有關計算機硬體基礎論文
計算機教學是高校教學中不可缺少的重要部分,然而目前很多計算機教學都相對較為落後,並且不能適應社會對人才的基本需求,因此還需要對計算機硬體基礎課程進行改革,從而更好的適應社會發展的基本需要。下面是小編為大家整理的，供大家參考。
範文一：“計算機硬體技術基礎”創新教學研究
摘要：在深入分析“計算機硬體技術基礎”課程在傳統授課模式下所呈現的一些現狀後，分別從教學內容、教學手段以及教學方法三個方面提出了一些切實可行的創新理念與創新方法，並逐步應用於實際教學中，對於提升學員的學習興趣與學習能力起到了一定的效果。
關鍵詞：創新教學;電子示教板;5-4-3方法
作者簡介：崔靜***1982-***，女，河北阜平人，軍械工程學院資訊工程系，講師;李寧***1982-***，男，河北衡水人，軍械工程學院訓練部，講師。***河北 石家莊 050003***
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079***2013***08-0041-02
一、創新教學的內涵
“計算機硬體技術基礎”是一門基礎性課程，其主要依託8086系統機，重點講述了8086CPU系統結構、儲存器組織特點以及相應介面晶片工作原理。由於課程理論性較強，內容難度較大，在授課過程中學員經常會出現枯燥厭煩的情緒，因此如何提高學員的學習積極性和學習熱情，提高學員的實際動手能力就成為了每一名授課教員亟待解決的問題，而要解決這些問題的根本途徑就是創新教學。
當前，教學過程中所能採用的教學方法和教學手段十分豐富且都較為成熟，因此筆者認為本文所理解的“創新教學”並不僅僅拘泥於在“教”的方法、手段和內容上不斷探索，尋求突破，同時應兼顧於“學”，特別是對於基礎類課程的教學，如何通過將現有的各種教學方法手段有機結合充分調動學員的學習熱情和主動性，進而提高教學質量，並同時拓展學員的知識能力和素質，這才是課程創新的最終落腳點。而實現這一目的的最有效途徑就在於結合課程自身特點不斷完善教學全過程的科學謀劃和總體設計。
因此本文在充分分析實際授課過程中存在的一些問題後，以具體的講解內容為例詳細闡述創新教學在計算機硬體課程中的應用。
二、課程授課方式的現狀
1.教員始終占主導地位
傳統授課常表現為“你寫我記，你講我聽，你出題我解答”的模式，過多強調教員的主導作用，結果教員在課堂上從始講到終，力求把所有知識點都灌輸給學員。一節課結束，教員講得筋疲力盡，學員聽得迷迷糊糊，效果自然不佳。儘管結合了豐富的多媒體手段，但是在課堂上仍會出現學員分神、打盹的現象。出現這些情況的根本原因在於，學員始終處於被動模式，一直充當著觀眾的角色，沒有真正融入到一節課當中。因此如何提高學員的學習能動性則成為了創新教學的首要目的。
2.課程設計平鋪直敘
計算機類課程不同於數學、物理等課程，沒有較強的邏輯性，因此在內容講授中通常都是按照以基礎知識為起點，由淺到深，由現象到本質，一步一步解決問題的步驟來進行內容的安排。
比如在講“可程式設計定時器/計數器晶片8253”時，往往第一步講晶片的功能，第二步講晶片的引腳與內部結構，第三步講晶片的程式設計，這種授課順序對於知識的傳授順理成章，但是知識點之間的銜接顯得過於生硬，內容編排沒有任何懸念，使學員在學習過程中沒有形成明顯的問題鏈，容易失去學習的熱情和積極性。因此如何巧妙合理地設計一節課的知識內容也成為了教學創新中不可忽略的。
3.學員課堂參與度低
在目前的教學過程中，學員實際參與的環節也僅限在課堂上回答教員的提問。雖然教員也會給學員佈置課下的預習與複習任務，但是並非所有的學員都以積極的態度來完成這些任務，甚至有的學員抱著得過且過的思想對待課下的相關學習任務。長此以往，課堂上不能吸收消化的知識在課下又不去認真揣摩、研究，這勢必造成舊知識沒有消化、新知識又不能吸收的窘境，從而造成學員的學習態度日漸消極，學習效果差強人意。因此如何幫助學員克服思想上的惰性，使其能夠認真對待預習與複習任務，促進學員理解與吸收所學的知識，也成為了創新教學需要思考的問題。
三、創新教學在課程中的體現
1.創新教學的設計理念
開展創新教學的首要任務是有明晰的創新理念。創新理念的根本目的是為了更好地促進“教”與“學”之間的互動，因此理念的提出既要滿足實際需要又要對學員的未來發展有所幫助。基於上述考慮，本文將“四個充分結合”的理念融入到了計算機硬體課程中。
第一，理論教學與實踐演練充分結合。通過學習該課程，對學員的最終培養目標並不僅是掌握相關理論，更應側重於在理論基礎上的實踐應用，真正做到學以致用。
第二，教員講授與學員自學充分結合。教員在“授業、解惑”的同時更應做到“傳道”。通過引導，讓學員在自主學習的過程不斷啟發思考、總結規律、掌握方法，達到“授之以漁”的目的。
第三，調動熱情與硬性要求充分結合。並非每名學員都會認真自覺地投入課程學習，因此，在採用多種教學手段、方法增強課程自身吸引力的同時，還要通過提出硬性要求激勵、引導學員開展學習。
第四，知識傳授與素質培養充分結合。綜合素質的高低是衡量人才培養質量的重要標準，而課程教學作為人才培養的主渠道，不應僅侷限於講授課程內容本身，還應為提升學員的綜合素質創造條件。
2.創新教學的具體實施
***1***教學內容的創新。為了改變平鋪直敘的授課內容，活躍課堂氛圍，在每節課的內容編排上教員都應精心組織，儘量使本堂課內容生動而具有懸念，能調動學員積極思考。下面就以“可程式設計定時器/計數器晶片8253”為例詳細說明教學內容如何實現創新。
第一，巧妙引入教學內容。對於8253晶片，在學員看來這是一個全新而陌生的晶片，因此對於晶片的引入，筆者就以2008年奧運會中一組經典鏡頭——“歷史的足跡”為例來引入。在這組鏡頭中，通過計算機定時控制燃放29枚煙花，形成29個足印，每一個足印以恆定的速率向會場中心移動，預示著中國將成功舉辦此次奧運會。看完簡短的視訊後，教員可以向學員提出問題：29枚煙花是如何實現定時燃放的?用什麼技術可以實現定時控制?由於這組鏡頭學員大都比較熟悉，因此對於提出的問題不僅容易理解而且將會產生濃厚的興趣，教員可藉此機會提出定時器的概念。 第二，合理設定懸念情節。在引入了8253晶片後，教員可以直接向學員提出假設，即用8253實現對煙花燃放的定時控制，引起學員對8253晶片的強烈興趣。教員進而採用倒推的方式，以8253的工作原理為起點，在講述原理過程中逐步引入8253的內部結構與外部引腳等相關基礎知識，這樣就在離散的內容之間增加了緊密的邏輯關係，整個課堂氣氛不再是沉悶平淡。
第三，豐富多彩的課後小結。在所有知識點講解結束後，最終教員要進行內容小結，小結的形式嘗試脫離以前常規的總結模式，而以一個模擬模擬軟體取而代之。比如可以利用本節課知識模擬8253的簡單工作過程，最終實現煙花的定時燃放。如圖1所示。
***2***教學手段的創新。在硬體課程的學習中，由於所講的知識比較抽象，學員總覺得有些晶片的內部結構看不到、摸不著，不能深入理解相關知識點。這時，教員在授課中可提供一些類似描述晶片內部結構的“電子示教板”，讓學員根據自己的理解可以動態地在示教板中進行操作，自行將所學的晶片知識在示教板中靈活運用。如圖2所示。這對於激發學員的學習興趣、鞏固基礎知識發揮了重要的作用。
***3***教學方法的創新。教學創新的根本目標是提高學員的學習熱情，使學員在快樂與興趣中不斷探索知識、解決問題，最終提高其自身的綜合能力素質。因此在實際教學中除了在客觀上不斷提升課程的吸引力外，比如教學內容與教學手段的創新，同時還應該在主觀上對學員進行激勵與督促，目的是讓大多數學員都能夠積極參與到課程中來。基於這個思路，筆者將一種使學員具有較高參與度的教學方法引入到了硬體課程中，這種方法簡稱為“5-4-3”法，具體描述如下：
“5”即課堂前5分鐘。主要針對上次課佈置的課後作業以隨機抽點的方式對學員進行檢查，並解答學員的有關疑問。
“4”即課堂中間的4分鐘。主要針對上次課佈置的自學預習任務，以隨機抽點的方式安排學員進行講授。對於講授的內容，教員應精心安排，內容既不能太難，這樣會打擊學員的積極性，但也不能過於簡單。最好是讓學員能通過以前所學的舊知識，再結合預習的新知識最終將佈置的任務順利完成，這樣就達到了知識點之間承前啟後的目的。
“3”即課堂後期的3分鐘。在基礎知識基本講解完的基礎上，教員可以設計一道思考題讓學員思考討論，這對於拓展學員的思維能力起到了一定的作用。
四、小結
本文從實際教學出發，結合課程中具體的“可程式設計定時器/計數器8253晶片”分別從教學內容、教學手段以及教學方法三個方面提出了一些切實可行的創新理念與創新方法。這些方法的綜合運用在實際運用中發揮了一定的作用，學員的整體學習效果有了顯著提高。
參考文獻：
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[2]劉卓會.創新教學模式 打造高效課堂[J].中國教育技術裝備，2012，***9***.
範文二：高校計算機硬體基礎課程教學探索
摘要：在計算機硬體技術基礎課程中開展了“口袋實驗室”的探索。為學生提供軟硬體資源，在課後進行自主學習與創新，提高了教學效果。
關鍵詞：軟體基礎;教學探索;高校計算機
中圖分類號：G642.0 文獻標誌碼：A 文章編號：1674-9324***2014***42-0165-03
一、引言
隨著資訊科技的發展，計算機硬體基礎課程已經成為了理工科專業學生的必修課程，它的綜合性和實踐性強，是後續專業課程學習的基礎。該課程是硬體和軟體相結合的一門課程，在硬體設計方面，達到能設計介面電路的水平;在軟體開發方面，培養學生使用匯編語言或者C語言進行程式設計的能力，達到能編寫介面程式和裝置驅動程式的水平。通過該課程的學習，使學生掌握計算機的基本組成結構和工作原理，更重要的是使學生掌握硬體電路設計與應用開發能力，培養學生運用理論知識解決實際問題，因此課程的實踐性非常強。
二、計算機硬體基礎課程教學中存在的問題
由於該課程教學內容比較抽象，知識點多，學生普遍反應不好學，學習起來缺乏興趣，這樣就更加大了該課程在教學上的難度。主要體現在以下幾個方面：
***一***在教學方法方面
傳統的教學方法基本以教師講授為主，學生大多隻是被動地接受。由於課程涉及的概念多、專有名詞多、介面晶片多，理論基礎複雜，往往使初學的學生感覺入門較難。計算機的介面裝置之間通常使用匯編語言程式設計，而該語言屬於低階語言，程式設計複雜，比C語言等高階語言更難掌握，單純理論講授使學生難以理解，會使學生覺得枯燥無味，失去學習的興趣。由於該課程的邏輯性和完整性強，計算機的內部結構是指令系統的基礎，不同的CPU採用的指令各不相同，而指令系統又是組合語言程式設計的基礎，指令掌握不好，就會給程式設計帶來困難，各部分知識銜接緊密，一環扣一環，因此，學生必須全面地掌握各個知識點，否則將會嚴重地影響學習效果。該課程還有一個特點就是硬體電路圖多，介面晶片應用舉例多，包括各種晶片的內部結構圖、時序圖、硬體電路圖等，介面晶片的應用不僅僅要設計硬體電路，而且要編寫應用程式，畫出程式流程圖等。
由於硬體學習的難度較大，因此在學生中普遍存在重視軟體忽視硬體的現象。產生這種傾向的原因是多方面的：一方面是硬體課程掌握起來花費的時間多，個別學生存在急功近利的錯誤認識等;另一個重要的方面是硬體系列課程的教學改革力度不夠，使得目前的教學方法無法與飛速發展的計算機技術接軌，無法滿足學生獲取新知識的需求。
***二***在教學內容方面
計算機硬體基礎課程基本上都是以微機或者微控制器為藍本來學習計算機原理，教材內容覆蓋面大。課程往往是以8086/8088、80386或是80486微機的結構為主線，首先講不同型別微機的硬體結構以及對應的指令系統，然後是基於該系統的組合語言程式設計，最後是各種介面晶片的結構及應用。但是由於理論學時有限，在教學過程中只能夠選擇一種微型機晶片或者是某種型號的微控制器進行教學，為了適應微型計算機系統的飛速發展，必須改革教學內容，既要強化基礎知識，又要加強對學生應用能力的培養;既要把典型的微型計算機原理和架構傳授給學生，又要把計算機技術發展的最新水平和狀況介紹清楚，使學生能夠舉一反三、觸類旁通，通過學習一種典型的晶片達到對同類晶片的普遍認知，從而具備獨立自主的學習能力。其次，隨著資訊科技的高速發展，微型計算機更新換代頻繁、新產品和新技術不斷湧現，硬體基礎教學中的基礎性和先進性、前沿性的矛盾比較突出。當今的微型計算機已經從原來的32位全面進入64位。而現在的教學中還是以16位微機為基礎的。因此，該課程內容顯得繁雜難學，跟不上時代。
教學內容的改革主要思想是要增加對現代微型計算機系統的介紹。在常規教學內容的基礎上，增加現代微機系統中的新技術、新應用和新方法，如USB匯流排技術、快取記憶體Cache技術、多核技術、高效能運算機、計算機體系結構等知識的介紹，以32位微機的典型代表80486和Pentium作為基礎教學內容，選用教材也應該反應這種變革，同時兼顧64位微機的介紹。這樣既開闊了學生的視野，讓學生能更深入地理解軟、硬體結合設計系統的方法，又能增強學生將來就業的競爭性。
***三***在實踐教學方面
由於計算機硬體基礎課程是一門實踐性非常強的課程，只有通過實踐才能真正地理解其中的知識點，使學生不僅知其然，而且知其所以然。當今社會提倡創新能力的培養，學生如果不通過動手實踐，只是死記硬背書上的理論，無法達到教學的目的。但是，由於實踐教學中存在的實驗裝置不足、方法單一，實驗內容不能達到學生能力培養的目的，再加上知識點多，學生的學習時間有限，忽視對實驗結果的深入分析和理解，導致部分對實踐教學內容失去興趣，往往難以把實驗的內容應用在後續的學習和工作中。因此，當前的實踐教學無法培養學生必要的設計、創新能力，無法使學生感受到所學知識的應用價值，有必要在這一基礎上進行能力培養的擴充套件。以為國家培養合格人才為目標，重視實踐教學的作用，改進教學內容，把實踐教學放到和理論教學同等重要的地位。
現在的硬體基礎實驗多為驗證性實驗，缺乏綜合性實驗和設計性實驗。學生往往是照抄書上的程式，然後在實驗裝置上執行來觀察執行結果，沒有充分發揮學生的創新思維能力，更無法提高學生自主學習獲取知識的能力，因此教學效果不理想。目前大，多數高校計算機硬體基礎課程都是採用某種型別晶片的實驗箱進行，而這些實驗箱提供的實驗內容為固定模組化的組織形式，學生只需要連線較少的導線，輸入現成的程式就可以完成實驗，由於實驗內容和方法的侷限性，學生處於被動接受的地位，從而使學生無法發揮主動性和創造性。
三、基於“口袋實驗室”的實踐教學新模式
以往學生做硬體類實驗都必須在硬體基礎實驗室裡進行，用到的實驗器材包括麵包板、電源、萬用表、示波器等，但是由於實驗儀器陳舊、老化，實驗內容落後於技術的不斷髮展。而且由於學生人數遠遠多於實驗裝置數，往往是幾個學生一組做一個實驗。甚至有時候由老師將實驗過程和結果向學生展示，而學生得不到充分的應用實驗裝置的機會。隨著新技術的發展，目前的小型硬體開發板已經可以通過USB介面連線到電腦上，再配合圖形介面的快閃記憶體程式設計器和除錯工具等就能完成硬體基礎實驗，讓學生的實驗不再侷限於在傳統的實驗室進行。 國內一些高校已經開始推行“口袋實驗室”的教學創新，口袋實驗室是將名片大小的實驗板卡發到每個學生的手上，裝在口袋裡可以隨身攜帶，隨時操作，在完成各種基本實驗的基礎上，激發學生的興趣，發揮學生的獨創精神。清華大學、華中科大、浙江大學等國內名牌高校已經開始大力推行口袋實驗室的實踐和創新，其他高校也緊隨其後。比如，華中科技大學電信系的150名學生每人拿到了德州儀器***TI公司***捐贈的一塊能揣進口袋，僅有名片大小的LaunchPad開發板，學生可以在寢室、圖書館等地輕鬆做實驗。清華大學學生則獲得了Xilinx公司捐贈的Spartan 3開發板。浙江大學的學生以分組的模式開展，每個小組使用一塊開發板。為使學生真正掌握所學內容，不設實驗室實驗，學生分組後發給實驗板和軟體，課下自行安排，不設統一的作業，由分組學生自行討論後製定設計課題，以發揮學生的創造性和積極性。不設筆試性考核，進行全部學生參加的各組自選課題大作業演示和答辯，期末的答辯和演示成為教和學的最好檢查。國內其他一些高校也開始了口袋實驗室的創新嘗試，使用的開發板大多以Xilinx，Altera公司的FPGA板卡為主。
借鑑其他高校的成功經驗，我們在計算機硬體基礎課程的教學過程中開展了“口袋實驗室”的創新研究，按照方案制定、授課實踐、形成結果、總結推廣的步驟實施。其中，方案的制定需要決定硬體開發板的選型和配套開發軟體，由於FPGA晶片具有靜態可重複程式設計以及動態系統重構的特性，可以像軟體一樣通過程式設計來修改硬體的功能。學生可以通過硬體描述語言完成各種數位電路到高效能CPU的設計。使用FPGA還可以縮短設計時間，特別是當電路有少量改動時，FPGA的優勢更加突出，因此，採用FPGA晶片進行口袋實驗室的選型優勢較為明顯。與開發板配套的軟體資源豐富，並且要提供豐富的例項以供學習分析。除了給學生提供硬體開發板和配套的軟體以外，編寫基於FPGA的硬體實驗參考教材供學生學習參考。開發板的管理採取學生分組借用的方式，建立損壞賠償機制，促使學生養成認真細緻的工作作風。學生可以選擇在宿舍、機房、實驗室等場合進行實驗。
在實驗內容的設計上分為三個型別，驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗。緊貼硬體基礎課程的理論教學過程，要求學生完成儲存器設計實驗，I/0中斷實驗、輸入輸出介面實驗、A/D和D/A實驗等基本理論實驗。並且及時更新實驗內容，循序漸進地培養學生的實際動手能力，為學生開展自主創新活動提供條件。為此，可以將多個獨立的驗證性實驗內容組合成一個綜合實驗的方式來實現，如將5255並行晶片、8254定時器及8259的中斷實驗，綜合成一個由中斷及定時器控制的彩燈迴圈顯示電路的綜合設計性實驗，培養學生的系統設計能力和獨立工作能力。還可以利用當前應用廣泛的PCI、USB線以及Windows驅動程式編寫等內容，要求學生分組進行設計課題的製作，設計課題由學生自選題目，該題目可以與每年進行的全國大學生電子設計大賽項結合，以發揮學生的創造性和積極性。對於綜合性和創新性實驗，學生需要撰寫實驗報告，總結個人實驗的結果和體會，通過實驗報告的撰寫可以培養學生對科技活動的總結能力，科技論文的寫作能力。並且採取課堂彙報的方式，由學生講解、演示，教師提問的方式進行考核。學生通過課題設計熟悉用語言實現數字系統的多種方法，學會工程除錯的基本思想，理解數字系統設計的整體概念，體會團隊合作的重要性。使學生具有了一定的軟硬體開發能力，還可以讓學生了解當前計算機應用領域的先進技術，接受新的設計思想和方法，培養學生自主創新能力，可以更好地適應今後的工作和學習，達到良好的實驗效果。
四、結束語
計算機硬體基礎課程是一門理論性和實踐性都很強的課程。隨著計算機技術的不斷髮展，課程的內容也產生了很多新的元素，這就要求改進傳統的實踐教學模式以適應素質教育和鼓勵創新能力培養的要求。基於口袋實驗室的計算機硬體課程教學模式可以在學時數有限的約束條件下，為達到較好的教學效果提供支援，體現學生自主學習的新思路。解決計算機硬體基礎課程重理論、輕實踐的弊端，改善硬體類課程實驗裝置不足、教學力量薄弱的瓶頸，增強學生的動手能力。
參考文獻：
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