关于计算机专业硬件课程教学的

【摘 要】随着高校对计算机硬件课程教学的不断改革和发展,对从事计算机硬件教学的教师提出了越来越高的要求.对硬件课程的共性、特点进行归纳,根据本人的教学实践提出了硬件教学内容中存在的宏观和微观、抽象和具体、具体和生动的关系,强调硬件教学要具有可操作性,力求为算机硬件专业高质量人才的培养提供新的教学思路和模式.最后总结全文.

【关 键 词】硬件；宏观和微观；抽象和具体；具体和生动

目前我校在计算机专业中开设了若干硬件课程,本人主要承担了《单片机原理及其接口技术》、《嵌入式系统原理及应用》、《PLC编程及应用》等课程的理论教学和实验教学方面的工作.由于计算机专业的培养目标和电气自动化及电子仪器专业的培养目标不同,计算机专业不可能过多的开设电子、电路原理及设计方面的课程,同时又由于课时所限,不可能在有限的时间内给学生作深入细致的讲解,这给学生学习硬件课程带来困难的同时更给老师的教学方式、方法、教学艺术提出了更高的要求.根据本人的教学实践,谈谈在硬件课程教学方面的体会.

一、把微观的讲宏观

大规模或超大规模集成电路技术是计算机硬件发展的基础.在单片机、嵌入式、PLC的CPU芯片上集成了数量众多的微电子器件,具体表现为各种工作寄存器、控制寄存器、状态寄存器、接口电路以及各种控制逻辑电路,这些摸得着、看不清的微小的器件组成了具备人脑功能的一种具有高度智能化的电子装置.在讲授这部分内容时,要给学生讲明白,这种装置的组成道理和其它物体、设备如汽车、楼房一样,是各种部分的有机组合形成的,把这种微观的东西想象成宏观的东西进行理解,拉近学生与硬件的距离.

二、把抽象的讲具体

计算机专业的学生只是学习、使用硬件而不是开发、设计硬件,各种微控制硬件逻辑电路设计原理对他们来说是复杂和抽象的,但是作为使用来说,学生只需要知道硬件的组成部分、各部分具有的功能和如何使用就足够了；使用硬件或者说支配硬件都是通过指令的方式,指令执行的过程就是控制硬件动作的过程,尽管微电路中硬件的动作我们并看不到,但是它们对外输入、输出的引脚信号状态电路的变化有些是可以测量观察到的,也就是说这些东西并不深奥.而只是高度集成化了使人感到有些抽象,我们完全可以把它们看成透明的东西.

三、把具体的讲生动

在内存管理方面,不论PC机还是各种单片机、ARM系列内核、PLC的CPU模块一般都是以字节为单位进行编址管理的,这就可以把内存看作一个教室,内存的每个单元相当于一排排的座位,其地址编码对应于每排的序号,单元的每个位对应于每个座位号；在段页式内存管理中,可以把一个教室看作一个段,一个教学楼看作整个内存空间,一个教室的房间号相当于段的编号,如此,可以帮助学生很快理解内存管理的方式、方法.同时、对内存的扩展,不外乎就是在教室里增加几排座位或几个教室而已.

四、硬件教学要有可操作性

在硬件教学中要把复杂的电路原理将简单,一个复杂的硬件模块对外的表现就是一些引脚,要让学生深刻理解各个引脚的含义和使用,理解引脚信号的对应连接,从硬件电路上找到信号的根源,从实物器件上找到引脚与外部信号线的连接,并说明连接的道理和原因,使学生对信号线的认识深刻而清楚,增强学生对硬件可操作性的认识；同时要充分学生实践动手能力的培养,这包括软件编程能力和硬件接口能力的培养两个方面,在这类课程中软、硬件是紧密结合、对应的,软件编程受硬件的地址规定、功能特性、指令使用的限制,软件是在硬件认可的方式下进行.

五、接口问题的共性解决思路

一个CPU芯片,就像一个人的大脑,只是具备了一定“思维运算”的能力,还不具备与外界打交道、解决实际问题的能力,要与外界打交道就需要给它配上“眼”、“耳”、“鼻”、“口”“舌”、“手”,“脚”等协同部件,就像一个人,如何感受信息、表达信息,如何根据自己的意愿产生动作、达到自己的目的,就必须有自己的五官和四肢一样,CPU芯片也要具备这些功能器件它才能发挥功能,如果它缺少某些器件就必须缺什么补什么,这就形成了接口技术,很多功能器件都可从市场上写到自己扩展.现在有些接口电路如串口通信、中断系统等做在CPU芯片里面了,但它们仍属于接口电路部分,通过其外部引脚来使用它们.接口问题就像解决日常生活中的问题一样,当自身的能力不够时可以通过与外部力量的合作帮助解决.

六、实验教学与理论教学的统一

计算机硬件的理论教学和实验教学是紧密联系的,理论教学的内容要在实验教学中贯彻和理解,理论教学甚至可以在实验室中进行；硬件教学的实验设备在市场上有很多产品可以选择,但实际上这些封装好的产品不利于对学生硬件原理和内容的真正理解,有条件的话还是提供实验材料和实验平台自己搭建硬件电路完成实验内容,这样可以更好地理解理论方面的内容.

七、总结

应该指出计算机硬件的更新换代十分迅速,计算机硬件课程的教学内容也应该动态调整,这对教师提出了更高的要求,如何高屋建瓴地把硬件内容形象化、简单化、通俗化讲解给学生,使学生能够由表及里、由外到内理解硬件内容深层次的问题,达到应用的目的是计算机硬件教学的最终目标.