时间：2023-09-25 18:00:25
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机硬件课程设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：计算机硬件实践教学；云计算；远程实验；虚拟实验
1.背景
计算机硬件课程的实践教学一直是计算机硬件教学的重要环节，通过这一环节，可以直接让学生对硬件有感性认识，对计算机系统的硬件逻辑结构、物理特性有更深入的了解。
传统的计算机硬件实践教学环节，多采用实物、虚拟实验等方式进行。采用实物的计算机硬件实践教学，如微机原理，可以直接利用实验箱、实验开发板等现成的硬件，用汇编语言、硬件描述语言等方式进行编程，辅以万用表、逻辑分析仪、示波器等仪器设备，可以全面提升学生对硬件系统的认知。采用虚拟实验的计算机硬件实践教学，可以采用模拟器等方式模拟硬件的运行，并以可视化的方式展现给学生，接近或者达到实物实验的效果。
随着计算机硬件实践教学的不断发展，以及计算机技术本身的快速发展，许多学校经过多轮的建设投资，积累了大量的硬件设备；许多设备由于更新、损耗等问题，需要重新投资采购以便升级换代。另外，教学内容的不断发展，也要求相应的硬件条件跟上。
硬件基础条件的建设，一方面可以不断适应计算机硬件技术的发展，开展更多更好的实践教学；另一方面，有许多陈旧设备需要淘汰，导致投资的浪费，而且，随着学校规模的扩大，这种资源上的浪费将更为严重。
基于以上认识，我们在“十一五”建设期间，开始了“计算机硬件综合实验云”（简称“实验云”）的论证与建设工作，试图开发出一条新的路子，能够解决重复投资、资源浪费、设备快速淘汰的问题。
2.“实验云”设计思想
“实验云”采用“云”的方式对计算机硬件实验资源进行组织和管理，以服务的方式为学生、教师提供支持，其投资建设的重点在“云”端，而不是用户端。
“实验云”具有以下特点：
（1）投资集中。硬件建设、实验内容建设等集中在“云”端，并且同样的硬件条件可以支持多门课程。
（2）服务广泛。采用‘‘云”机制之后，所有的硬件实践教学，都能采用服务的方式对外提供，使用者（学生、教师等）可以通过远程网络使用服务，完成实践教学环节。
（3）易于升级扩展。只需要在云端对系统的软硬件、实验内容进行升级，即可达到全系统升级的目的。
（4）系统可扩展性强。该系统采用“云”的方式组织，所有用户数据均可保留在云端，方便与其他信息系统、教学管理系统集成，并能够对全过程的实验数据进行存储、分析和使用。
3.“实验云”框架
“实验云”的主要框架结构如图1所示。硬件系统主要由“天河阳光”实验板节点（如图2所示）、交换机、Web服务器、实验服务器、数据库服务器等组成，它们之间通过网络互联互通。“天河阳光”实验节点上整合厂丰富的硬件实验资源，为计算机硬件课程实验提供了基础；交换机与实验板、Web服务器、实验服务器连接组成一个内网；Web服务器运行Web服务，连接内部交换机和Internet；实验服务器运行各种实验模块，并通过交换机与实验板节点连接。软件系统由运行于服务器的Web服务和实验所需的各种大型软件组成。Web服务负责管理实验板，为客户端提供Web服务，响应客户端请求，并将客户端请求提交给实验服务器，控制实验节点完成各项实验功能，将用户操作日志和实验结果保存于数据库；大型软件运行于服务器，实现轻客户端，客户甚至只需一个能够上网的手机就可以进行实验。实验参考资料由实验教材、实验指导书、参考代码、视频教程等组成。
“实验云”平台客户端无需安装客户端软件，直接用浏览器通过Internet访问Web服务器。连接到网络的客户端登录后就可以申请获得硬件资源，然后操控实验板进行实验。客户端对实验板的操作控制命令通过网络发送，Web服务器、实验服务器收到命令后再转发给相应的实验板，实验板对命令进行解析并执行，执行结果返回到实验服务器、Web服务器，Web服务器再将实验结果返回给相应用户，用户通过浏览器观察结果。管理员也通过浏览器访问Web服务器进行后台管理。
4.“实验云”建设
“实验云”的建设主要划分为硬件条件建设和内容建设2个方面。
在“实验云”硬件条件建设上，主要是云端环境的建设。我们专门调集了开发人员，对实验云硬件条件进行充分论证，确定各种硬件器件的选型。云端环境建设中，最重要的是实验开发板的逻辑开发以及服务器软件系统的开发。在我们选用的“天河阳光”实验开发板中，拥有足够的可编程逻辑器件空间、以太网接口，并且在硬件上支持对FPGA器件的动态编程，这些都为实验开发板的远程操作提供了硬件支持。特别是，我们在如何快速保存恢复硬件实验现场上进行深入研究，为支持实验板的虚拟化提供了技术保障。在服务器软件系统开发上，主要是用户界面开发、实验支持模块的开发等。用户界面上采用JSP、JavaScript、Flash等作为主要开发手段，充分利用最新的Web界面开发方法。实验支持模块上主要是拟定各种通信协议、提供实验开发工具等。
在“实验云”内容建设上，我们依托已经开展的计算机原理课程设计、数字系统课程设计、嵌入式系统课程设计等内容，要求相关授课教师提供实验素材，并由专业人员对其进行整理，最后在“实验云”体系下进行设计实现。所有的实验模块都部署到实验服务器上。
5.“实验云”初步建设成效
2012年底，我们顺利加入到“211工程高等教育公共服务体系（三期）中国教育科研网格二期建设项目”中，参与了其中“计算机科学与技术重点学科网格建设任务”，并负责其中的“计算机体系结构虚拟实验环境”建设任务。2013年9月，已经部署了10个“实验云”节点，支持10人以上在线硬件远程实验，并采用云机制，能够容纳更多的学生同时在线进行远程实验。
另外，在本科教学中，我们已经在包括计算机原理课程设计等在内的多门硬件系列课程中，使用了“实验云”系统。学生可以在宿舍、图书馆、教室、实验室等地方，通过覆盖全校的“无线教学网”，使用笔记本、PAD等终端，直接访问部署在中心机房的“实验云”环境，进行远程硬件实验。
6.结语
“实验云”计算机硬件实践平台，突破了传统计算机硬件实物实验的限制，同时具有实物实验和虚拟实验的优点，方便管理，使用便捷。
在未来的建设中，计划在ChinaGrid上部署更多的“实验云”节点，能够容纳超过1000人同时在线完成计算机硬件系列远程实验。
关键词：层次化计算机硬件实验课程体系；开放实验平台；项目驱动实践教学；過程式考评机制
文章编号：1672-5913（2013）03-0050-04
中图分类号：G642
计算机硬件系列实验课程主要从逻辑和应用两个方面对计算机硬件的基本原理、应用方法进行教学，其目的是在学生学习硬件抽象理论的同时，通過教师演示或学生亲自动手实验，直观地验证计算机硬件的基本原理和工作机制，培养学生在应用技能方面的实践创新能力。因此，计算机硬件系列实验课程在高校计算机教学中占据非常重要的位置。
1 问题分析
当前，计算机硬件实验课程教学主要存在以下几个方面的问题：
1）思想上“重软轻硬”。不少学生认为硬件实验课程只是验证计算机硬件的工作原理，对学习软件知识，进行软件开发没有帮助；或者认为硬件实验完成的多少无碍大局，因此在硬件实验课程上缺乏主动性。
2）实验教学内容陈旧。当今计算机硬件技术飞速发展，而硬件理论和实验教材均稍显落后，实验设备老化，实验内容陈旧，很多新理论新技术没有融入到实验课程中。
3）实验课程体系缺乏系统性和科学性的规划。由于计算机硬件实验课程包含了众多的基础知识、基本思想、基本方法，课程之间不仅存在前后衔接的层次关系，而且存在着相互渗透的交叉关系，计算机硬件实验课程之间和课程知识点之间内容衔接比较紧密。但各门课程的任课教师按照教学大纲独立授课，過分强调某一门课的完整性和独立性，忽略了课程之间的内容衔接和整体优化，内容重复的现象时有发生。加之有些课程的先修课并未放到培养计划中，造成前导知识断层，致使学生的硬件知识体系不系统、结构不健全、实验技能不全面，无形中给学生学习计算机硬件课程和软件课程制造了障碍，影响了学生的学习积极性。
4）对创新性实验认识不足。计算机硬件实验不能仅仅停留在通過基础类实验验证计算机硬件的工作原理这一最低要求上，还要通過综合类实验让学生完成一些综合性系统设计，更需要拓展视野，完成一些开创性的设计，培养科学探索精神和素养。
5）实验室的开放程度不高。目前国内多数高校的计算机硬件实验室为限制性集中管理，学生进行集体实验，不能满足学生个人实验需求，实验设备共享和利用程度不高。传统的实验教学存在时间和空间的限制等问题，这些都严重影响了硬件实验课程教学效果的提高和专业人才培养的质量，限制了学生完成硬件实验的能力，降低了实验兴趣。
6）缺乏科学的实验、实训成绩评价方法。计算机硬件实验、实训成绩過度依靠教师现场观察进行打分，导致实验指导教师工作量繁重，实验抄袭现象时有发生，缺乏统一评价标准，降低了考核成绩的公正和客观性。
针对以上问题，计算机教育专家们提出了许多计算机硬件实验课程改革创新性的建议，但多倾向于从某一侧面解决问题。计算机硬件实验教学改革需要统筹规划，兼顾课程体系、实验平台、实践模式和评价方法各个方面。
计算机硬件实验课程的重要性不言而喻，它对于培养学生实际动手能力、工程实践能力及开发创新能力具有特别重要的意义。随着电子技术和社会经济的发展，计算机科学与技术和电子科学技术相互渗透和融合，硬件软件化和软件硬件化日益普遍，尤其是ARM、SoC、SOPC等技术的出现，计算机软、硬件的融合日益显著和成熟，加强计算机硬件实验课程的建设、硬件课程体系新的实验平台的建设显得越来越重要和必要。为了培养创新型人才，有必要对计算机硬件实验课程体系进行更系统、更深层次的教学改革。
2 融合各门计算机硬件实验课程
传统的计算机硬件实验课程的主要任务是验证计算机的工作原理，以配合对应的计算机硬件理论课程，忽略了各实验课程间的融合性，而且课程内的各个实验之间的融合也不够紧密，而技术的发展需要软硬结合、软件硬化或交融。硬件实验课程教学任务不但要学生了解计算机结构、工作原理，而且要掌握计算机维护技术，能用硬件描述语言进行部件及应用系统的设计；结合软件知识，能够设计计算机应用系统。尤其是嵌入式系统的应用日益普及，应用范围迅速扩大，要培养学生综合设计能力。
因此，计算机硬件实验课程群应以“培养应用型、创新型人才，注重计算机实践能力培养”为核心进行建设。按照计算机科学与技术专业培养方案的要求，将课程群中各门课程的授课、讨论、实践、考核、教材等教学环节作为一个整体进行统筹优化，融合各课程的学习内容，形成一个完整的体系。这样就能使学生较容易地理解和掌握课程的重点内容，理解课程间的连续性，使所学的知识形成一个完整的体系。
按照培养方案，对课程群内各课程的安排顺序、授课内容、授课重点、授课计划等按照计算机科学与技术专业培养方案的要求和社会对人才的需求进行调整和整合，形成包含基础层、系统层和应用层的层次化课程体系（如图1所示，其中标*的课程为核心课程）。修订教学大纲，协调各门课程的内容，避免同一内容在多门课程重复讲授；适当引入新概念、新技术；注重课程之间的内容侧重和无缝衔接。
在基础层，讲授模拟电路和数字电路分析与设计，让学生掌握电路的基本知识和现代设计方法，能够设计一般的数字逻辑部件及简单的数字系统。在系统层，让学生掌握现代计算机组成结构、工作原理、实现方式和设计方法，能够再现和设计简单指令系统、CPU和完整的计算机硬件系统。在应用层，让学生掌握计算机应用系统（包括硬件电路、应用软件）设计方法，能够设计实际的嵌入式应用系统。
3 建设共享和开放的计算机硬件实验平台
当前，计算机硬件实验主要通過集体实验来完成。由教师布置，学生准备，在固定时间集中到实验室完成，最后提交实验报告。这种途径不能充分满足学生的个性化实验需求。
此外，一些实验室采用分散预约和集体实验相结合的实验方式，学生可以在任何地点、任何时间通過网络进入实验网站进行预约，提前准备实验内容，写好实验报告的“静态”（实验项目、原理、内容、设备等）部分后，再到实验室开始做实验；在实验過程中完成实验报告的“动态”（实验调试過程、出现的问题、解决方法、实验结果、分析等）部分。这种方式较为灵活，一定程度上提高了实验室的利用率和实验效率，但在实验资源有限的情况下依然不能解决供需矛盾。
近年来，利用多媒体技术、网络技术和虚拟现实技术进行虚拟教学和虚拟实验已经成为业内研究的一个热点。虚拟教学可模拟进行演示、探索、游戏。利用简易型虚拟现实技术表现某些系统（自然、物理、社会）的结构和动态，为学生提供一种可供体验和观测的环境。虚拟实验室概念是由美国弗吉尼亚大学教授William Wolf于1989年首先提出的，它描述了计算机网络化的虚拟实验环境，致力于构筑一个综合不同工具和技术的信息化、网络化的集成环境。在这个环境里，实验员可以非常有效地利用世界上分布的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源。利用虚拟现实技术构建基于网络的虚拟实验，将有效缓解很多院校在经费、场地、器材等方面普遍面临的困难和压力，而且开展网上虚拟实验教学能够突破传统实验对“时、空”的限制，无论是学生还是教师，都可以自由地、无顾虑地随时随地上网进入虚拟实验室，操作仪器，进行各种实验，有助于提高实验教学质量。
4 改革创新计算机硬件实验和实训
计算机硬件实验教材中对一些重要原理的有关实验大多是验证性的，即先通過教师演示，然后学生再现计算机硬件各个器件的工作。目前的计算机硬件实验仪器生产厂商多提供这种封闭性实验仪器，虽然利于教学，但是仅支持基础类实验，实验内容固定，实验目的单一，扩展性不足，不利于学生创新能力的培养。
针对以上验证性基础类实验的问题，综合类实验也纳入到了计算机硬件实验模式中。这类实验需要综合多个知识点，对所学内容的综合运用，一般作为考试型或课程设计实验项目安排，目的在于充分发挥学生的潜在能力，拓展思维空间，考查学生运用综合知识，进行规划、设计、组织以及调试运行的能力；也可以作为学生课外开放实验的选题项目，一定程度上满足学生开展课程设计和课外创新实践活动的需要。
对任何一所大学来说，本科教育始终是学校办学的主体和基础。在有条件的大学开展本科生科研，培养本科生的科研意识，鼓励本科生及早进入研究领域，是培养具有实践能力和创新能力的本科人才的一个十分重要的途径。因此，创新成为实践环节的更高要求，其实现途径成为实验模式研究的新课题。
5 建立完善科学的计算机硬件实验成绩评价机制
在高校计算机课程教学過程中，实验成绩是学生实践能力的综合反映，也是一个综合评价问题。在教学实验中如何科学地、合理地判定学生的实验成绩，有效地提高学生的学习主动性和积极性，发现和挖掘学生在教学实验中的潜能是从事实践教学的高校教师所探讨的课题。
计算机硬件实验成绩的评价不同于软件，需要结合具体的实验设备进行考核，其考核形式包括单项实验验收式、实验报告验收式、综合实验考试式等，考核教师的工作量巨大。考核過程中，成绩的评定人为因素较严重，過分依赖于考核教师。另外，实验考核中也存在抄袭现象，仅仅通過实验报告形式考核欠科学公正。因此，计算机硬件实验成绩的考核需要规范化、量化。
为了减轻考核教师的工作负担，可以用“优秀”“良好”“中等”“及格”“不及格”来分等级衡量。等级制成为首选的评定方法。但该评价标准较为模糊，而评价学生实验成绩的因素是多元的，并没有完全客观的标准，通常难以定量衡量。如果直接进行定量分析，如仅给出一个成绩，很难科学合理地反映学生的综合能力及水平，也就难以对其学习进行正确的评价。
指标制则对等级制进一步细化，将考核指标化，如表1所示。
可以进一步限定指标的分值比重和等级的分数范围，实现考评的量化。通過在线评测系统登记考评结果，实现对实验成绩的规范管理，可提高实践教学的指导效率，更准确及时地调整实验内容和难度，更有效地杜绝或减少互相抄袭，更客观公正地考核成绩，从而调动学生学习积极性，提高学生的动手能力。
关键词：EDA技术 计算机硬件 存在问题 优化措施
一、EDA技术的基本特征研究
现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力，具有开放式的实际环境以及丰富的元器件模型库等；硬件描述语言输入是EDA系统的主要输入方式，由于现代社会电子系统规模日渐增大，硬件描述语言输入逐步取代了之前传统的原理图输入设计方法，其优势在于能够进行逻辑综合优化，使设计者在比较抽象的层次上对设计的结构和内部特征进行描述。
二、传统计算机硬件设计存在的问题
（一）硬件设备短缺，开发周期较长
早期的计算机由于工作环境、硬件材料等方面因素的影响，随着时间的延长，计算机硬件设备的损耗量相对较大。为了保证计算机硬件设备正常运转，管理人员不得不花费较多的人力、物力和财力进行修复和管理。同时，受当时技术水平的制约，计算机硬件设备的开发周期较长，而对于相关专业的任课教师来说，从理论知识的学习到最终熟练进行知识的讲解，中间还需要经历长时间的计算机硬件设计分析和试验，因此，计算机硬件设备的周期非常漫长。而对于高校的计算机实验室来说，如果坚持与时俱进的进行计算机硬件设备更新换代，虽然能够保证各项计算机教学试验正常开展，但是高频率的计算机硬件设备更新必然会造成较大的经济压力，不利于高校的综合性建设；而如果长时间不进行计算机硬件设备的更新，又起不到教学应有的效果。
（二）硬件与试验脱节且不够系统化
计算机专业的硬件类课程是一门实用性很强的学科，学生不仅要掌握计算机系统设计的基本方法和理论知识，而且要学会计算机系统的设计技术和计算机的控制运用。但是从现阶段高校计算机硬件设计教学来看，许多高校专业教师仍然没有从根本上转变教学方法，课堂理论知识讲解的比重过高，学生独立思考和独立设计的时间偏少，由此导致计算机硬件的理论教学与实践相脱节。除此之外，即便是在教师的带领下开展了计算机硬件实验课程，由于缺乏规范化的组织和系统化的安排，学生的自主动手和实验能力也得不到有效的发挥，多数情况下只能按照教师所讲解的内容进行模仿设计，学生计算机应用能力和硬件设计能力没有得到真正的提高。
（三）教学内容相对固定，缺乏创新性实验
计算机硬件设备的设计要满足与当前社会的发展需要，这就要求其设计理念必须紧跟市场发展形势，不断的进行自我更新和完善。但是作为高校的一门学科，计算机硬件设计要受到多种因素的制约，例如其硬件开发不仅受高校实验室硬件设备的影响，还与实验人员的整体素质有关。而有些高校为了降低计算机硬件设计的开发成本，对某个实验室的设计功能进行了限定，这种方法虽然能够降低硬件设计成本，但是不利于实验室功能的延伸，并且专用实验台的故障率较高，后期投入维修的花费也大。因此，计算机硬件教学内容难以实现与时俱进的更新，缺乏创新意识，是制约其硬件设计的主要根源。
三、基本设计思想和EDA技术
开发利用EDA平台进行计算机系统部件及主机系统设计，其实质是利用运行在计算机上软件所提供的虚拟实验环境，设计人员利用该系统所提供的各种元器件和芯片仿真模型，根据实验需要设计逻辑电路，进行系统布线和调试运行。由于整个实验过程都是在虚拟环境下进行，因此可以反复操作和多参数调控，而不必担心系统设计的成本问题。同时，设计者还能随时进行存档，将当前设计的系统、线路进行保存，并在再次使用时随时调用。在此基础上，可以针对自己设计出的部件及系统进行编译、模拟仿真测试，以验证自己逻辑设计的正确性。课程设计结束后，可以将存储的设计图及结果提交给检查者。使用EDA技术，解决微指令时序控制时逻辑与非门电路比较复杂的问题：时序设计分一个周期完成一条机器指令或是二个周期完成一条机器指令，对于后者，时序控制逻辑就比较复杂。
四、基于EDA技术开展计算机硬件的优势
（一）提高学生自主学习能力，丰富课程内容
EDA技术的优势之一在于其应用范围的广泛性，在电子信息工程专业和计算机技术专业专业领域内，学生都需要进行不同深度的EDA课程学习。同时，EDA技术还是一门辅助教学能力较强的课程，学生在掌握基础的理论知识和熟练的EDA技术操作后，能够为继续进行相关方面的专业学习提供极大便利。例如，EDA技术要求学生动手进行线路设计和按照操作，对于提升学生的动手操作能力和团队合作能力有积极帮助。而今后学生在学习系统编程时，也离不开这两种能力。因此可以说，EDA技术对于丰富学生专业课程内容，提高学生自主学习能力有极大的帮助。
（二）弥补条件的不足，节约课程投入
以往的电子相关课程以理论讲解为主，学生虽然有机会参与到实践操作中，但是许多技术方面的问题得不到及r解决，容易影响下一步的知识学习。而EDA技术则能够在很大程度上避免类似问题：首先，EDA技术以计算机和电子技术为支撑，学生在教师讲解完相关的课堂知识后，能够立即在计算机上完成实践联系，包括设计电路、调整参数、系统运行以及模型分析等。其次，利用计算机上的这些仿真软件，能够随时进行设计修改和多参数调试运行，而不用担心成本问题。而在以往的实验室操作教学中，如果学生操作不当，很容易出现器材损坏、元器件丢失等问题，给实验室造成一定的经济损失。因此，EDA技术的使用，间接的节省了实验开发成本。
参考文献：
[1]易小琳，胡林青.计算机组成原理实践教程―基于EDA平台[M].航空航天大学出版社，2006.
1.1 注重理论知识传授，忽视实践能力培养
计算机硬件教学是一门实践操作性比较强的学科，在硬件安装和日常维护中体现比较冥想。然而在实际的教育教学中，很多教师往往墨守成规，没有根据硬件教学的学科特点采用灵活多样的教学方法。一方面，教师不重视硬件课程的教学，认为硬件教学在工作和生活中缺乏实际的应用价值，这样计算机硬件教学就变成了一种摆设，教师没有专心的教授。另一方面，教师理念落后，仅仅按照传统的教学模式进行理论知识的传授，忽视学生的动手操作能力，很多学生在学习了计算机硬件课程后不会打开机箱，不知道内存条在什么位置，学生只知道概念，只能纸上谈兵，连最基本的操作都不会。注重理论知识传授，忽视实践能力培养之后导致学生在走上工作岗位之后无法适应社会的需求。
1.2 教学内容落后，教育资源不足
计算机技术随着时代的发展和社会的需求而需要不断的提升和进步，无法取得计算机硬件的核心技术，就缺乏理论与实践的有效衔接。在实际的教育教学中，存在教学内容落后，教育资源不足的问题。一是教学内容落后，学生在学校学习的计算机硬件的相关知识，与现实工作和学习中使用的计算机硬件差距很大，学生所学内容和实际的应用脱节，无法学习到关于硬件设备的最新的技术和材料，这样学生就很难在没有知识储备的情况下解决实际问题，抽象、单调、枯燥、落后的学习内容也难以激发学生的学习兴趣。二是教育资源不足，很多学校在计算机实验条件方面存在教育资源不足的情况，例如设备相对落后，师资配备不足、创新环节缺乏等，这都导致学生在实际操作过程中缺乏实践能力和创新能力。
1.3 课程体系不健全，教学缺乏系统性
计算机技术的系统性较强，是由硬件技术和软件技术构成的庞大系统。在当前的教学中整体缺乏系统性，忽视教学内容和知识之间的有效衔接。一个问题是课程体系不健全，由于师资力量的不足和教学资源不足等特点，存在自身课程体系缺乏特色和忽视学生学习能力和学习特点等问题，存在课程名称种类繁多，但是变动性大，稳定性不强等诸多问题，另一个问题是教学缺乏系统性，计算机硬件技术和软件技术本应是一个完整的系统，知识内容是相互交叉和互补的，但是由于课程体系缺乏系统性，导致这些知识内容缺乏有效衔接，学生无法建立完整的知识体系。在教学过程中由于教学衔接不够，知识点重复、缺失现象严重，这些导致了学生对于计算机硬件的结构缺乏完整认识，学生缺乏持续学习的耐性、也缺乏学习的兴趣和积极性。
2 计算机硬件教学的实践策略
2.1 加强课程体系的建设
积极建设计算机硬件教学的课程体系，能够有效实现教育教学的实用性和创新性。加强课程体系的建设，可以从以下几方面入手：一是选择合适教材。二是加强实践课程的教学。在教学过程中，要将基础知识学习和实践课程学习结合起来，实践教学的内容可分为验证性实践、设计性实践、综合性实践三个方面，验证性实践是根据实验要求和实验步骤开始试验，测试所需数据，并验证数据的合理性和正确性，这是在学习基础知识之后走向实践的第一步，这是学生学习的基础；二是设计性实践，是通过学生通过将所学的基础知识运用到实践过程中，学生自行设计试验方面，形成初步的分析问题和解决问题的能力；三是综合性实践，即学生在炎症性实践、设计性实践的基础上，灵活的运用所学计算机技术创新性的进行学习的过程。
2.2 加强实践操作的训练
计算机硬件教学离不开实践教学，有效的实践操作能够培养学生的实际动手能力和分析问题解决问题的能力。因此，必须在实际的教学过程中，加强实践操作的训练。一是加强实践教学。教师布置若干实践任务，将班级同学分成若干小组，小组成员相互合作配合来进行实践操作，教师在实际操作过程中加以有效的指导，回答学生提出的问题，从而完成正常实践教学环节。二是走向社会参加实践。学校可以根据自身的情况，与电脑公司、相关部门签订校企合作项目，接手一些计算机维修维护的任务，初期可以由教师带领学生进行参观、维护，后期可以让学生独立的进行实践操作，使学生在不断的实践活动中学习到实践知识，同时还可以选派优秀学生到企业实习锻炼。
关键词：课程设计；项目教学；任务
计算机组装与维护课程设计旨在改变传统理论教学模式，遵照“教、学、做一体化”的教学理念，以项目为主线，采用“项目教学”“项目分解”“项目总结”“项目实训”的全新模式。学生在教师的指导下，以主体地位在完成一个个具体任务的教程中，理解概念，掌握知识，获得技能。完成每一个项目的过程就是理论知识的学习过程，并且每一个子项目都安排实训，加大学生的实践操作能力和动手能力，实训完成的情况可以反映出学生掌握知识和技能的情况，是理论和实践的完美统一。
一、课程设计理念与思路
本课程从技能型人才的培养目标出发，致力于培养学生的职业能力，通过合理的课程开发和实训安排，突出自己的特色，结合真实工作需求选择课程教学内容。
1.课程内容的设计
课程以台式机的硬件组装和操作系统、应用软件安装为主线，加上计算机硬件的知识、系统故障诊断、软硬件的维护等知识，丰富教学内容，完整知识结构。
课程以理论和实践内容为主，突出项目化教学特点，构建了九个较为详细的项目，包含理论讲解、实训内容以及技能达标水平。按照“熟悉计算机—组装计算机—配置计算机—安装软件—优化计算机—使用计算机—维护计算机”的主线进行教学的组织。
2.教学过程设计
教学过程以项目为基础，以实际的工作过程为主线，分成理论教学和实践教学环节。理论教学采用多媒体课件，配以实物展示台，加深学生的印象，同时通过网络，到一些著名的硬件网站，同步了解各硬件产品和部件的真实价格，真正做到理论联系实际。此外可与多家企业建立合作关系，通过校外合作企业，开展校企合作、工学结合，提高学生的实际操作技能。
二、教学内容的组织与安排
根据实际的计算机组装与维护相关工作岗位的工作内容，我们精心设计和安排了课程教学内容。我们将本课程分成两个大块，细化为小的教学模块，每个教学模块分成理论教学和实训两部分内容，相关的理论和实践合成项目，在项目实施的基础上让学生理解概念，掌握知识，获得技能，完成这些教学任务后，还要在期末完成一个综合实训。通过这样的安排，加强了学生的理论知识，提高了学生的实际操作能力，培养了他们的职业素养。
三、教学内容的选取和项目的划分
1.教学内容的选取
我们根据电脑组装与维护的实际工作岗位对学生知识、能力、素质的需求，结合理论知识和学生的可持续发展能力，选取了以下教学内容：微机系统概述、计算机硬件系统的组成、计算机硬件组装、BIOS的设置、硬盘的分区与格式化、操作系统的安装、应用软件的安装、操作系统的优化与维护。
2.项目的划分
项目一：微机CPU与主板的组装。子项目：1.1微机系统概述；1.2中央处理器（CPU）；1.3主板。实训：1.4微机CPU与主板的组装。
相关理论支撑：掌握主板的类型，掌握CPU的类型，掌握主板的安装与拆卸，掌握CPU与风扇的安装与拆卸。
技能目标：能识别计算机的各个部件，能选择合适的主板，能将主板固定在主机箱内，能选择与主板相匹配的CPU，能安装好与CPU相匹配的风扇。
项目二：微机整机的组装。子项目：2.1存储系统；2.2视听系统；2.3网络设备；2.4 I/O设备；2.5计算机的组装。实训：2.6微机整机的组装。
相关理论支撑：掌握主板的安装，掌握CPU和风扇的安装，掌握内存条的安装，掌握硬盘的安装，掌握扩展槽设备的安装，掌握外部设备的安装，掌握通电测试的方法。
技能目标：能安装好主板和CPU，能安装好内存条，能安装硬盘，能安装好独立显卡或声卡，能安装好独立网卡，能连接好各部件的电源，能连接好显示器、音箱、键盘、鼠标等外部设备，能通电测试通过。
项目三：BIOS的设置。子项目：3.1 BIOS的设置。实训：3.2BIOS的设置。
相关理论支撑：掌握BIOS的进入方法，掌握BIOS各项设置的含义和作用，掌握BIOS的保存和退出，掌握BIOS升级的方法之一。
技能目标：能进入BIOS设置主界面，能理解和掌握BIOS各选项的意义，能对各项内容进行设置和保存，能对BIOS进行升级。
项目四：硬盘分区与格式化。子项目：4.1硬盘分区与格式化。 实训：4.2硬盘分区与格式化。
相关理论支撑：掌握分区和格式化的原理和作用，掌握使用“PQ、DM”等软件进行磁盘分区和格式化的要点，掌握使用“管理工具”“Windows安装程序”等工具进行磁盘分区和格式化。
技能目标：能理解分区和格式化的原理和作用，能使用Windows安装程序硬盘进行分区和格式化操作，能使用Windows管理工具进一步对硬盘进行分区和格式化操作，能使用PQ软件对硬盘进行分区和格式化操作，能使用DM软件对硬盘进行分区和格式化操作。
项目五：操作系统的安装。子项目：5.1操作系统的安装。 实训：5.2操作系统的安装(Windows XP)。
相关理论支撑：掌握系统盘安装的步骤和要点，掌握用GHOST克隆安装的步骤和要点。
技能目标：能使用系统盘安装Windows XP操作系统，能使用GHOST盘快速安装Windows XP系统。
中图分类号：G642
摘要：根据国内外计算机硬件类实践课程教育的现状，分析传统计算机组成原理实验课程教学中的弊端，介绍南京大学计算机系对此门实验课的教学安排，从知识准备、具体实验内容设置和教学组织形式等方面，全面介绍计算机组成原理实验课程的内容和教学方式，并对教学效果进行总结。
关键词：计算机组成原理；CPU；FPGA；单周期；多周期
1 课程设计初衷
计算机组成原理是计算机专业重要的核心课程，在计算机专业的整个课程体系中起着承上启下的作用。熟练掌握计算机的结构和工作过程，不仅为计算机硬件的学习和研究打下基础，对从事软件工作的人也大有益处。
近年来，南京大学计算机系对国际一流大学计算机专业的相关课程进行了详尽的跟踪调研，调研结果表明，计算机组成原理实验课程设置一般都有两个不同的角度：一个是偏重软件的程序员角度，另一个是偏重硬件的硬件设计人员角度。偏重软件的实验课程一般是用高级语言和模拟器实现CPU，使学生能够更好地理解计算机底层的系统结构，提高程序编写和调试能力。偏重硬件的课程一般要求学生利用硬件描述语言，在FPGA上设计一个处理器系统。
国内传统的计算机组成原理实验的教学方式是做验证性实验，在固定的实验箱上，通过插拔一些连线，拨动部分开关和编制微程序等方式，和固定的硬件系统进行交互，从而了解计算机的内部结构。这一实验形式无法让学生深入理解计算机各个部件的具体硬件结构，也不能使学生很好地理解计算机底层的结构和系统软件之间的关系，更不能培养学生利用现代化的工具设计计算机硬件系统的能力。鉴于这些传统教学的弊端，国内部分高校在课程设置和教学内容上都开始借鉴国外一流大学计算机专业的做法，一部分高校已经率先利用EDA技术在FPGA上进行计算机单元部件的设计、并以系统搭建的形式来组织计算机组成原理的实验教学。南京大学计算机系从2007年开始了这一教学形式的尝试，经过几年的探索，已经形成了相对稳定的计算机组成原理实验课程的教学模式和教学内容。
2 课程知识准备
利用EDA技术在FPGA上实现一个处理器，需要学生有一定的知识准备。首先，计算机系在数字逻辑电路实验课程中，利用EDA技术在FPGA上进行数字逻辑单元电路的设计和简单数字系统的设计。其次，在计算机组成与系统结构课程中，学生深入学习MIPS体系结构的指令系统，单周期、多周期以及流水线结构CPU的数据通路。计算机组成原理实验课程在这些课程的基础上，从设计CPU内部的单元电路开始，逐步进行MIPS体系结构的完整CPU的设计。
3 课程设置
课程内容的安排主要分为3大部分：部件级实验、简单CPU实验和大型作业。
3.1 部件级实验
在CPU的硬件电路设计中，涉及许多简单的单元电路，如选择器、译码器、触发器等，这些内容在数字逻辑电路实验课程中已经很熟悉了，在本实验课程中，主要是安排CPU内部其他重要的功能独立部件的设计，如存储器、寄存器组、桶形移位器和ALU等。
3.1.1 存储器的设计及测试
存储器是计算机系统的重要组成部分，用于存储指令和数据。指令存储器和数据存储器可以分开设计，也可以只设计一个既存储指令又存储数据的存储器。存储器有读和写两个端口，读存储器时，可以使用时钟进行触发，也可以不使用时钟进行触发。写存储器时，一定需要有时钟进行触发才能将数据写入存储器中，时钟的上升沿和下降沿都可以触发存储器的写操作。
存储器实验的主要内容，是让学生掌握存储器的接口及控制信号的功能和使用，学会各种存储器的设计及测试，特别要掌握存储器的工作时序，这在单周期CPU设计时特别重要。单周期CPU需要在一个时钟周期内完成一整条指令的执行，而在这一个时钟周期内，CPU有可能会两次访问存储器——读指令和存储数据，如果存储器设计不合理，在一个时钟周期内是无法完成一条指令的。对于多周期和流水线CPU，一条指令需要多个时钟周期才能完成，对存储器时序的要求相对小一些，这时可以灵活应用方便读写的存储器结构。
3.1.2 寄存器组的设计
寄存器是CPU内部暂存数据的空间，速度最快，使用也最为频繁。MIPS体系结构的CPU内部寄存器，是一组由32个32位的寄存器组成的通用寄存器组。仅从寄存器组的外部特性来看，MIPS结构的寄存器组由无差别的32个32位寄存器组成，任何条件下均可访问寄存器组中的任意寄存器。但是，为了简化CPU的结构，MIPS体系结构寄存器组的0号寄存器的值被设置为恒“0”，只能读出，不能写入。
MIPS指令集中一条指令（R型）最多同时对三个寄存器进行操作：两个源寄存器和一个目的寄存器。R型指令执行过程中，需要读出两个源地址寄存器中的内容，经过运算后再写入目的地址指定的寄存器，由此可以得出MIPS体系结构的寄存器组至少需要两个输出端口和一个输入端口。32位宽的寄存器是由4个字节组成的，寄存器组可以仅对某个寄存器的某个字节进行写操作，因此寄存器组还需要一个4位的写使能控制端，分别用于控制4个字节的写操作。
3.1.3 桶形移位器
在MIPS的指令集中，有一些移位指令，要求对某寄存器中的数据一次性移动数位。如果用移位寄存器来完成这一移位操作，就需要多个移位周期才能完成一条移位指令，工作效率太低，显然不能满足快速CPU的要求。
桶形移位器是一个组合逻辑电路，移位位数可以在0～31位之间自由设置，移位方式有逻辑左移、逻辑右移、算术右移和循环右移4种。因此，桶形移位器的输入端有32位的待移位数据输入端、5位移位位数输入端和2位移位方式控制端；桶形移位器输出一个已经经过移位的32位数据。
3.1.4 ALU设计
ALU是CPU中负责运算的电路，通常ALU只实现算术运算和逻辑运算，但是，MIPS指令系统要求一些特殊指令也在ALU中完成，如LUI（置高位立即数）、SEB（字节扩展）、SEH（半字扩展）、SLT（比较置数）、CLZ（计算前导0）和CLO（计算前导1）等。经过对MIPS指令系统进行详细的分析，MIPS体系结构的ALU要执行15种不同的运算，ALU具体的操作及编码如表1所示。此外，为了简化后续电路和扩展CPU功能，在ALU电路设计时，其输出端也产生和保留了一些通常ALU没有保留的信号，如溢出信号、进位信号和是否小于信号等。
3.2 简单CPU设计实验
3.2.1 单周期CPU设计实验
所谓单周期CPU，是指所有的指令都在一个时钟周期内完成的CPU结构，单周期CPU的指令执行过程和硬件结构都相对简单。理解单周期CPU的工作和设计原理，对于理解多周期CPU和流水线CPU都有很大帮助，因此，学习设计CPU从单周期CPU人手是非常合适的。
该实验要求完成一个单周期CPU的设计，此CPU能完成表2中的指令，这些指令包含R型指令、I型指令和J型指令，为了使单周期CPU的结构相对简单，实验中没有加上移位指令和存储指令。
处理器的设计涉及数据通路的实现与控制逻辑的设计，能够执行以上16条指令的单周期CPU的数据通路如图1所示。
3.2.2 多周期CPU设计实验
单周期CPU的指令周期长度，必须满足执行时间最长的指令周期长度。实际上，大部分的指令执行周期都很短，这就导致了单周期CPU的效率低下。多周期CPU是将每条指令分成几个时间相同的执行阶段，每个阶段执行特定的操作，执行时间长的指令就执行多个周期，执行时间短的指令就使用相对少的几个周期，这样就提高了指令执行的效率。
多周期CPU除了要完成上述所有单周期CPU需要执行的指令外，还增加了表3中的4条指令，这些指令包括逻辑移位指令和存储器访问指令。
观察多周期CPU可执行的指令，它比单周期CPU可执行的指令多了逻辑移位指令和存储访问指令，因此，多周期CPU在结构上比单周期CPU多了桶形移位器和数据存储器。另外，多周期CPU执行一条指令时需要多个时钟周期，只有在指令的运算周期，才会用到ALU，在其他周期ALU是空闲的。为了简化硬件结构，在ALU空闲期间可以用它来计算下一条指令的地址，这样用于计算下条指令地址的加法器就省略了。和单周期CPU相比，多周期CPU的控制信号也相应的有所增加，多周期CPU的结构图如图2所示。
3.3 大型作业
进行了单周期CPU和多周期CPU的设计训练之后，同学们具备了一定的CPU设计基础，有了设计相对复杂的CPU的知识储备。在学期的后半段，我们会布置大型课程设计作业，作业内容包括MIPS体系结构5级流水线CPU的设计，或是ARM体系结构CPU的设计，我们也鼓励同学们自己设计指令系统，并能够设计出可以执行这些指令的CPU。
大型作业要求同学们分组完成，每组2～4名同学分工合作，这样既减轻了他们的工作量，又锻炼了他们协同合作的能力。
4 教学效果
自2008年秋季学期开始，我系在计算机组成原理实验课程中采用了用EDA技术在FPGA上进行CPU设计的教学方式。通过对CPU设计的学习，同学们加强了对于计算机硬件结构的理解，增强了数字系统设计的能力。在有些设计阶段，同学们的设计超出了教学讲解的范围，他们通过讨论、查询网络和查阅图书资料等方式解决问题，增加了他们的自学能力和搜集利用资料的能力。部分同学因此对CPU的设计产生了浓厚的兴趣，有些同学设计了包含MIPS所有整数指令的五级流水CPU，还有的同学设计了ARM 11结构的处理器，并在此基础上增加总线及总线接口、PS/2接口、VGA接口等部分，接上键盘和显示器，就构成了一整的计算机硬件裸机，然后又用已经实现的指令编写了游戏软件，实现了在自己设计的机器上玩自己设计的游戏的梦想。也有同学将设计的系统作为作品参加了相关的设计大赛，获得了很好的名次。
5 结语
经过5年的教学实践，计算机系证明了在计算机组成原理实验课程中，指导学生利用EDA技术在FPGA上实现—个CPU在教学安排上是可行的，相关实践取得了很好的教学效果，为学生的研究和学习增加了—个可选的方向，对我国硬件人才的培养也非常有益。
参考文献：
[1]袁春风，张泽生，蔡晓燕.计算机组成原理课程实践教学探[J].计算机教育，2011（17）：110-114.
[2]王帅.美国一流大学计算机组成与系统结构实验课程研究[J].计算机教育，2011（17）：115-118.
[3]李山山，全成斌.计算机组成原理课程实验教学的调查与研究[J].计算机教育，2010（22）：127-129.
关键词：硬件平台；集成；网络化管理
作者简介：王桃发（1965-），男，福建东山人，漳州师范学院计算机系，讲师；黄茹芬（1963-），女，福建漳州人，漳州师范学院计算机系，副教授。（福建?漳州?363000）
基金项目：本文系漳州师范学院院内资助项目“嵌入式CPU中断系统设计与仿真”（项目编号：SK09001）的研究成果。
中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）23-0086-02
一、计算机硬件实验
计算机硬件实验包括基础实验和专业实验两大部分，主要有数字逻辑、计算机组成、接口技术、计算机体系结构、单片机、SOPC、嵌入式系统等。
高等教育正在由知识型向能力培养为中心的教育进行转化，而专业能力的培养离不开实践教学活动。[1]计算机科学与技术是一门技术科学，有科学的成分，不过工程技术的含义更多。但是，目前国内高校计算机专业的课程设置大多“避硬就软”或者“硬件软化”。
二、计算机硬件实验平台现状
国内绝大多数高校都招收计算机科学与技术专业的学生。硬件实验平台普遍存在平台本身功能单一，平台利用率、实验室利用率和实验室管理人员效率低等几个方面的问题。
1.实验技术相对落后
多数高校仍采用传统的中小规模集成电路作为平台的主要元件，[2]这样的实验平台只能完成简单的验证性实验，无法支持综合性实验，更谈不上创新性实验。而且这样的平台插接不良的现象时常发生，影响实验者的判断，增加了指导教师的工作量，也耽误了许多时间。
2.实验平台利用率低
目前，大多数高校采用一课一平台的方式实现实验教学，某具体平台的使用一般仅限于该课的开设学期，一旦该门课程结束了，与之相关的实验平台也就不再使用了。这种硬件教学实现模式增大了学生学习使用不同平台的负担，同时也造成知识掌握不牢固、学艺不精；对单个学生而言，大学四年使用某具体平台仅有若干次（与实验教学大纲有关），自然办学的成本也就高了。
3.实验室利用率低
通常每个平台需要一个上位机（正常为PC机），因此一个类型的平台就需要配置一个实验室。以56个学生位为例，除平台之外，目前配置一间实验室的实验教学环境大约需要花费人民币45万元（含机、学生桌椅、投影、扩音、局域网等），还需要一间面积在110～120m2之间的房间。假设集成平台同时支持6门硬件实验课程，则按照当前物价估计直接可节约人民币约225万元，减少实验室面积约600m2，每年可节省维护、工资费用约20万元。
4.实验室管理人员工作效率低
每个管理人员负责的实验室数量是有限的，实验室的数目越多，要求配备的工作人员就越多；实验平台的技术水平越低，集成度越差就越容易损坏，维护的工作量就越大。同时，社会对高校的认可程度也就降低了。
三、计算机硬件实验平台集成
所谓实验平台集成就是指设计出这样的平台——可以支持多门课的实验，包括验证性、综合性和创新性实验。
1.平台集成的必要性
作为计算机专业方向，各门课程之间既相互区别又相互联系，如何做好它们之间的衔接[3]是一门艺术，从理论教学到实验、实践教学，是值得广大计算机教育者深入研究的大课题。如上所述，由于技术水平和观念两个方面的因素，就实验教学而言形成了目前松散的局面。从提高实验成功率、增加实验类型、增加知识一致性来看，平台集成非常有益；从减少硬件投入、减少试验室面积、降低办学成本来看，首选的应该是平台集成；从减轻试验室维护工作量、提高设备使用率、提高实验室管理水平上看，平台集成十分必要。
2.平台集成的可能性
由于新技术的出现，计算机硬件实验平台集成是可能的。借助于EDA技术[4]，数字逻辑、计算机组成等硬件实验均可以由同一个平台支持。
3.平台集成的实现
计算机硬件集成平台在物理上表现为核心电路加上适量电路。它需要软硬两个方面的支持，主要依赖以下几个因素：硬件描述语言与仿真、CPLD/FPGA、IP核[5]、扩展电路。
硬件描述语言发展至今有近30年历史，特别是VHDL和Verilog HDL，先后成为IEEE标准，它们可以方便地应用于电路设计建模、仿真、验证、综合等不同阶段。而CPLD/FPGA器件是平台集成的物理基础，它们包含可编程的逻辑阵列，甚至内嵌存储单元、锁相环等模块，支持JTAG协议，可以方便地嵌入逻辑分析仪、产生状态机、产生CPU等。对于一些硬件课程，IP使得平台适应范围更广、升级更简单，比如从51单片机[6]升级为PIC单片机。除了核心CPLD/FPGA器件之外，少量电路是必需的，比如AD/DA 芯片、LCD驱动电路、交流/直流微电机驱动电路等等。
四、集成平台网络化管理
所谓集成平台网络化管理就是借助网络，学生做实验时不必进入实验室，也不受时间限制。他可以提交各种不同类型的实验代码（包括课程设计和毕业设计），实验平台通过网络返回实验结果。实验过程中学生有疑问时由相应的实验指导教师以任何可能的方式给予解答，如实时在线、实验课后集中解答等。
1.集成实验平台网络管理的必要性
摘 要：随着云计算时代的到来，教育领域面临着一次革新，将教育和云计算技术相融合是新时代下必然的结果。为此，主要阐述了基于百会的大学计算机基础课程设计。
关键词：云计算；大学计算机基础；教学；实践
中图分类号： G4 文献标识码：A 文章编号：16723198（2014）17012801
1 云计算
云计算是一个新兴的术语，很多技术还处在起步阶段，目前还没有确切的定义，它涉及的范围非常广泛。云计算的程序和数据不再运行和存放在个人台式计算机上，可以托管到“云”中，利用个人电脑或便携设备，经由互联网连接到“云”中，能够让你从世界上的任何地方访问你所有的应用程序和信息服务，不再受到桌面的限制，这是一个由云计算启动的全新的协同计算的世界。
2 大学计算机基础
随着信息技术的高速发展，熟练掌握计算机应用能力已经成为人们胜任本职工作以及适应社会发展的必备条件之一。作为新时代的大学生，必须掌握计算机基本知识和操作技能。大学计算机基础是高等学校必开的公共基础课，计算机与信息技术的应用已经渗透到几乎所有的学科和专业，非计算机专业的学生不仅应该掌握计算机的操作使用，而且还要了解计算机信息处理的知识、原理与方法，才能更好地促进自己的专业学习与工作。
目前，高等院校非计算机专业的计算机教育分三个层次教学：第一层学习计算机基本知识和基本操作，侧重于计算机操作能力的培养；第二层是计算机技术基础，包括程序设计、网络应用等，侧重于利用计算机分析和解决问题能力的培养；第三层是计算机应用，结合自己的专业进一步深化学习。本文探讨的是针对第一层教学，以培养计算机操作使用能力为主要目标，培养大学生的信息素养。
3 大学计算机基础课程设计
大学计算机基础整个授课过程主要分为理论教学和实践教学两大部分内容，其中理论教学又分为三部分，包括计算机硬件的教学内容、计算机软件的教学内容和互联网络技术的教学内容。实践教学主要是指让学生在上机过程中掌握教学大纲中要求掌握的软件操作。
3.1 理论教学
计算机硬件是计算机系统中所有实物装置的总称。从硬件体系结构来看，计算机硬件系统采用的基本上还是经典的冯・诺依曼结构，即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成。计算机软件主要包括Windows操作系统和办公软件OFFICE的使用。互联网技术主要包括计算机网络硬件、计算机网络软件以及信息安全。
利用百会维基呈现教学内容，让学生能够了解教学大纲以及各种与课程相关的信息。有了云计算技术，学生可以随时随地利用各种上网设备登陆百会网利用百会维基查看需要了解的相关信息。随着信息技术地不断发展，智能手机已经成为了主流。利用智能手机便可方便地查看自己需要的信息，使用起来很方便。
利用百会文档免费在线建立、撰写、存储和分享文档。运用百会文档的这个功能可以实现网上提交作业，打破了传统的作业上交模式，而且还节约了纸张，为节约国家资源贡献了一份力量。与此同时，教师批改作业的模式也发生相应的转变，不再是拿着红笔进行批改，转变为网上批改，批改完后能够及时通过百会文档反馈给学生，提高了工作效率。
百会聊聊可以实现师生间的及时交流互动。学生在学学计算机基础的过程中碰到问题的话，可以通过百度或谷歌等网站寻找解决问题的方法，但是在整个过程中缺少互动或者互动所需要的时间太长。利用百会聊聊，就能在学生之间或者学生与教师之间形成及时对话，从而缩短了解决问题的时间。
3.2 实践教学
大学计算机基础课程由原来的要求掌握Windows XP和Office 2003转变为Windows 7和Office 2010。要求学生熟练地掌握Windows 7操作系统平台，重点是文件系统管理以及控制面板中硬件、软件的管理。学习Office2010的强大功能，熟练掌握字处理软件Word2010、电子表格处理Excel 2010和演示文稿Powerpoint 2010的使用方法。Word2010要求掌握文稿编辑和图文混排，Excel 2010要求掌握数据输入与编辑和数据管理与图表化，Powerpoint 2010要求掌握编辑演示文稿和演示文稿的美化与放映。如果单纯的按照教科书上的操作步骤进行讲解，难免会让学生产生一种枯燥无味的感觉，从而降低了学习兴趣。在实践教学中，应该采用案例教学，打破传统的就知识讲知识的教学方式，将各知识点与操作技能恰当地融入到各任务中，激发学生的学习兴趣。把Word2010的操作讲解与每个毕业生要写的毕业论文的撰写相结合，让学生既掌握了Word2010的操作又与实际的应用联系起来，当然会让学生觉得有用。Excel 2010的讲解可以与单位的工资表的统计以及相关操作相结合，让学生切实感受到Excel 2010的用途。Powerpoint 2010的讲解可以以设计一个寝室PPT大赛为案例进行相关操作的讲解，让学生在轻松的氛围下掌握Powerpoint 2010的主要操作。
把Windows 7和Office 2010的实践教学和云计算相结合，能让学生的学习变的更为得心应手。大学计算机基础这门课程除了要求学生掌握应有的计算机基础操作外，还要求学生参加大学计算机等级考试。可以利用百会维基给学生提供相关的大学计算机等级考试大纲以及教学大纲等。利用百会文档分享教师上课所用的演示文稿，便于课堂上未来得及掌握的学生在课外进行进一步的深入学习。学生上交大学计算机基础的作业也是通过百会文档进行。很多大的作业无法在课堂上及时完成，需要学生利用课外的时间进行，一旦完成便利用百会文档进行提交，操作方便。利用百会聊聊能够实现学生之间或者师生之间的及时交流。利用百会论坛可以将每个学生觉得有用的知识上去，便于大家共同提高。
4 结束语
将大学计算机基础和云计算机技术相结合中，是信息化时代下科技不断发展的必然结果。在教学中运用云计算技术能够有效地整合教学资源，提高教学效率，是对教学方法的创新。不久的将来，云计算技术将被广泛地应用到教育领域当中，在未来的几年将迎来更大的高峰，创造出更大的价值。
参考文献
[1]杨宁，柴利萍.“云计算"形势下计算机基础教学内容探讨[J].技术与市场，2012，19（9）：153154.
[2]林瑜华.云计算环境下高校实验教学模式的创新与实践[J].实验室研究与探索，2011，30（8）：271274.
[3]黎加厚.云计算辅助教学[M].上海：上海教育出版社，2010.
关键词:计算机专业;课程设计;课程群
中图分类号:G642 文献标识码:A
1引言
计算机专业是一门实践性非常强的专业,不仅要求从业者具有扎实的理论知识,更要求从业者具有较强的应用能力和实践动手能力。基于此,我国各高校在制定计算机专业的教学培养方案时都配置了一定数量的实践环节,希望以此加强学生在程序设计方面的实践能力,但效果并不理想。
教育部高教司2006年一项调查显示,自2002年以来,高校计算机专业大学生初次就业率连年下滑,成为大学生就业市场上一大问题,并受到社会各方面的普遍关注。
在计算机人才供需两旺的情况下,计算机类专业毕业生就业出现困难,其实质不是人才过剩,而是高校教育和企业要求不匹配,由此造成大量计算机专业毕业生难以胜任企业工作需求,进而出现毕业生难以就业,企业适用人才难求的局面!
这种局面的产生,其主要原因在于长期以来,实践教学在高校课程体系中一直处于从属的位置,传统的计算机专业高等教育注重理论型、研究型人才培养,但在应用型人才的培养上存在层次单一,教学内容滞后,理论与实践严重脱节的情况,课程设置陈旧,设施落后,大多数毕业生理论有余,岗位需要的专业应用技术相对不足。
要想改变这种现状,计算机专业教育就应该提倡素质教育,注重能力培养,提高高校实践教学的质量,培养学生的实践能力和创新能力,从而提升学生就业力。
2现状
实践性教学是指为配合理论教学,培养学生分析问题和解决问题能力,加强专业训练和锻炼学生实践能力而设
置的教学环节。目前,高校计算机专业现有的实践教学环节包括课程基础实验、课程设计、实习和毕业设计或毕业论文环节。
基础实验属于基础性实践活动,着眼于学生的基本动手能力训练,帮助学生理解、掌握基本原理,学习和掌握计算机基础实验操作技能、实验方法、计算机常用软硬件的熟练使用、编程与设计等。
课程设计属于提高性实践活动,着眼于学生的综合应用知识能力训练,针对特定问题进行设计、实现,从而实现一个小型综合性系统,帮助学生提高综合应用专业知识、解决实际问题的专业技术能力。
实习一般分为专业认识实习、操作实习、生产实习和毕业实习四个阶段。他主要是针对不同专业特色、不同年级学生专业需要开设的具有针对性的实践活动,有助于学生系统理解本专业知识,提高综合应用能力。
毕业设计与毕业论文是对学生整个本科阶段学习情况的综合检验,是学生综合能力的体现。
计算机专业的专业课程通常都设置基础实验,学生在基础实验中按照教学内容,分章节进行基础技能的训练。但由于各章节相对独立,学生验证的只是一个个独立章节的知识,而不能从总体上掌握课程内容,更无法综合运用所学知识解决应用问题。
课程设计主要是针对专业的核心课程,如“数据结构”、“面向对象程序设计”、“数据库原理”、“软件工程”。这些课程都设置相应的基础实验环节。课程设计的主要目的是在基础实验验证所学的基础上,培养和提高学生的综合运用能力。课程设计的时间通常为一周,设置在学期末进行;设计内容主要针对课程独立进行,常见的方式是由教师命题,学生自由选题,针对特定问题进行设计、实现,从而实现一个小型综合性系统。
计算机专业的课程相关性较强,实现一个系统常常需要几门课程的综合知识。而课程设计往往是随课程学期进行的,相关课程被安排在不同学期,学生在短时间内无法充分领会和掌握相关知识而导致时间浪费,达不到预期要求,效果不甚理想。
近年来,随着各高校教学的改革,实践教学的重要性得到重视。但由于实践教学理念落后,长期以来实践教学仅被看作是一种辅教学,在知识和能力的培养中,侧重于知识;在思维能力与动手能力的培养中,侧重于思维能力。这种目标定位造成了目前实践教学重实践结果,轻实践过程;重知识巩固,轻能力培养的状况。
课程设计是计算机专业重要的实践教学环节,对于培养和提高学生的综合技能至关重要。本文针对计算机专业课程设计的现状,经多年的探索和改进,实行了一种基于课程群的集中实践模式――专题训练。该模式主要从课程群组织规划、课程群实践管理以及实践验收几个方面进行了新的尝试和实践。这种模式兼顾课程间的连续性和应用性,从实际应用考虑制定实践方案,针对性强,组织合理,教学效果明显。
3基于课程群的集中实践模式
基于课程群的集中实践模式将相关课程尽可能安排在同一学期或相邻学期,保证学生在融会贯通课程体系的基础上进行综合应用。实践活动时,由相关课程的多位老师同时指导,实践时间通常是2～4周,保证学生在知识连贯性、指导多元化、时间充分的条件下锻炼和提高自身的实践动手技能。
3.1课程群组织规划
课程群组织规划针对计算机专业的主干课程进行,充分考虑课程的连续性和应用性:
(1) 将“程序设计基础”、“数据结构”、“面向对象程序设计”、“Java程序设计”、“C#程序设计”等语言类课程划分为一个课程群,学生在系统了解面向对象程序设计、数据结构的理论知识基础上,通过C、Java、C#语言的系统学习,在第七学期开展为期两周的语言类专题训练,重点训练学生的程序设计能力。由相关课程的老师集体指导,保证理论和编程提高的有效性。
(2) 将“数据库原理”、“高级数据库编程”等数据库类课程划分为一个课程群。学生在系统了解数据库应用的理论知识基础上,通过具体数据库平台的应用技术学习,在第七学期开展为期两周的数据库类专题训练,重点训练学生的数据库的应用能力。由两门课程的老师集体指导,设计、实现一个基于特定平台的实用的小型管理信息系统。
(3) 将“软件工程”、“软件测试”、“信息系统案例”、“软件项目管理”等工程类课程划分为一个课程群。学生在系统了解软件工程的理论知识基础上,通过软件测试、信息系统案例软件项目管理等实用类课程的应用学习,在第七学期开展为期两周的软件工程类专题训练,重点训练学生的软件分析、设计、实现、测试能力。由相关课程的老师集体指导,严格按照软件系统的用户需求分析、方案设计、系统详细设计、系统实现和系统测试等几个步骤来规划、设计、实现一个软件系统,并书写相关文档,实现理论和实践的高度结合。
(4) 将“微机原理与接口”、“嵌入式系统概论”、“嵌入式操作系统”、“嵌入式程序设计”等硬件应用类课程划分为一个课程群。学生在系统了解计算机硬件接口和嵌入式应用原理的基础上,通过硬件编程的应用技术学习,在第七学期开展为期两周硬件应用类专题训练,重点训练学生对计算机硬件和嵌入式应用的分析、设计和实现能力。本课程群集中实践可以针对嵌入式硬件实现,也可针对微机硬件接口实现。
基于课程群的集中实践专题训练统一安排在第七学期,目的是将大学四年所学的理论知识系统化、分类化、实践化,提高学生的实践技能,提高学生的就业储备值。考虑到此时学生的就业需求和企业需要,也可将四个专题训练进行有机整合,或者和企业定制、企业实训课程进行学分置换,方便校企合作。
3.2课程群实践管理
以下从实践组织,实践管理,实践设计等几个方面进行具体阐述。
(1) 实践组织
专题训练的设计题目由指导教师结合自己的科研项目以及课程内容给出,并公布于校园网。实践之初,学生根据学习兴趣和选题难度自行选题并组成开发团队小组。实践过程中,学生统一在专业实验室集中实践,由相关课程的多名教师带队指导,每天都有教师值班答疑。集中进行专业训练既方便学生讨论、交流、答疑,又方便指导教师充分地把握实践情况,并给予具体指导。
(2) 实践管理
专业实验室全天开放,每天八小时工作制,晚上可以加班加点,专心设计项目。
研发阶段模拟软件企业的研发流程。研发时,每个学生研发小组安排组长一人。组长组织成员进行项目调研、模块划分与任务分工、接口的确定、进度的监督与协调、集成测试等。
实践期间安排不定期抽检和中期检查环节。指导教师按照专题训练最初制定的任务要求及日程安排检查实践进展,针对学生研发过程、研发进度、研发难题及研发组织等给予监督与指导,一旦发现偏差,及时纠正,将错误消灭在萌芽状态。抽检和中期检查结果以文档形式留存,作为成绩考核的一部分计入总成绩。
实践期间及时进行项目总结。每天规定一个时间,将同组学生集中起来,针对当天完成的任务进行总结,交流自己的想法,提出存在的问题,集体讨论,这样就能够做到日日有收获,天天有提高,从而锻炼自己的实战水平和组织经验,小组项目小结以日志的形式记录,开发结束后整理写入实习报告。
(3) 实践设计
实践任务采用项目驱动,实践题目一般是指导教师横向或纵向科研项目,或使用某企业已完成的项目案例。这样,学生在校内既可进行初步的客户调研和需求分析,同时也具有较强的推广价值,为将来的职业奠定基础。具体实施如下:
专题训练主要分为三个阶段:
第一阶段是答疑式讲座。由于专题训练集合了相关的几门课程,有的课程是以前学过的,学生会遗忘。为了使学生更好地理解和掌握任务的基本原理以及后续的应用技术,指导教师在专题训练之初会采用答疑讲座的方式,详细介绍任务的基本原理、企业软件项目开发的基本流程、开发规范和开发过程中要注意的事项。
第二阶段是案例分析。针对专题训练给出的项目题目,提取几个有针对性的案例进行分析讲解,使学生了解软件系统生产的基本过程、方法及开发技术。
第三阶段是实际研发。让学生自己动手综合运用前面指导老师所讲到的知识,完成一个中小型项目的开发任务。
3.3课程群实践验收
专题训练最终成果包括系统软件、系统技术文档以及用户操作手册。
考核是检验实践成果的主要手段,科学、合理的实践考核对于促进教学质量,全面把握学生的学习效果,提高
学生的学习积极性、主动性,改进教师的教学方法都有着重要的意义。考核也是一个较难把握的环节,既要考核学生的独立编程能力,也要考查其团队协作精神,同时还要考虑其组织能力、表达能力、文档编写能力、纪律性等内容。为了客观科学地评价学生的实际效果,我们实行分阶段考核,各阶段成绩综合在一起构成最终集中实践成绩。成绩由平时表现、中期检查(抽检)、实践答辩和实践报告四部分组成。其中,平时表现占总成绩10%,中期检查(抽检)占总成绩10%,实践答辩占总成绩40%,实践报告占总成绩40%,汇总后总成绩以等级表示。
中期检点考察其开发进度,内容包括调研程度、开发平台及环境的选取是否合理、需求分析是否充分,开发进度安排是否合理、是否有延迟等。
答辩重点考察软件功能、实现的难易程度、技术含量,界面友好性等。具有创新性的作品,适当加分。答辩流程为组长汇报软件的设计思想、主要技术、任务分工等情况,并演示软件,指导教师提问各位成员所设计的模块。老师根据项目完成效果确定这个组的等级,按照工作量大小再确定组内各成员的等级。
实践报告以小组为单位上交,重点考察其规范程度,文档是否齐全,书写是否认真等。
4结束语
实践教学是高等学校创新教育的一个重要环节,实践教学体系的改革不容质疑。计算机专业课程设计作为实践教学的一个重要环节,是在基础实验基础上的一个提高实践环节。经过实践证明,将主干课程集合成群,按课程群设计集中实践,并辅以严格的组织和管理,学生的计算机应用、软件开发等综合技能普遍提高,实践效果明显,保证了实践环节的教学质量。
参考文献:
[1] 张建臣. 高等院校计算机学科实践教学的探索与改革[J]. 现代企业教育,2006(21):17-18.
[2] 黄传河,黄建中,吴黎兵. 计算机专业实践教学体系与方法设计[J]. 计算机教育,2007(22):87-89.
[3] 黄贤英,李玉桃. 构建面向岗位的计算机专业教学体系和教学模式[J]. 重庆工学院学报,2007(11):175-177.
[4] 郑光勇,徐雨明,眭仁武. 计算机专业课程体系设置与教学改革[J]. 大众科技,2006(7):146-147,149.
[5] 万臣,谢芳,胡泉. 计算机专业程序设计课程群的建设与研究[J]. 合肥工业大学学报,2009(1):33-36.
The Exploration and Realization on Centralized Practical Mode Based on Course Group
LU Ying, TANG Xiao-jun
(Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China)
关键词 计算机专业 实用型人才
计算机专业毕业生工作难找是我国目前计算机教育首要问题，按当今互联网的全面普及网络交易平台的火爆形式来看，计算机专业的学生找工作应该并不难，实际上形成工作难找的主要因素有以下几点：
一、高校专业教育与社会需求发展脱节
高等教育在计算机科学理论研究与知识推广方面有比较好的优势，但对于社会需求的应用型人才的培养上却有些单一。我所感受到现状是大部分计算机专业的毕业生动手能力尚可，但他们仍缺乏实际应用程序开发以及对计算机硬件修复能力，由于有的学生接触社会晚，不了解社会计算机专业的实际人才能力的要求，而不能很好地将本专业技术的知识真正应用到生产工作中。
我们如今吧不论是生活还是学习，工作都离不开计算机的运用。社会对计算机技术从业人才需求自然越来越多，但同样是专业性的行业千差万别，这样计算机专业的应届毕业生要比其他专业的学生就业机会多很多，但同时出现在毕业生面前的问题是：计算机专业的学生要具备哪些专业能力才能去适应社会，满足企业，公司的用人需要。
从计算机专业人才需求的来看，通常有系统开发和应用开发两种。系统开发包括系统硬件开发和系统软件开发，大多学生在大学期间单单只对系统软件开发感兴趣，而忽略了对系统硬件的了解和掌握，硬件应用系统采用计算机实现其它信息与数字信息间的转换、处理和存储，以实现对生产、生活中的仪器、设备和系统的控制，这类从业人员没有过硬的硬件知识和技术显然是寸步难行的；计算机软件的掌握固然重要，但他还是以硬件作为基础的，计算机的软件应用系统是在系统硬件和软件的基础上，通过高级语言设计出不同行业不同公司所要求的应用程序，如果只是要求做出应用程序，从事程序方面的开发基本不需要了解计算机的硬件基础知识，只要具备相关专业的知识，就能设计出符合公司要求的应用程序，相比之下，计算机专业的学生不具备其它专业的专业知识，对这类程序应用没有占有优势，这样一来，程序设计人员常常来自各行各业，而不是计算机专业的人才。所以在大学的计算机专业教育时，必须要求学生对计算机硬件和软件都有充分的了解及掌握，必须具备其他专业人员不具备的知识才可占有一席之地。这些知识包括硬件知识、系统结构知识和算法等，将这些知识与相关专业知识结合，就可以设计出性价比更高的应用系统才能合理地选择软件和硬件，从而实现系统的最优。在找工作的时候能力更为突出。
二、高校的教学方法，实习实践环节缺乏
当前大多数院校的计算机专业课程设置未能与社会科学的发展与计算机应用的发展同步前进。而仍然沿照多年前的专业设置方案。这些方案以一味纯理论的课程设计、毕业设计作为实习实践的环节，而高校里的这些实践环节存在着学科片面性、与社会企业应用脱钩、缺乏系统的、全面的、充分的实习实践环节。这些都需要在高校在教学方法，实习实践环节上进行加强改进。
三、高校的师资建设滞后
除了教学方面，在师资建设上也存在一些问题。大多高校教学一线的教师多偏向于理论教学类型，平时教学任务繁重，无暇从事计算机应用项目的开发科研工作，缺少实践项目的经验，很少教师能够在计算机应用项目上给学生提供更好的经验指导及建议。
通过以上的阐述，结合我在高校计算机教学工作数年相关经验，为提高计算机专业毕业生的就业率，对现行高校教学模式不足的地方提出改进建议：
在计算机专业大四学年阶段以多进公司单位实习多进行实际操作实践为主，学校多联系专业相关的公司单位进行校企合作，在条件允许的期刊下多与企业创办实习基地。给毕业生更多的实习就业机会。
记得小学的时候有篇文章叫《小马过河》，其中所讲的意思就是实践出真知，学生们在大学里大多学的专业知识过于理论化，程式化，即便掌握专业课程的基本应用能力，在社会实践运用时还是会有很多力不从心的时候，而通过在企业，公司的实习实践，学生会了解到需要综合运用多门专业课程的理论及其应用知识，一方面让学生走入企业中实习，观摩、学习、参与企业的生产过程，这可以让学生更早地与企业接触，深入了解企业对计算机应用的需求，思考运用所学知识解决实际问题的能力，加强对课程的理论与实践的学习，掌握业界内计算机最新的发展趋势；另一方面，企业应用项目有一定的复杂度、时间限制，对同学们也提出了比较高的要求，在有压力的驱动下锻炼学生的实践动手能力、解决实际问题的能力，也锻炼了同学们与他人沟通协作的团队精神。
参考文献：
[1]李晓明，陈平，张铭，朱敏悦.关于计算机人才需求的调研报告[J].计算机教育，2004.
[2]王琦.优化人才培养模式---提高计算机专业学生就业竞争力[J].计算机教育，2007.
[关键词] 中职；计算机；教学改革
中等职业教育经过 20 多年的不断发展， 为适应信息化快速发展 的社会形势，为社会培养了大量适用的应用型技术人才。但近年来,在办学过程中存在着不足，一方面是计算机行业技能型人才严重短缺, 与另一方面是中职学校计算机专业毕业生就业率不高，这两个现象并存的局面。剖析原因主要有以下四个方面：
一、课程内容滞后、课程计划僵化
这样的课程体系导致学生技能不突出，学生学习与市场需要之间存在一定的脱节，培养出的学生不能受到大多数单位的认可，不能适应技术性、技术型计算机专业人才培养过程的需要。从而影响就业竞争力。
二、教师教学技能薄弱
由于计算机的普及，每个计算机教师课时多、课时量大是一种普遍存在的现象，再加上计算机软硬件更新的速度很快，要求教师要不断地去学习新的知识，但是各个学校的教师通常没有时间去进修，更为严重的是每个学期都忙于上课而不能及时更新知识，从而使教师队 伍的计算机知识老化，知识结构不合理，实践经验不足，这样反而影响了计算机在中职教育中应发挥的作用。
三、学生自主学习积极性不高
教师在教学中往往点到为止，学生也只习惯于被动地接受，懒于思考，满足于卷面的分数，忽视了实际操作的能力。计算机是一种工具，中职学生学习目的全在于应用。如果只知道计算机组成原理，没有自己参与实践，单独组装过一台计算机的话，无疑学生将很缺乏动手能力的培养。
四、基础教学设施投入不足
虽然各校近几年不断地增加计算机基础教学设施的投入，不断地改进实验条件，但仍存在实验室无法满足需求等情况。同时实验室也不全是开放型的，学生自由上机实践的时间也是很有限的。况且教学设施和实验设备的更新速度太快。尽管不断地加大基础教学设施的投 入，但仍然有许多计算机硬件设备不能满足软件发展和教学内容更新的需要，有的计算机设备已经陈旧和老化，维护工作量大，难以保证教 学目标的实现。
（一）完善课程体系设置。
课程体系的设置要围绕以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为根本的职教培养目标， 把社会的需求和学生学习的需求有机统一，从而激发学生的学习积极性。
为满足上述培养目标，中职学校计算机专业课程开设应采用模块化知识结构，包括计算机知识层面、专业技术领域知识层面和文化基础课层面三个部分。
1、计算机知识层面：硬件安装维护模块(包括：微机操作与维护、网络技术与 internet，局域网的组建与维护)、文字数据处理模块(包括：数据库编辑应用、文字录入与处理)、平面设计模块、网页设计模块。
2、专业领域知识层面：专业课模块（包括操作系统、汇编语言、vb、java、微机原理等）、专业基础模块（计算机专业英语）。
3、文化基础课层面 ：经济政治、数字电路、体育、职业道德、法律等。
根据目前计算机行业的发展情况，根据目前计算机行业的发展和岗位需求情况，把中职计算机专业技术知识还应切分成如下几个模块：
（1）计算机办公模块 ：包含外事英语、文字录入、word （或wps）、excel、powerpoint、电子邮件收发、应用公文、打印机复印机维护等课程。
（2）电脑艺术设计（平面）模块：包含素描、色彩、平面结构、photoshop、coreldraw、freehand 等课程。
（3）电脑艺术设计（三维）模块：包含立体构成、摄像艺术、3dsmax、director、after-effects 等课程。
（4）计算机网络工程模块：包含组网技术、网络安全、linux、电子商务、网站建设等课程。
（二）改进教学手段。
在计算机教学中，对于操作性较强的应用软件课教学，应以直观形象的“多媒体演示法”等教学方法为主。由于现在的各种计算机软件，大多以图标方式和鼠标操作为主，其操作直观、便捷，在现代化的多媒体教室，利用大屏幕投影进行直观教学，编制多媒体教学课件和演示程序，化抽象为直观，可以把原本比较枯燥抽象的教学内容，变得生动活泼起来，消除学生的倦怠情绪，激发学生的学习兴趣，强化教学效果。
（三）加强实践教学。
1、强化基础实验指导。
学生要想真正灵活掌握所学课程知识离不开上机实践。学生在编程、上机操作、程序调试与正确性验证等基本技能方面只有在上机实践过程中才能受到严格训练。教师应强化对学生基础实验课程的指导，并充分发挥学生的发散思维，在实验的环境里，进一步培养学生的
创新能力。
2、强化实践课程设计。
一方面，可以确定一系列简易的课程设计题目，给学生分组去完成课程设计任务。明确学生分工合作完成问题分析阶段和模块设计阶段，但最后的编码要由每个学生独立编写。 最后每个学生都要亲自提交课程设计报告，要按学生是否能够清楚介绍设计思路、主要技术手 段并回答与题目相关的问题给予一定分数，并且程序通过程序测试才算圆满完成了课程设计任务。
另一方面，还可以通过实施一个完整的项目而进行教学活动，目的都是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创新潜能，提高学生解决实际问题的综合素质。
（四）建立开放型的实验室。
计算机课程是实践性很强的课程， 学校应加大基础设施的投入。 建立开放型的实验室。 最大限度保证学生上机时间，在节假日或其它没有安排教学任务时可以面向学生开放。同时，学校也要及时更新计算机设备和计算机软件，严格管理，提高使用效率，这样学生有了良好 的实验环境，乐于实践，为加深自己的专业知识修养，适应现代社会快速发展的需求打下良好基础。
[参考文献]
关键词:计算机组成与结构;教学改革;分层次教学;创新实验
1课程的性质和地位
规范计算机教学知识体系在教学过程中能够起到很好的作用,参照IEEE/ACM的计算机学科本科教学参考计划(Computing Curricula 2001,简称CC2001 /education/curricula-recommendations),不同类型的本科院校对计算机专业都制定了各自学科的教学计划。在CC2005(Computing Curricula)中将计算机学科分为计算机工程(Computer Engineering-CE)、计算机科学(Computer Science-CS)、信息系统(Information System-IS)、信息技术(Information Technology-IT)和软件工程(Software Engineering-SE)5个专业,图1为针对每个专业的特点和要求所提出的知识架构。
图1The problem space of computing
横轴分为理论和应用两个方面,而纵轴分为计算机硬件与结构(Computer Hardware and Architecture)、系统基础(Systems Infrastructure)、软件方法和技术(Software Methods and Technologies)、应用技术(Application Technologies)和信息系统结构(Organizational issues & Information Systems)5个层次,不同专业对每个层次的要求不一样。CC2005中基于上述层次结构明确指出计算机科学专业和计算机工程专业都应该掌握计算机硬件与结构方面的课程知识,并且对不同专业的每一门课程的地位、知识范畴和教学方法等做了详细的说明。图2为Computer Architecture课程的编号体系,课程分为四个级别:入门课程、中级课程、高级课程和具体项目课程,不同的课程对应不同的教学目标和教学方法。
图2CC2005课程编号体系
作者简介:韩英(1979-),女,助教,本科,研究方向为计算机系统结构相关的教学与研究;严诚(1983-),男,讲师,硕士,研究方向为计算机体系结构相关的教学与研究;荀启峰(1979-),男,讲师,硕士,研究方向为计算机系统结构相关的教学与研究。
“计算机组成与结构”作为计算机科学专业的中级课程来讲要求采用精简的、系统的、主题教学相结合的教学方法。通过本课程的学习,要求学生在掌握理论的基础上,通过实践教学环节的训练,培养学生在计算机系统的分析、设计、开发、使用和维护的能力,为后继课程的学习和将来从事相关的计算机研究工作打下良好的基础。
2教学改革
2.1抓课程核心,合理安排讲授内容,突出硬件重点
该课程主要是介绍单处理器计算机的组成原理与结构体系,内容主要包括计算机中数据的表示和运算实现、存储器组织与结构、指令系统、中央处理器等。由于该课程属于硬件基础课,其本身的特性决定了课程内容之间相对独立、知识点零散,目前很多教材没有做到体现计算机系统结构的整体性,且传统的灌输式教学模式存在很多问题,所以这门课程的教与学都比较困难。
针对教与学的现状以及出现的问题,很多高校对该课程的教学内容和教学模式进行着探索性的改革,为了在教学中让学生能够形成清晰完整的概念,需要合理的安排内容。比如,首先应该给出计算机系统的概念结构,然后从具体的运算实例出发(比如 “5+8*3”)来介绍微机的功能和工作过程,进而引出整个课程的主要内容结构,让学生把握课程整体的方向,为学习以后的内容打下基础,在讲解具体部件原理时,始终坚持“突出整机概念”为主线,这样把握着课程核心目标,进一步安排教学内容。[1-2]对于基础性的知识注重硬件原理的讲解,而对于发展较快、具有时代意义的技术性内容,老师应该做到跟踪前沿技术,在课堂上补充讲解。老师可以让学生参与课题研究,培养学生的创新意识,保证教学内容的基础性和先进性的统一。
2.2理论性和实践性相统一的分层次教学,培养学生动手能力
“计算机组成与结构”课程的理论教学主要讲解计算机组织和计算机结构两方面的内容。理论教学内容偏重原理性的知识,十分抽象,例如讲解CPU和存储器连接技术时,教学中无法做到两者实物引脚的连接,只能通过原理性的知识去讲解其连接技术和读写工作原理;在讲解各个部件互连技术时,涉及到对程序员透明的硬件细节问题,如控制信号、节拍电位机制以及硬件门电路技术等。
实际上,教学的要求不仅仅掌握其原理性的知识,还要求掌握关键部件的设计方法,更重要的是培养学生的实践创新能力。教学实验的内容应不断更新,做到追踪新原理、新技术、新方法和新器件,并及时反映到实验教学中,为了达到通过不同类型实验来培养学生实践能力,实验可采用分层次教学:基本实验开放性实验综合性实验研究性实验。[3]基本实验是配合理论教学内容,进一步加深学生对于理论知识的理解而开展,可以在平常的实验中开设,比如运算器、存储器实验等;开放性实验是为了进一步提高教学水平培养学生的实验技能,让学生了解这门课程先进的技术进展,可以借用学校的网络教学平台来开设开放性实验,比如“接口技术”;而综合性实验为了培养学生的设计能力和分析解决问题的能力,可以在课程设计中开设,比如为了能使建立完整的微机概念,除了在理论教学中突出整机概念外,在课程设计中结合具体的实验给出基本模型机和复杂模型机的具体设计和实现技术;研究性实验是更高层次的要求,是为了培养学生的创新思维和研究能力,可以安排在毕业设计阶段。这样的分层次教学和坚持理论和实践相统一的原则,更有利于培养计算机专业的硬件人才。
2.3多媒体技术应用于教学方法的改革,激励学生思维活动
创新思维活动是建立在原有知识体系基础之上的一种活动,学生良好思维习惯的形成需要在平常专业学习中培养,可以在课堂教学中采用多样的教学手段有效激发学生的思维。比如将多媒体技术应用到教学中,借助于直观的图形和动画的形式将抽象的问题进行分解,为学生建立形象化的思考过程,有利于学生对于知识点的理解,同时也有利于学生创新意识的积累。我院在“计算机组成与结构”的教学的改革探索中,将网络和多媒体技术应用于教学,建立共享型的网络教学资源平台,并配合双语课程构建了开放式的课程学习环境。该课程的教学大纲、多媒体课件、习题、实验指导以及讲课录象都以网络的形式提供给学生,同时学院针对这门课程建设了配套的试题库、试卷库。学生不仅可以通过网络查询资料,还可以通过网络课程自主学习,自测效果。多媒体技术和网络技术的教学手段更灵活、更便捷。便于学生理解和思考、便于师生交流,达到互动学习的目的。
2.4 采用互动式教学方法,激发学生的学习兴趣
在教学中为了更好的达到教学目标,应采用互动式的教学方法,强调学生学习的主动性。[4]建构主义理论指出学习不是由教师把知识简单地传递给学生,而是学生自己建构知识的过程,学生不是简单被动地接受信息,而是主动地建构知识,这种建构是无法由他人来代替的,这里强调是一种“情境”,即环境的情境必须有利于学生对所学内容的建构。“计算机组成与结构”课程的学习在绝大部分院校都是利用多媒体课件进行讲授,以老师为中心、以强调知识传授为主体,这种灌输式教学无法调动学生学习的主动性和参与性。
建构主义强调学习的主动性和积极性,认为教师的教学设计不仅仅考虑教学目标分析,还要考虑有利于学生学习情境的创作,强调以学生为中心,把学生的角色进行转变,由传统的知识被动接受者转变为信息加工过程中的主体,也就是知识的主动建构者,而在教学的过程中教师起组织、指导、帮助和促进作用,利用情境设计,互相协作、交流等方式调动学生的主动性和积极性,以培养学生的实践能力、创新意识和应用能力。在教学方法创新中,我们还做了如下尝试:(1)采用启发式教学调动学生的思考性;(2)重点的内容采用讨论式教学,加强互动性;(3)简单的内容让学生自学以培养学生的自学能力;(4)实践教学内容采用研究式,让学生主动参与。如此通过各种教学环节的设计,以及情境式的构建来激发学生的学习兴趣,以达到培养学生解决问题的能力和激发学生学习的兴趣。
2.5针对教学内容的组织,采用新颖的教学方法
针对这门课程的特点和大纲要求,我们可以采用如图3所示的教学方法。采用从整体到局部和从局部到整体,始终突出整机概念的教学方法。[5]
图3教学方法示意图
首先给出计算机系统的整体概念,然后引出计算机系统的三大组成部分:中央处理器、存储器系统和I/O设备。三大部件通过系统总线相连,这样有利于学生建立整机的概念,把握课程的总体方向。而在讲述到某部件具体细节(知识点)的时候,采用的是从局部到整体的教学方法,比如对于运算方法和运算器的教学。如果学生没有学习表示和运算数据的基础,根本无法做到理解运算器的原理与结构。所以对于“计算机组成与结构”课程的内容讲解,需要针对不同知识点的特点采用从整体到局部和从局部到整体的教学方法。
在“计算机组成与结构”的教学改革探索中,除了上述的改革以外我们还做了关于教学组织管理制度的改进,比如集体备课、双教案、自编实验教材以及和外校共同进行教考分离等,目的是通过这些方法改进、改变传统的教学。
