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互动式计算机硬件实验教学内容研究


互动式计算机硬件实验教学内容研究 摘要:结合计算机硬件实验教学的特点和情况,从环境建设、考核方式以及 教学体系构建等多方面, 介绍计算机硬件实验的教学理念,提出互动式实验教学 的新方案,为后续计算机硬件实验教学提供研究路线和参考内容。 关键词:计算机硬件;实验教学;创新人才;教学改革 文章编号:1672-5913(2013)03-0046-04 0 引言 计算机硬件实验主要面向软件工程、信息安全等专业开设,它是计算机硬件 实验教学体系中最为重要的教学内容之一。通过计算机硬件实验,学生可以掌握 计算机硬件设计、制作、调试、运行维护等多方面的技能。学生利用 VHDL 以 及波形图等对实验结果和中間环节进行调试和验证, 可以训练自身对计算机底层 技术的创新技能,培养严谨的科研作风。 随着电子设计自动化(EDA)和可编程逻辑器件(PLD)技术的快速发展, 国内外高校普遍采用硬件描述语言进行逻辑设计,实现在计算机上进行功能仿 真,最后下载到编程逻辑器件中进行测试。哈尔滨工程大学于 2005 年在黑龙江 省率先引进了单片大规模 FPGA 来实现计算机硬件实验教学, 这种方法将使实验 过程从“验证为主”转变到以“设计为主”,有助于提高学生的硬件设计能力。 目前, 计算机硬件实验的突出特点是仿真实验软件系统过于复杂。从编程到 测试,再到实时测试的过程过于繁琐,学生不易掌握。教师往往需要花费大量的 课时,讲解 QUARTS 软件的基本使用方法以及 FPGA 实验平台的结构原理,这 就大大降低了计算机硬件实验的教学效果。 互动式计算机硬件实验教学将主要研究如何通过多媒体教学手段以及教师 学生互动交流等方式, 使学生在脱离实验室的环境下,快速掌握软件系统及硬件 平台的使用技巧,提高计算机硬件实验教学质量和学生培养效果。 1 国内外现状、水平与发展趋势 目前, 欧美发达国家的理工科大学计算机专业普遍重视硬件类课程实验,要 求学生必须掌握一种硬件描述语言,会使用先进的 EDA 工具进行硬件设计、验 证和测试。美国、日本、新加坡等国早在 20 世纪 90 年代初期,就开展了有关互 动式辅助实验教学的研究。利用多媒体、教师个人网站等多种电子交互手段,提 高教师知识传授和学生間技术交流的效果,达到课内外同步教学的目标。 互动式实验教学主要解决大量基础知识的讲授以及基本技能问题验证占用 有限课时的问题, 目的是有效降低教师的教学负担, 提高学生的学习效率。 日本、 韩国在互动硬件实验教学上具有丰富的经验,在多所高等学校进行推广,如日本 北海道大学、韩国釜山大学等均建有独立的互动实验门户或交互系统。 我国的计算机实验教学发展相对较晚,近年来,随着大批实验教学示范中心 的建设以及高校对实验教学方法改革与研究的逐步重视,包括清华大学、北京大 学、上海交通大学在内的许多高校都陆续开展了对互动式实验教学内容的研究。 目前我们将重点阐述如何通过互动实验教学方式,缩短学生理解基础知识、熟悉 设备使用的时間,最终获得理想的教学效果。 2 实验教学体系 2.1 计算机硬件实验的重要性 嵌入式系统以应用为中心,以计算机技术为基础,因其软硬件可裁减,已受 到欧美发达国家的广泛关注。 哈尔滨工程大学依据当今国际电子设计业对人才培 养能力的普遍认同标准,集中强化学生嵌入式开发技术技能的培养。 为此,我们为计算机科学与技术及相关专业勾画了以数字逻辑实验为基础, 以微机接口实验为终结的, 包含计算机硬件实验、计算机部件实验以及计算机组 成实验为一体的计算机硬件实验教学课程群。 要求本科生从大学第四学期到第


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