以培养创新型人才为目标的计算机硬件实验教学的相关探究

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1、以培养创新型人才为目标的计算机硬件实验教学的相关探究计算机硬件实验系列教学活动是推动计算机专业创新型人才培养的基础力量。早在2003年，哈尔滨工程大学计算机实验教学中心就提出了软硬件实验环境一体化、实验平台综合化、实验内容系统化的硬件实验课程建设指导思想，即三化结合的计算机硬件实验教学理念。构建软硬件一体化实验环境有利于培养学生软硬件综合素质。综合的实验平台可以进行多课程内容交叉的综合实验，有利于培养学生的综合设计能力，实验内容的系统化有利于培养学生的系统化设计的思想。　　1现有硬件实验课程体系现状和存在的问题　　当前，计算机硬件实验教学课程体系主要包括数字逻辑实验、计算机部件实验、

2、计算机组成实验、微机接口实验、单片机课程设计，共计4门实验课和1门课程设计。实验采取循序渐进的方式，分布在大学本科四年阶段性进行。由于实验设备数量和整体环境条件的限制，多数实验项目都是基于硬件逻辑设计的。例如，数字逻辑实验最终结合实验芯片，实现单一的加法器、半加器等基本功能，功能扩展性差，而且只能开设数量有限、技术含量较低的实验项目，现有硬件实验课程体系存在的问题。　　1.1学生缺乏系统设计的概念　　随着，嵌入式集成技术的快速发展，特别是ARM系统的稳定升级，使得硬件系统的规模变得越来越大，功能实现也越来越复杂。在大学的实验室里，传统的硬件设计和软件仿真相分离的实践模式早已被淘汰。构

3、建系统平台、实现软硬件协同设计和验证，强调软硬件功能模块的可重用性成为现今市场的技术研究热点。因此，在学习阶段就按照硬件从业者标准，重点培养学生系统设计的思想和能力成为当务之急。　　1.2学生缺乏可编程芯片设计能力　　目前，实验中心虽然已开设了GAL编程方面的实验项目，但是还达不到嵌入式系统设计的要求层次，因此，培养学生可编程芯片设计能力也是市场对从业人员的需求之一。　　1.3缺乏对学生进行EDA技术的培养　　有关EDA技术培训较少，基于大量的嵌入式FPGA实验箱，很多实验项目都是基本的单元级验证型实验，难有扩展和创新实验项目，这是目前的教学弊端之一。　　1.4学生的创新能力发挥受限

4、　　规定的计算机硬件实验项目都是具有固定器件类型和实验箱的模式，因此，设备数量有限，器件种类单一是实际问题，学生想进行扩展设计，或者自主的综合性实验项目，也无法正常进行。　　2分层次、个性化培养的教学体系创新　　分层次培养实验教学模式是指:根据实验项目的难易度，将实验内容分为三类:即普及类、进阶类和创新设计类，分别对应基础实验(通识教育)、综合设计实验及自主创新实验(创新教育)。通过分层次的教学体系建设，既可以满足不同层次学生对实验内容的需求，使其尽情发挥实践动手能力和学习能力;同时又可以对硬件系列的各门课程内容进行整合，按照从业人员标准，最大限度地提高学生的创新实践能力。　　个性化

5、教育是创新人才培养的重要组成部分，中心始终注重对创新能力的培养和教育，教师在授课过程中，会留心选拔能力突出、学有余力的学生，对其开展个性化培养，设专职教师对其理论学习及实践能力等多方面进行综合指导;同时，实验中心在创新经费、实验场地、仪器器件等方面给予支持，以此推动个性化学生的能力培养，使教师能够在有限的时间内挖掘出他们的最大潜能经过3年多的实践检验，上述做法已获得了显著的效果，一些个性化较强、创新能力突出的学生已经脱颖而出，在各类创新赛事中获得可喜成绩。实验教材能够为学生实验提供参考指导的作用，有助于自学和进一步地科技创新需要。目前，中心独立撰写多部实验教材和实验讲义，这些教材能够

6、涵盖所有已开设的实验项目和科技创新课题，从实验内容、实验技术、实验过程和设备使用等多方面为学生提供参考知识，为学生顺利完成实验提供有力保证。计算机部件和计算机组成实验采用了EDA技术，引进杭州康芯电子有限公司的G12系列开发平台;数字逻辑实验采用了新型的达艾思逻辑操作平台，同时配备数字逻辑虚拟实验教学软件。与之相对应的是，实验室与清华大学出版社等多家单位联合出版了多部具有指导性的计算机硬件实验系列教材，这些教材已投入到多所大学的硬件实验教学中。　　3实验教学研究方法与理念创新　　3.1嵌入式系统为主线的实验课程体系　　嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，已

7、受到欧美等发达国家的广泛关注。针对当今国际电子设计业界对人才培养能力的普遍认同标准，应集中强化学生嵌入式开发技术技能的培养。新的课程体系是:从本科生第四学期到第七学期硬件实验不断线，层次逐步提高，实验内容衔接连贯;通过重组实验教学环境，构建反映当今计算机科学技术水平和加强培养学生工程实践能力的系列实验课程;强调各门课程明确分工、分层次培养学生的独立组织硬件实验的能力，软件仿真验证能力，测量仪器使用能力;为提高教学效果，教师都认真准备，精心设计实验范例，还收