计算机科学与技术专业硬件课程教学改革与实践.doc

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计算机科学与技术专业硬件课程教学改革与实践

【摘要】：^p：分析^p目前的教学现状和国内外高校相关教学工作，提出以“微机接口技术与应用”课程作为切入点，在教学内容和方式、实践环节、课程考核和课外活动等方面进行教学改革，探讨适应技术进步和学科均衡发展的教学模式。
【关键词】：^p：计算机科学与技术；教学改革与实践；硬件课程教学；微机接口技术与应用
0.引言
计算机科学与技术是发展变化较快的领域之一，这对于该方向的高等教育产生了重大而深远的影响，学科的内涵和外延都在迅速地扩大。目前已有的课程体系已经跟不上技术的进步，无法满足相关专业技术人才培养的需要，这一点在计算机硬件相关课程的开设和教学实践中表现得尤为突出。随着嵌入式技术和移动互联网的发展，软硬件融合和软硬件协同设计日益成为未来计算机发展的重要方向之一。然而，在目前计算机科学与技术专业的本科生教学实践过程中，往往强调培养学生的算法设计和程序开发能力，对于计算机硬件系统的设计和应用却没有给予足够的重视。从长期看，这不仅不利于整个学科的均衡发展，也会对计算机科学与技术专业本科毕业生的就业产生影响。
1.目前教学模式中存在的问题
在计算机科学与技术专业的教学中，与计算机硬件相关的课程主要包括数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言程序设计、微机接口技术与应用、计算机体系结构和计算机网络等。这些课程包括了计算机硬件各个层面的基础知识，而且安排了相应的课程设计，对于本科教学是十分必要的。但是，随着计算机学科的发展，这样的教学安排并不能反映技术进步对于人才培养的要求。虽然在上述专业课的教学过程中，可以根据当前技术的发展加入新的教学内容，然而这些内容往往分散在各门独立的课程中，没有形成有机的整体。在实践中，这些专业课彼此独立进行教学，部分课程内容重叠，部分课程内容被忽略。目前以课程教学为主，加上实验及课程设计的教学模式也不利于调动学生的主观能动性。因此，如何对现有的教学模式进行改革，在教学实践中融入最新的技术进步，充分调动学生的学习积极性，是一个亟待解决的重要问题。
2.教学改革的切入点
计算机科学与技术专业硬件课程教学改革涉及多门学科基础课、专业主干课和实践课程，是一个十分复杂的课题。要想一次对所有课程同步改革，无疑十分困难，且充满不确定因素。在计算机硬件相关的课程中，微机接口技术与应用是一门十分重要的专业主干课，它以数字逻辑和计算机组成原理等课程为先修课程，与汇编语言程序设计相互配合，形成完整的教学和实践体系，为计算机体系结构和计算机网络等后续课程的学习以及实际应用开发打下基础。该课程的教学实践不仅可以综合运用前面学过的知识，而且具有很大的可扩展性，可以引入单片机技术、嵌入式系统和可编程逻辑器件等内容。因此，我们选择微机接口技术与应用课程作为切入点，先从这一门课程人手进行教学改革与实践，在此基础上总结经验教训，然后逐步向其他课程推广。在目前的教学状况下，以一门课程作为切入点进行教学改革，具有实施方便、可操作性强的优点，避免了在实际执行过程中，由于涉及因素过多，难以协调，导致具体的教学改革措施无法落实到位。
3.课程教学现状
作为计算机科学与技术专业的一门重要的专业主干课，微机接口技术与应用课程的开设已经有20多年的历史了。这期间随着计算机技术的飞速发展，课程内容也在不断发展变化，使得该课程目前处于一个相对尴尬的地位。一方面，随着嵌入式系统的发展，微机系统在工业界的应用正在减少，针对微机系统设计的各种接口标准逐渐退出历史舞台；另一方面，计算机科学与技术专业的发展要求进一步加强对于学生在计算机硬件系统应用和软硬件协同设计方面的培养，这就为相关课程的教学改革提供了一个良好的契机。
目前微机接口技术与应用课程的主要内容包括：总线与接口标准、I/O端口地址译码技术、定时/计数技术、直接存储器访问技术、中断技术、存储器接口、并行接口、串行接口、人机交互设备接口等。这些内容基本覆盖了当前微机接口技术的各个方面，为进一步学习其他接口奠定了基础，但是这样的课程安排也存在诸多问题。第一，课程内容中无法反映出计算机硬件技术的最新发展和实际应用。考虑到单片机虽然是一个较老的技术，但由于使用简单、性能稳定和价格非常便宜等优点，仍然广泛应用在各个工业领域，同时，以ARM等处理器为核心的嵌入式设备正日益成为当前的主流技术，可编程逻辑系统的设计在实践中被广泛应用，这些内容在目前的计算机科学与技术专业硬件课程体系中都没有得到很好的反映。第二，教学内容与先修课程存在重叠的情形。例如，总线接口标准、存储器访问方式等内容已经包括在计算机组成原理课程中，虽然教学的侧重点有所不同，但重复的内容无疑会占用宝贵的学时，降低学生的兴趣。第三，部分教学内容在先修课程中被忽略了，在后续课程中也没有得到很好的体现