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“卓越计划”背景下的计算机硬件实践教学体系 摘要：针对当前计算机硬件类人才短缺及高校计算机硬件实验教学相对较弱的现状，基于“卓越计划”，以培养具有实践主动性、分析与解决问题能力、创新能力、团队组织与协调能力的工程应用型人才为目标，从计算机硬件类课程群内涵整体化与系统化思路出发，构建“3+4+3+3”的具有连续性、整体性和创新性的计算机硬件实践教学新体系，并主要围绕硬件实验平台、实验形式、实验环节与内容等方面进行探讨，希望与同行分享。 关键词：卓越计划；计算机硬件；实践教学体系 0 引言 教育部提出的“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措之一。该计划旨在培养造就一大批创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。它有3个特点，一是强化培养学生的工程能力和创新能力，二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才，三是行业企业深度参与培养过程。 信息技术产业已成为现代社会的支柱，计算机科学与技术是信息产业的核心和灵魂，是国民经济和社会发展的基础，高校计算机科学与技术专业（简称计算机专业）肩负着为社会培养具有较强工程实践和创新能力的综合素质人才。中国民航大学自2002年以来狠抓落实实践教学，于2009年实施CDIO试点工程改革，2010年计算机专业获批为天津市“品牌专业”并加以建设，硬件是其中主要模块之一。硬件课程组多年来一直致力于硬件课程体系及创新人才培养模式的研究与实践，已初见成效。但就目前来看，实践教学这一理论联系实际的重要教学环节还较薄弱，直接影响着学生工程与创新能力的培养。因此，在“卓越计划”的契机下，探索计算机硬件实践教学模式，创新硬件实践教学体系，培养造就能适应经济和社会发展需求的计算机硬件系统工程师人才，着力解决计算机科学领域中硬件工程实践和创新方面所存在的问题，将具有极为重要的意义。 1 计算机硬件的重要性及目前实践教学现状 计算机硬件类课程是计算机专业中的核心课程，实践性强是其突出特点之一，提升硬件类课程实践教学质量对于提高学生实践动手能力、树立工程意识、培养创新能力、增强就业竞争力起着很重要的作用。特别是近年来，伴随着多核处理器的普及应用、嵌入式技术的蓬勃发展与应用以及物联网技术的发展，造成了全球对计算机硬件类人才需求的急剧增加（国际市场紧缺、国内市场急需，国内每年缺口大约20万人）。目前，欧美等发达国家理工科大学的计算机专业普遍都很重视硬件类课程，教学内容涵盖了从基本的MOS管、集成电路到整个计算机系统及外围接口电路，硬件实验已发展为由实验仪与EDA、VHDL和CPLD/FPGA等仿真器联合承担的阶段，嵌入式系统设计也逐步成为主流，提供给学生的实验工具多是体积较小的自主性实验平台，实验资料大部分是元器件生产厂家直接提供的技术手册，学生可以不受时间限制地进行自主实验设计与开发，这种原理设计-模拟实现-最终实现的实验形式能将软、硬件结合为一个统一整体，使学生更快适应实际工作或实际研究，同时又能充分锻炼和培养学生的动手操作、分析问题与解决问题以及创新思维能力，也能节省资源，是新时期下的发展需要与趋势。我国的硬件实践教学现状并不乐观，主要反映在以下3个方面： 第一，相对软件而言，硬件实验本身所固有的一些困难或问题，客观上给硬件实验教学的实施带来了一些难度，具体表现为：①实验消耗大、设备维护难、需要的设备资金投入大；②实验项目开发非一蹴而就，周期长、见效慢；③实验箱硬件线路相对固定，实验内容受硬件设计制约，自主性、综合性、创新性实验开发难且难以满足新技术与新方法的更新。 第二，实践教学的实施在主观上也存在一些问题。20世纪90年代以来的十多年间，由于硬件平台的通用化等原因，CPU研究被不知不觉地“放弃”了，计算机硬件教育受到了严重影响，反映在教学中就是硬件方面的课程被无限挤压，学生“喜软厌硬”甚至“欺软怕硬”，教师则是“重软轻硬”、“重理论轻实践”。具体表现为：①各硬件类课程实验教学自成体系，课程之间在内容上没有得到有机的结合和贯穿，内在联系没有被体现出来，没有形成很好的具有整体化、系统化、综合化的硬件实验教学体系和实践培养体系；②各门硬件课程实验内容与社会需求相脱节，一些新技术未能及时体现在实验中，没有形成与国际接轨的课程标准，且大多以验证型实验为主，综合设计型和创新型实验较为欠缺；③课外实践环节少，没有形成产学研机制，缺乏工程实践与创新能力培养；④没有形成科学规范的实验考核评价机制，偏离了以能力为导向的培养目的。 实际上，硬件与软件是一个统一的整体，