计算机硬件教案精选(九篇)

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第1篇：计算机硬件教案范文

关键词：计算机软件基础 电子教案 RIA Flex

电子教案，是将传统教案中的内容转换成计算机能处理的数字信息格式后存储于记录介质（如磁盘、磁带、光盘等） 中的一种形态。同其他的电子出版物一样，在观看阅读时必须事先输人计算机主机中，由显示器输出。目前课堂上比较流行的电子教案一般有两种类型：PPT 教案和 WORD 教案，调研中发现在《计算机软件基础》课程教学当中 PPT 教案使用的比例非常高。与传统教案相比，电子教案不仅仅是形式上的变化，而是对传统教学手段、教学方法和教学模式的深层次变革。在教学过程中有效运用电子教案是新课程改革的必然要求、是教育现代化的必然要求、也是未来社会发展的必然要求。

《计算机软件基础》作为工科专业的必修专业基础课程之一，主要介绍了程序设计语言、数据结构和软件工程基础知识，强调基本算法的理解和运用。传统教学无法演示程序设计实践和算法演示，充分利用多媒体、网络技术发展带来的契机，采用新的教学模式改进原来的以教师讲授为主的单一课堂教学模式是课程发展的趋势。

一、现有《计算机软件基础》电子教案开发中存在的问题

软件复用是一种由预先构造好的、为软件复用是一种由预先构造好的、为复用目的而设计的软件构件来建立或者组装软件系统的过程。目前用 PPT 等软件开发的《计算机软件基础》电子教案的大部分内容是直接打包在一起的，用户根本看不到动态演示过程，也没法对内容进行修改，所以根本就谈不上软件的复用，网络共享也困难。目前少数一些用Authorware，Director，Flash 和 Html 等软件开发的《计算机软件基础》电子教案，由于在打包或时把教学内容和程序放在一起，一般没有计算机培训的用户根本就没有办法对其进行修改。由于现在网络的快速发展，基于 PPT 等开发工具开发出来的电子教案都不支持网络浏览，这样不利于课程电子教案内容的及时更新。同时，PPT 要做出很强的交互性需要熟悉它的脚本开发，而 PPT 的交互设计能力不强，限制了教案的二次开发能力，使得教师的教学活动设计和组织受到现有电子教案的约束，很难达到理想的教学效果。

二、系统整体设计结构

电子教案系统总体上被分为两大部分，一个是电子教案的编辑器部分，另一个是电子教案的内容前台展示部分（播放器功能）。编辑器部分的界面设计要力求简洁明了，逻辑结构清晰。播放器部分是教师上课时用来展示教学内容的程序，它包括导航部分、内容展示部分、以及电子白板。系统的功能需求主要集中在图文混排、多媒体支持、用户交互、编辑和修改、文字批注和电子排版等功能。

系统总体上采用由电子教案编辑器和播放器两部分组成，电子教案编辑器在完成电子教案内容的制作后导出素材内容，打开播放器播放电子教案。

编辑器主要是为电子教案的制作人员提供添加和修改课程电子教案内容的功能。编辑器部分包括电子教案文件处理部分，电子教案逻辑的设计，具体的每个页面内容的添加和页面相关属性的设置。其中文件处理部分对电子教案进行新建、打开、保存；逻辑结构对电子教案内容之间的逻辑结构进行安排，使其符合电子教案整体的结构或教师教学的具体要求；页面内容的添加负责在页面中添加具体的教学内容素材，如图片、文本、音频、视频等；页面相关属性的设置对页面背景颜色和背景图片的添加和修改，对页面切换效果的设置。另外还有具体的媒体素材的风格设计，同时还提供备课时添加批注的功能。播放器通主要负责对编辑器生成的电子教案素材文件的展示，供教师上课使用。播放器的交互设计和 PPT 类似，保持了 PPT 的一些版面设计风格和快捷键操作等。另外播放器提供弹出式导航栏，方便教师上课时的导航操作，每种素材对象都有自己特定的交互方式。编辑器打包把播放器和电子教案素材内容放在一起，播放器在打开时会调用同级同名文件夹里的 XML 文件和素材文件。

三、主要模块实现

1、电子教案文件操作模块

该模块在设计时把电子教案文件作为一个整体内容来进行新建、打开和保存。新建电子教案时对原有已打开电子教案的处理，如果用户对已打开电子教案做了修改，但是未保存，会提示用户先保存，然后再新建电子教案文件。

作为该系统的重要模块之一，内容结构编辑模块的设计要方便用户对电子教案文件的逻辑结构进行编辑和修改。本系统采用树的数据结构来标示电子教案的内容结构，不仅结构清晰，而且操作方便，符合一般用户的习惯。

该树形结构的节点可以拖动以调整节点的位置，在节点上单击右键会弹出右键菜单，包括对节点的添加、复制、粘贴、删除和修改等操作。

四、总结

《计算机软件基础》电子教案设计和开发的过程中，不仅使电子教案结合了桌面应用良好的用户体验与网络课件轻松部署，带给用户更好的交互体验。该系统实现了电子教案对网络的支持，提高了教案的可重用性和可扩展性。本系统结构在细节上还有部分可以改进和提高的地方。比如系统定义的各种资源素材 XML 表示文档没有遵循 Scorm 技术标准，给以后电子教案素材内容网络复用带来不便。

参考文献

[1] 孙颖. Flash ActionScript 3 殿堂之路[M].北京：电子工业出版社.2003.

[2] 李捷.2003.基于 RIA 的英语多媒体课件的设计与实现[D].合肥：中国科学技术大学，2003.6—7.

第2篇：计算机硬件教案范文

关键词硫胺素焦磷酸核酶开关； 增强绿色荧光蛋白； 基因表达调控； 荧光生物传感器； 哺乳细胞

1引 言

核酶开关是近些年出现的一种人工基因调控开关。常见的核酶开关由锤头状核酶和适配体组成[1]。作为一种顺式作用元件，在特异识别适配体的配体作用下，无需蛋白质辅助，即可通过调节自身裂解反应，调控mRNA的翻译，已应用于多种细胞的基因调控[2～6]。迄今，随着指数富集配基系统进化技术（SELEX）[7]技术发展，越来越多的适配体被筛选出来，能特异性地结合小分子、蛋白质、多肽、氨基酸、抗生素和金属离子等各种配体[8～11]。相比于天然的核酶开关，人工核酶开关具有基因表达可控性、结构可组装性、靶基因特异性等特点[12]。配体与适配体区的结合引起的构象变化可用来调控下游基因的表达，转化成相关的化学信号，如报告基因的荧光变化等，可实现对配体在活细胞内的原位、可视化检测。如今，合成生物学的发展及核开关在逻辑门中的运用，更推动了基于核酶开关的生物传感器在真核细胞内的广泛应用[13]。

硫胺素焦磷酸（Thiamine pyrophosphate，TPP） 是维生素B1在细胞内的主要活性形式，也是糖、脂肪酸和氨基酸氧化代谢中重要的辅助因子，对维持细胞正常代谢、细胞生长和增殖等发挥极其重要的作用。TPP 核酶开关是唯一同时存在于原核生物和真核生物中的天然核糖开关，在植物和真菌中较为常见[14～17]。其在真核细胞中主要作用于premRNA的内含子剪切，可实现对基因精确和有效的调控。无论是在真核中，还是原核生物中，TPP核酶开关对TPP都有高的特异性和亲和力，而细胞中的其它组分或相似产物与核酶开关适配区结合能力很弱[18～20]，对核酶的活性影响很小。文献[21～24]报道，将TPP适配体与天然核酶组装成人工的TPP核酶开关，用于体外、原核细胞或藻类等细胞中调节靶基因的表达。目前，在哺乳细胞中运用的核酶开关适配体结构多限于茶碱、四环素、金属离子等配体的适配体[25，26]。这些配体为细胞外源物，且常具有一定细胞毒性。而TPP是真核细胞的一种重要的代谢中间物，在细胞体内含量较低，人工建立的核酶开关用于调节哺乳细胞内的基因表达还未见报道。

迄今为止，原核生物中报道的人工TPP核酶开关有正调控和负调控两种类型[21]，一般置于靶基因5′端。通过配体与适配体的作用，调控核酶剪切与否，释放或封闭RBS序列以促进或关闭下游基因的表达[27]。真核生物中因无RBS 序列，核酶开关通过抑制mRNA剪切上调靶基因的表达，或激活mRNA剪切来抑制靶基因的表达[28，29]。目前，人工核酶开关的设计一般通过理性设计通信模块元件序列，再整合到细菌或酵母mRNA中进行功能筛选与优化[30，31]。

2实验部分

2.1仪器与试剂

Eppendorf mastercycler nexus PCR仪（德国Eppendorf公司）； Nikon ECLIPSE TI倒置荧光显微镜（日本Nikon公司）； BD Accuri C6流式细胞仪（美国BD公司）。

焦磷酸硫胺素（>95.0%，美国Sigma公司）； 茶碱（>99.0%，北京百灵威科技有限公司）； DpnI酶（50 U/μL，美国NEB公司）； T4 连接酶（5 U/μL，美国Invitrogen公司）； lipofectamine 2000转染试剂、DMEM培养基（美国Invitrogen公司）； 小牛血清（美国Gibco公司）。

2.2哺乳细胞中TPP核酶开关质粒的构建

将来源于Schistosoma mansonii锤头状核酶 （HHR） 序列插入pEGFPN1载体EGFP基因的3′ UTR 区。 pEGFPN1质粒为模板，5′ 重叠延伸PCR方法构建无TPP适配体区的pEGFPHHR。PCR反应： 94℃预变性2 min，94℃ 30 s， 60℃ 30 s， 72℃ 1 min， 25个循环； 72℃延伸10 min。PCR反应体系： 5 μL 10 × Phusion DNA polymerase buffer， 4 μL 10 mmol/L dNTP， 2 μL 10 μmol/L primer F， 2 μL 10 μmol/L primer R， 1 μL Template， 0.25 μL Phusion DNA polymerase； 加ddH2O至50 μL。PCR产物用乙醇回收，DpnI酶37℃消化PCR产物中过量的质粒模板1 h，用乙醇回收产物，T4 DNA ligase连接转化至感受态细胞，后涂布至含有相应抗性的LB平板中37℃过夜培养。挑取单克隆培养，提取质粒并送上海生工生物技术公司测序，GenBank中BLAST序列比对。测序成功产物作为模板用于后续带有TPP适配区on/off型核酶开关的构建，其构建方法同上，其序列与相关引物见表1。所有寡核苷酸及引物由上海生工生物技术公司合成。

2.3哺乳细胞的培养及瞬时转染

HEK293细胞于添加10% 小牛血清的DMEM中，37℃， 5% CO2培养。转染前一天，以5×104/孔密度，添加0.5 mL DMEM/孔铺于24孔板。根据转染条件，以每孔1 μg pEGFPTPPHHR质粒与2 μL lipofectamine 2000转染细胞，pEGFPN1与pEGFPHHR分别为阴性与阳性对照，4 h后换新鲜培养基并添加不同梯度浓度（0～150 μmol/L）的TPP或茶碱（Theophylline）。

2.4转染后细胞内EGFP表达的荧光显微镜观察与流式细胞仪分析

细胞转染48 h后， PBS洗涤，荧光显微镜下以488 nm 激发波长，515～545 nm发射波长观察EGFP

3结果与讨论

3.1pEGFPTPPHHRON/OFF质粒的构建

人工TPP核酶开关有正调控和负调控两种类型，无论对于原核生物或真核生物，人工核酶开关上调或抑制表达的关键取决于连接适配体结构域与核酶结构域的通信模块，即连接适配体区（Stem Ⅲ）与锤头状核酶（HHR）（图2A）茎环结构（StemⅡ）之间的寡核苷酸序列，故TPP适配区与HHR核酶的接头序列是决定核酶开关是“Switch on”还是“Switch off”的关键。在负调控（Switch off）开关中，无配体时，锤头状核酶（HHR）的活性结构得不到维持，从而抑制HHR核酶的剪切。而TPP配体的结合，可引起核酶开关茎环结构Stem Ⅱ与Stem Ⅰ 之间活性结构的稳定，剪切发生。反之，正调控（Switch on）结构具有初始稳定的HHR剪切结构，而TPP的结合反而破坏了HHR的活性结构，从而抑制剪切的发生[21，23]。根据原核生物中优化的连接适配体与核酶的6个寡核苷酸的不同序列，共构建了3种Off（pEGFPTPPHHRoff1，2，3）开关及两种On（pEGFPTPPHHRon1，2）开关的质粒（图2B）（后续以TPPHHRon/off简称）。

为保证其在真核生物中的调节活性，所有开关设计均插入在目的基因EGFP 3′ UTR区。由于待插入的HHR和TPP适配体片段位于EGFP基因下游，缺少合适的限制性内切酶位点，且序列较短，仅约120～140 bp。传统的PCR酶切连接方式的回收效率较低， 影响后续重组载体的构建，故本实验中利用Overlap extension PCR cloning[32]将核酶开关片段插入质粒中的方法更为高效准确。设计两条5′ 末端磷酸化的上下游引物，引物的一部分为带插入的序列，另一部分分别和质粒插入位置的下游和上游互补，以模板质粒扩增全长。

3.2不同TPP浓度下HEK293细胞内EGFP基因表达分析

首先通过荧光@微镜观察瞬时转染48 h后HEK293细胞内EGFP报告基因表达，结果表明：相比阴性对照pEGFPN1转染细胞的EGFP高表达，阳性对照pEGFPHHR质粒转染的细胞荧光明显降低，表现出良好的核酶剪切功能，但无TPP浓度依耐性 （图3A）。而随着TPP浓度升高TPPHHRon1，2转染细胞的绿色荧光的强度有着明显的增强趋势； 反之，而在构建的3个off型开关转染细胞中，只有TPPHHRoff1随着的TPP浓度的升高，EGFP表达明显下降（图3B）。

但TPPHHRoff2，3均未见荧光强度的降低，其强度接近于阴性对照， 且无TPP浓度依赖性。这可能是因为接头序列的不完全配对造成了mRNA二级构象的不匹配[23]，而这种改变在哺乳细胞中会受到更多因素的影响，核酶更难以发挥正确的剪切功能[31]。

为进一步考察不同TPP浓度对EGFP表达的影响，利用流式细胞仪对上述EGFP表达量有改变的转染细胞株平均荧光强度进行定量分析（图4）。相比阴性对照，pEGFPHHR转染细胞株荧光强度降低近80%，表明此构建体系中HHR核酶在哺乳细胞中保持其强劲的剪切作用。在构建的两个激活型开关中，TPPHHRon1在TPP浓度达50 μmol/L 时荧光表达明显升高； 150 μmol/L 时，平均荧光强度可增大约3.1倍，接近于报道中作用于原核细胞的Turn on功能[21]，另一TPPHHRon2荧光强度虽有升高，但开关调节功能较微弱，150 μmol/L的TPP调节只增加1.8倍的表达。而在构建的TPPHHRoff1中，TPP浓度为100 μmol/L 时，平均荧光强度降低了2.3倍，之后随配体浓度继续增加（150 μmol/L），其对EGFP表达的进一步抑制未有明显效果。发现3种对TPP有响应的核酶开关，其对TPP敏感浓度约为50～100 μmol/L，实验中曾将TPP浓度加大到500 μmol/L，但其在各种转染细胞株中并未见明显作用效果。相对于以往报道中茶碱在哺乳细胞中调节浓度均为1～10 mmol/L， 所构建的TPP核酶开关对TPP底物作用的敏感性大大提高。但此结果也证实了虽然核酶开关在原核生物或低等真核生物细胞中有良好的调控作用，但其结果并不完全适用于哺乳细胞。在很多报道中， 原核生物系统中的核酶开关可达到1.2～10倍的调节功能[23，30]，虽远小于体外100～10000倍的调节幅度[22]，但在真核哺乳细胞中的调节效果更低，且调控能力亦会因转基因或宿主细胞种类的不同而有所改变[31]。相比于原核生物相对简单的转录翻译机制，其核酶开关在真核细胞中mRNA二级结构的正确形成常会受到更多转录翻译等相关因子的影响，更增加了其调节的难度和不确定性。

为了检测TPP核酶开关的特异性，在平行样本中均加入了茶碱。实验表明，茶碱的添加并不能激活核酶开关发生构象变化，从而影响报告基因绿色荧光蛋白的表达。结果表明，这些原本适用于原核生物的核酶开关对适配体较高的特异性在哺乳细胞内仍能得到较好的保留。

4Y 论

研究了原核生物筛选的基于TPP适配体的两种类型的核酶开关，通过TPP配体与人工核酶的变构作用，激活或抑制核酶的剪切，实现了在哺乳细胞中调节报告基因绿色荧光蛋白（EGFP）的表达。此方法可用于间接检测哺乳细胞内微环境中的TPP浓度，这种基于变构活性来调节下游报告基因活性的策略，利于通过荧光检测用于哺乳活细胞内代谢物或因子的无标记、无损伤、可视、高效的检测。虽然相对于体外检测，这种细胞内原位检测方法所需的本底浓度水平较高（umol/L），但今后随着合成生物学中基因表达的级联放大技术的发展和逻辑门等方法的结合运用， 这种基于核酶开关的生物传感器将在提高哺乳细胞检测敏感性和运用广泛性方面具有极大的潜力[33]。

第3篇：计算机硬件教案范文

关键词：硬件技术基础 课程整合 教学方法 考核方法 教材建设

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0141-02

对计算机偏软专业而言，在教学培养目标方面，掌握必要的计算机硬件基础知识非常重要，能促进培养全面发展的、具有扎实功底的系统设计和开发的高级人才，但具体开设哪些硬件课程？在本科的哪些阶段开设？学生需要掌握哪些硬件知识？掌握到什么程度？具备哪些硬件实践能力？这些问题都是培养方案中需要切实解决的、非常重要的问题。

《计算机硬件技术基础》是我院软件工程、网络工程、信息安全等专业必修的一门专业基础课程，其目的是对于计算机偏软专业如软件工程、信息安全等只需要通过一门计算机课程精炼的学习，就能够掌握必备的计算机基本的硬件知识，从而培养具有扎实硬件基础的 高级设计开发人员。

该文通过该课程的定位分析，围绕课程体系、教学内容、教学方法、实践教学、考核方法等方面对该课程的教学改革进行了一系列的探索和实践。

1 课程的定位

本课程定位在大专院校计算机偏软专业如软件工程专业、软件学院各专业、网络工程专业、信息安全专业等对计算机硬件基础需要有一定了解，同时也无需安排多学时、多门课程的教学要求，以《计算机组成原理》课程教学大纲为主线，涵盖数字逻辑与设计、微型计算机与接口技术和计算机系统结构等相关硬件课程的内容并进行有机的衔接，达到一门课程完成对计算机硬件系统涉及内容讲解的目标。课程围绕如何理解和构建一台简单的计算机硬件系统为目标，全面而系统地讲解计算机组成的工作原理，同时以最具代表性的Intel 8086为背景，简要讲述微处理器及常用的接口电路的原理，并从计算机系统结构的角度讲述了提高计算机系统性能的各种方法和技术[1]。

目前，这门课程安排在大一的下学期开设，先导课为《计算机导论》，共80课时，除了理论教学和实验教学之外，还安排了一周的课程设计。

2 课程改革的具体措施

2.1 重视课程内容的建设，突出应用性

《计算机硬件技术基础》课程涉及的知识点非常多，且内容比较抽象、枯燥，难以理解。内容主要涉及到《数字电路》《计算机组成原理》《微机原理及应用》《计算机系统结构》等四门课程的相关内容，通过调整教学大纲，减少重复度，把上述四门课程整合为一门课程《计算机硬件技术基础》[2]，从而通过一门课程的学习，就能覆盖计算机偏软专业所需掌握的硬件知识；同时对教学内容进行优化和调整，精炼教学内容，突出重点，以注重能力培养为目标，重点讲述计算机组成的工作原理，并强调微机原理及接口技术的应用。另外，增加目前广泛使用的32位机的硬件技术，确保教学内容与时俱进，激发学生的学习兴趣。

2.2 改善教学手段、改革教学方法

不断改革教学方法和教学手段，改变传统的灌输式教学模式，根据教学内容，提倡启发式、讨论式教学方式，在教学过程中，注意学生学习能力的个体化差异，注重因材施教。另外，在课程教学中积极探索研究性教学方法，改变传统教学以教师为主的现象，体现以学生为主导，激发学生的学习兴趣，提高学生自主式、探究式学习能力。

2.3 加强实践教学、提升动手能力

该课程的实践教学环节除了实验教学之外，还安排了一周的课程设计。在实验教学环节，改革实验教学内容与体系，不断更新实验项目、实验内容；在课程设计环节，突出综合性、应用性，不断提高学生的动手能力、实践能力。

2.4 改革考核方法、实行“教考分离”

改革传统考试中的“谁任教，谁出卷”的考核方法，课程组通过多次研讨，规范课程的教学大纲、重点、难点，建立《计算机硬件技术基础》试题数据库，并每年更新10%的试题，每次考试前根据题型、知识点、难度等从试题库中抽题组卷，从而对课程实行“教考分离”，避免了任课教师不同，试卷的要求和难度不同的情况。课程考核后，课程组还需进一步对试卷进行分析和对课程进行考试后的总结，并以此促进下一轮课程教学质量的提高。

2.5 依托网络教学平台、丰富网络教学资源

在课程建设的同时，不断加强网络教学平台的建设，制作了多媒体课件，并逐步完成课堂教学视频的制作。依托扬州大学网络教学平台，本课程的教学资源如教学大纲、教案、课件、教学视频、实验指导、习题等全部上网，并设置了疑难解答[3]。通过网络教学平台，弥补了课堂教学受时间、空间控制的不足，方便了师生间的交流，提高了教学效果。另外，制定了网络教学资源更新计划，更新比例要求每年不低于10%。

2.6 强化师资队伍的建设、不断提高教学水平

结构合理的师资队伍是课程建设的关键，是合格人才培养的基础和保证。通过成立《计算机硬件技术基础》课程组，建立了一支由教学水平高、工程能力强的、教授领衔的，副教授、讲师等教师组成、老中青搭配的硬件教学团队[4]，保证了课程建设的连贯性。课程组注重培养骨干教师，尤其加强对青年主讲教师的培养，积极鼓励青年教师参加各类学术会议和培训，通过老教师指导、课程组研讨、督导听课、学生反馈等手段不断提升教师的教学水平，同时鼓励青年教师积极参与企业工程项目，提高工程实践能力，以实践促进教学。

3 成效

近几年来，课程组对《计算机硬件技术基础》课程不断进行深入的改革与探索，在课程建设方面开展了一系列工作，取得了以下成效。

3.1 整合教学内容、优化课程体系

针对计算机偏软专业的培养要求，课程组通过多次研讨，对该专业所需掌握的硬件知识进行归纳、整理，并重新制定了教学大纲。在课程的内容方面，围绕“硬件”这条线，整合了《数字电路》《计算机组成原理》《微机原理及应用》《计算机系统结构》等四门课程的相关内容，减少了重复度，突出了重点，突出了应用性，同时在教学中穿插介绍当前最新的计算机知识点，确保教学内容与时俱进。

3.2 构建了多层次的实践教学体系

本课程实践性、应用性比较强，为加强课程的实践教学，构建了课程实验、课程设计等多层次的实践教学体系。在实验环节，主要完成数字逻辑实验、计算机部件实验、微机接口等方面实验，为提升学生的动手能力，在实验项目设计方面，既有简单的验证性实验，又有一定难度的设计性实验和综合性实验，通过实验难度的不断提高，循序渐进地培养学生的思考能力、创新能力。在课程设计环节，突出应用性，把汇编程序、FPGA、硬件设计等内容结合起来，进一步培养了学生的动手能力和综合能力。

3.3 加强了实验室的建设

现有的硬件技术基础实验设备比较落后，远远滞后于现代计算机技术的发展，通过多方调研，及时维护现有实验设备，同时更新、引进先进的硬件设备，从而大大改善了实验室的硬件设备，实现教学与时俱进，为培养高质量的人才奠定必要的基础。为满足对学生课后开放实验室的需求，同时为提高实验室设备的技术含量和使用效率，下一步，将制定创新性、开放式实验室规划及开放计划，鼓励学生利用课余时间到实验室来积极参与实验及科研项目，从而进一步加强学生的动手能力、综合能力[5] 。

3.4 强化了教材建设

为配合课程体系、教学内容的改革，课程组结合多年的教学经验，编写了兼具“实用”和“创新”特色的教材《计算机硬件技术基础》，2011年由机械工业出版社出版。本教材共分为11章，第一章概述；第二章介绍数字电路与逻辑设计的基本知识；第三章至第八章重点讲述了计算机组成原理的内容，介绍了运算器部件、存储器部件、控制器部件、总线和指令系统等；第九章到第十章以Intel 8086微处理器为背景，讲述了微型计算机的基本原理以及常用的接口电路及其使用方法；第十一章讨论了指令流水线、多处理机系统等基本概念和工作原理[1]。

通过对全书内容进行精心编排，使得教材内容衔接流畅、深浅适当、通俗易懂；覆盖知识面宽、叙述简练、重点突出；满足了一门课程涵盖计算机硬件系统涉及内容的讲解要求。目前该教材在我院软件工程专业已使用四轮，学生使用效果较好，后续还将继续对教材内容进行更新，确保教学内容与时俱进。

4 结语

《计算机硬件技术基础》是一门理论性、实践性都很强的课程，如何针对不同专业的培养目标，适应不同层次学生的教学要求，做到因材施教，提高学生创新能力，课程改革是关键，该课程为计算机偏软专业的学生通过一门课程的学习，掌握必备的硬件知识作了有益的探索。在课程教学过程中，由于涉及知识点较多，要注意突出重点，强化应用，另外在教学过程中要及时反映硬件发展的新技术，做到与时俱进。

参考文献

[1] 李云，葛桂萍.计算机硬件技术基础[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 孙德文.计算机硬件课程改革与建设探讨[C]//大学计算机课程报告论坛论文集.2006.

[3] 黄伟，冯径.《计算机硬件技术基础》课程教学改革探索[J].现代计算机，2011（5）：36-37.

第4篇：计算机硬件教案范文

关键词:计算机组织与系统结构;计算机组成原理;计算机系统结构;教学改革

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

“计算机组织与系统结构”是计算机专业最重要的核心基础课之一。从学科和专业知识结构的角度看,该课程涉及的内容是整个计算机学科和计算机系统中最重要的基础和核心;从实践和应用的角度看,该课程具有显著的实践和工程应用特点,因而对培养学生的实践能力、对培养创新人才、对推动我国高等教育和人才培养的战略目标的实现具有重要的作用。

2008年12月21至22日,教育部在北京召开了2009年度教育工作会议。会议通过的《教育部2009年工作要点》和周济部长在会议中的讲话都强调要“着力培养学生创新精神和实践能力”、“增强培养高素质人才、科技创新和社会服务的能力”,这是目前在我国实现经济结构转型的重大发展战略下高等教育发展和人才培养的指导方针和发展目标,是目前国家经济建设、科技和社会发展对我们教育部门人才培养的迫切要求。

但是,就目前我国高校计算机专业的教学现状来看,我们在计算机学科相关的课程结构设置、教学内容和教学方法上存在一些缺陷。纵观各大学计算机专业课程设置和授课内容,基本上都偏向算法和程序设计、软件工程、数据库、网络和各种媒体应用类课程,而在计算机组成与系统结构方面开设的课程较少,与本课程在计算机系统中的地位不太相称;与此同时,课堂教学和实验教学的内容都比较陈旧,与现代计算机技术的发展水平和实际情况脱节较大,总体上与国外一流大学相比还有很大的差距。

课程结构设置的不均衡和教学内容与方法的落后,使我们培养的人才结构和模式已经不能满足社会发展的需要。从社会发展需求和就业市场反馈的信息来看,目前计算机软件人才基本上供大于求,而熟悉计算机硬件设计、具有计算机系统结构理论基础和设计能力的人才则严重短缺,年薪远远高于同等软件设计人员。随着国家推动各行各业,尤其是传统制造业向信息化技术发展,以实现经济结构转型的重大战略的出台,各行各业将大量需要掌握核心芯片和硬件系统设计技术的人才,这些人才需要能够针对行业需求自行设计和开发具有自主知识产权的计算及控制核心部件和系统。因此,计算机硬件设计人才的培养对今后我国各行各业计算机应用和信息化技术的发展、对实现我国传统行业的经济结构转型将具有十分重要的作用。另外,即使对于那些软件系统设计和开发者而言,不具备扎实的计算机组成与系统结构基础,也难以很好地胜任重要的底层和系统软件的开发任务,不考虑硬件结构的软件设计将难以最大限度地发挥硬件性能,所实现的程序效率和性能将是比较低下的。

鉴于以上现状和原因,计算机组成与系统结构的教学具有极其重要的作用,其教学理念、教学内容和教学手段等方面的改革势在必行。

本文就本课程在计算机系统中的地位、国内本课程的教学现状、国外一流大学的教学内容和教学模式等几个方面进行介绍、分析和总结,并在此基础上,提出“从程序员需求出发、重在流水线CPU设计、强调软/硬件结合”的课程教学内容改革思路和“从ISA模拟器入手、以功能部件设计为先导、单周期CPU设计为过渡、最终实现流水线CPU”的实验教学方案。

2本课程的地位和特点

美国UC Berkeley大学的David Patterson教授在他讲授计算机组成与设计课程的讲义中,曾经用图清晰地描述了计算机系统的层次结构,并且指出了本课程在其中的位置,如图1所示。

图1本课程在计算机系统中的位置

从图1可以看出计算机系统从大的方面可以分成硬件(Hardware)和软件(Software)两部分。在硬件和软件交界面上的是指令集体系结构ISA(Instruction Set Architecture),围绕ISA的阴影部分就是计算机组成和系统结构的内容。很明显,这部分内容处于整个计算机系统中极其重要的位置。课程所涉及的硬件包括:处理器(Processor)、存储器(Memory)和输入/输出系统(I/O System),处理器主要由数据通路(Datapath)和控制逻辑(Control)组成。这些硬件是操作系统(Operating System)直接管理的资源,也是编译器(Compiler)对高级语言源程序翻译生成的目标程序代码直接运行的平台。因此,本课程的教学内容除了计算机硬件所涉及的各部件及其各部件的互连和指令系统等内容以外,还与数字逻辑电路设计(Digital Design & Circuit Design)、操作系统和编译器等技术和课程也密切相关。此外,数据的表示、Cache的局部性、虚拟存储器的实现、过程调用的硬件实现以及寄存器使用约定等内容与应用程序的设计与开发也密切相关。由此可见,这部分是整个计算机系统的核心内容,因而“计算机组织与系统结构”自然成为计算机专业的核心基础课程。

从该课程的地位来说,它是多门后续专业核心课的先导课程,在整个专业教学中,起着重要的承上启下的作用,对于学生完整地理解计算机系统的层次结构、系统地建立计算机整机概念、掌握计算机硬件和软件之间的接口、培养学生对计算机硬件系统的分析、应用、设计及开发能力,都直接起到重要的作用。

但是,该课程涉及的知识面广、内容多;课程难度大、概念抽象。不少学生觉得枯燥无味,凌乱繁杂,导致学习兴趣下降,学习时似懂非懂,考试时死记硬背,考完后一切全忘,难以达到教学目的。因此,如何把握课程的主线和重点,改革教学内容和教学模式,为学生今后的专业学习打下坚实基础,使学生具备一定的硬件设计和开发能力,增强学生的动手能力和自信心,是该课程教学改革必须解决的问题。

3本课程国内、外教学现状和比较

2009年教育部首次进行硕士研究生计算机专业基础课全国联考,考核的四门专业基础课总分为150分,计算机组成原理和数据结构是占分比重较高的两门课程,各占45分,充分说明了教育部对计算机组成与系统结构在计算机专业中重要性的认可,也迫使我们相关任课教师认真思考如何才能使该课程的教学真正起到课程所应有的重要作用。

在教育部的大力倡导和推动下,最近几年国内很多大学都开始对本课程进行教学改革,从教学内容、教学手段、实验环境和实验内容等方面进行了不同程度的革新。但与国外一流大学相比还相差很大,体现在教学内容和实验水平两个方面的主要差距如下。

3.1教学内容上的差距

从目前所使用的教材和网上资源中课程讲义内容等方面可以看出,国内高校该课程的教材内容和教学内容普遍存在下列问题:

(1) 内容比较陈旧,且概述性内容多,实例和细节方面内容较少,内容缺乏深度和系统性。特别是在有关CPU设计原理方面,还停留在三级时序系统、CPU内总线结构、CPU和存储器之间的异步控制等等方面,与流水线处理器设计技术的发展水平和现状相差甚远。学完后学生基本上没有流水线处理器设计的概念,和后续的系统结构课程之间有一条较大的鸿沟,未能为深入理解各类并行处理技术奠定坚实的基础。

(2) 未能有意识地建立硬件和软件之间的联系。例如,在介绍虚拟存储器、异常和中断等内容时很少提及硬件和操作系统的关系;在介绍数据表示、Cache局部性特点等与程序设计密切相关的部分时,未能与程序设计中的问题结合起来;指令系统和硬件结构等是与编译器密切相关的,但教学内容中很少提及编译器和硬件的关系。由于未能把教学内容与其实际运用场合和环境联系起来,学生在学习时会感到茫然,不知道学了有什么用,而且由于缺少感性认识,学生在对课程内容的理解上感到困难。特别是多数学生认为自己将来不会从事CPU等硬件设计工作,因而也提不起学习本课程的兴趣。

我们调查了美国UC Berkeley、Stanford、MIT、CMU和UIUC等几个一流大学的课程教学情况,通过访问相关课程网站,下载相关的课程讲义,我们发现这些大学中开设的相关课程的教学内容和实验内容有以下几个特点:

(1) 所用教材基本上是David Patterson教授和John Hennessy教授编著的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》和《Computer Architecture: A Quantitative Approach》,以及美国CMU的Bryant教授等编著的《Computer Systems: A Programmer’s Perspective》。

(2) 处理器设计讲得较透彻。以MIPS处理器几条典型指令为基础,从单周期处理器、多周期处理器,逐步过渡到流水线处理器的设计,最后以流行的Intel系列处理器作为实例介绍高级流水线处理器的基本构成。在介绍流水线处理器时比较深入地阐述了三种流水线冲突(hazard)的解决方案,并简单介绍了如何在流水线方式下实现异常和中断处理。如此详尽地介绍流水线CPU设计在国内的高校中目前还较少。

(3) 以MIPS处理器或IA32处理器为模型机贯穿整个教材,所以整体上系统性比较好。无论是指令系统、数据的表示及运算,还是CPU实现都以MIPS或IA32为蓝本进行介绍,并且以大量的实例清楚说明了高级语言程序、汇编语言程序、机器代码和处理器实现之间的关系;并简单说明将高级语言源程序进行编译、汇编、链接,生成可执行文件在计算机上启动执行的过程。将学生能直观感觉到的高级语言程序和在CPU上执行的机器代码程序联系起来,使学生对一个程序的整个处理过程有全面的了解。

(4) 将数据表示和高级语言程序中的类型定义、Cache的局部性和高级语言中循环的实现、指令类型和高级语言编程结构等建立联系,将课程内容落实到具体运用点上,使学生不仅学会本课程内容,还学会运用相关知识解决具体问题,同时也增强了学生的学习兴趣和综合学习及运用能力。

(5) 在计算机硬件和软件(主要是操作系统)交界的地方清楚说明了硬件和软件的关系,通过了解具体计算机功能的软/硬件实现,使学生深刻体会计算机功能的软、硬件划分原则,以及成本和性能的权衡策略;同时也使学生了解硬件和软件之间如何协调工作。

(6) 结合高级语言和机器级代码之间的转换,结合流水线中的数据冲突和控制冲突处理的介绍,对有关编译优化技术进行了说明和解释。事实上,脱离具体指令集体系结构和硬件实现就无法清晰说明这些编译优化技术,因此这样的安排是比较恰当的。

(7) 利用性能评价方法对各种硬件设计方案进行定量分析,以加深学生对各种硬件设计方案、性能评价基本知识和基础理论的认识,也培养了学生对理论知识的应用能力和科学、严谨的学术风格。

(8) 由于对CPU设计的内容介绍得比较具体,使得相应的实验内容比较容易和课堂教学配套。从上述提到的这些一流大学设置的相应实验内容来看,基本上是围绕单周期处理器和五段流水线处理器设计展开的。

(9) 教材更新速度快。由清华大学郑纬民教授等翻译的《Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface》教材中文第3版2007年才出版,目前英文第四版已经出版并在使用了。教材的快速更新使得课程的教学内容能始终保持先进性。

从所下载的教案可以看出,上述几个一流大学的教学内容都有一个明显的特点,就是课堂教学虽以教材为中心,但不完全按照教材内容组织,增加了许多书中没有的内容,加进了任课老师的自我理解或借鉴了其他教材和教案的内容和描述方式,这也是值得我们学习的。

3.2实验内容上的差距

分析美国这几所学校课程网站和教材《Computer Organization and Design》所附光盘对其他一些学校课程实验的介绍内容,可以发现,国外本课程的最终实验目标是在FPGA板上实现一个带转发功能的RISC风格的流水线处理器,并模拟实现I/O设备与主机的简单通信。

通常都是先让学生在一个软件模拟器(或指令解释器)上熟悉指令系统,有些学校让学生自行设计一个指令解释器,也有些学校让学生在模拟器上用汇编语言实现一个小的游戏程序或其他特定功能的程序;然后在给定基本功能部件的源码框架下,逐步实现单周期处理器、不带任何冲突处理的流水线处理器,最终实现带转发和阻塞处理的具有Cache机制的流水线处理器。

实验设计策略基本上都是通过从简单的小部件逐步过渡到复杂部件,最终设计一个完整CPU的过程。该过程反映了结构化设计思想,遵循“自底向上”的设计方法。

目前国内有些大学也已经开始尝试使用硬件描述语言通过软件仿真技术和FPGA或CPLD技术来开展硬件实验,比传统的实验教学机大多只能进行验证性实验已经前进了一大步。但是,实验内容基本上只是多周期处理器的设计与实现,还没有达到流水线处理器设计的水平,与国外一流大学相比,还有很大差距。

4教学改革思路

为了在教学内容与实验内容上缩小与国际一流大学的差距,我们提出了“从程序员需求出发、重在流水线CPU设计、强调软/硬件结合”的课程教学内容改革思路和“从ISA模拟器入手、以功能部件设计为先导、单周期CPU设计为过渡、最终实现流水线CPU”的实验教学方案。

4.1教学内容改革

教材在教学过程中起主导作用,所以,我们首先从选择或编写教材入手来推动教学内容的改革。在教材建设方面采用了循序渐进的策略。

教学内容改革之初,我们采用“国内教材为主,国外经典教材为辅”的方针,2004年初步引入Patterson和Hennessy的《Computer Organization and Design》作为主要参考教材,对于一些重要章节,如中央处理器、指令系统、Cache和总线等,把该教材的内容大量地补充到课堂讲义和作业中;2006年开始全面使用该教材。但在使用该教材时发现存在一些问题,例如,篇幅太大、内容组织比较零乱等,给学生的学习带来较大困难。特别是从2009年开始,硕士研究生计算机专业基础课实行全国联考,因此涉及到教学内容与国内其他高校所用教材之间的统一协调问题,因而,从2008年开始,我们结合国内教学的特点,又开始自编教材。新编教材主要以MIPS和Intel Pentium4处理器为模型机,参考UC Berkeley、Stanford、MIT和CMU等国外一流大学相关课程的讲义、实验说明和所用教材,同时结合国内主流教材,在充分考虑与课程群中其他课程的衔接和实验相配套的基础上编写。与目前国内同类教材内容相比,在计算机性能评价、指令集体系结构与高级语言程序设计的关系、存储器分层结构中的软、硬件接口、CPU设计和指令流水线、计算机硬件与编译优化的关系等诸多方面进行了强化。

4.2教学实验改革

目前国内大多数高校本课程的教学实验,主要是在实验教学机上进行,且大多以验证性实验为主,基本上以“依葫芦画瓢”方式进行实验,很难进行自主创新设计,特别是很难通过实验建立一个整机概念,流水线设计思想也没有体现。

我校由于近年来对教学内容进行了大幅度改革,课堂教学中加大了对CPU设计、特别是流水线CPU设计的教

学力度,使学生打下了很好的理论基础。同时,硬件教学实验室配置了Altera DE2实验板,使学生可以通过硬件描述语言和FPGA进行CPU设计实验。

实验教学改革在以下几个方面进行:(1)与课堂教学同步进行一套“硬件模拟程序”实验,即:用软件方式模拟各个功能部件的功能及性能设计。例如,用软件模拟运算器、Cache、总线等的不同设计方案以及不同方案所获得的性能。(2)通过ISA模拟器实验,使学生深入理解数据的表示、指令集体系结构、汇编语言和机器代码的转换,以及指令执行过程等。(3)以功能部件设计为先导、单周期CPU设计为过渡、最终实现流水线CPU。要求学生先使用Quartus II软件进行模拟设计,通过后再下载到Altera DE2的FPGA板上进行验证。所有学生都要求能完成一个五段理想流水线CPU设计,部分能力强的学生还完成了带转发和阻塞功能的五段流水线CPU设计。

实验的最终目标是和其他课程联合开展综合性实验,在自行设计的CPU芯片基础上,设计汇编语言和高级语言,并配置简单的操作系统和编译器,学生可以通过自行设计的高级语言编写游戏等应用软件,在自行设计的CPU上运行。

5结束语

多年的教学工作告诉我们,学生的潜能是无限的,学习兴趣也是可以激发出来的。只要我们投入精力,引导有方,一定能带领学生领略到计算机王国的无限风光。

相信随着教育部和各高校对教学工作的重视,随着各高校从事本课程教学的老师们的努力,一定能在不长的时间内与国际一流大学的计算机硬件教学达到同步,为计算机专业的教学打下坚实的基础,从而提升整个专业的计算机教学水平。

参考文献:

[1]UC BerSellon University. Introduction to Computer Architecture [EB/OL].[2009-05-07].ece.cmu. edu/-ece447/.

[2]UC Berkeley. Components and Design Techniques for Digital Systems [EB/OL].[2009-02-16].inst.eecs. berkeley.edu/-cs150/sp09/.

[3]UC Berkeley. Computer Architecture and Engineering[EB/OL]. [2009-05-07].inst.eecs.berkeley.edu/-cs152/sp09/.

[4]Stanford University. Computer Organization & Systems [EB/OL].[ 2009-06-15]. stanford.edu/class/cs107/.

[5]Stanford University. Digital Systems II [EB/OL]. [2009-03-12]. stanford.edu/class/ee108b/.

[6]Carnegie Mellon University .Introduction to Computer Architecture [EB/OL].[2009-05-07].ece.cmu. edu/-ece447/.

[7]University of Illinois at Urbana-Champaign. Computer Architecture II [EB/OL]. [2008-05-05]. cs.uiuc. edu/class/sp08/cs232/.

[8]MIT. Computation Structures[EB/OL]. [2009-05-08]. 6004.csail.mit.edu.

[9]David A.Patterson, John L. Hennessy. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface[M]. 3rd ed. San Mateo, CA: Morgan Kaufman, 2004.

第5篇：计算机硬件教案范文

摘要：传统的计算机硬件基础课教学已不适应现代科学技术的发展和社会对人才的需求，本文结合计算机专业的特点，从课程内容、教学体系、教学方法等方面总结了在硬件基础课教学改革中所取得的实际经验和体会。

关键词：硬件基础课；教学改革；整合课程

中图分类号：G642 文献标识码：B

1引言

计算机硬件教学的先修课程是“电路分析”、“模拟电子学”和“数字逻辑与数字系统”。由于历史原因，这些课程大多由电子系开设，是以理论研究为目的的课程体系，存在教学内容陈旧，课程体系老化，理论论述多，占用学时多，前后衔接不好等问题，给后续计算机硬件课的理论教学和实践教学带来了诸多困难和被动。而计算机专业与其他专业相比较，少有的几个优势之一就是对计算机硬件结构的掌握。因此，结合计算机专业的具体情况，在教学体系、教学内容和教学方法等方面对硬件基础课程进行必要的改革就显得尤为重要。

2整合内容、精缩课时

1) 现代科学技术的发展日新月异，计算机技术的发展更是突飞猛进。在大学本科阶段，除了要给学生传授基础理论知识外，还要讲授新技术、新理论，这就使得各高校不断压缩某些传统基础课的课时，增设一些新的课程。在这种形式下，硬件基础课的课程体系和教学内容亟待更新。

2) 课程体系的构建是以理论知识为架构，以实际应用为目标，教学内容则应紧密结合专业核心能力对理论知识的要求。综合时展、专业结构和课程体系的总体考虑，从98年起我们就根据计算机专业的特点，逐渐建立完善了一套硬件基础课的课程体系。首先，在课程内容的组织与建设方面,注重了先修课和后续课程的关系,做到内容上不重复,知识点上不脱节。其次，教学内容力图反映时代的发展，技术的进步。通过编写出版《电路与电子学基础》、《数字逻辑与数字系统》两本教材重新划分课程内容，精缩学时，将原有的64学时的“电路分析”和64学时的“模拟电子学”这两门课程整合为课内48学时、实验20学时的“电路电子学”课程，重新划分、补充了“数字逻辑与数字系统”（课内48学时、实验20学时、三周课程设计）的教学内容。

(1) “电路与电子学”课程。在电路分析部分不再追求研究线性电路的理论体系完整性，删除了部分传统教学内容，只保留直流分析、交流分析和动态电路三大部分。在直流分析中，删掉了“电路分析”教学中关于支路电流法和回路电流法的内容，保留电路系统分析法中的被广泛用于机辅分析的节点电压法。在交流分析中，删除了三相电路内容，而对通信中的谐振电路则详细讲解。动态电路的分析中，只通过一个简单的RC充电回路让学生了解时域分析的基本步骤，而将重点放在三要素法和RC无源微积分电路上。在“模拟电子学”部分，去掉了半导体器件导电原理和反馈的方框图计算法，精简了阻容耦合放大电路（包括多级放大）、小信号动态图解法、差分电路分析等。相应地加强了有源器件MOS管、电流源电路和系统稳定性的介绍，课程着重讲解集成运放的应用。在讲解由运放构成的有源积分电路时，与前面的无源积分电路做比较，这样有助于学生理解并牢固掌握两种电路各自的特点。实践证明，学生在做电子竞赛时对这两种电路的使用都非常恰当。

(2) “数字逻辑与数字系统”课程。教学内容删除了数字电路中各种触发器电路的内部结构和传统设计方法中的设计技巧，精简了中规模器件的内部逻辑介绍，缩减了卡诺图和逻辑简化内容。由于计算机专业的硬件课程“微机原理与接口技术”中将介绍A/D、D/A转换，故这一部分内容就不出现在“数字逻辑”课程的教学中。将教学重点放在各类触发器的逻辑功能触发条件、集成电路外部功能、可编程器件和EDA技术上，要求教会学生如何通过查找器件手册了解器件功能和使用要点。由于计算机硬件中三态门、OC门的重要性，课程加强了对其逻辑功能及应用的举例说明。

(3) 改革组课方式。逻辑门电路是传统“数字逻辑”教学中最难的一章，由于门电路的原理要涉及到电路、模拟电子学等方面的知识，因此在讲述这一部分内容时，必须帮助同学复习有关的知识。在改革课程体系时，我们打破传统的教学体系，将这一部分内容放在“电路电子学”课程中，在讲述半导体器件后引入逻辑门电路，如MOS管可以具有开关和受控源两种类型的功能，根据器件所给偏置条件的不同，在模拟电路中可作为放大器件或在数字电路中作为开关器件。课堂上的师生互动证明，经过这样的调整，学生对有关门电路的问题就很容易理解掌握。通过合理地整合教学内容，改变了过去把电路模型与实际器件（如受控源和晶体管）、开关与放大作用、模拟与数字等研究对象截然割裂的组课方式，而是将它们有机地融合，找出共性和个性，讲清个性，突破难点，这样便于以统一的观点使学生建立完整的概念〔1〕。

3软硬结合与时共进

1) 当前国内计算机专业的普遍现象是“过软”，即强调软件编程，而学生的硬件动手能力非常薄弱。在计算机科学技术飞速发展的今天，计算机系统的软硬件界限开始变得模糊，且采用软件方法来设计硬件， FPGA、VHDL、DSP技术带来了全新设计理念与结构体系，与之相应EDA技术和ISP器件在教学、科研等领域应用越来越广泛。在这种软硬件逐渐融合的背景下，计算机学科的硬件基础课程必须要反映出这种时代的发展。

2)EDA技术分为三级：以PSPICE、EWB、Multisim等为软件平台的仿真分析类辅助设计技术为初级；以MaxPlus II、Quartus II等为软件平台，以FPGA/CPLD为硬件系统目标芯片的电子系统设计EDA技术为第二级；以NC Simulator、Virtuso、Diva等为软件设计开发平台、以集成电路芯片版图设计为目标的ASIC芯片设计为最高级〔2〕。EDA技术的前两级都与计算机硬件基础课密切相关，因此在进行课程体系改革时，应结合实践性教学环节，根据“基础型、应用型、综合型、创新型”的循序渐进的实验课程教学体系，将EDA技术分层次地引入设置在教学中：

(1) 第一级――首先在“电路电子学”教材各章的最后一节给出PSPICE对本章典型电路的仿真实例，教材最后一章加入可编程模拟器件ispPAC。其次，增加了20学时的Multisim仿真及电路设计实验。通过仿真实验，将教学中的难点用直观的图形和曲线表述，降低了数学难度。如通过对模拟放大电路的仿真，可以直接观察到改变电路参数所导致的波形失真，学生就很容易理解并掌握静态工作点变化对放大电路性能的影响。最后，利用仿真平台生动直观方便的特点，让学生掌握先设计、后仿真、再实际的设计方法和理念，在此基础上，将以往的一些验证实验提升为综合设计实验。对每一个实验都要求虚实结合，虚实互动，通过这种训练，极大地提高了设计的成功率。计算机专业的学生取得北京市大学生电子竞赛的3个一等奖，更多的二、三等奖证明，整合后“电路电子学”的教学改革取得了成效。

(2) 第二级――传统的“数字逻辑”课程体系以逻辑代数为基础，采用自底向上（DOWN-TOCTOP）的设计方法，教学内容以门电路－中规模集成电路－大规模集成电路－数字系统为顺序排列。导致学生在学习前面局部知识的时候，缺乏整体系统概念,只会 “搭积木”拼凑式的设计，当后续“组成原理”课程要建立整机、系统这些非常重要的概念时，前面所学的一个个分散的知识点不能被融会贯通〔3〕。现代数字系统的设计以硬件编程语言为基础，采用自顶向下(TOP-TO-DOWN)的设计方法，因此数字电路的教学体系必须重新构建。第二级的EDA技术包含三方面内容：(1)大规模可编程逻辑器件；(2)硬件描述语言；(3)软件开发工具。所以在“数字逻辑与数字系统”的教学体系上，应以逻辑代数与VHDL语言并行为基础，强调自顶向下的设计理念和层次化设计方法，以系统为对象，用VHDL语言描述，在EDA软件平台上，自上而下、逐步细化，最终完成整个系统的设计。依据整体“自顶向下”,细节“自底向上”的教学模式，在教学内容组织上，先给出数字系统的整体架构及逻辑系统的三大部件:存储、处理、控制，让学生有全局、整体的认识。在讲述逻辑系统的每一具体部件时, 仍然遵循“由浅入深，循序渐进”的原则，采用传统的“自底向上”的教学组织方法。在实践教学的综合设计部分中，要求学生必须按照从顶层抽象描述向底层结构描述，最后到可实现的硬件单元描述这一过程进行数字系统的设计。通过这种教学改革，学生的知识结构趋于合理，满足对软硬件结合的人才的需求。

4注重衔接 承前启后

在计算机硬件基础课的教学中，首先应注重介绍该门课程的主要内容、在计算机专业中的地位及与相关课程的关系，激发学生的学习兴趣。其次，应注重与后续课程的衔接。由于当代大学生在入学时就具备了计算机使用的基本知识，因此在授课过程中，要有意识地用计算机硬件电路作为基础课的授课案例。如“电路电子学”课程中，在集成运放构成的比较器一节，就可给出比较器在A/D转换中的应用举例，再指出A/D、D/A是计算机接口中的重要单元电路，这样就埋下一条线索，与后续课程的知识相联系。在“数字逻辑与数字系统”课程中所给出的案例都要尽可能为后续课程使用，如从键盘等引出编码的概念和编码器的作用；在讲三态门时，可进一步给出物理上总线的概念，解释当译码和读写信号设计错误时，CPU访问存储单元数据总线严重冲突会造成死机的原因；在存储逻辑一章，介绍完寄存器队列（FIFO）的逻辑结构后，可让学生设计寄存器堆栈（LIFO）的逻辑电路图。在该课程的实践教学中，所给出的设计题目包括总线缓存器、全加器、键盘扫描电路、硬件控制器等计算机的基本功能部件。通过这种方法引导学生思考，建立必要的知识关联及整体概念，最终达到对计算机硬件系统基本知识融会贯通的目的。实践证明，这种训练对于今后的“组成原理”课程和“嵌入式系统”设计都打下了坚实的基础。

5黑板、多媒体、EDA仿真

高校的教学手段基本都采用多媒体。多媒体图文并茂、生动有趣，但很容易变成另一种形式的照本宣科或“填鸭式”教育。在教学中要综合多种教学手段，注意针对不同的教学内容去寻求最佳的表述方式：黑板＋粉笔、电子教案、实物投影、动画课件、虚拟电路。计算机硬件基础课教学内容多，知识点杂，不容易理解。对于较难理解或学生有争议不明白的问题，传统的“粉笔＋黑板”有其独特的灵活性，既可以表述学生课堂思维的过程，又有利于师生交流互动。在课间让学生自己摆设实物投影，增强学生的感性知识，课间的学习气氛仍生气勃勃。录像CD和动画课件则留给学生自己观看。计算机硬件基础课程的实践性强、信息量大、EDA设计技术应用广泛。在授课时通过EDA仿真将验证实验与理论教学相结合，解决理论与实践的时空分离弊端，通过提问、思考、演示、总结等一系列步骤，循序渐进，调动学生参与教学的积极性，充分发挥学生的主动性。值得注意的是，在此过程中，教师一定要掌控好演示进程，既不能影响教学进度，又要协调好单位时间教学信息量与学生接受理解能力之间的矛盾。

6结束语

硬件基础课的教学改革，涉及课程多、学术性和技术性强，是一项系统工程，需要教师付出不懈的努力，不断学习新技术，及时更新教学内容，完善教学方法，才能更好地提高教学质量，更好地培养适应社会的发展人才。

参 考 文 献

第6篇：计算机硬件教案范文

Abstract: The author made some improvements and gave practical and concrete measures for the problems that students always feel abstract and difficult to understand in the teaching of computer operating system course, combining with his teaching experience in teaching.

关键词: 计算机操作系统;教学改革;教学内容;教学方法

Key words: computer operating system;teaching reform;teaching content;teaching methods

中图分类号:TP316文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)28-0164-01

0引言

操作系统课程是计算机科学与技术专业的一门基础核心课程。本课程从操作系统实现资源管理的管理的观点出发,阐述如何对计算机系统中的硬、软件资源进行管理,使计算机系统协调一致地、有效地为用户服务,充分发挥资源的使用效率,提高计算机系统的服务质量。通过本课程的学习使学生掌握计算机操作系统的控制计算机硬件的基本原理以及设计方法和实现技术。但该课程教学过程中普遍重点偏向操作系统原理的理论教学,而学生在没有学习该课程前对操作系统的认识只是在使用层面,使得学生在学习的过程中总觉得本课程所学内容与实际所用操作系统的偏差很大。从而导致学生在学习本课程的过程中缺乏兴趣和信心,教学效果很不理想。

1教学过程中存在的问题

1.1 教学内容侧重理论,实践环节薄弱操作系统课程要有好的教学效果,就要引导学生自己动手设计、实现一个具体操作系统实例。但要做到这一点并不容易,这不仅要求学生在学习该课程之前就要掌握汇编语言、C语言、计算机硬件、操作系统结构等多种知识,而且还需要学生抽出大量的时间和精力放在该实验上。这样的要求学生不易做到。因此现有的教学过程往往重点偏向操作系统原理的理论教学,对学生的实践环节不是很注重。

1.2 教学目标与社会需求脱节本课程的教学目标要使学生掌握计算机操作系统的控制计算机硬件的基本原理以及设计方法和实现技术,这个教学目标使得学生能够具备自主研发操作系统软件的能力,本身没有问题,但由于计算机行业本身的特点,前沿的技术总是掌握在少数公司的手里,同时还有版权的保护问题,使得学生投入大量精力自主开发的操作系统软件没有多大的实际意义。而市场上更需要的是对现有的操作系统能够熟练使用和对其内核进行修改、编译的人才。

1.3 教学方法简单、教学手段匮乏近年来,计算机操作系统的发展飞快,新的开发思想和基本概念不断涌现并随着市场的需求出现了多种不同的操作系统产品。但部分高校教师仍采用“黑板、粉笔”的传统教学手段讲授理论知识,即使有些教师使用了电子教案,也只是单纯地播放理论知识课件,不能做到与实践联系紧密的教学内容,使得学生感觉到课程枯燥难学,难以激发学生的学习兴趣。

2计算机操作系统课程教学改革的措施

2.1 把握开头、激发兴趣好的开始是成功的一半,好的开头可以很好的提高学生的学习兴趣,激发学生的学习热情,使学生由被动学习转为主动学习,学习效率能得到大幅提高。初始课程内容应包含以下内容。

2.1.1 编写简单的引导程序和内核,通过自己编写的简单引导程序和操作系统内核启动计算机裸机,使得学生对计算机的启动和操作系统内核有个感性的认识,结合课本目录启发学生一个完善的操作系统内核所必须具备的功能,并引导学生了解通过操作系统理论课程的学习可以对现有简单内核进行完善。从而激发学生的学习兴趣。

2.1.2 引导学生进行linux操作系统入门学习,使得学生对linux操作系统感到不再陌生,并使学生明确认识到可以通过以后的学习掌握linux操作系统内核编译和裁剪等技术。同时提供市场linux操作系统相关就业信息,使得学生能感到linux操作系统内核的学习可以学以致用。提高学生的学习热情。

2.1.3 对操作系统课程做一个简单明要的介绍,使学生认识到,学习本课程不仅可以掌握操作系统课程理论知识,同时还可以培养学生自身的逻辑思维能力,有助于对其它理论课程的理解,可为以后学习新型操作系统及和开发应用软件打下坚实的基础。

2.2 理论联系实际,加强实践教学环节操作系统是一门理论性比较强的课程。但单纯的理论讲解很容易使学生感到枯燥乏味。因此操作系统课程的实践是一个非常重要的教学环节。但要引导学生去编码实现一个具备内存管理、进程调度、文件管理等功能的小型操作系统对刚学操作系统课程的学生来说不太容易实现。所用建议实践教学环节应该分为以下步骤进行:①老师演示,学生感官认识。在此过程中,老师先完成一个具有引导功能、中断功能和能够实现简单命令功能的实模式操作系统内核雏形,但整个操作系统架构不是很完善,功能也比较欠缺。之后通过理论课程的学习引导学生突破实模式和补全内存管理、设备管理、文件管理等模块程序。②将操作系统的每一大管理功能分为一个项目,分组让学生实现,不同的小组完成不同的功能模块,所有项目的完成,就实现了一个具备基本功能的操作系统。③最终引导学生去研究阅读Linux内核原代码,学习linux内核源代码的含义和linux操作系统的设计方法和具体实现技术。

2.3 教学方法与教学手段的改进在教学中,教师实行启发式教学,把培养学生学习兴趣作为入门向导,改变以教师为中心的课堂教学方式更改为以教师引导,学生完成过程的合作式课堂教学方式。在整个教学过程中,做到不是教师强迫学生去学,而是学生为了解决自己遇到的问题不得不自己去学的形式。这样效果会更好,效率也高。积极不断地革新教学手段,重视现代信息技术和现代教育手段在教学中的应用。多媒体教学设备和方法的使用对学生对一些抽象概念的理解很有帮助。多媒体教学图文并茂,而且可以自由往返以前所讲的内容进行复习和重复。也可以方便的插入各种图片及影音资料,这对激发学生的学习兴趣和吸引学生的注意力很有帮助。

3结语

教学是大学教师的根本任务,为了提高教学质量,对教学改革的探索与实践是很有意义的事情。教学改革的研究不仅可以不断提高授课技巧,还能获得学生的尊重和学校的认可。本文从课程教学改革方面进行了一些的探索,本文的探索只是作者在“操作系统”课程教学过程中的一点心得体会,希望能与同行分享。

参考文献:

[1]罗宇,邹鹏,邓胜兰.操作系统[M].北京:电子工业出版社,2007,2版.

第7篇：计算机硬件教案范文

计算机英语除了具有科技英语的一般特点之外，还具有其自身的特点，内容如下。

1)复杂长句多[2]。科技文章要求叙述准确、严谨。一句话里包含五六个分句的，并非少见。学生要学会用语法分析方法加以解剖，以便以短代长，化难为易。示例如下。InterestinIntelligenttransportationsystem(ITS)comesfromtheproblemscausedbytrafficcongestionandasynergyofnewinformationtechnologyforsimulation,real-timecontrol,andcommunicationsnetworks.交通阻塞以及仿真、实时控制和通信网络等新型信息技术协同作用所带来的问题引发了人们对于智能交通系统的兴趣。

2)被动语态多[2]。英语使用被动语态大大多于汉语，科技英语更是如此。有三分之一以上的语句使用被动语态，因此需要学生掌握被动语态的一般翻译技巧。Thefourthgenerationofcomputersischaracterizedbymoreandmoretransistorsbeingcontainedonasiliconchip.第四代计算机的特征是在一个硅芯片上包含了越来越多的晶体管。由于主语是“第四代计算机”，因此采用了被动语态的形式“ischaracterizedby”，表明“以…为特征”，简单地说，就是其特征。这也表明了英汉对译中，常常使用词性转换。

3)非谓语动词多[2]。英语每个简单句中，只能用一个谓语动词。如果读到几个动作，就必须选出主要动作当谓语，而将其他动作用非谓语动词形式表现，才能符合英语语法要求。非谓语动词有三种：动名词、现在分词和过去分词、不定式。示例如下。要成为一个名符其实的内行，需要学到老。这句中，有“成为”、“需要”和“学”三个表示动作的词，译成英语后为：Tobeatrueprofessionalrequireslifelonglearning.可以看出，选好“需要”(require)作为谓语，其余两个动作的处理如下：“成为”用不定式形式tobe，而“学”用动名词形式learning，这样才能符合英语语法要求。

4)词性转换多[2]。英语单词有不少是多性词，既是名词，又可用作动词、形容词、副词或介词，字形无殊，功能各异，含义也各不相同。并且，几乎每个技术名词都可转换为同义的形容词。词性转换增加了英语的灵活性和表现力。示例如下。Inputisaprocessthatinvolvestheuseofadevicetoencodeortransformdataintodigitalcodesthatthecomputercanprocess.输入是一个过程，它包括使用设备将数据编码或将其转换成计算机能够处理的数字码。汉语句子中，“使用”作为动词出现，而在相应的英语句子中，由于英语语法的要求，采用名词更为恰当。

5)合成新词多。计算机专业词汇中，派生词(由前缀或后缀作为构词结构形成的新词)、复合词(通常以小横杠“-”连接单词而组成的新词)在计算机英语中占了很大比例。特别是文章常常将某些使用频繁的技术术语用缩略词的形式给出，这大大增加了计算机英语的理解难度。新词(包括缩略语)产生速度快，是计算机英语有别于其他学科科技英语的显著特点。

2合理安排课程内容

2.1课程的内容安排

计算机英语课程的任务是希望学生通过大量的阅读训练，能够阅读并理解计算机学科的英文期刊和杂志，及时了解本学科的发展动态。进一步地，还要求学生应该有撰写本专业英文文章的能力，以及参与国际化学术交流的能力。理工科学生的逻辑思维能力较强，在教学过程中，教师应充分利用专业优势，针对计算机专业英语的特点，引导学生熟练掌握计算机学科常用的专业词汇，了解科技英语文体的特殊性。如惯用被动语态、复杂长句多。在掌握适当的翻译技巧后，学生可以从简单的专业阅读开始，如计算机导论、计算机硬件知识，这样学起来容易，感觉亲切，从而逐渐地树立起信心。即使英语基础不是特别好的学生，也愿意阅读，提高对专业英语的兴趣。课程教学应该为培养目标服务。根据计算机专业培养目标构建教学内容，对应我国提出的10项毕业生能力，计算机英语课程主要对应第5项能力的培养，即掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法[3]。教学活动是师生双方的共同活动。对于不同层次、不同类型的学生，虽然课程内容基本一样，但是重点不同、组织方法也是不同的，甚至应该有各自不同的讲授与学习风格。教材只能提供对一门课程基本内容的描述，教师对教学内容的组织将是更为重要的。计算机英语的教材很多。选择合适的教材是取得良好教学效果的基本保证。在选择教材时，教师需要考虑以下两点。1)全面性。教材最好涵盖大部分计算机专业课程的内容，如计算机硬件、数字逻辑、数据结构、操作系统、软件工程、程序设计语言、数据库、计算机网络等。目的是让学生掌握相关词汇，理论不宜太深，通常是介绍性质的。2)时效性。由于计算机领域的新技术层出不穷，新名词不断地涌现，很多新出现的技术名词很难在字典上查到。为了使学生及时了解计算机领域的各种新技术，需要考虑教材的实效性。针对本科教学特点，我校采纳了自编的教材《计算机专业英语》[2]，主要章节包括如下内容：1)HistoryandFutureofComputers。2)OrganizationofComputers。3)NumberSystemsandBooleanAlgebra。4)DataStructure。5)OperatingSystem。6)SoftwareEngineering。7)ProgrammingLanguages。8)TheInternet-TechnologyBackground。9)TheWorldWideWeb。10)ComputerandNetworkSecurity。11)DatabaseManagement。12)Multimedia。13)ComputerGraphics。14)VirtualReality。此外，每章后面均对科技英语的相关知识加以介绍，如科技英语的特点、计算机英语专业词汇的构成规律、科技英语中数学公式的读法、常用英汉互译技巧、被动语态的翻译技巧、复杂定语(从句)的翻译技巧、英语长句的翻译技巧以及学术论文写作的有关知识，包括论文标题的写法、论文摘要、引言的写作技巧。

2.2课程的教学设计

大学本科的课程教学应该有别于初等教育，即由原来的灌输型为主转向激发型为主，即“学生为主体”的教学，针对不同层次的学生，教学在教学内容上要有不同程度的取舍，课堂的教学组织也应各不相同。教学设计广义上指“关于教学活动的总体规划”；狭义上指“关于一门课程的教学活动的全面设计，用于刻画课程的定位、目标、教学内容、重点、难点、有关设计等”。与教学大纲相比，它提倡将教学中需要注意体现的“活的内容”体现出来，更有意识地体现知识、能力、素质教育的要求。由于计算机英语通常是在大学三年级开设，教师可以适当参考专业课的学习情况，灵活安排各章节的教学进度，以便与专业课程协调配合，取得更理想的教学效果。比如，学生之前学习过的课程，像计算机硬件、数据结构、操作系统等，可安排在前面讲授。在掌握基本的技术术语后，教师应以学生为主体，把阅读讲解的机会适度地让给他们，之后再给出改进意见，并指出其中需要注意的翻译要点。这样既调动了学生的积极性，又加强了学生的印象。课程教学在突出教学内容的基础上，还要结合计算机学科前沿性研究成果、技术和工具，不断充实、更新教学内容，既可激发学生的学习兴趣，又开阔了学生的视野，使学生的学习更主动、有目的性。

3丰富教学手段，促进教学方法改革

“教”与“学”是互不可分的。教学过程不仅是师生间教学信息的交流，也是师生间情感的双向交流。教学实践表明，相当一部分学生不是不愿意学，而是因为学习起来吃力、乏味，跟不上教学进度，才导致了“身在曹营心在汉”，甚至逃课等现象[4]。教师的职责是传道、授业、解惑，即不仅仅传授给学生知识，更应关怀学生的成长、成人、成才。教师应充分重视师生间的情感交流和互动。成功讲授一门课程的背后，需要教师付出大量心血，不断探索新的教学方法和技巧。计算机英语的课程也是如此。教师在课堂上采用丰富的教学手段，学生在课堂上学习，就会感觉很新鲜，不枯燥。教师给予学生适当的关注，他们会更用心、主动地学习。我校计算机英语的课堂教学改变传统“满堂灌”的教学方式；通过布置大作业，为学生提供实践机会，让学生学会自己运用文献检索方法，查找相关文献并翻译，从中检验自己的能力，也进一步了解本学科的发展动态。多媒体及其他现代技术的快速发展，使得多样化的教学形式成为可能。多种教学形式的应用，明显优于传统的教学方式，能够取得良好的教学效果。在教学中，可以综合利用下列方式。1)PPT课件充分利用多媒体教室的优点，教师事先精心准备PPT课件，课上播放PTT课件来进行讲解，效果很好。由于预先的准备充分，可以做到重点突出，更有针对性。更新教案时，利用PPT修改比传统的纸质教案效率高，易于扩充新内容。2)音频。目前，有些计算机英语教材已经提供了部分课文的音频材料，而且网上也有许多计算机专业英语的听力材料。播放与课本内容相配合的音频，有助于提高学生的学习热情，同时也锻炼了学生的英语听力和口语。3)视频与动画。学生可以利用余暇时间，在网上搜索有关计算机新技术和著名人物的视频材料，如关于著名的IBM、Microsoft、Apple等IT公司的新技术和新产品的英文视频和动画，时间通常为3～10分钟。观看这类短片，学生会产生浓厚的兴趣，在锻炼听力的同时，也学到了新技术，甚至起到励志作用，效果很好。辅助教学对良好教学效果的取得非常重要，要想使学生很好地掌握计算机英语，除了课堂上的面对面教学、交流外，还应充分利用其他的辅助教学手段。

第8篇：计算机硬件教案范文

关键词: 计算机实验室 高校实验教学 科学管理

1.引言

实验教学在高校计算机教育中占有极其重要的地位,是教育教学的重要组成部分。目前多数高校的实验教学还停留在以教师演示为主的教学模式中,学生的动手能力远远达不到社会发展对新型人才的需要。另外,虽然大部分计算机实验课程中实践课学时占总学时量的一半以上,专业实践课开出率为100%,然而,学生实际动手能力并没有较大的提高,人才实践能力培养远远不能满足社会的实际需要。面对社会的需求,学生应根据自身的实际情况选做实验,进行本专业各项基本技能的训练。计算机开放实验室正是为现代大学生验证及巩固理论知识,训练各项基本操作技能的基地,更是培养当代大学生思维能力、创新能力,以及强化综合素质的重要基地。

为此,我就如何利用现有的仪器设备、网络技术等进一步提高实验教学的质量,培养有实践能力的专业人才,从而改进实验教学的现状提出自己的改进意见。

2.改革实验教学内容,加强实验室管理

对于计算机这样一种日新月异地发展的专业来说,软件版本的不断更新,必然要求学生用书的版本也跟得上。学生的用书特别是应用性强的课程,在实验室进行的教学基本上都是面向应用的、实操性强的,否则因为版本的不一致,操作起来对不上号,会削弱学生的自信心,也会影响最终的教学质量。因此,实验教学改革的第一步必须要求保证教材与所用软件版本的一致性。另外,实验教学对教师也提出了新的要求:教师的讲稿和课件必须跟上版本的变迁,必须与时俱进,不能单单停留在教科书上,一个课件用多年。

在实验教学过程中,还需要强调课程体系的系统性和完整性。实验课程在学生在校期间应该不间断,难度逐步提高,内容承上启下,使得硬件实践训练层次化、系列化,以此来系统强化学生的硬件动手能力。同时调整各课程的开设顺序,理顺每门课与前导课和后续课之间的关系,从而保证硬件课程体系的系统性和完备性。

在实际教学过程中,我们可以将计算机硬件实验内容分为4类,即验证型、设计型、综合型、探索型。实验内容由浅入深,循序渐进。在所有硬件必修和选修课程中,全部开设实验课程。实验课程由验证实验(50%)、设计实验(20%)、综合实验(20%)、探索实验(10%)组成,形成“验证型―设计型―综合型―探索型”的多层次实践教学模式,系统地强化学生的综合设计和硬件动手能力。验证性实验是为了加强理论基础知识,设计性实验是为了让学生掌握基本的电路设计和调试方法;综合性实验是为了培养学生综合应用硬件课程群的基本知识与技能,提高分析问题、解决问题的能力。课程设计的部分内容属于探索型实验,学生可以自主选择感兴趣的课题及相关开发工具,写出设计书,交给指导老师审核后实施。在这一过程中,学生需要查阅大量的资料,培养学生的自学能力、研究设计能力、独立分析问题、解决问题的能力和创新能力。对于验证性实验,指导老师要提前布置给学生,让学生参考实验教材写出不同的预实验方案,实验课上除了验证教材规定的实验内容,还要验证自己的实验方案,这样可以充分发挥学生的主观能动性,提高学生对实验课的兴趣。设计性、综合性实验一般安排4―8学时,安排在课内实验中完成,也可以安排在课外实验中完成。指导老师只给定实验的课题和目的,中间过程需学生自己去查阅资料和设计方案,直至最后调试完成。在调试过程中,学生自己动手分析解决实验中出现的问题。虽然有一定的难度和深度,但对学生很有吸引力,这样能使学生从应付实验变为主动实验,不仅能提高学生的基本操作技能,而且能发挥学生的主观能动性和创造性,使学生受到更为实际、更加全面的科学研究的训练。

实验室是培养学生实践能力和创新能力的重要基地,实验室的建设与管理水平,直接关系到学生的培养质量和学校的声望。实验资料的整理是提高实验教学效果的关键之一。实验资料包括实验教学资料和设备档案,每门实验课程都要结合理论课程认真组织研究,从基本原理和基本结构出发进行基础实验设计。同时对基本原理进行扩充和结合,设计出一套由浅入深的综合性、设计性实验教学体系,结合现有的实验设备编写出相应的实验教学讲义、实验教案、参考实验报告等一系列教学资料,并经过反复修改,最终形成一套让学生认可的实验资料。

3.最大限度地实施开放式实验教学

在实践教学过程中,教师要充分利用信息技术、计算机网络技术的长处,做好实验教学辅助安排。

(1)充分利用现有的校园网络平台。现在屏幕录制软件,如Camtasia Studio的功能足以轻易将演讲内容进行捕捉录制。教师可利用校园网络,将录制后的内容保存到课件库中即可被学生重复利用。这样一方面可以做到课堂教学与课后的远程教学适当结合,打破学习的时空约束,另一方面又为学校提供了宝贵的教学资源积累,对课程教学进行有机整理和重复利用。学生通过过种录制和整理,可以对难以理解的内容想听多少次就多少次,想重放哪个部分就重放哪个部分。技术服务于教学,新技术的恰当应用能给实验教学带来质量性的变革。

(2)开设相应课程的网站,提供学生与教师交流的平台,让教学的互动不受时间和空间的限制。教师在网站上可以将学生常见问题及其解决方式整理成精华问题库,以供学生搜索。例如,JSP或Java课程学习中,中文显示乱码的解决是常见问题之一。教师可以把常见的乱码问题及解决方法整理后放在网站上,供学生参考,这样也可提高学生的自学能力。也可以在网站设计在线交流平台,供师生交流。

(3)学生互助的教学方式,让易上手的学生来指导接受慢的学生。这样能让学生在互助中或团队合作中通过解决所遇到新的难题,从而学到更多更扎实的知识。

(4)另外,为了加强对学生的辅导,在教学上学生自由上机时间可以适当安排相关专业的实验老师作随堂辅导,让学生的问题尽快得到解决。

4.加强监管,实现自觉教育与自觉学习

“学生为主体,教师为主导”,这样的教学模式本身是好的,但在实际应用上,太偏向于学生这个主体,结果在实验教学的课堂上经常会出现这样的一幕:学生是在操作了,不过大部分在专心玩游戏或上网,完全处于放纵状态,只有少数人会按教师布置的课程内容进行操作。在等待学生举手提问时,有些不负责的教师自己做自己的事情或不见踪影。这种现状的出现,极大地归咎于教与学缺乏必须或恰当的监控,特别是在教师与学生缺乏自觉性的情况下,这种现象尤为突出。教师可以利用摄像头或多媒体广播系统的监控功能对实验室教学及实践情况进行监控,实现实验教学情况或教学质量与绩效考核系统挂钩。

5.结语

培养面向21世纪适应市场需要的人才是高校教育面临的重要课题。计算机教学开放实验室要以能力培养为主线,以科学、系统的管理来保障开放质量,强化学生综合素质,使计算机开放实验室成为创造性实验教学的场所和基地。如何让高校大学生在计算机教学实践中受益面扩大,而又如何为那些出类拔萃的学者提供更好更适用的科学研究平台,也正是计算机教学开放实验室建设的重要课题。

参考文献:

[1]万晓东,王友仁.计算机硬件系列课程体系改革探讨[J].电气电子教学学报,2007,29,(02):4-6.

第9篇：计算机硬件教案范文

关键词: 高校非计算机专业 计算机基础课程 教学改革 思考

一、高校非计算机专业基础课教学的现状

21世纪已经走过了10个年头,《计算机基础》作为一门公共基础课,已经成为高校所有非计算机专业学生的必修课程,这门课的教学方式主要是课堂讲授及上机实验相结合,一般来说,很多学校课堂讲授的学时和上机实验学时相同,与以前的课时安排比较,上机学时有所提高,但计算机基础课操作性较强,以课堂讲授为主的教学方式不利于学生对操作性知识的学习。

在授课的过程中,教师们都发现了这样的问题:很多学生在上课时都能听懂老师讲授的内容,但自己动手操作时,又感觉到很茫然,不能完成相应的实验操作。即课堂授课理解和自己真正动手实践不能统一。

计算机基础的知识点本身对于大学生来讲,并不难理解,关键在于让学生学习操作的方法,培养操作的灵活性。因此,教师在教学过程中的主要任务是引导学生进行实验教学,提高学生操作应用各类计算机软件的能力,达到这门课教学的最终目的。

从最近几学期的教学中,我们发现了以下一些问题。

1.生源基础不同。

不同专业的学生对计算机课程的接受能力有所不同,对于理工类专业的学生来说,二进制计算和Excel公式的应用这样的内容,他们理解接受的时间要比文史艺体类的学生更快,但是在画图软件和Word字处理软件的应用中,他们又呈现出想象力缺乏的问题,在作业中表现出来的想象力和创造力明显不如文史艺体类的学生。由此我们猜想,也许是因为专业文化和知识背景的限制,不同专业的学生在同一门课程上,产生的认知和收效都大不相同,如何减小专业差异,达到更佳的教学效果,是我们所需要认真研究思考的问题。

在同一个专业内的学生,同样也表现出了不同的问题,一些接触计算机较早的学生,通常是因为家庭经济条件宽裕,或者父母亲也从事计算机相关方面的工作,对计算机的操作和应用有比较多的了解,在学习课程时表现出接受能力强或者全部都已学会的情况。因此这些学生会表现出对教师讲授的内容感到没新意、或十分无趣、百无聊赖的状态。而另一个极端则是一部分学生对计算机感到畏惧、完全听不明白的状况,这些学生可能是来自农村或其他低收入家庭,经济状况不是很理想,没有能力购买计算机,或者在以前的教学中没有上过相关课程,也就从来没有接触过计算机的相关知识,使得他们在学习时感到陌生、畏惧,无所适从,到了机房手足无措。这样两种极端情况在任何一个专业,都会出现,但这些学生都是少数,多数学生仍然是在迷糊和清醒之间,半懂不懂,充满兴趣,却又感到了困难重重。因此,如何减小差距,达到所有学生共同进步的效果,也是教师需要解决的重要问题。

2.教学内容缺乏更新。

计算机基础的教学内容在以基础知识为本的基础上要不断创新。每一门课程的教学内容都有基础知识和派生知识两种。基础知识常常是稳定不变的,比如计算机的体系结构和数制转换等内容,都是稳定的。而派生知识则在不断的发展更新,比如计算机硬件的发展更新,计算机软件的升级换代,每天都发生着巨大的变化,我们在进行计算机基础教学的时候要根据当前软、硬件的形势补充相应的派生知识。例如:在讲解计算机硬件的时候,教师可以展示当前主流的主板、CPU、内存条的图片,而不能把早期淘汰的主板、CPU的图片展示给学生看,甚至可以携带硬件的实物到课堂上进行授课,使学生感到更加真实、具体。

但是从教学成本上来说,这些环节又不是轻易能够大规模地普及的。主流的电脑配件,不可能购买以后只作展示,一般只能向学生展示已淘汰的配件;而软件的更新,在机房用机台数较多的情况下,更新的时间和耗费的人力、物力、财力也是非常巨大的。

3.考核方式已有所变化,但收效仍不明显。

计算机基础课程的考核方式,现在已经在我校有了较大的改革,从三四年前的传统纸质试卷考核,变成了上机考试,一人一卷,试题不重复、无纸化操作、评分自动化的状况。

相比以前的考核方式,上机考试显然有更大的优势:极大地降低了学生在考试中通过不正当手段获得高分的现象;节约纸张,使得无纸化教学更加普及;评分自动化,杜绝了教师打分时的主观意愿对学生造成的影响。

从这两个学期的考核结果来看,教学方式改革达到了一定的效果,很多学生通过上机操作,加强了实践能力,但仍有一部分学生存在考前突击,考后全部忘记的现象。

综合上面几方面的情况,结合新时期教学方式改革的要求,计算机基础课程教学仍然需要作出调整和改革,以适应新环境下的高校教学改革发展。

二、关于计算机基础课程教学内容变革的探讨

1.加强实验教学所占的比重。

经过基础教学部领导的研究,在每个机房都安装了多媒体教学系统,教师在机房操作的过程也经过投影机放映在大屏幕上,方便学生观看,每个学生都可以跟随教师的操作,一步步地验证结果。

师范院校毕业的学生,绝大部分毕业后是到学校从事教学工作,他们利用计算机开展辅助教学、制作电子教案、开发学籍管理系统,而这其中用的最多的计算机知识是Office办公软件。所以这些内容都是在实验课程中必修的环节,在考核环节中也是必考内容,所以教师在教学中要详细讲解操作步骤,属于基础课程教学中的第一层次,较基础的环节。

除了办公软件之外,实验内容还可以根据不同系别和专业的学生,设置不同的课程和教学计划,可增加网页制作、网站建设、图片处理、动画设计、多媒体制作和数据库基本应用等实验内容。这部分属于较难的环节,教师应着重培养知识的综合应用能力和学生创新能力,要有一定的广度和深度,要有利于提高学生创新意识和灵活运用知识的能力,让学生利用计算机实现自己在本专业上的设想和创新。

增加实验环节的比重,将有助于改变传统实验教学的局限,对于学生综合素质的提高、创新能力和实践能力的培养极为重要,同时,也对教师驾驭教材和课堂教学的能力提出了较高要求和考验。

2.网络教学与课堂教学相结合。

从2008年开始,进入高校的学生基本上都是20世纪90年代以后出生的,就是现在很多人俗称的“90后”,面对这样一些“新新人类”,教师要不断更新与他们的沟通方式,通过他们能够接受的方式进行教学,使得课堂教学更加生动有趣,氛围更加轻松和谐。

教师可以通过QQ、BBS等方式和学生开展网络教学,利用聊天或论坛发表帖子的时候进行教学,这有利于增进和学生的感情。

同时,教师还可以将自己制作的课件、视频、各种案例、素材等材料上传到网络教学平台,学生可以自行下载、学习,提高学生自学的能力。

3.更新教学案例,锻炼学生动手能力。

在新修订的计算机基础课程新教材中,增加了很多案例,对于提高学生动手能力是非常有帮助的,如使用Word字处理软件制作一张手抄报,使学生学会版面的布局,其中包括分栏、分节、段落格式的设置、查找和替换、选择性粘贴、图片及图片工具栏的使用、边框和底纹、背景、水印等。

又如使用Excel电子表格软件制作“学生成绩分析表”的案例,介绍了公式的使用及单元格的引用(相对、绝对和混合)、各种常见函数(Max、Min、Rank、Countif、Frequency)的使用、图表的制作等技巧。

PowerPoint演示文稿软件中的幻灯片案例,包括修改配色方案、动作路径的使用、动画音效、插入声音文件等知识点。

而网页制作的案例,则是利用DreamWeaver软件建立网站,介绍了网站建立的全过程,包括创建链接、应用表格、导入文档、制作补间动画等,知识点比较全面。

三、对计算机基础课程教学改革的建议

1.尝试开展分层次教学。

在新时期计算机教学改革的要求下,为了适应教育改革发展的需求,建议在学生中尝试开展分层次教学。

所谓分层教学是指根据学生的实际水平和应用能力,按照“一般要求”、“中级要求”和“较高要求”而采取的分层次的教学方式。结合我校学生实际,按照上述三个不同层次,提出每一层次授课的教学基本要求。

在新生入学之际,先举行模拟测试,并将测试成绩公布给学生,再由他们参照测试成绩选择适合自己的修业层次和课程。学生选择后,可以有一周的试听课期,在试听时间内可以自由选择其他教学层次听课。一周后,学生确定自己选择的层次。

实行分层次教学后,任课老师可根据不同层次的学生特点选用不同的教学方法和手段,如“较高”层次的学生水平较高,一般基础知识已经过关,则可以采用研究性学习的方式教学,除了Office软件的应用,还应增加计算机硬件组装、数据库应用、网页设计、多媒体技术等方面的内容;“中级”层次的学生大多数对计算机有所接触,但不熟练,则应按正常的教学进度及要求授课在完成Office软件的学习基础上,适当增加一些多媒体技术的内容,如Flas制作等;而“一般”层次的学生水平相对较差,基本上没有操作过计算机,一般以强化基础、加强实践技能为主,并且适当增加上机学时,力求使他们在经过一个学期的学习后,能够熟练掌握Word、Excel、PowerPoint这三个办公系统常用软件的操作方法。这样,根据学生自身水平层次进行有针对性的教学,充分体现因材施教的教学原则。通过分层教学,基础较好的学生在知识和能力上能得到提高、扩展,基础稍差一些的学生能加强操作练习,增强学习的信心,使教学资源得到充分的利用,提高教学的效率。

2.尝试开展分文理科教学。

根据不同专业的特点,我们也可以开展按文理科不同进行分专业教学,在一定程度上可以提高学生学习计算机知识的兴趣。根据不同专业的特点,建议分成三类开展分课教学。

(1)理工类

在理工类专业中实施教学时,教师可以侧重于计算机硬件组装、程序设计方面的知识,在完成办公软件的教学后,可以增加硬件组装的实验、C/C++语言程序设计、数据库设计等操作上机环节,对于理工类的学生,能够激发他们对计算机系统构造的兴趣,为将来进一步了解计算机知识、将计算机应用到自己所学的专业中打下良好的基础。

(2)人文社科类

在人文社科类专业中实施教学时,建议可以将二进制计算的内容略去不讲,授课时侧重于办公软件在日常工作中的应用,如利用Word字处理软件设计简历、报纸、信函;利用Excel电子表格软件管理班级信息、财务信息;利用PowerPoint软件制作演示文稿、宣传广告等;并且适当增加Flas设计、网页设计等知识,使他们感受到计算机应用软件的魅力,激发艺术设计的灵感,充分提高学习的兴趣。

(3)艺体类

艺术体育类的学生与上述两类又有极大的不同,他们思维较活跃,但有时候又不容易集中精神,在教学中和人文社科类专业一致,二进制计算的内容不讲,在完成Office软件教学的基础上,可以多增加一些艺术设计类的软件的教学,如PhotoShop、Flash、DreamWeaver等软件的教学,使他们能够利用这些软件设计一些与专业学习相关的课件或者素材,充分发挥艺术体育学科的特长,体现这些学科的魅力,将所学的内容应用到今后他们的工作岗位中。

近期,国家规划纲要工作小组办公室了《国家中长期教育改革和发展规划纲要》征求意见稿,对高校如何提高高等教育质量、增强社会服务能力意识等问题作出了详细规划和要求,在21世纪第二个十年开始之际,如何改革教学方式,提高教学质量,为社会培养高素质的人才,是摆在高校教师面前的一个亟待思考解决的重大问题。对非计算机专业《计算机基础》课程的教学改革,还有一系列理论和实践问题值得我们进一步思考和研究,教师要不断研究改革教学方法,最大限度地调动学生学习积极性,达到更好的教学效果。

参考文献:

[1]唐铸文.计算机基础课程体系研究与教学改革实践[J].荆楚理工学院学报,2009,(7).