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1 计算机硬件系列课程体系的构建近年来,微电子技术和计算机技术得到迅猛发展,主要体现在:(1)微型计算机系统从IBM PC/XT发展到奔腾;(2)计算机技术与微电子技术的紧密结合,使嵌入式计算机系统得到飞速发展,也使得嵌入式片上系统SoC获得广泛应用;(3)计算机仿真技术的快速发展,使得电子线路的设计、分析和仿真试验更加便捷、高效,出现了许多针对不同应用层次的EDA软件;(4)软件技术的快速发展,使得电气与自动化专业领域中的大量数据运算和数据处理等工作更为方便,算法实现更为容易。
为此,笔者以嵌入式系统应用为最终目标,建立完整的电气与自动化专业计算机能力培养体系为宗旨,构建了计算机硬件系列课程体系。在该系列课程体系中,以“计算机硬件技术基础”为基础主干部分,以其它几门课程为应用和提高部分,形成一套系列化的计算机硬件教学体系。该系列课程从体系结构上划分为三个层次:基础层、系统层和应用层。其结构如图1所示。
计算机硬件系列课程体系结构在该三层体系结构中,基础层为“数字电子技术”课程,该课程虽然在教学体系上不属于计算机硬件系列课程,但它是计算机硬件系统的技术基础,是必修的前续课;在系统层中,以“计算机硬件技术基础”课程为主,辅之以配套的“计算机接口实验”和“计算机课程设计”两门实践性课程,是硬件系列中最重要的课程;应用层中,主要以嵌入式技术为核心,设置了“单片微机测控系统”、“DSP实用技术”
以及“数字系统设计”课程,且每门课程都配有相应的实验环节。具体教学计划安排如表1所示。
改革教学内容和教学体系计算机硬件系列课程建设的一个重要目的是:
使电气与自动化专业的学生在学好计算机硬件基础知识的前提下,掌握一些重要的新概念、新知识和新技术,达到掌握计算机应用知识的较先进水平。为了使学生在学过该系列课程后具备较强的实际动手能力和计算机应用系统的开发能力,在该系列课程教学内容的设置上体现出基础性、系统性、实用性和先进性,既要重视计算机硬件的基础内容,又要结合当今电子与计算机的最新发展。为此,我们对系列课程的教学内容和教学体系进行了改革创新。
(1)“计算机硬件技术基础”在计算机硬件系统组成与结构、掌握计算机应用方法等方面为学生打下基础,也为后续专业课程的应用提供了必不可少的计算机硬件基础知识。
该课程在优化原有基本内容的基础上,增加了高档微机系统涉及的部分内容,形成由三大模块组成的课程体系:①基本模块,主要以16位8086为背景组成的微机系统作为核心内容,这样可以保持较长的稳定教学时间,确保教学内容的相对稳定性和基本教学质量;②提高模块,重点以Pentium处理器为核心内容的,以跟上新技术发展的速度。主要讲解CPU的保护模式、Pentium处理器的结构、超标量流水线体系结构的特点、高速缓冲存储器(Cache)和虚拟存储器、以及现代PC机的总线技术等等;③应用模块,以微机接口技术为主要内容,包括中断技术概念、Pentium处理器的中断机理、典型接口芯片的工作原理及应用。课程教学既保留了国内目前广泛采用的16位微机系统的基本内容,又紧跟了时代的发展,使教学体系具有先进性和实用性。
(2)“单片微机测控系统”是一门实用性和应用型很强的课程。原来只介绍MCS-51系列单片机的原理及其应用。随着嵌入式系统的应用越来越广泛,笔者增加了嵌入式系统部分的内容,使学生对当前嵌入式系统的发展及应用有所了解。从课程体系上由单片机原理、单片机测控系统应用、嵌入式系统技术概述三大模块组成。
(3)“DSP实用技术”课程面向嵌入式系统领域(各种自动化仪器仪表、控制系统等),构建基于DSP的高性能嵌入式测控系统。教学内容包括TMS320C2000系列DSP原理、应用系统设计方法,5第2期万晓冬等:计算机硬件系列课程体系改革探讨通过理论讲授、实验教学,使得学生掌握先进的DSP技术及其应用设计方法。
(4)“数字系统设计”课程主要从拓宽学生的知识面,提高学生的应用能力和工程能力出发,介绍下列主要内容:①EDA技术的基本概念与方法;②可编程逻辑器件的基本结构与原理;③VHDL语言的元素和基本描述方式;④电子设计自动化软件平台MAXPLUS II的使用介绍;⑤数字系统设计的基本方法;⑥数字系统设计的工程应用实例。
2 改革课堂教学模式和教学方法,提高教学质量计算机硬件系列课程教学内容多,技术发展快,而各课程学时数紧张,这就要求我们的课堂教学,不仅要跟踪学科发展前沿,不断更新教学内容和教学体系,而且要采用新的教学模式,使学生更多、更好地掌握相关的知识和技能,以提高教学效率。
(1)在课堂上力求采用启发式、互动式教学方法在课堂上教师根据教学内容,特别对一些难点部分,不断地以启发方式提出问题、设置疑难,使学生在思考中获得知识。同时增加与学生的互动性,通过不断提出问题、回答问题,引导学生积极思考,调动学习积极性,加深对问题的理解。
(2)采取多种教学形式,加强学生能力的培养对有些课程内容教师先讲要点,然后可设计几个关键问题,启发学生思维,让学生课后精心准备,在此基础上组织讨论,由教师最后进行归纳总结。
而对于一些以原理为辅、记忆和应用为主的内容,则可采用以学生自学为主、教师精讲、学生多练的教学方法。
(3)运用现代化教学手段,提高教学质量教学手段是完成教学任务、实现教学目的的重要教学媒体,在教学过程中灵活使用多种教学手段。
由于计算机硬件系列课程中涉及的各类硬件结构复杂,课程内容多,学生不易理解,因此开发了硬件系列相关课程的CAI教学课件,充分利用计算机的多媒体功能。通过动画技术、动态模拟、图形等手段,帮助学生更好地理解教学内容,增大课堂信息量,提高教学质量。同时以课件为基础,开发硬件系列课程网站,以作为课程教学的辅助手段。
