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高等学校计算机硬件实验教学体系改革研究与探讨
摘要:本文针对目前高等学校计算机硬件实验教学存在的问题,提出适合本科生及研究生联合培养的创新实验教学体系,设计了支持基础验证型、综合设计型和创新研究性实验一体化的计算机硬件实验平台。br 关键词br本文来自:计算机毕业网 :教学改革;创新型人才;计算机硬件实验br br 1计算机硬件实验普遍存在的问题分析br br 目前,国内大多数高等院校的实验组织模式和实验手段主要存在以下问题:br ●“一人动手大家看”的“放羊式”br ●实验的内容、步骤严格按照教材(实验指导书)进行br ●实验内容陈旧、与工程实际脱节br ●本科生和研究生的实验环境分别建设br 计算机学科的课程内容具有很强的交叉性和相关性。针对每门具体课程单独设置实验及单独提供实验环境,一方面很难使学生对其前导课程所完成的基础能力做要求,同时也很难兼顾到其后续课程,各自独立,相互间缺少有效的贯通;另一方面实验环境重复建设,实验资源得不到充分利用。下面以“数字逻辑”、“计算机组成原理”和“计算机系统结构”三门硬件主干课程为例说明计算机硬件实验的现状。br (1) “数字逻辑”是计算机专业必修的专业基础课,目的在于掌握计算机数字电路设计和调试方法,为后续硬件课程奠定基础。而相应的“数字逻辑实验装置”一般仅能用于TTL与GAL器件的实验;有部分学校购置的实验装置还不能进行GAL器件的实验。实验一般使用小规模74系列TTL器件,通过面包板实现输入/输出连线,其可靠性低、元器件易损,复杂实验受到限制,很难支持设计型实验;许多目前流行的硬件设计方法,如采用EDA(电子设计自动化)工具的基于CPLD(复杂可编程逻辑器件)的逻辑设计等,更是因为硬件设计环境不够而无法进行。br (2) “计算机组成原理”作为计算机专业的核心课程,目前很多大学采用类似清华大学计算机厂早期研制的实验装置,采用面包板和拨位开关等输入/输出接线,调试手段缺乏,支持的实验内容少,对CPU设计之类的实验没法很好地开展。即使一些新的实验装置,重点仍然是支持验证型实验,设计型实验的开展仍具有局限性。br (3) “计算机体系结构”作为计算机专业的高端专业课,由于缺乏实验条件,很多学校还没有开设实验,少数开设实验的学校也只能采用系统结构模拟软件进行模拟实验。大多数该类模拟软件运行在UNIX平台上,参数设置复杂、接口界面不友好,使用起来费时费力。学生只是通过课堂学习来掌握计算机体系结构的内容,缺乏对计算机体系结构的感性认识,更谈不上培养学生的设计与创新性能力。br 由于以上三门课程目前都只针对自己的课程内容单独设置实验并单独提供实验环境,这些相关性非常强的课程各自独立,相互间缺少有效的贯通,不仅导致了实验环境的重复建设,实验资源得不到充分利用,而且也不利于学生对计算机硬件体系有一个系统的了解,更无法对本科生的课程设计、毕业设计等大型和综合型训练提供必要的支撑环境。br 为了解决目前计算机硬件实验教学中存在的问题,需要建立能满足计算机专业实验教学需求的,集实践性、先进性、开放性、创新性为一体的先进硬件实验教学体系,结合EDA、软件模拟和虚拟现实等先进的实验手段建立集基本验证、综合设计和创新研究为一体硬件实验平台,促进理论教学与实践教学紧密结合,以适应学科发展和IT企业对高层次计算机专业人才的更高需求。br br 2 适应多层次人才培养需要的计算机硬件实验体系的建立br br 为了构建适合本科生、研究生多层次需要的一体化的实验教学体系,我们对国内外著名大学的课程及实验教学大纲等做了深入的研究,主要做了以下几个方面的研究工作:br (1) 研究计算机专业硬件课程及其实验课程当前的设置和今后的发展趋势;br (2) 剖析计算机专业硬件相关课程之间的衔接关系;br (3) 分析教学实验和科研实验的本质,发现本科阶段以及研究生阶段主要硬件课程教学实验的规律。br 基于以上研究工作,我们设计的计算机硬件实验体系主要包含以下层次。br 2.1系统化的计算机硬件实验内容层次br 计算机学科是目前更新换代最快的学科之一,实验在设计时必须和实际工程结合紧密。实验内容和手段的设计必须是以培养具有很好实践能力和一定创新能力的本科毕业生为目标。因此,我们将每门课程实验的内容分为以下三个层次:br 基础验证型:主要用于验证课程当中所讲的内容,加深对课堂知识的理解,并培养学生的基本专业技能和实际操作能力。br 综合设计型:这类实验一方面可以加强学生对相关课程的理解,更主要的是培养了学生综合分析能力和独立解决问题的能力。br 创新研究性:这类实验要求学生自行设计目标并进行实验;实验允许失败,
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