《计算机硬件基础》课程教学方法多样化的研究与实现

[摘要]本文深入分析了《计算机硬件基础》课程进行多样化教学方法的必要性，并从实验环节、多媒体课件、网络和科研转化等几个方面对该课程的教学方法提出了改进对策。
[关键词]教学方法 多样化 计算机硬件 网络化

《计算机硬件技术基础》课程是培养学员利用计算机从事科学研究和科学开发工作的技术基础课程之一，该课程主要介绍计算机硬件的基础知识和基本工作原理，旨在提高学员对计算机硬件基础知识的了解和基本工作原理的认识、掌握，对于培养学员的计算机硬件控制理论和动手操作能力方面具有较为重要的作用。该课程具有教学内容复杂、概念抽象、整体难度大、技术更新快和动手能力要求高等特点，而《计算机硬件基础》课程教学仍停留在Intel 80X86基础上，与人们普遍使用的Pentium 4平台的微机系统不匹配，使得传统的教学方式和实验手段已经无法适应计算机发展的需要，为此教师对传统教学方法进行了研究和改革，引进了新型的教学理念和实验方法并使之成功地应用于教学，以适应计算机的发展和学员的好奇心，增强学员对硬件课程的兴趣，进而提高该课程的教学效果。
一、研究教学方法多样化的必要性
教学方法是教师和学生为了实现共同教学目标，完成共同教学任务，在教学过程中运用的方式与手段的总称。它包括教法和学法两个紧密相联的方面，由于教学对象、教学内容、教学手段、教学条件与教学环境的多样性，根据教学规律的要求，教学方法也应具有多样性和灵活性，应因材施教、因时施教、因情施教。“教无定法”是现代大学教学方法的特征之一。下面从教学内容、教学环境、教学对象和教法几个方面分析《计算机硬件基础》课程采用多样化教学方法的必要性。
（一）教学内容方面
随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，新的计算机技术及其相关产品层出不穷，如多核处理器等，这些产品均反映出了计算机组成原理与系统结构等方面最新而且成熟的前沿理论与技术。为了使教学内容紧跟新技术的发展，教师对教学内容和实验条件不断进行补充和完善，如扩充了计算机硬件的最先进的知识，如分支预测技术、超标量执行技术、微机的流水线操作技术、高速缓冲器技术、虚拟存储器技术（分段存储管理技术和分页存储管理技术）、浮点数据处理技术和高速总线传输技术等，使学生不仅掌握了基础知识，同时激发了学生学习新知识的兴趣。这样既保证学员对基础知识有系统性的理解，并与计算机技术发展的最新水平和趋势相适应，既遵循了教学管理要求，又努力体现了“基础性、系统性、实用性和先进性”统一，为了增强学生的直观性和好奇心，就必须采用多种灵活的教学方法，如演示法、练习法和实验法等。
（二）教学对象方面
由于我院非计算机类专业很多，不同专业的学习基础差别很大，在教学中必须考虑教学对象，考虑不同层次学生的特点，选择恰当的教学方法，才能充分调动学生的学习积极性。如对我院“2006级电气工程及自动化专业”的学员，由于他们已经对数电/模电内容已经有了全面的掌握，对电路有很好的基础，因此在教学中启发学员自己搭建实验平台，增加创新实验的机会，依据学生的学习和解决问题的能力，因材施教，采用不同的教学方法，教学效果必然提高。
（三）教学环境方面
目前我院的教学设施得到了飞快的发展，教室都配有电脑、大屏幕、投影仪、音响等多媒体设备，电脑联接校园网，能够实现音频、视频、动画和课件播放。校园网具有千兆速度，在校园网上基于军队院校网络教学应用系统平台，能够实现全课程网络教学或多媒体教学。计算机硬件实验室始建于2007年，在随后的几年中，学院投入大量建设经费，使本课程相关实验设备达到100余套，满足一人一组教学实验要求。为此，教师必须改变传统一部教科书、一支粉笔、一块黑板和几块电路板的教学方式，充分利用现有的教学环境，提高教学效果。
（四）教师的个性要求
教学方法是多种多样和丰富多彩的，教师在教学活动中对不同教学方法的程序和特点要做出全面的、科学的分析，根据自己的习惯、条件、教学设备、环境、学生的特点来选择教学方法，充分发挥个人的优势。例如，同样一节课的内容，因老师不同可能选择不同的教学方法：有的选择发现法；有的运用学导式；有的采用问题探索法；有的选用“疑、读、导、练”教学方法，有的综合各种方法之长等。教师根据教材内容、学生的特点、个人的善长，得心应手地运用某几种教学方法，才能达到理想的教学效果。
二、教学方法多样化的实现途径
在上述理论分析的指导下，为了提高教学效果，增强学员的学习兴趣，教师从实验环节、多媒体课件、网络和科研转化等几个方面对该课程的教学方法多样化进行了改革和创新。
（一）网络实验平台的建立
为了提高《计算机硬件基础》课程的教学效果，除了开展传统教学模式外，我们搭建了网络化实验平台，通过这种新型的教学方式，不仅把知识和技能传授给学生，而且培养了学生的兴趣，激发学生的学习积极性，培养学生掌握和运用知识的态度和能力，提高学生的创新能力和实践动手能力，并使每个学生都能得到充分的发展。通过该平台，一方面教员可以将多媒体信息表现和处理技术运用于网络课程讲解和知识学习各个环节，使网络教学具有信息容量大、资料更新快和多向演示、模拟生动的显著特征，这一点是有限空间、有限时间的传统教学方式所无法比拟的；另一方面，学生也可以自主、创新地学习。网络化教学打破了时空界限，只要有网络的地方，学生就可以随时上网学习。并可根据自己的时间自由调节自己的学习进度。避免了传统教学的平均性进度原则。如在我们所设计的《计算机硬件基础》课程的网络化教学中，学生可以通过测试系统对自己学习的内容进行测评，网络系统给其提出建设性的学习计划，学生随时可以根据自己的水平和建议进行相关内容的学习。这种模式也体现了因材施教的原则，提高了个别化学习效果，学习较好的学员，可以进行探索式的学习方式。如在学习相应芯片的基础上，进一步研究分析芯片的编程结构和工作原理，掌握如何通过编程使多个芯片相互配合，设计综合性的实验，然后进行模拟调试。学生在此过程中建构起雄厚的知识基础，增强了有效解决问题的能力和技巧；另外，通过该方式也增强了“教”与“学”之间的交互性。学生在学习中可以通过利用课件、信息资源及智力工具进行学习而产生互动，也可以通过与在线教师对话而产生互动，学生之间还可进行交流讨论，实现实时全交互。

（二）多媒体教学课件的增强
计算机硬件课程内容庞杂、涉及面广、概念抽象、工作原理复杂和实践性强。学生在学习的过程中往往感到不易理解，难于掌握。很多同学学完本课程，只是通过背诵记住了几个基本概念和原理，并没有真正理解和掌握计算机系统中各个部件的组成和工作原理；没有掌握处理器指令系统的精华思想和编程技巧；也没有真正理解计算机系统是如何协调工作的，这不便于学生形成计算机系统的分析、设计、使用和维护方面的能力。因此为了提高教学效果，必须改变传统的黑板加粉笔的教学手段，而是将文字、图像、声音、动画、视频等多类型、多种格式的媒体形式信息进行融合，以便学员更加直观、形象地理解。如在讲解8253/8254可编程计数器/定时器芯片的6种工作方式时，不是一些简单的图片和文字，而是采用动画技术，当输入控制字后，可以清晰观察到在不同方式下OUT信号的变化，以及在门控信号GATE控制下，不同方式下的时钟脉冲波形，这样不仅使教学内容生动起来，而且增加了学员的注意力，使学生清晰看到不同方式的区别，明白了各种方式的功能和适用场合。
（三）讲授方式的多样化
讲授本课程时，没有采用填鸭式、满堂灌的教学方法，而是注重启发式教学，调动学生学习的积极性和主动性，如在进行实验之前，让学员收集相关的资料，利用学生阅读教材、学生实验和观察以及实验测定等教学方法，并在分析研究和处理资料与数据时，常采用讨论、谈话、问答、练习和讲解等方法。另外为了提高教学效果，还常配合以多媒体工具和各种直观教具。
（四）注重转化科研成果
教师在教学过程中，注意到了一些科研项目提供的基本实验和开发环境与课堂教学的相关性，在对科研项目添置适当器件和改善设备的基础上，将其应用于教学实践，不仅大大改善教学硬件条件和手段，也显著提高了教学效率和效果。为此，教师特别注重了两个方面的问题：首先是实验平台的结构规范化研究，确定一种“开放式”架构，以方便系统的搭建以及完成之后仍可进行重组和变更；其次是模块标准化，在硬件环境、系统功能、程序设计等方面形成“可组合”功能。因此，整个实验室采用“多功能”和“宽口径”的方式，在主要面向本科生进行基础实验的的同时，亦可服务于研究生和部分教师，使其完好率、利用率均得到了较大的提高。
三、结论
总之，在《计算机硬件基础》课程教学过程中，教师根据课程的教学任务和要求，结合教学的具体内容，以提高教学效果为原则，利用学校现有的教学设施，通过采用多种教学方法，不仅把知识和技能传授给学员，而且培养了学员的兴趣，形成了以学员为中心的生动活泼的学习局面，以先进的理论创造性地组织教学，充分发挥了学生的创造性思维学习和能动性，显著提高了该课程的教学效果。。
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（作者单位：1.军械工程学院计算机工程系,2.军械工程学院3-2队 河北石家庄）