计算机硬件类课程教学中实践课的问题研究

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1、计算机硬件类课程教学中实践课的问题研究1计算机硬件类课程实践教学现状与困境目前，计算机专业教学普遍存在轻硬重软的现象,忽视计算机硬件知识的学习和实践,导致计算机专业培养越来越软化.学员由于对底层概念的理解和应用能力不足，当涉及系统级编程或者解决实际问题时往往捉襟见肘。分析其原因，主要受以下几方面影响：首先，传统的计算机专业课程实践培养环节，往往被当作理论教学的验证和延伸，实验项目的开设、实验设备的操作、实验教学的管理缺乏开放性和自主性。在这样的实验理念指导下，学员只能被动接受，学习的主动性也受到限制。其次，硬件类课程是物理硬件电路与数学逻辑抽象的有机结合，前导课程与后续课程的关联

2、较为紧密，与学习一种计算机语言或算法相比，更贴近实际项目，对教师和学员的要求都较为全面，低年级学员的学习思维一时难以转换，影响其学习的积极性。第三，各门硬件类课程之间缺乏整体性，各门课程的实践环节缺乏关联性、层次性，没有系统性实验的引领，致使学员的计算机系统能力不强。部分教师只关注自己课程的实践环节，在教学方法上偏重横向分析，缺乏纵向视角。现在，越来越多的学校开始重视计算机实践教学，尤其是硬件类课程的实践教学。对计算机科学与技术专业来说，如果缺乏对学员工程实践能力的培养，那么他们对专业课程的理解会永远停留在书本上，无法解决实际问题，也无法做到触类旁通。因此，计算机专业课程的实践教

3、学尤为重要。2国内高校在计算机实践教学方面的有益探索近年来，国内各高校在丰富计算机实践教学案例和提高学员参与度方面做出不少努力，取得了一定的成果，值得学习和借鉴。清华大学计算机实验教学中心将计算机实验教学系统化[1].以硬件实验为基础，系统化建设课程体系，培养学员的系统设计能力；注重课程的系统性和完整性，重点关注与其他课程间的内在关系；整体规划各课程实验，在课程实验中设计与其他课程的联系点；建设综合实验课程，让学员完成计算机系统的综合设计和实现，全面检验学员掌握知识的系统性。哈尔滨工业大学计算机科学与技术实验教学中心为丰富实践教学实施了一系列举措[2].通过设立各类创新实验中心为

4、计算机实践课程提供硬件支持；针对在实验教学示范中心工作的指导教师，在参与评奖和晋升职称方面引入配套鼓励制度。除此之外，越来越多的新实践内容和方式不断涌现[3].电子科技大学计算机科学与工程学院的虚拟仿真实验教学中心实验内容按照一定的专业方向进行资源整合，建立动态实验项目库，学员可自由选择实验项目、实验平台、实验工具等；哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院从2009年起建立Android教学团队，开始开设Android课程并广泛参加各类比赛；合天X安实验室提出的创新计算机实践教学理念，源于MOOC的思想，由课堂教学的MOOC引申为实验教学的MOOE[4]（massiveopenonl

5、ineexperiments），力图解决实践教学互联X化的问题。这些举措为计算机实践教学的发展注入了新的活力。3计算机硬件类课程实践教学的思考与改进针对我校开设课程与学员的特点，以部分课程为例探讨实践教学活动的开展，并提出一些建议及改进措施。3.1实例化教学模式的探讨在操作系统原理与结构分析课程教学中，可以尝试改变传统的课上讲授、课下实验的教学模式。以UCORE教学操作系统为主线，将操作系统原理与Linux系统结构分析融入实践教学环节。将UCORE中的功能模块按照操作系统原理的知识模块进行划分，把操作系统内核中的原理及各部分实现对应于UCORE系统中。学员在学习操作系统知识的基础

6、上，进行UCORE实验。随着课程的进行，学员逐步阅读并实现内存管理、进程管理、文件管理等操作系统内核的核心代码，最终实现并完成一个小型的操作系统。从近三年的实施情况看，学员通过接触实际的操作系统源码，对操作系统原理的理解更加深入，为今后从事系统级的编程奠定了基础。UCORE实验内容设置见表1.UCORE实验的最大作用，除了其内容包含了操作系统的基本功能外，还能够与前导课程如汇编语言、数据结构、算法等课程建立实际联系，使学员将所学专业知识与实际工程结合起来，为后续课程如计算机系统结构、嵌入式系统的学习打下坚实的基础。3.2学员系统观能力的培养在计算机系统结构教学实施过程中，需重点强

7、化对学员系统能力的培养。该课程实践部分的开展不再依托传统的实验箱，也不需借助模拟器进行基础验证性的实验，而是通过设计实现一个教学版的OpenMIPS32位标量处理器，加深对体系结构的理解并掌握处理器设计的工作过程和实现原理，以此检验教学效果，提升学员的系统观。该处理器兼容MIPS32Release1指令集架构，其好处是可以使用现有的MIPS编译环境，如：GCC编译器等。OpenMIPS的设计目标如下：（1）五级整数流水线，分别是取指、译码、执行、访存、回写；（2）哈佛结构，分开的