵學生參加各類硬件設計大賽、電子競賽和“大學生創新性實驗項目”。
（6）加強教師隊伍建設。注重硬件課程體系特色教學團隊建設，調整師資結構，通過引進高層次的人才，建立學科帶頭人、師范教師與骨干教師相結合的師資隊伍。定期組織教師開展教研活動，及時發現課程體系中存在的問題，進一步地進行修改。注重教師的培訓，對新進教師采用導師培養制度，并有計劃地安排教師出外學習培訓以及參加各種學術交流會議，能獲取該學科的最新技術。鼓勵教師以團隊形式申報各類教學研究項目，有計劃地開展教學改革。
三、結語
計算機硬件課程體系整體優化的實現要經歷一個長期的過程，需要結合理論教學、實踐教學、師資培訓、考核方式、教學模式與手段等多方面進行優化。近兩年在湖南工學院計算機信息學院推行新的硬件課程體系以來，教學團隊在教學中通過不斷的實踐探索，采取了合理制訂應用型人才培養計劃、修訂教學大綱、重新整合教學內容、改變傳統的考試模式、加強實踐教學、增設創新實驗室等多項措施。從教師和學生提交的問卷調查表以及硬件課程考試成績統計等數據來看，獲得到了較好的教學效果，提高了教學質量，學生對硬件課程的學習積極性和學習效率都有了明顯的提高。另外在“三重一高”應用型人才培養方面獲得了比較明顯的效果，學生在各類競賽和創新實驗項目成績比較顯著，就業率也得到了提高。從畢業生就業的回返調查來看，用人單位普遍認為學生的動手實踐能力比較強。實踐證明對計算機硬件課程體系進行整體優化，是培養應用型人才的必然要求。
參考文獻：
[1]陳付龍，齊學梅， 羅永龍，等.創新能力驅動的層次化計算機硬件課程群構建與實施[J].大學教育，2013，（2）：40-42.
[2]吳衛江，趙建輝，劉博.也談計算機硬件課程群建設[J].計算機教育，2012，（1）：28-31.
關鍵詞：計算思維；計算機硬件類課程；教學改革
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）07-1461-02
1 概述
計算機硬件類課程在高校計算機專業占據非常重要的地位，從邏輯角度和應用角度為學生闡述計算機的基本原理和使用方法，讓學生在計算機硬件方面打下堅實的理論基礎，并為學生今后應用技能的提升奠定基礎，其應用范圍非常廣泛且與實際工程聯系緊密[1-3]。因此，計算機硬件類課程是大學計算機專業的必修課程。然而，由于這類課程理論性較強，大多數高校的硬件類課程實踐環節相對薄弱，導致硬件類課程的教學一直是計算機學科體系結構教學中一個比較薄弱的環節。
計算思維是由美國卡內基·梅隆大學的周以真教授于2006年在ACM的會刊上提出來的。他指出：計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為，它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[4，5]。計算思維使用約簡、轉化和仿真等方法，利用啟發式推理，采用抽象和分解處理龐雜任務的手段，將一個看似極其復雜的問題轉換成一個個易于處理的小問題。也就是說，計算思維就是通過人的思維進行計算，即人通過特定的思維活動使用計算機解決實際問題，計算機在解決問題過程中充當媒介的作用，它是人和機器相結合的產物[6]。
計算機硬件類課程作為計算機學科的核心基礎課程，其理論性、實用性和創新性較強，面對這樣知識龐雜而又抽象的課程，融入計算思維的理念，對其進行教學改革，使學生靈活的掌握計算機硬件的基本原理和應用技能成為必然。
2 教學改革思路和方法
2.1 引入關注點分離方法，整合教學內容
大學計算機硬件類課程主要涉及電工與電子技術、數字邏輯、計算機組成原理、操作系統、微機原理、計算機網絡等課程，這些課程看起來比較分散、自成體系、教學內容抽象，是教師最難教、學生最難學的課程。關注點分離是計算思維的方法之一，它將復雜抽象的問題合理分解成具體的小問題，再研究各個小問題的不同側面，形成關注點，然后匯總各個問題的結果，形成解決方案。在大學計算機硬件類課程中，引入關注點分離方法對教學內容進行整合，可以使得抽象的問題具體化，復雜的問題簡單化，對教師教學起到事半功倍的效果。例如在操作系統課程的教學過程中，選擇以Windows NT操作系統的功能為主線，將課程所有的知識點（進程管理、進程調度與死鎖、存儲器管理、設備管理和文件管理）融入到具體的實例中，避免了學生在學習過程中感覺到知識點分散零亂、難以理解，讓學生在學習操作系統課程的過程中，形成一個完整的知識體系，幫助學生更好的理解知識；在微機原理課程的教學過程中，以80386CPU的指令系統及設計為主線，將主要知識點指令系統、匯編語言程序設計、中斷以及接口電路設計貫穿其中，這樣既淺顯易懂，又形象生動，極大的增強了學生的學習興趣。其他硬件類課程的教學也基本采用關注點分離教學法，教學效果良好。
2.2 利用啟發式教學，體現計算思維
啟發式教學是針對傳授的知識，先提出一個源自實際生產生活的問題，然后與學生共同探討分析問題，引導學生逐步解決問題，在該過程中講授分析問題和解決問題所需要的理論和方法。以操作系統課程中的進程同步為例，這是進程管理部分教學的重點，也是難點。在講解這部分內容時，先以典型的司機—售票員問題導入，與學生共同探討在公共汽車上司機與售票員的相互合作關系以及合作的先后次序關系，分析兩者的相互制約關系，從而得出使用信號量機制解決進城同步的方法；在計算機網絡課程中，局域網組建是教學的重點，在講授這部分內容時，首先以日常實驗室局域網的組建情況為例，與學生一起分析實驗室局域網的工作原理，共同探討一般局域網的組建方法，從而得出在實驗室組建虛擬局域網和實際局域網的實施方法。這樣既加深了學生對知識點的掌握理解，也培養了學生的計算思維能力。
2.3 使用任務驅動教學模式，訓練計算思維
任務驅動教學模式是讓教師和學生圍繞任務展開教學活動。這種模式中，教師的主要工作是設計任務、呈現問題、輔助任務實施和總結評價，學生通過明確任務、分析問題、交流和反思訓練計算思維，培養和增強學生分析和解決實際問題的能力。
以數字邏輯課程為例，教師根據課程特點，運用計算思維的方法呈現教學任務，要求學生分組完成一個具體的組合邏輯電路的設計與實現。學生以每組3—5人自由組合，每組選出負責人，教師通過展示往年學生的設計作品，向學生提供部分選題作為參考，學生也可通過調研自行選擇一些有意義的與課程相關的電路進行設計。在教學過程中，教師使用關注點分離方法將組合邏輯電路審計分解為簡單的小問題，然后以設計成果的形式要求學生完成課程任務，讓學生在完成具體任務的過程中學習并應用教學內容，提高了教學效率。學生在教師的實時指導下，明確任務，分析問題，各組學生分工協作，定期交流，通過查閱資料和調研等途徑探究解決問題的途徑。最后，學生在教師指導下完成任務后，通過展示和自評，并交流自己的學習心得，教師總結點評，幫助學生拓展所學知識，訓練學生的計算思維能力。
3 教學效果考核
考核評價是教學活動中不可或缺的重要環節，是檢驗教學效果的重要手段。隨著計算機硬件類課程教學改革的深入，課程的考核評價模式也應隨之改革。根據計算思維能力的培養要求，必須打破傳統的只側重于考查學生對理論知識點的掌握程度的考核評價模式，建立真正體現學生計算思維能力的考核評價模式。傳統的考核評價方法是：學生成績=平時成績×20%+理論考試成績×80%。改革之后，學生成績=平時成績×10%+理論考試成績×45%+實驗成績×45%。實驗成績就是學生做實驗完成具體任務的考核成績。可以看出，改革之后的考核評價模式增加了實驗成績，重點考核學生運用計算思維能力分析問題和解決問題的能力。下表1是近幾學年計算機硬件類課程改革之前和之后我系計算機科學與技術專業學生的平均考試成績。
從表1可以看出，在計算機硬件類課程中貫穿計算思維能力的培養之后，學生的考核成績明顯提高，而且通過對兩屆學生的問卷調查顯示，課程改革之后，學生的學習興趣大幅度提高，動手實踐能力也大大提高，教學效果良好。
4 結束語
計算思維作為人類的三大思維方式之一已受到了廣泛的關注。該文給出了融入“計算思維”的大學計算機硬件類課程教學改革的新模式，圍繞課程教學內容的整合，教學方法和考核評價模式的改進，讓學生在解決實際問題的過程中領會并掌握計算思維方法，提高了學生獨立思考解決問題的能力和團隊創新協作能力，使教學效果得到明顯提高。這種教學模式所傳授的思想和方法，將廣泛應用于計算機專業的其他專業課程中，這將為學生更好的學習計算機專業其他相關課程奠定堅實的基礎。
參考文獻：
[1] 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會. 高等學校計算機科學與技術專業公共核心知識體系與課程[M]. 北京： 清華大學出版社， 2008： 50-53.
[2] 蔡啟先， 藍紅莉， 陽樹洪. 計算機組成與匯編語言[M]. 北京： 清華大學出版社， 2011.
[3] 蔡啟先， 藍紅莉. 計算機硬件技術基礎學習及實驗指導[M]. 北京： 清華大學出版社， 2011.
[4] 周以真.計算思維[J].中國計算機學會通訊，2007，3（11）：83-85.
[5] 陳國良，董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學，2011（1）：7-11.
本文對計算機硬件課程體系及內容中存在的問題和不足進行了分析和討論，提出了一些教改思路和方法。
一、當前硬件課程體系中存在的問題
目前硬件教學中主要存在的問題是：教材知識相對落后，學生無法學以致用，即教材無法激發學生的學習積極性；缺乏實踐環節，實驗條件差，學生無法鍛煉實踐能力，教師更無法鼓勵和激發其創新能力；學生電子技術方面的理論基礎較差，其對硬件的分析理解能力受到一定限制，學習困難較大。總體上講，目前國內計算機硬件教學的狀況不容樂觀，重視這一問題，改革相應的教學體系和內容是非常必要的。導致當前狀況的原因是多方面的，總的來說有以下幾個方面。
首先，在認識和條件方面，國內的計算機教育存在著重軟輕硬和急功近利的傾向。由于基礎軟件教學實施起來相對容易，實用性強，設備投資較小，有立竿見影之效果，甚至學生通過自己購買的微機即可完成多數軟件課程的學習；而硬件課程的教學實施比較困難，設備投資大，通常每門課程需要配備專門的實驗設備，相應輔助設備（如示波器等）的價格相對昂貴，實驗設備的維護工作量較大，對實驗室輔導和維護人員的要求也比較高。限于各方面的條件，國內多數高校在硬件課程及實驗條件建設方面都明顯不足，這導致了計算機硬件課程在教學上的不足。
其次，硬件知識特點和教學內容落后。從客觀上來說，計算機硬件知識存在不直觀，講述起來抽象、枯燥，學生學習起來不太容易的現象。其中，“計算機組成原理”、“計算機體系結構”這兩門課程的內容比較抽象，一般教材都與實際聯系不緊密，再加上現有硬件實驗的可視性差、直觀性差，致使學生對硬件知識的理解存在困難。而“微型計算機原理”、“計算機外部設備”等課程的教材內容過于陳舊，無法調動學生的積極性，教學效果較差。
再次，課程缺乏足夠的系統性。計算機是一個由硬件和軟件組成的龐大的復雜系統，計算機知識有著很強的系統性。而在目前的教學中，硬件課程知識與軟件課程知識之間缺乏足夠的交叉和互補，學生無法深入理解計算機的基本工作原理及其在軟件系統中的作用。另外，在硬件課程之間也缺乏充分的銜接，有些知識點重復，有些知識點缺失，這些都導致了學生的知識體系結構不健全。
最后，缺乏足夠的實踐訓練。計算機應用是一門實踐性很強的學科，學生必須具備足夠的動手實踐能力和社會競爭力才能滿足社會要求。而在計算機硬件教學中，實踐教學時間嚴重不足，絕大多數學生不具備基本電路設計、調試和實現的能力。一方面是實驗條件和設施的嚴重缺乏，另一方面是課程考試評價體系（包括社會各類計算機考試評價體系）中對硬件實踐能力的不重視。
根據計算機硬件教學體系中存在的一些主要問題，改革教學內容的先進性、加強教學體系的系統性、增加并提高實踐教學知識和內容已成為國內各高校計算機專業迫在眉睫的任務。
二、提高硬件知識的先進性
由于計算機硬件技術發展非常迅猛，而國內多數高校的主要教學內容基本還停留在十年前的水準,尤其是“微型計算機及接口技術”的課程內容，基本是以8086/8088 CPU為主體進行講述，而學生在實驗室使用的卻都是CPU為Pentium Ⅲ 以上的微機；學生在高級編程中希望了解分頁分段存儲管理技術，而教學中卻只講述分段內存管理技術。因此，學生會對教學的內容感到疑惑、反感甚至是厭惡。
許多客觀條件原因限制計算機硬件教學內容的更新。其一，計算機硬件發展太快，真正能反映當今世界微機領域新技術的微機原理教材太少，相應的實驗設備和條件幾乎沒有。其二，最新的硬件知識往往包含許多較復雜的技術，學生較難學習和理解，由于組織和實施教學的難度非常大，許多教師偏向于講述舊的知識。其三，新知識的過快更新給許多教師帶來了巨大的工作量和工作壓力，熟悉并掌握新的教學知識和內容往往需要幾年時間的摸索和實踐，因此教師往往跟不上新技術的發展。
要解決這個問題，首先要改進計算機硬件教材。計算機硬件的教材應是先進的、能反映目前世界微機領域內硬件新技術、新成就的知識。例如“微機原理及接口技術”的教材至少應涵蓋目前世界上微機領域內最先進的知識及技術，像分支轉移預測技術、超標量執行技術、微機的流水線操作技術、高速緩沖存儲器技術、虛擬存儲器技術（分段存儲管理技術和分頁存儲管理技術）、浮點數據處理技術、高速總線傳輸技術等。正是這些技術，為微型計算機提供了卓越的性能，并構成了各種高性能軟件的載體。
考慮到教學安排的層次性和循序漸進的要求，可以在教材中有選擇地加入部分舊的知識結構。例如“微機原理”教材可以將8086/8088 CPU作為模型機，刪除那些過于陳舊的知識，用8086CPU的結構和基本電路為學生建立微型計算機的概念，然后引入當前的一些新技術和知識。
由于歷史原因，國內多數高校微機原理教學均以Intel公司的處理器為講述對象，而歐美等國一般以Motorola、Alpha或MIPS處理器作為講述對象。從技術的先進性上講，前者不如后者，如果希望與國際接軌，部分有條件的高校可以考慮直接采用國外著名教材。
三、保持教學內容的系統性
硬件和軟件知識是相輔相成的，它們都包含豐富的知識和先進的技術。計算機硬件知識必須對計算機的體系結構、組成及其核心技術進行系統的描述，以使學生能學到先進的硬件知識。硬件知識的學習對學生理解計算機軟件的工作有著非常大的幫助，尤其是系統軟件和底層軟件。而學到計算機軟件知識后，再學習計算機硬件知識，會對軟件的載體――硬件、硬件組成、硬件的工作原理以及軟件是怎樣依附于硬件的全過程有一個飛躍的認識。只有這樣，學生的計算機知識才能達到一個完美的統一，他們才能學到計算機的系統知識，而不是殘缺的計算機知識，最終達到對計算機系統軟、硬件基本知識的融會貫通。
而目前計算機軟硬件教學之間卻基本分離，教師之間缺乏足夠的溝通。學生盡管學習了一些計算機硬件接口知識，但在使用高級語言對硬件進行編程時卻無從下手；盡管學習了操作系統和網絡技術等課程，卻不知道在嵌入式系統如何應用相關理論。當需要綜合運用軟硬件知識來解決問題時，多數學生都是一籌莫展。這些都說明，在計算機教學體系中軟硬件課程間的結合存在問題，學生的知識結構缺乏完整性和系統性。
因此，必須在軟硬件課程的教學內容中進行適當的穿插。例如“操作系統”課程中的CPU調度、內存管理與“計算機組成原理”和“計算機系統結構”課程中的許多知識都密不可分，在理論課程教學中提及相應課程知識，可以引導學生思考，建立必要的知識關聯。在“微機原理及接口技術”的課程中，可以加入一些利用高級語言對硬件進行編程的實例，既可激發學生的興趣，又可提高學生對硬件的編程能力。
另外，計算機硬件課程之間還存在重疊和互補的關系，教學中也應注意相互次序和互補，以保證教學知識的系統性和完備性。
摘要：本文針對我國高校本科計算機專業建設的現狀，分析了CC2005中關于計算機硬件與結構方面知識需求與知識空間的構架，提出基于CC2005的計算機學科“硬件與結構”方向課程群的概念，并對該課程群的核心課程與選修課程提出組織與改革方法。
關鍵詞：CC2005；硬件與結構；課程群
中圖分類號：G642
文獻標識碼：B
1引 言
目前，隨著網絡化和信息化的發展，計算機軟件領域的課程，尤其是網絡和網絡應用類課程，越來越得到各個高校的重視，國內很多高校的計算機專業逐漸轉變為“軟件工程”和“計算機科學”方向，過分強調軟件與應用，而缺乏計算機體系結構、計算機組成與結構等硬件方向的培養。但是，從就業市場反饋的信息看，計算機軟件人才已經供大于求，而熟悉硬件開發應用或軟硬件結合的人才則供不應求。市場的需求驅使我們深思，如何構建符合市場需求、有一定市場競爭優勢的計算機人才培養模式。在CC2001和CC2005計算機本科教學參考計劃的啟迪下，在目前我校開展的教學內容課程體系改革實踐中，結合2005年在武漢大學召開的“全國計算機學院院長和系主任會議”和華中科技大學召開的“計算機硬件與實驗教學研討會”以及2006年1月在哈爾濱工業大學召開的“首屆全國計算機教育論壇”會議的有關精神，我們嘗試性地提出了基于CC2005的計算機專業“平臺＋模塊”課程教學體系，并進行了課程群改革與建設，本文僅探討該課程教學體系中“硬件與結構”課程群。
2課程群的組織
根據CC2005和CC2001的體系結構，計算機硬件與結構方向知識點包括的核心內容包括：數字邏輯、數據在機器中的表示、匯編級機器組織、存儲組織與結構、人機交互、機器功能結構、多處理機技術等，而高性能系統、網絡與分布式系統結構是選修內容。這些知識在CC2005中定義為：
AR1. Digital logic and digital systems [core]
AR2. Machine level representation of data [core]
AR3. Assembly level machine organization [core]
AR4. Memory system organization and architecture [core]
AR5. Interfacing and communication [core]
AR6. Functional organization [core]
AR7. Multiprocessing and alternative architectures [core]
AR8. Performance enhancements [elective]
AR9. Architecture for networks and distributed systems [elective]
在目前國內的普通高校本科“計算機科學與技術”專業中，上述這些“計算機硬件與結構”方向的核心和普通知識點一般體現在以下幾門課程中：“數字邏輯(數字電子技術)”、“計算機組成原理”、“微機原理”、“微機接口技術”、“匯編語言”、“計算機系統結構”。在實際教學過程中，各門課程相互之間內容銜接較多，重復之處也比較多，各個學校一般是按照自己的教學大綱和計劃對各門課程的內容進行劃定，往往缺乏系統性和科學性。這些課程中普遍存在的一個問題是學生學習沒有興趣，教師上課缺乏激情的情況。很多高校在學生對教師的評價中，講授此類課程的教師往往得分比較低。究其原因，是現有的課程和教材內容陳舊，遠遠落后于現代計算機硬件技術的發展；課程組織缺乏系統性，某些知識點在多門課程中反復出現；而某些知識點缺乏前導，造成斷層。
對此，我們提出了以專業需求為基礎的“平臺＋模塊”人才培養模式，以CC2005的五個知識層次中的核心內容構建學科平臺，以不同的專業需求方向構建專業模塊。下面重點討論CC2005構架下的計算機學科“硬件與結構”課程群。此課程群包括：計算機組成原理、硬件知識和系統結構方面的課程，核心課程為“計算機組成原理與結構”、 “匯編語言與微機接口技術”，選修課程為“計算機系統結構”、“單片計算機應用技術”、“分布式系統結構”、“嵌入式系統”、“VLSI設計”等課程。從“平臺＋模塊”整體培養模式考慮，將“數字邏輯(數字電子技術)”歸入“數字技術與模擬技術”課程群。
2.1核心課程
在新的“硬件與結構”課程群中，根據CC2005精神，將“微機原理”、“匯編語言”、“微機接口技術”、“計算機組成原理”四門課程系統地整合為“計算機組成原理與結構”、“匯編語言與微機接口技術”兩門課程作為課程群內核心課程。新舊課程體系的邏輯關系如圖1所示。
圖1 新舊課程設置對應關系
“計算機組成原理與結構”課程重點介紹單處理器計算機的組成原理與結構體系，包括數據在機器中的表示、總線系統、設備接口、存儲器組織與結構、指令系統、中央處理器(含運算器與控制器)、流水與并行處理等內容。其中重點是數據在機器中的表示、總線系統、存儲器組織與結構、中央處理器等內容。
“匯編語言與微機接口技術”將匯編語言程序設計和微機接口技術融為一體。根據CC2005精神，本課程中先介紹微型計算機原理、匯編語言，在此基礎上講授匯編程序設計技術、微機接口技術(包括典型接口如并行、串行、定時、DMA、中斷、A/D及D/A)以及新型的USB和IEEE1394接口技術。
2.2選修課程
根據CC2005精神，“硬件與結構”課程群還應該包括“計算機系統結構”、“單片計算機應用技術”、“網絡與分布式系統”、“嵌入式系統”、“VLSI設計”等選修課程，整個課程群概貌如圖2所示。在本課程群建設中，首先對于各門選修課程的內容與組織進行系統地規劃，注意先導和后續，同時避免重復和脫節現象。在課程的教學中，采用靈活的教學方法和教學形式，包括小組討論、專題報告、大作業、專業論文等形式，注重學生學習的主體作用，重點培養學生的創新性與自主學習能力。
2.3一體化的實驗與課程設計改革
在“硬件與結構”課程群建設中，強調的是“實踐教學”的重要性。在本課程群建設中，不是以單一的課程為單位設計實驗，而是按照整個課程群來設計一體化的實驗環境與實驗內容，將匯編語言方向、微機接口方向、組成原理方向的實驗有機地結合在一起，創建良好的實驗環境，靈活運用實驗室、開放式實驗室、實習基地等多種手段，盡量多地為學生創造條件，同時通過實驗課程、開放實驗、大作業、課程設計、競賽等多種手段和形式培養學生的研究能力與團隊精神。
圖2 “計算機硬件與結構”課程群概貌
3進一步的思考
課程群設置與專業培養計劃的關系
課程群在構造和設置的時候，需要與整個專業人才培養計劃相適應，構建基于CC2005“平臺＋模塊”的教學模式為課程群的教學改革奠定了基礎，在新的課程群設置中，以學科方向和模塊為核心，凝聚課程群的設置，同時將其與專業培養計劃相適應。在設置課程群的時候，打破“系、專業”的限制，使不同專業的教師根據學科課程方向凝聚一起。
不同課程群之間的銜接關系
在“計算機硬件與結構”課程群建設的過程中，另外一個重要的問題是各個課程群之間的銜接關系。正是因為課程群的設置和建設關系到整個專業的培養計劃，“計算機硬件與結構”的課程群在設置的時候，將計算機硬件方向另外一個專業基礎課程“數字邏輯”(或“數字電子技術”)劃入另外一個課程群“模擬與數字電子技術課程群”。因此不同的課程群在建設的時候，也需要注意課程群與課程群之間的銜接關系，考慮整個學科系統的有序、協調發展。
課程群內核心課程與選修課程之間的關系
“計算機硬件與結構”課程群在建設的時候，還必須注意內部核心課程“計算機組成原理與結構”、“匯編語言與微機接口技術”與其他選修課程群之間的內容銜接和側重點，既要保證核心課程的課時與內容，也同時需要根據學科方向的發展，及時開設反映最新技術成果的選修課程，這樣才可以培養符合社會需求的人才。
課程群內容的更新
如何根據計算機學科發展以及信息科技發展情況，及時、動態地調整課程群內核心課程、選修課程的設置，甚至每一門課程具體內容的設置，將是課程群建設的一個重要內容。
參考文獻
關鍵詞：硬件教學；應用型人才；改革
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）18-4259-02
隨著計算機應用領域的擴展，尤其是各種智能化電子電器產品的誕生與使用，近年來IT企業對計算機硬件系統設計與開發人員的需求急劇增加。而目前大多數地方院校，計算機硬件課程教學相對薄弱，培養的計算機硬件人才無論從數量上還是質量上均無法滿足市場需求[1]。計算機硬件課程不僅難教難學，且對于硬件設備和實驗條件有較高要求，教學成本遠遠高于計算機軟件課程教學，因此形成了計算機專業建設“重軟輕硬”和師生教學“喜軟怕硬”的畸形發展現象。然而計算機是由硬件和軟件組成的，缺了任何一樣都無法運行。不重視計算機硬件教學與科研的結果之一，就是近年來計算機軟件人才相對過剩，硬件人才相對不足。另一方面，目前我國使用的計算機核心芯片幾乎都是從國外進口。核心器件嚴重依賴國外芯片制造商，這給國家信息安全造成了嚴重隱患[2]。加強計算機硬件教學勢在必行。
1 傳統教學中存在的問題
我校積極開展以應用型人才培養為導向的學科建設，多次制定和修改人才培養方案，有了一定的經驗積累，其中計算機硬件類課程的教學改革仍處于起步階段，具體教學中仍存在一些問題。一、很多教學內容陳舊，與實際應用脫節，對學生缺少吸引力。如仍以8086和DOS操作系統為平臺來講解微機原理。二、有些內容在多門課中重復出現，降低了學生的注意力，并使學生對課程設置產生疑問。如中斷、接口等知識在組成原理、匯編、單片機、微機原理中均有涉及。三、作為應用型人才，大多數學生就業后沒有機會構造計算機系統，許多教學內容會讓他們感到沒有學習的必要，從而喪失學習的興趣。如加法器的具體電路實現等。四、與軟件技術知識聯系不夠，如與C語言、操作系統等軟件課程的關聯性強調的不夠，使學生沒有形成完整的知識體系，即軟硬件知識的融會貫通。例如如何通過操作系統提供的接口設置硬件的工作方式等。五、實驗教學急需改革。受實驗硬件條件所限，實驗教學模式較為傳統，綜合應用型項目較少。傳統實驗教學多為驗證性實驗，很難引起學生的學習興趣，限制了學生創造力的發揮。少數幾個綜合應用型項目無論是數量還是質量均無法取得更好的教學效果。
2 培養模式的改革與探索
如何培養出應用型人才，這對很多高校來說，仍是一個正在探索中的重大命題。社會需求在不斷變化，計算機知識也在不斷更新，相關專業的學生具體應該具備什么樣的能力，掌握什么樣的知識，也在不斷變化。我校計算機專業采取了“3+1”的人才培養模式，即將四年的在校學習壓縮到三年，第四年改在校外實訓基地參加集訓的培養方式。這種培養模式優點顯著，即加強了學生實踐能力的培養，有助于學生更好地融入社會。但“3+1”的人才培養模式在實施之初也暴露一些問題，比如伴隨課程整合，學生的周學時數達到或超過30學時，這影響了學生課外文娛活動的開展。有些學生為了參加課外活動而請假，反過來又影響了學習。同時課時的縮減，特別是理論學時的減少，使得在教學過程中知識的系統性較難體現，個別課程出現用什么就只教什么，造成學生會操作，但對操作原理模糊不清。這對希望考研深造的學生不利。
經過七年的實踐，我校計算機專業逐步完善“3+1”的人才培養模式，課程設置更加合理。對于硬件類課程進行了整合，形成了電路基礎，微機原理，組成原理，單片機四大基礎課程，不再單獨開設匯編語言，縮減了組成原理，微機原理的課時，增加了單片機的課時，對硬件類課程相應增加實驗課時的比例，增加課程設計環節，組織學生參加學科競賽。對于部分知識點的重合，各門課選擇不同角度學習或進行相應刪減，比如譯碼器，在電路中側重介紹其電路構成，在微機原理中介紹其在計算機中的應用；對于一些過于專業的知識點，適當降低學習難度，或改為選修知識點，供感興趣的學生進行研究；對于硬件設計中使用的軟件編程，逐步采用C，C++等高級語言來實現，通過課程設計來加強學生對知識的理解。在學生學習的最后一年里，計算機科學與技術專業正在嘗試對學生的分流教育，即允許學生選擇在校外實習基地集訓，由合作單位及指導教師負責學生學習的評價，不選擇集訓的學生在校組織參加考研，參加相關理論課程的學習，由授課教師進行評價。
3 實驗教學的改革與創新
計算機硬件教學中，實驗是一個重要環節。由于實驗課時的相應增加，如何充分利用課時，加強學生對知識的理解與運用成了教學改革中的重要問題。在這方面，單片機的教學改革值得借鑒。以往的單片機教學中，以課本知識為主線，通過試驗箱完成實驗，學生的學習興趣不是很濃厚。改革后的單片機教學，首先學習單片機方面的一些基礎知識，然后介紹一款具體的單片機——5-1單片機的基本組成、使用方法、編程案例，再將學生三五人分為一組，選擇不同的單片機課程設計題目，實驗課上學生自行討論設計方案并逐步實現，理論課上教師講解學生實驗過程中的問題及知識點并組織學生交流設計思路與經驗。改革后的課程更受學生喜愛，充分調動了學生的學習興趣，而實驗環節也形成了一個連續的有機環節，學生目標更明確。
4 學生學習評價機制的探索
以往教學中，學生的成績主要是由考試成績與平時成績構成，對于計算機硬件類課程的實踐性沒有很好體現。上個學期，微機原理與接口技術這門課嘗試采取了課程設計加設計答辯的成績評定方式。學生分組完成課程設計，提交設計報告，組織學生參加課程設計答辯，由教師根據課程設計的完成度及學生在答辯環節的表現來打分。新的評價機制更加靈活，能夠直觀地考察學生對知識的掌握情況，也可以當做一次畢業設計答辯的預演，但這種方式也存在一些問題，比如學生現場答辯時可能較緊張，沒有完全體現自身水平，同時對教師的主觀判斷能力也有較高要求。未來可能將這種評價方式與傳統評價方式進行適當結合，提高評價的公正性與全面性，從而調動學生的學習興趣。
5 結論
加強計算機硬件教學，培養應用型人才，仍是我校計算機專業建設的重要方向。通過前一階段的努力與實踐，我校計算機專業學生的硬件知識水平有了一定提高，實踐能力得到加強，在專業學科競賽中屢創佳績，獲得過安徽省電子設計大賽高職高專類一等獎，安徽省單片機應用競賽二等獎，安徽省機器人大賽二、三等獎等。同時改革也拓寬了學生的就業面，增加了就業機會。但在改革過程中，仍有環節需要加強，如新的培養方式中對教師要求更高，師資隊伍建設刻不容緩，教學管理激勵機制也應相應改革等。
參考文獻：
關鍵詞：計算機；硬件教學
現階段我國各級院校在計算機硬件教學方面都存在著比較多的問題，從教師的角度來說，過度的強調理論，而忽視了實踐，這對計算機專業教學而言，是一種本末倒置的行為，而從學校的角度來說，并沒有計算機硬件這一學科，因此安排的課時比較少，聘請的相關教師也不夠專業，而從學生的角度來說，并不喜歡這一學科，因此其學習熱情并不高，綜上原因導致了計算機硬件教學的如今的現狀。
1 計算機硬件教學現狀
計算機硬件教學是計算機課程中作為重要的教學內容，但是也是教師最容易忽略的教學內容，因此我國的計算機硬件教學現狀問題突出，其中體現在以下幾點：
1.1 過度強度理論知識
因為計算機硬件主要講授的是計算機的各個硬件，因此需要學生首先要認識這些各個硬件，之后才能依據其性能特點來學習其與之相關的理論知識，這樣能夠達到良好的教學效果。但是大部分計算機硬件教師往往都首先進行理論知識的講解，將大部分時間都分配給理論知識，要求學生死記硬背下相關的硬件理論，這使得學生厭煩心理也越來越強烈，不愿意上這門課。但是實際上，計算機硬件教學應該更多的偏向操作實踐，計算機專業的學生的就業能力也主要體現在實踐能力方面，因為教師沒有注意到這一點，因此很多學生并不懂得基本的的操作，甚至學習的相關理論與計算機硬件無法對應上，這嚴重影響了學生們的就業前景。
1.2 教學內容沒有得到及時的更新
信息化時代，計算機的有關技術更新換代非常快，而計算機硬件教學內容還停留在最初的階段，或者其更新的速度遠遠低于技術更新的速度，這為提高學生的能力非常不利。也正是因為如此，計算機硬件教學與現實企業需求才出現了嚴重的脫節現象，學生畢業之后，進入企業往往需要重新學習，重新培養，這是社會資源的一種嚴重浪費。同時對于剛剛入職的學生來說，也會對其自信心造成很大影響。除此之外，教學設備也十分落后，難以滿足現實的要求。
1.3 課程體系不健全，教學缺乏系統性
計算機技術的系統性較強，是由硬件技術和軟件技術構成的龐大系統。在當前的教學中整體缺乏系統性，忽視教學內容和知識之間的有效銜接。一個問題是課程體系不健全，由于師資力量的不足和教學資源不足等特點，存在自身課程體系缺乏特色和忽視學生學習能力和學習特點等問題，存在課程名稱種類繁多，但是變動性大，穩定性不強等諸多問題，另一個問題是教學缺乏系統性，計算機硬件技術和軟件技術本應是一個完整的系統，知識內容是相互交叉和互補的，但是由于課程體系缺乏系統性，導致這些知識內容缺乏有效銜接，學生無法建立完整的知識體系。在教學過程中由于教學銜接不夠，知識點重，缺失現象嚴重，這些導致了學生對于計算機硬件的結構缺乏完整認識，學生缺乏持續學習的耐性、也缺乏學習的興趣和積極性。
2 計算機硬件教學水平提高的對策
正是由于計算機硬件教學還存在著比較多的問題，因此教師、學校以及相關部門都有責任采取措施，提高計算機硬件教學水平，以此增加其課堂教學的有效性。針對上述問題，其采取的措施如下：
2.1 注重實踐教學
計算機硬件教學的最終目標是通過教學能夠提高學生的實踐操作能力，對計算機硬件能有一個整體的把握，與此同時，培養學生分析以及解決問題的能力。但是因為現階段計算機硬件教師并沒有將重點放在實踐中，因此上述目標并沒有完全的實現，為此，教師應該注重實踐教學，教師布置作業時，要求學生以實踐的方式完成，在學生作任務時，教師可以從旁協助，在適當的時機進行適當的指導，如果學校有條件，教師可以帶領學生進行社會實踐，進入到企業或者公司中參與實踐，這樣學生對計算機硬件會有更深入的了解，同時教師也可以根據企業或者公司所需，適當的調整教學內容，以此確保教學與社會需求接軌，這為學生更好的就業提供幫助。
2.2 加強課程體系的建設
積極建設計算機硬件教學的課程體系，能夠有效實現教育教學的實用性和創新性。加強課程體系的建設，可以從以下幾方面入手：一是選擇合適教材。二是加強實踐課程的教學。在教學過程中，要將基礎知識學習和實踐課程學習結合起來，實踐教學的內容可分為驗證性實踐、設計性實踐、綜合性實踐三個方面，驗證性實踐是根據實驗要求和實驗步驟開始試驗，測試所需數據，并驗證數據的合理性和正確性，這是在學習基礎知識之后走向實踐的第一步，這是學生學習的基礎；二是設計性實踐，是通過學生通過將所學的基礎知識運用到實踐過程中，學生自行設計試驗方面，形成初步的分析問題和解決問題的能力；三是綜合性實踐，即學生在炎癥性實踐、設計性實踐的基礎上，靈活的運用所學計算機技術創新性的進行學習的過程。
2.3 靈活運用多種教學方法
靈活多樣的教學方法能夠充分發揮學生的主體作用，有效提升教學質量，因此，在實際的教學過程中要注重運用多種教學方法，使學生較好掌握計算機硬件的知識和技能。一是運用計算機輔助教學。通過運用軟件的建模能力，對比真實實物建模建立計算機中主板、硬盤等核心硬件，同時完成內部構造，這樣能夠方便教師授課，同時方便學生使用，使其真正的服務于計算機教學。二是建立虛擬化計算機硬件課程，教師可以根據學生的能力和水平，設計具有不同層次，不同難度的教學實驗，以及綜合課程設計，為老師和學生提供一個跨越空間和時間的實驗平臺，即在基于構件化的虛擬實驗室系統中，學生只需實現核心算法的構件即可。
結束語
綜上所述，可知信息時代的大背景下，做好計算機硬件理論十分重要，為了達到良好的學習效果，設置該課程的院校，應該構建出一個優良的課程體系，教師應該端正自身的教學態度，為學生做一個好榜樣，教師只有認真的教學，學生才能認真學習的可能，雖然我國在計算機硬件教學方面存在一些的問題，有些問題甚至比較嚴峻，相關院校以及教師應該正視這些問題，采取必要的手段，爭取在一段時間內，獲得良好的效果。
參考文獻
[1]李繼燦，郭麥成，沈疆海，張紅民.“計算機硬件”教學與教材同步改革的思考[J].高等工程教育研究，2003（3）.
[2]鐘樂海，王朝斌，唐新國.高等師范院校計算機科學與技術專業計算機硬件教學改革[J].四川師范學院學報（自然科學版），2003（1）.
摘 要：針對目前大部分課程各自為陣、互不往來，且部分課程內容陳舊的情況，本文提出了一種目標驅動的核心課程和實踐體系設計的系統化方法，從具體的核心培養目標(對學生而言，應該是可操作可考核的綜合能力指標)推出學生應該掌握的知識和能力，對其進行系統的分析，分解層次，形成系統的知識和能力體系；從而細化設計每年的培養目標，進而落實到課程的設計。該方法內容具體，系統性強，可操作性、可跟蹤性好。
關鍵詞：目標驅動；核心；課程；設計
中圖分類號：G642
文獻標識碼：B
1 問題的提出
隨著計算機技術的快速發展，課程內容更新的需求越來越強烈，事實上，這種需求一直沒有間斷。社會需要什么樣的人才？隨著計算機應用技術的普及，各個非計算機專業學生編程能力的提高，到底具備哪些知識、何種能力的計算機專業人才更具有競爭力，也是多年來困擾大家的問題。
我們不斷地更新我們的教學計劃、課程體系、課程內容，但是我們的更新合理嗎？系統嗎？滿足目標嗎？更多的時候，我們在頭疼醫頭，我們在打補丁，結果讓我們的課程體系補丁不少、漏洞也不少。更重要的是各門課程各自為陣，部分知識重復講，而又因存在“知識縫隙(gap)”不能很好地銜接。面對這樣的問題，我們提出了目標驅動的核心課程和實驗體系設計方法，并在北航計算機學院新一輪核心課程與實驗課程體系設計中進行了初步實踐，有一些體會，和大家共享切磋。
2 目標驅動的核心課程和實驗體系設計模型
總體思路：目標驅動的設計方法，從具體的核心培養目標(落實到可實現的指標)，推出學生應該掌握的知識和能力，對其進行系統的分析，分解層次，形成系統的知識和能力體系；細化設計每年的培養目標，進而落實到課程的設計。
設計原則：
1) 和目標緊密結合，目標動，課程動。保持良好的可跟蹤性，從而使該方法有很好的適應性，能適應計算機技術的快速發展；
2) 先考慮知識和能力體系，不考慮課程，有利于知識和能力設計的系統性，避免目前各門課程之間缺乏銜接、或者互相重復等問題。
3) 課程間銜接好，互相補充，完成同一個目標；
4) 強調能力的培養，重視實踐環節。
5) 強調集成，重視綜合能力的培養。
內容：本方法分解為幾個階段：
1) 具體核心培養目標的選擇及其選擇方法；
2) 面向培養目標的計算機專業核心知識和能力體系的設計；
3) 基于計算機專業核心知識和能力體系的核心課程體系、實踐體系的設計和設計方法；
4) 分層次的綜合能力實踐環節的設計。
我們將結合我們的實踐對該方法的應用做一個詳細的闡述。
3 方法的使用：在北航計算機學院的實踐
(1) 核心培養目標的選擇和設計
核心培養目標的選擇
根據北航本科生的培養要求和計算機學院的培養定位，我們考慮應滿足如下原則：
1) 體現計算機專業學生的核心能力需求；對計算機的工作原理(軟硬件)有深刻理解，并理解現有計算原理的局限；
2) 體現當前最新的、成熟的技術(目前產品的主流技術)；
3) 具備綜合能力：系統的觀點、工程的觀點。
結果：基于MIPS指令系統，使學生有能力設計一臺功能型計算機、一套操作系統和研發一套編譯器，最終形成一個相對完整的功能型計算機系統。
細化核心培養目標
如何細化培養目標？最好的辦法是實踐。我們組織骨干教師設計了一臺滿足以上目標的功能型計算機，命名為MiniComputer。基本思路是：以數理邏輯為理論基礎，設計和開發數字邏輯部件；以MIPS指令系統為基礎，設計和開發計算機核心系統；以MIPS指令系統為目標語言，設計和開發編譯系統；以自己研發計算機為環境，設計和開發操作系統。
之后，我們組織2-3年級的本科生在教師的指導下，分組進行培訓和實驗，在這個過程中發現學生已掌握知識是否充分，還有哪些欠缺，還需要補充哪些知識點，學生在這個過程中接收知識的難易程度(發現有時和老師的預期有差異)。教師的任務是要關注整個過程，記錄整個過程，并給予學生適當的輔導和協調。實際實施過程對教師也是一個很大的挑戰，尤其是硬件部分的調試、整個系統的集成。
幾個關鍵問題：
1) 首先定義MiniComputer需要支持的高級程序設計語言，從而決定了該機器需要提供的支持能力，也在相當程度上決定了本項目的難易程度；
2) 根據語言的要求，考慮對操作系統的要求；根據語言的要求設計該機器應能支持的指令集合；
3) 得到指令系統的定義和硬件系統的需求定義；
4) 實驗過程的記錄和分析，了解學生在整個過程的學習和實驗進展情況；
5) 開發相應的仿真軟件，支持硬件、操作系統等的調試。
(2) 面向培養目標的計算機專業核心知識和能力體系設計方法
1) 通過對以上實驗結果的分析，抽取計算機專業核心知識點及其關系、核心實驗能力及其關系。
分析結果(粗略)：
(a) 計算機工作原理的充分理解：掌握系統的觀念、協作的原理和方法。
(b) 較強的軟件實現能力(實現編譯器、操作系統、硬件仿真器-調試器等)，包括對高級程序設計語言的理解、高級語言程序設計能力、數據結構和算法(算法的分析能力)、基礎的工程訓練(軟件工程基礎知識)；
(c) 硬件系統的理解和設計、實踐能力：對數字邏輯、計算機部件的設計、計算機系統的設計、匯編語言的理解等。對系統的調試和集成、工程實踐能力；
(d) 對數理邏輯的要求。
2) 對知識點和能力進行分析，分解能力的階段和層次，獲得計算機專業學生應具備的核心知識和能力體系(系統的知識和能力體系)。
注：這一階段不涉及課程，不考慮課程。避免內容分散、缺乏系統性。
這部分的成果：整理出系統的知識點和路線圖(前后關系圖)(略)。
分解為各年級的培養目標
一年級的培養目標：計算機思維模式的培養，邏輯思維的培養，基本程序設計能力的培養。
二年級的培養目標：提高的程序設計能力、復雜數據結構的運用能力、算法分析能力。數字邏輯、計算機部件的設計，完成硬件設計的需求。
三年級要達到的目標：編譯系統、操作系統的設計和實現。軟件工程等知識和實踐。
綜合集成目標：軟硬件的集成、應用程序的運行―系統測試，團隊訓練。
(3) 基于核心知識和能力體系的課程體系設計
根據知識體系和能力體系設計課程體系，并將知識點分解到理論課程。將能力培養落實到實驗課程。從而得到課程體系和實驗課程體系的藍圖，包括課程定位和銜接關系。
如《數理邏輯》：側重布爾代數課堂教學，通過實驗環節使得學生掌握根據需求建立邏輯描述的方法和能力，包括布爾邏輯及其變換、真值表的邏輯表示以及邏輯范式表示。
《數字邏輯與數字部件設計》：使得學生基于《數理邏輯》所建立邏輯描述，借助于硬件描述語言和EDA軟件工具，完成包括寄存器、加法器、狀態機等在內的一系列計算機基礎硬件組件的設計和開發，為構造更加復雜的計算機硬件功能部件打下良好的基礎。
《計算機組成原理》：在《數字邏輯與數字部件設計》實驗環境所完成的各類硬件基礎組件的基礎上，同時利用軟件模擬器和HDL作為主要的實驗手段，使得學生深入理解處理器內部工作機理，掌握匯編級程序設計技術及技巧，并以此為基礎利用HDL實現指令系統的子集及部分相應的計算機功能部件，完成一個功能型計算機硬件的核心部分，并能在其上運行簡單的匯編程序。
《操作系統》：通過實驗環節，一方面進一步豐富和完善該功能型計算機的硬件功能，另一方面學習系統軟件開發方法和工具鏈，開發和移植一個簡化的操作系統，最終構造出一個相對完整的計算機系統。
《編譯技術》：通過實驗環節，一方面豐富《計算機組成原理》中所完成功能型計算機硬件的指令系統，進一步完善該計算機硬件功能，另一方面為讓學生了解編譯器的構造技術，以及如何在一個裸機上實現對高級語言的支持，最終能在自己的機器上運行一個高級語言的程序。
(4) 進一步設計完善各門核心理論課程的培養大綱
(5) 進一步設計完善各門核心實驗課程的實驗大綱和手冊
由于涉及到眾多課程和知識點，將不在本文列出。回過來對照教學計劃，我們發現幾個大的變化：1)課程之間更加系統化，任課教師之間能更好的理解，尤其通過共同參與實驗、共同的討論，較好地解決了以前各門核心課程各自為陣、相互獨立、知識不連貫同時有互相重復的現象； 2)課程之間的貫穿性得以體現，并獲得深刻理解，如邏輯在后續課程的應用等；3)硬件類課程成體系，內容得到很好的更新，采用了MIPS指令集，硬件描述語言貫穿整個課程和實驗體系；4)軟硬件得到較好的集成，問題變得更加真實，不再是抽象的理論，如操作系統和硬件系統的接口、編譯技術中面向特定體系結構的優化等，打通了軟硬件之間的一個“Gap”；5)學生真正理解計算機系統，而不再是一個個的片段，從而深刻理解計算機的工作原理和局限。同時培養了學生較強的工程實踐能力。滿足北航計算機學院關于科學型和工程型相結合的人才培養定位。
4 一點體會和進一步的工作
通過這個項目，我們有一些體會。對目標系統的分析，必須做實驗，而且需要學生的參與，即在教師的指導下由學生自己來完成，這樣我們才能：1)深入細節；2)了解學生掌握知識的難易程度。通過實驗，我們發現了很多預先沒有考慮到的細節，而且發現一些我們認為簡單的問題，學生理解起來可能很困難；而一些我們以為困難的地方，學生卻很容易的掌握了。真正的深入實踐可以讓我們發現問題，從而調整課程內容的設置、課程講解的方式以及深入的程度。當然，本方法還有很多地方需要進一步細化和總結，尤其在可跟蹤性方面，希望有工具可以支持。
致謝：感謝北京市教學改革項目、北京航空航天大學教學改革項目的資助。感謝參與該項目的所有教師，他們是劉旭東、龍翔、高小鵬、王雷、史曉華、艾明晶等。
參考文獻
[1] 高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范(試行)[R]. 教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會編制. 高等教育出版社, 2006, 9.
[2] 馬殿富等. 計算機專業本科生核心綜合實驗設計與實踐[R]. 北京市高等學校教育教學改革立項項目申請書, 2007.
[3] JOHN R.HAUSER, DON CLAUSING. “The House of Quality”, Harvard Business Review, vol. May-June, pp.63-73, 1988.
[4] R.Darimont, E.Delor, P.Massonet, and A. v. Lamsweerde. "GRAIL/KAOS: An Environment for Goal-Driven Requirements Analysis, Integration and Layout", presented at Requirements Engineering, Jan.1997.
[5] 馬殿富. 如何培養社會需要的人才[R]. 長沙全國計算機學會YOCSEF年會上的特邀報告, 2004.
