时间：2022-10-09 05:03:56
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇微机原理实验报告，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中文分类号：G623文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)01-0240-02
Reacher on the Reform on the Practical Teaching Mode of The Principle and Interface Technology of Microcomputer
WANG Wei1,2, ZHOU Ning-ning1,3
(1.Tongda College, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China; 2.College of Continuing Education, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China; 3.College of Computer, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China)
Abstract: The Principle and Interface Technology of Microcomputer is a course with great applicability and practical teaching is an essential part in the whole teaching process. In this article we mainly disscuss the reforming attempt in the pattern of this course and come to the conclusion that we can fully cultivate the comprehensive ability and innovative ability of the students with the four layers of practical teaching mode.
Key words: the principle and interface technology of microcomputer; practical teaching; the four layers of practical teaching mode
微机原理与接口技术是计算机、电子信息类等工科专业计算机硬件课程体系中的一门专业基础课。内容涵盖微机原理、汇编语言程序设计及微机接口技术，兼顾硬件和软件2个方面，具有实践性强、涉及知识面广的特点。因此实践教学在该课程中占有很重要的地位。学生只有通过实践环节的学习和操作，才能够掌握微机系统的工作原理、常规接口技术及其应用，加深基本概念的理解。
1 微机原理与接口技术实践教学现状
1）课时安排上重理论、轻实践
目前，该课程共安排四次实践课，内容包括两次汇编语言程序设计，运用定时/计数器8254设计流光发生器以及利用系统定时源设计定时中断程序。实践课时过少。两次汇编语言程序设计的实践，根本没办法达到“深入理解机器工作基本原理和培养低层编程意识及思想”的汇编语言学习目的。[1]而汇编语言理解的不透彻，会直接影响接口部分的实现能力。
2）教学内容上重软件、轻硬件
大部分的实验都是在PC机上，编写一些汇编程序，只有设计流光发生器这个实验，学生能真正动手参与硬件电路的连接，但这基本上也是一个芯片功能验证性实验，在实验课上，老师把程序编写好，学生照着老师的步骤连接好各种线路，再把程序录入、调试运行，观察结果写出实验报告就行了。最后导致所有学生的实验报告都是一个结论。基本上学生没有自主的创新环节。
此外，本课程理论课主要学习了8254定时/计数器、8259中断控制器、8250串行接口芯片和8255并行接口芯片等典型芯片的工作原理，但由于实践学时较少，在实践操作中并没有全部涉及到。实践环节的欠缺，导致很多同学尤其是通达学生普遍感到“微机原理与接口技术”这门课难学、难懂、概念抽象、感性认识差。学生学习完了这门课程后，对于接口芯片工作原理和在计算机中的实际应用模糊不清，更谈不上创新设计。这和学院“培养应用型创新人才”的目标是不相符的。
2 微机原理与接口技术实践教学模式改革
当今实践教学目的除了验证基本理论和掌握基本应用外，更主要的是培养学生研究能力、创新能力和和思维方式以及工程实践能力。[2]为此南京邮电大学通达学院在微机原理与接口技术实践教学内容设置上充分考虑上述能力的培养，进一步加强理论与实践的结合，培养学生的创新能力和思维方式，提高学生的动手能力和综合素质。以适应“应用型创新人才”的培养要求。
为适应“应用型创新人才”的培养要求，我们将实践教学体系分为四个层次。形成软件实验、硬件基础实验、实训和课外科研的结构模式。
前两个阶段主要进行汇编语言软件实验和硬件验证型实验。主要是加深巩固基础理论知识，以培养学生理解机器工作基本原理和培养低层编程意识的基本能力以及书写规范实验报告的能力。本阶段的实验要紧扣实验指导书和实验教学大纲。要求实验指导书有详细的实验目的、实验内容、实验要求、实验原理、实验资源配置、实验的硬件连接与软件编程和实现功能等。使得学生快速学习和理解实验内容。
实训是综合性和研究性的实践。可以分为必做和选做两部分。必做题每个学生都必须完成的实验，主要进行简单硬件设计实验。选做部分主要进行硬件综合型实验，学生每5-7人一组，在教师指导下自由选题，不完全受课堂教学内容限制，合作完成实验。从而进一步拓宽学生的知识面，提高学生的思维能力和创新实践能力。[3]
在本阶段可以引入PBL教学法。基于问题学习(prob lem2based learning, PBL)的教学方法是由美国神经病学教授Barrows在加拿大McMaster大学医学院首先试行的一种教学模式。此种教学模式以问题为基础展开教学，以学生为中心，学生的自学能力得到培养，并且发展学生解决实际问题能力、综合思考能力和团队协作能力。大致分为问题提出、资料查阅、讨论研究和总结反思4个主要步骤。每个问题没有固定的解决方法，学生之间互相合作、共同探究，逐步寻找问题的解决方法。以学生自主学习和自我探究为主，作为合作者的教师仅在关键时刻起到点拨和引导作用[4]。
微机原理与接口技术实训必做题阶段表现突出的同学可以担任组长，由其选择组员并确定题目。在教师指导下分工合作，查阅资料、小组讨论，提出合理的实验方案。实验室采用开放式教学模式，在实验时间和空间上开放。给学生充分的自主学习和自我研究的空间。此阶段以培养学生的创新实践能力为主。要鼓励学生求新、求异，在成绩评定时，不要过于强调实验结果的成功，防止学生为追求成绩而选择过于保守的方案。
课外科研活动利用学生的课外时间，采取学生自愿报名，与学生会科协合作的方式，成立若干个课外创新小组。课程组的老师根据自己研究的课题带领创新小组与研究生相结合进行一些科研活动。如课题组的老师设计完成的“PD-32开放式微型计算机教学实验装置”，该装置真正体现了32位微机的特点，学生通过在该装置上的实验操作，能进一步加深对接口原理的理解。已广泛的应用在本科实验教学中。
3 结束语
通过本课程实践内容的改革与尝试，提高了学生发现问题和解决问题的能力，培养了学生良好的学习行为和团队协作精神，提高了学生的综合能力和创新能力。我们将在实践中不断总结经验和不足。随着微机技术的进步，不断更新实验内容使实验内容更贴近工程实际，并结合科研项目开发实验内容。只有这样才能更好的培养出符合现代社会需求的应用型创新人才。
参考文献：
[1] 王爽.汇编语言[M].2版.北京:清华大学出版社,2008:2-3.
[2] 吕淑平,朱齐丹,曾薄文.微机原理及应用实验教学设计与实践[J].实验科学与技术,2010,8(3):91-92.
【关键词】微计算机技术；实验；教学
实验教学是一种教学手段，能给我们带来真实的实用环境，微计算机技术是理论性很强的课程，尤其需要这样的辅助教学手段让学生有更直观的认识。
1.微计算机技术教学中的突出问题[1]
微计算机技术是电子信息类专业重要的基础课程，包含两大部分内容：汇编语言与接口技术，这两部分内容都是难啃的骨头，汇编语言的难点在于它和硬件的无限贴近，很多有高级语言学习背景的人将其视为“用牙签吃饭”，学习起来觉得步伐太慢，成效太低，更大的教学问题是很多学生的“无用论”，学了用处不大，很费力气；接口的难点在于软件学习背景的同学在硬件的芯片理解很难深入，对各种芯片的工作特性从认识到掌握的过程显得很费力，各个芯片的协同工作也很难应用灵活，所以实验环节在这样的背景下，就显得尤为重要，我们将实验的设置越是趋于合理，学生才能在理论和应用的环节少走弯路，才能真正达到良好的学习效果。
2.在实验中解决突出问题
2.1 合理的设置实验
实验是一种有效的教学手段，绝对不能定位在一个教学任务的层面，在教育思想上，实验设置需要符合学生的认知规律，使实验成为教学内容的载体，应该体现思维方法和认知过程；在体系上，要建立较为完整的体系，突出各部分之间的关系，实验设置最好有一定的相关性，各个实验不孤立存在，比如在做定时器/计数器实验里最好用上并行接口芯片；增加实验的设计性，除了严格完成验证性实验，需要给一部分开放性实验和综合性实验，培养学生分析问题和解决问题的能力和素质，其实每个教育者都很清楚，这种能力才是大学阶段最应该培养的。为了满足如上的要求，可以对课程做合理的调整，比如增加实验课时，调整现有的实验顺序，尽早的开展实验，由课程组的几个老师分管各个实验等，只要对授课有帮助的调整都可以尝试。
2.2 注重实验环节
实验从时间上分有三个环节，实验前、实验中、实验后，为了取得较好的实验效果，实验中“充分”调动学生的积极性，需要在实验前做一些辅助工作，提前布置实验内容，给学生足够的时间思考并能提出有针对性的问题，为实验过程的互动做好准备，同时让同学们对实验有明确定位，实验是借助实验设备验证我们的想法，首先必须有想法，否则设备对你来说和一堆废品没有两样，实验前的准备就尤为重要，有能力的同学可以事先制定实验方案。对于在实验前作了充分准备的同学在实验中一定是会有较大收获的，实验是在“做”中学，如果顺利，说明我们把本次实验需要的知识理解的较为透彻，这一类学生可以从合作走向真正的独立，大多数同学实验不会很顺利，这里面有两种情况，一是没准备或者准备不充分的，还有一类是以前有“欠债”的同学，这一类同学应该正确应对实验中遇到的问题，首先不要因为没做好，自信心就受到极大伤害，要将问题作为实验给我们带来的附加收获，一般来讲，实验的设置都是循序渐进的，很多问题可以反映你对其他知识环节的熟练程度，哪里出了问题修补哪里。实验后需要做的事情是认真梳理在本次实验过程中的思路，总结收获，将其写成完整的报告，很多同学不重视写实验报告，经常将实验大纲按部就班的抄到报告上，很多同学不清楚，写实验报告是对所学知识清楚表达的有效途径，还有的同学将实验报告写成“感想”、“散文”，思路不清晰、用词不准确的情况随处可见，应该让学生在本科阶段学会写好实验报告，加强这种基本素质的锻炼。
2.3 实验的形式多样化
2.3.1 验证性实验
学习微计算机技术这门课程难度大，很重要的原因汇编语言和芯片本身需要记忆的知识比较多，从认识到掌握有很大的一个跨度，在理论讲授阶段，教师除了对基本知识进行介绍，更要对重点和难点内容进行有效梳理，比如汇编语言中的寻址方式，各种寻址方式仅仅是一种记录形式，这种形式是告知编译环境存取数据的规则，所有人都遵守同样的规则，操作对象才可以在cpu和存储器之间来去自如，种类多是因为实际问题里有这么多种数据类型需要处理，寻址方式重要是因为我们随时随地的要使用它，犹如我们在高级语言中要随时随地使用数据类型一样，我们需要对其进行较为深入的验证性实验，设置场景，选用不同的寻址方式，处理相同的问题，让学生深刻领会各种寻址的作用[2]。
2.3.2 开放性实验
对于一些看似容易懂，但实际能达到灵活应用的水平还差很远的环节，开展开放性实验是很有必要的，教师只给基本要求和实验设备，让学生自行分组、自己制定实验方案并且写出实验报告，当然这个过程序需要教师协助，这个过程其实对学生来说相当复杂，开展初期也相当耗费时间，但对于二三年级的学生来说，是一个绝佳的锻炼机会。
以并行接口8255为例，芯片本身结构简单，8255的初始化程序设计也不难，很多同学觉得学习起来不会像8259那样吃力，但是真正能灵活应用还有很长的路，比如铁路远程自动供水系统、植物恒温控制系统等[3]应用需要并行接口，多路抢答器，音乐程序也都需要并行接口，所以简单的验证性试验过后，有必要给学生提供更大的空间去认识这个接口。
学生在这个过程里要查阅资料，查阅资料我们提倡“就近原则”，即先从能看懂的开始，和自己的知识对接，这也是自主学习模式所提倡的，学习者只有按照一种与自我概念相吻合的学习模式，才能称之为意义学习[4]。准备相当充分的资料基础上，制定解决方案，这个过程可以合作完成，合作前提的学习会让学习者舒缓压力、建立自信、通过合作正确评价自我，从而走向真正的独立。最后是实验的实施，详尽记录实验过程和结果，对遇到的问题能解释或解决，书写完整的实验报告。
3.总结
实验教学虽然是一种教学手段，但这种辅助作用存在很大的伸缩性，如果实验设置合理，环节安排得当，形式符合认知规律，实验的作用不可替代，但是这个过程也需要教师付出很多心血，对教师的工作提出更高要求，对师生双方都是自我建设和提高的过程，所以值得深入研究和努力探索。
参考文献：
[1]张小红.微机原理与接口技术实验教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2012.7：113-114.
[2]李欣光.微机原理与接口实验教学改革与探索[J].实验室科学，2009（8）：44-45.
[3]白莉媛.Intel 8255A微机芯片的应用[J].光盘技术，2006，6.
一、《微机原理与应用》课程教学存在的问题
1.生源基础不同。高职院校不同于其他类型的高校，它的生源由两部分组成，即普通高中学生和职业高中学生，由于课程安排，教学重点的差异，计算机课的基础相差比较大，特别是普高学生在高中阶段没有接受过《微机原理与应用》课程的教育，而职业高中阶段计算机专业的学生已经学习了微机原理的基础课程。在教学中，有同学反映，有些内容没有听懂就讲过去了，而有的同学却说这部分在职高学过，可以一带而过。可见两种生源在同一班级学习，给《微机原理与应用》课程教学加大了难度。
2.大班授课。由于班级容量较大，如有些班级接近200人，许多学生反映听课效果不好，积极性不高，可见，大班授课严重影响了教学效果。
3.重理论，轻实践。《微机原理与应用》课程是一门实践性很强的课程，现有《微机原理与应用》课程的实验学时往往比较有限，但实验内容却涉及汇编语言的编程、计算机接口技术等众多内容，所以实验内容只能是按部就班的固定题目和模式，达不到训练学生分析问题、动手解决问题的能力的目的，有限的时间还使得实验中普遍存在抄袭现象，很难保证课程实验的质量。作者在教学过程中多次听到学生有这样的疑问，“学《微机原理与应用》有什么用”、“什么是《微机原理与应用》”等。计算机技术发展快，实践性强，应用面广，我们教育的目的是培养学生坚实的计算机软硬件基础，而更重要的是把所学的东西应用到实际的工作中，在实际工作中找到《微机原理与应用》的有用之处。因此在计算机专业教学过程中加强学生动手能力，培养其创新意识，应该是我们教学的基本指导思想。
4.硬件投入缺乏。《微机原理与应用》课程包括显示程序实验、中断特性及8259单一中断应用实验、可编程定时器/计数器8253实验、中断应用实验等诸多的实验。这些实验需要用到一些实验装置，可是由于相应的实验环境较差、实验设备缺乏，只能在机房让学生做一些汇编程序，这严重影响了学生实验学习效果。
5.师资不足。高职计算机教师队伍里从事计算机软件教学的较多，而由于《微机原理与应用》课程知识点众多、内容庞杂、课程枯燥，学生缺乏学习兴趣，往往教师出力不讨好，学生出不了好成绩，造成计算机教师普遍对计算机硬件，如微机原理与应用、接口技术、计算机硬件技术基础等课程缺少热情。所以，如何提高计算机教师硬件教学的热情是一个比较重要的问题。
二、高职院校《微机原理与应用》课程教学改革对策
1.分小班授课，因材施教。所谓分小班授课，即将原来的一百多人一班分成30～40人一班上课，把同一层次的分在一班，如：将普高学生和职高学生分别编班，以利于在教学过程中加强分类指导，分级教学，因材施教，使不同基础的学生都得到提高。
2.更新教学内容，优化教学模式。针对课程的硬件、软件和接口三部分内容，采用不同的教学模式。硬件部分和指令部分由于知识点众多，采用授课的教学模式；软件部分采用讲授和实践相结合的模式，通过编程实践使学生掌握汇编语言的指令和编程特点，而不是一味的死记指令格式；接口部分可采取讲授为主的教学模式，辅助以相关接口实验，提高学生在微机系统及综合应用方面的能力。这样通过转变教学模式，逐渐变成以学生为主体、教师为主导，改变了现有的教学方式。
3.采用先进的教学手段。采用现代化教学手段，采用大屏幕投影、电子教室、电子教案、CAI课件和机房授课的方法,利用现代化教学手段加大课程的信息量，同时辅以黑板教学，实物展示(如：讲到接口处可以拿一芯片)，使学生对所学知识产生直观映像，很快进入学习状态。
4.鼓励学生学习与实践相结合。对计算机专业而言，实验教学是教学过程中一个重要的实践性教学环节。为培养学生主动学习的意识，可以加上提前预习实验的环节，每次实验均应有相应的预习报告，以使学生不盲目地仅为完成实验内容而做实验，而是要求他们做完一个实验后便有一定的收获，得到一定的能力训练。每次实验，老师提出要求，而选题、设计、拟定实施方案、验证实验结果，最后给出具有一定见解的实验报告，这些都由学生自己独立完成。为保证实验教学质量，端正学生对实验课程的态度，调动学生对实验课程学习的积极性，应该加大实验考试成绩在课程总成绩中的比重，侧重考核学生的实际动手能力。这样可极大地提高学生对实验与实习的重视程度。
5.改善实验环境，配置实验设备。在实验教学实施中，只有拥有了良好的实验环境和齐全的实验设备才可以实践，才谈得上与实践相结合。为学生提供一流的实验环境是提高计算机专业教学质量的有力保证，其中包括设备的到位和设备的良好运转。
[关键词] 应用型本科；电子信息工程；微机原理
中国分类号：H191
电子信息工程专业是直接服务于我国通信、电子行业的重要工科专业。随着通信业和电子工业的不断发展，其中以计算机为核心的通信技术得到迅猛的发展。可以说只有充分掌握计算机技术的电子信息工程专业学生，才能够适应时展的要求。
对于电子信息工程专业的学生而言，在大学四年中所学的知识是很有限的。为了让学生在有限的时间内掌握更多的专业技术，那么人才的培养方案应着重培养学生的动手能力和创新能力，以符合应用技术型人才的培养要求。
《微机原理》对电子信息工程专业的学生在理解和掌握计算机本质和工作原理上有着不可替代的作用。并且对学生后续学习的单片机、DSP等课程起到十分重要的作用。因此，为了满足电子信息工程专业人才培养的实际需求，要有针对性地强化《微机原理》课程中的学习内容。本文将从以下几方面进行探讨。
一、 应用型本科的教学目标
按照《中华人民中和国高等教育法》本科学业教学的规定：学生能系统地掌握本学科专业所必须的基础理论知识，具有从事本专业实际工作和研究工作的初步能力[1]。但是应用型本科教育还要求所培养的学生符合高级工程的要求。因此所培养的毕业生必须具有较强的工程实践能力。要在人才培养过程中，注重培养学生的动手能力并在实践教学过程中逐步培养学生的创新能力。
二、 更新教学内容
传统的《微机原理》教学内容要求学生重点掌握汇编指令，以及培养学生汇编语言的编程能力。但是8086系统早已淘汰不用，且汇编语言通用性不强，不同的系统汇编语言的结构不同。那么针对培养应用型本科人才的教学目的，在《微机原理》的教学当中应该是重点讲解微型计算机的基本结构、工作原理以及外部接口的使用[2]。计算机的二进制运算是本门课程的基础内容，是每个学生都要掌握的知识。当学生有了二进制运算的基础之后再适当地讲解CPU的内部结构，目前微型计算机的CPU都是采用了哈佛结构，而电子信息工程专业学生后期学习的DSP系统也是采用哈佛结构，因此这部分的内容也需要详细地讲解。考虑到电子信息工程专业的学生要具有电路设计的能力，特别是要掌握接口芯片的使用。那么在讲解《微机原理》这一门课的时，要结合数字电路的知识，重点介绍微型计算机的接口芯片使用。例如：AD0809、8255、8253等这些常用的接口芯片，在电路设计上应用很广泛。而且这一部分的内容是本门课程需要重点学习的内容。另外，寻址方式和存储器也是《微机原理》的一个重要内容，这些知识为后续学习的单片机技术提供重要的理论基础，在学习这部分内容时要从原理上掌握。
在计算机专业和控制类专业中，汇编语言这一部分的内容是《微机原理》学习的重点。但是考虑到电子信息工程专业的实际需要，这一部分的内容应当弱化处理。因为汇编语言作为一门低级的计算机语言，如果只通过课堂的讲解学生是很难接受的，只有通过大量的操作实验学生才能更好地理解。而且汇编语言通用性不强，学生在学了80x86系统的汇编语言之后，即使继续从事本专业的研究工作也很少使用，因为不同的处理器芯片汇编语言的结构不同。在后期所学习的单片机、DSP系统等课程，普遍采用C语言编程。基于C语言的软件开发平台已经非常成熟，而且C语言的通用性强。因此在教学过程中，应少而精地讲解汇编语言，同时要补充C语言的内容。
三、更新实验教学
《微机原理》是一门具有很强的应用性的课程，很多内容都可以通过实验来加以验证和实现，也就是说，实验在这一门课程的教学中发挥着重要的作用。如果学生每次实验都能够独立正确地完成，那么将起到巩固理论课堂中所学到知识的作用。既然教学内容上发生了改变，那么《微机原理》的实验内容、实验教学方法、实验考核方式等也需要进行改革。
首先，在传统的《微机原理》教学中，汇编语言实验占据了大部分的课时，但是实际收效的效果并不理想。因此，在《微机原理》实验中，汇编语言部分要压缩课时量，让学生掌握汇编语言的编写和调试程序即可[3]。中断和接口技术对于电子信息工程专业的学生而言，在今后的学习中会直接使用，是在实验教学过程中应该加强学习的内容。芯片应用也是在实验教学过程中应该增加课时量的内容，可以培训学生对芯片使用，以增强学生设计电路板的能力。而且芯片的使用和电路的设计一直以来都是电子信息专业的学生应该要具备有的能力。并且在芯片应用实验中可以让学生学习怎么根据引脚定义进行电子线路的连接、怎样根据控制字的格式定义给芯片进行初始化等。在实验过程中不能仅仅局限于课本的几款典型的可编程芯片，应该要包含有AD、DA等芯片的使用，这也是电子信息工程专业的学生必须掌握的知识。
其次，教师应该在实验课前培养学生有预习的习惯与课后鼓励学生学会思考总结实验过程，使学生能够在实验过程中巩固在理论课中所学到的知识[4]。待学生对实验课程的内容和基本实验步骤都熟练后，可以安排一些创新实验，在教师的指导下独立完成实验，并对实验数据进行整理、分析和讨论，最终写出实验报告或研究论文。
最后，根据学生实验的综合能力进行评定。最终的成绩评定，应当采取实验成绩与现场实验考试成绩相结合的方式进行测评[5]。在实验过程中还应当开设与课程相关的课程设计。在规定的时间教师验收学生的课程设计作品并要求学生答辩，学生成绩采用答辩和检查学生完成课题情况评定。
四、更新教学方法
在传统的《微机原理》教学中，注重培养的是学生的理论知识，而往往忽略了学生的实践能力。那么在《微机原理》这门课中应当积极探索工程实践能力，注重培养学生的实践能力[6]。但是传统的教学方法中更多的是学习理论知识，往往忽略了学生工程实践能力的培养，因此很难符合应用型本科的人才培养要求。那么新的教学方法应当是学习在理论知识的基础上，引导学生参加社会实践。随着新的教学方法提出，那么考核手段也应该伴随着提出，考核方式再也不能以期末考试的形式考核学生的成绩。学生的期末总评成绩应当包括考试的成绩加上平时成绩，平时成绩所占的分量应该与考试成绩占同等比重。更新的教学方法主要体现在以下几个方面。
在《微机原理》教学中，在课堂上能学到的都是理论知识。为了提高学生的动手能力和实践能力，教师应该除了课堂教学生理论知识，更应该指导学生设计与课程相关的作品。其中所设计的作品算入期末总评的一部分。
指导学生多阅读相关的课外书籍和文献资料。《微机原理》是一门理论知识多、技术性强、实验技能要求高的专业课，如果只靠在课堂上所学得的知识是很难达到这一门课的要求，学生应当多阅读查找相关的数据和文献资料[7]。那么在教学中，教师应当根据课程内容设立问题，课后再让学生查找资料并根据问题的内容撰写报告。所撰写的报告要明确写出问题的解决方法，而且所提出的方法必须要有依据，标出方法的出处。最终学生所选的报告也应当算入期末总评的一部分。
五、结束语
本文在教学内容上提出了减少汇编语言的内容并增加接口芯片芯片应用这一部分内容以满足电子信息工程专业的要求，在教学方法上提出工程训练式教学培养学生的实践能力。经过教学实践证明新的教学内容、实验方法以及教学方法的不断应用，使学生具有更强的实践能力和学习能力。
[参考文献]
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[2]李宝华.基于研究性学习的高校教学改革[D].河南师范大学，2012.
[3]金红.提高微机原理实验教学效果的方法探讨[J].科技信息，2011（3）：143-148.
[4]潘丽峰.微机原理教学与学生创新能力的培养[D].湖南师范大学，2008.
[5]顾滨.微机原理课程教学改革方案[J].江苏广播电视大学学报，2000（12）：61-62.
关键词:微机原理 微处理器 课程教学 改革创新 多媒体技术
《微机原理》课程是一门理论性、实践性及应用性均很强的课程,该课程的主要任务是使学生从理论和实践上掌握现代微型计算机的系统基本组成和工作原理、编程技术、硬件的连接,建立微机系统的整体概念,使学生掌握微机电子控制系统软、硬件开发的基本方法,且具有初步的开发能力。针对这样的现状,作者结合自己的教学实践,认为《微机原理》的课程教学应该改革和创新。
一、改革教学内容 与新技术同步
《微机原理》课程的信息量大、知识点比较零散、抽象、理论性很强,而课时有限,因此,对微机原理教学内容提出很高的要求,不仅要在有限的时间内完成教学大纲规定的内容,而且要紧跟微机发展的新技术,使学生能够掌握微机原理课程的精髓。
改革的主要思想是在传统8086/8088微处理器的基础之上,增加对现代微型计算机系统的介绍,以Intel 80x86为核心,增加对高新技术的介绍以及总线等相关内容的讲解。并将硬件实现与汇编语言编程相结合,使学生更好地掌握计算机软硬件知识,正确建立微型计算机系统的整体概念,为学生将来从事有关微型计算机的开发应用、数字通信、工业控制、高级语言的编程设计以及多媒体技术领域的研究工作做好充分的准备。
二、改革教学方法 提高教学效果
要保证好的教学效果,要求教师对自己讲课的内容要熟练,要合理组织,要重点突出有吸引力。同时要求教师要知识面宽广,适时将相关学科和现代的科技成果和发展动态扩充在教学内容中,使传统理论、已有成果和新理论、新技术相结合;在讲课过程中,注重把讲课内容用相应的思维方法组织、表达出来,使学生跟随教师一起思考,掌握所学知识和相应的思维方法。这种教学方法让学生带着问题去学,不仅可以提高学生的学习兴趣,更培养了他们发现问题、分析问题、解决问题的意识和能力。
1、形象生动的画面演示
将抽象的知识转化为形象的画面,再将形象的画面动起来,让学生在动态的变化中认识事物的发展过程和变化规律,这样的知识就不是僵化的,而是生动的,这样的教学就不是乏味的,而是趣味盎然的了。
下图以堆放积木为例,直观而又形象地演示了把寄存器AX、BX、CX的内容压栈保护,然后执行其它程序,接着按相反顺序把堆栈内容弹出到CX、BX、AX过程的一幕,然后自然而然的得出“后进先出”和“数据保护”这两个结论。
2、发挥多媒体交互式特性
播放开始,机器一边发话:“把对角线上各个部件与两边的功能说明画线连接起来!”,一边作划线示范动作。学生可以按照“操作说明”里的方法,用模拟笔逐个连线,全部完成后,点击“ALL ANSWER”按钮,由电脑给出正确答案;也可以每画出一条线,点击对应部件,立即得到答案。然后学生进行自我验证,也可以相互讨论。然后用模拟橡皮擦除自己不正确的连线。点击“CLEAR”按钮,清除全部答案。没有答对的学生,可以重做一遍,这就顾及到了个体学生的差异性。实践证明,只要重做三遍,所有学生都可以正确连线,比一般的课堂练习效果好多了,特别是对于成绩差的学生。
三、改革实验教学 注重实践环节
在实验教学中,还应及时更新实验内容,紧密结合当前工程应用和科研实践,利用先进的实验平台提供的软硬件环境,设计和安排实验内容,并适当安排课程设计环节,以培养学生分析问题和解决问题的能力。教师在技术指导上要做到两点:一是要把握好学生所选课题的新颖性和实用性,以适应微机技术发展的潮流和工程实际应用的需要;二是要做好设计方案、设计方法的把握,以及技术资料的查询和技术文件整理方法的介绍,使学生掌握必备的工程技术基础知识,减少人力和物力的浪费。
通过系统的实践锻炼,既培养了学生的基本实验技能,使学生具有一定的软硬件开发能力,还可以让学生了解当前计算机应用领域的先进技术,接受新的设计思想和方法,培养学生自主创新能力,可以更好地适应今后的工作和学习,达到良好的实验效果。
四、改革考核方法 培养综合能力
[关键词] 实验教学 创新能力 综合设计能力
一、引言
《微机原理与接口技术》是高校信息工程电子类本科专业的一门必修课程,该课程具有较强的实践性、专业性、应用性,因而实验教学内容的安排、设置在整个教学过程中尤为重要。在本课程的实验教学中,如何调动学生的动手、分析与解决问题的能力以及创新能力的培养是该实验课程的重中之重。
目前高校中大都采用实验箱的方式开展《微机原理与接口技术》实验的教学,对芯片功能多进行验证性或设计性实验,很少进行创新性实验的教学和研究,为此实验教学中扼杀了学生的创新能力和创新欲望。针对以上现象,本文给出了如何利用微机实验箱进行综合性创新实验的教学。
二、教学改革思路
下面以具体的综合创新性实验项目为例,进行教学思路和方法的探讨。本实验项目主要完成的功能如下:完成多路模拟信号的采集;结合小键盘实现信号通道的选择;采用多位数码管显示采集通道及采集数据等。该实验项目内容建立在本课程教学要求的基础上,接近工程的实际应用和该课程的发展前沿,并结合理论课程的教学,由部分功能模块逐渐形成一个包括软件和硬件的完整系统。同时该实验项目提供了较大的思维空间,便于学生创新设计。
教师可以按照以下步骤指导学生完成该综合性创新实验的设计:教师课前指导,学生课上认知、自我提高、能力拓展、创新意识培养等。
1.教师课前指导
教师给学生提出设计任务,要求学生做到课前很好的预习,包括实验中所用接口芯片的资料查询,了解与本实验中有关部分的实验箱电路设计,并完成实验项目的初步设计,等等。教师可向学生提供参考书籍和专业网站,教会学生学会独立进行资料的收集、分析,并从中了解课程的最新资料和发展趋势。
2.学生课上认知
教师通过课件讲解,让学生了解本次实验的基本原理和实验目的,并对本次实验提出模块化设计思想。这是实验的初级阶段,力求教师在讲解过程中做到由浅入深、循序渐进。学生通过熟悉实验装置和实验步骤,对本实验中用到的接口芯片有一个初步的体会,逐步提高对本实验的兴趣,并对系统组成有一个初步的认识。
3.学生自我提高
教师指导学生对本实验项目进行功能性的划分、给出具体设计思路。在此过程中,教师检查学生设计方案并给出必要的指导。当学生设计方案有问题时,应和学生一起分析、探讨,避免指责学生,只要方案可行,就鼓励学生大胆创新。通过此阶段的训练,学生的模块化设计思想可得到很好的锻炼和加强。以下为某同学的设计思路:(1)完成多位数码管显示实验的调试。(2)完成单通道数据采集,包括启动A/D、查询采集结束、读取数据、显示数据等。(3)显示采集数据的同时,如何显示通道号?
加入开关K,实现数据采集的启停。⑸加入按键,不同按键按下,采集不同通道,并把采集数据及通道号显示在数码管上。⑹模块整体功能联合调试,协调各部分,完善系统功能。从中不难看出:学生的设计思路更加的清晰,模块化设计思想也得到了很好的体现。
完成模块功能划分以后,教师可引导学生完成对实验台的接线,以下图1为某同学的硬件接线,通过此部分的训练,学生更加明确了各所用芯片在本实验中的任务和作用,为下一步编程和调试打下了基础。
4.学生能力拓展
在以上三步的基础上教师可引导学生画出各功能部分程序流程图,对自己的预习程序进行分析,按功能模块逐步调试,进而得出预期的结果,此为学习的提高阶段。此时大部分同学会迫切希望自己动手设计一个综合性实验,对于学生动手能力的提高将会有较大的帮助。
5.学生创新意识培养
学生经过认知、解惑的阶段后,便产生了自我创新的欲望。这时教师可以引导学生,在此实验台的条件下,还能够实现什么样的功能,使得本实验项目更加的完善。此阶段课可锻炼学生的创新能力和实际解决问题能力。由于每个学生的知识结构不同,得到的方案也不同,这样可很好避免学生在书写实验报告过程中的抄袭现象,使得每个学生都有自己对本实验的体会,创新意识将得到很好的培养。
三、结束语
《微机原理与接口技术》综合创新性实验的教学改革任重而道远,要求教师和学生能在实验教学过程中进行很好的配合,还需要我们教育工作者改变教学观念,使用新的教学方法。同时,要求教师努力学习并提高自身的能力,为培养跟多的具备创新性意识的人才而终身努力和探索。
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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。
关键词：教学改革；创新型人才；计算机硬件实验
中图分类号：G642
文献标识码：B
1计算机硬件实验普遍存在的问题分析
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：
“一人动手大家看”的“放羊式”
实验的内容、步骤严格按照教材(实验指导书)进行
实验内容陈旧、与工程实际脱节
本科生和研究生的实验环境分别建设
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。
(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。
(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。
(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。
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。
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。
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
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：
(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；
(2) 剖析计算机专业硬件相关课程之间的衔接关系；
(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。
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。
2.1系统化的计算机硬件实验内容层次
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：
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。
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。
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，但是必须对失败原因和改进设想做深入的分析和探讨。这类实验是学生早期参加科学研究的一种重要形式，主要培养学生的创新意识、创造性思维及创造性个性，使学生创新性的想象力、判断力、思维能力和实践能力得到提高。
这三个实验从内容上由浅入深、由易到难，从对学生的要求上是由低到高的。其中前两类实验主要针对本科生设计，第三类实验主要针对少数有余力的低年级本科生、多数毕业设计阶段的本科生和所有研究生设计。
在多层次实验教学中，教师的主要作用在于启发学生认识实验教学的目的和意义，组织开展实验教学活动，引导学生研究问题，指导学生的实验过程和认真完成各项实验任务。在实验教学中，教师要教育学生树立严谨的科学态度，鼓励学生勇于求异的创新意识，注意培养学生独立解决问题的能力。
2.2计算机硬件课程层次的建立
以西安交通大学计算机学科为例，本科生和研究生的硬件相关课程体系中主干课程由“数字逻辑与数字系统”、“计算机组成原理”、“计算机体系结构”、“高性能计算机体系结构”和“计算机系统的量化研究方法”组成，其中前三门课程为本科生课程，后两门课程为研究生课程。与主干课程相关的本科生必修课程还包括“汇编语言程序设计”、“微机原理和接口技术”、“操作系统原理”、“计算机网络原理”、“嵌入式系统”；研究生课程包括“计算机网络理论及应用”、“VHDL和FPGA设计”、“分布式系统”等。这些课程，特别是主干课程，不仅有较强的顺序性，而且课程内容的相关性很强。图1给出了计算机硬件主干课程的实验层次。其中，虚线方框部分为偏软件类型的实验。
图1 计算机硬件主干课程实验层次
从图1可以看出，计算机专业本科阶段硬件主干实验课程主要为数字逻辑专题实验、计算机组成专题实验、微机接口专题实验；并且这三个实验中，每个实验的开展必须以前一个课程为基础；课程实验从内容到形式都有很密切联系。为了让学生学习完这些课程后对计算机硬件结构有一个系统和感性的认识，我们在设计这三个实验时，首先设立了一个总的培养目标，每个课程组根据这个目标，结合本课程的内容和培养目标分阶段完成相关支撑的实验内容，并且这些实验可以采用一致的实验手段和平台。具体措施主要包括以下两方面内容：
(1) 对于每门具体的计算机硬件课程均设置8学时的课内实验，实验类型为独立的基础验证性。
(2) 硬件课程都有配套的专题实验，专题实验均为综合设计型。主干课程的实验为必修专题实验，其他小部分课程实验为选修专题实验。以工程项目设计实验为目标形成多个系列，同一系列实验间具有时间先后关系、支撑与被支撑关系。例如图1中的“数字逻辑”、“计算机组成原理”和“计算机系统结构”三门硬件课程就构成了一个主干的硬件实验系列。这三门课程的实验必须在内容上具有前后相关性，并采用基本一致的实验方法和平台。
2.3多样化的计算机硬件实验平台层次
在硬件开发平台的设计上兼顾不同层次人才的培养需要，综合本硕博各个阶段的不同需求，构建多层次的实验环境，提高实验效率，促进学生的创新思维，进行创新式构建实验。还要考虑对毕业设计的实验环境以及本科生创新性研究活动实验体系的支持，结合软件设计的方法和手段(即硬件设计软件化)构建灵活多样的硬件实验平台。此外，实验平台设计要具有层次性，并且考虑课程间内容交叉和互补。
从国外的发展趋势来看，计算机硬件课程的实验由传统的孤立的实验装置承担，发展到了由EDA和CPLD/FPGA仿真器联合承担的阶段。
传统的实验装置支持相对简单的连线类的实验，这类实验只能使用中小规模的集成电路器件。设计大规模的实验几乎是不可能的，因为大规模的实验用中小规模的芯片来实现费时、费力，且受面包板等空间和实验装置能提供的电源限制。
使用HDL语言，如AHDL、VHDL和Verilog等，通过EDA工具软件设计各种规模的数字电子系统是目前工程师的设计潮流。通过EDA和CPLD/FPGA仿真器能完成计算机硬件课程的各类实验。图2是我们设计实现的一款低成本综合实验装置，该装置使用了Xilinx公司Spartan-3系列FPGA芯片(40万门)，通过扩充板可以满足大部分的实验要求。
图2 一款综合实验装置的PCB的元器件布局示意图
2.4多层次的实验考核体制
实验的考核主要有以下几种形式。
(1) 实验过程的跟踪考核：改变传统的根据实验结果和报告打分的体制，对实验过程中的主要环节进行记录、评价，并作为最终成绩考核的依据。
(2) 实验报告撰写：实验结束后，要求学生撰写实验报告，以总结个人实验结果，明晰实验思路，实现知识的融合、升华和再学习。通过实验报告的撰写可以培养学生对科技活动的总结能力，科技论文的写作能力，使学生的科研素养得到初步锻炼。
(3) 实验答辩机制：对于综合设计型，特别是创新研究型实验，前两种考核机制存在明显的不足，因此需要引入新的机制来评价学生所做工作及取得的成绩。可通过学生讲解、演示，教师提问和回答，课程设计报告撰写三个步骤来进行考核。
参考文献
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关键词：微机原理 教学改革 实验教学
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0138-02
《微机原理及接口》是普通高校大部分理工科的一门重要专业基础课[1]。该课程系统讲述微型计算机内部结构、汇编语言程序设计及接口芯片及总线技术，具有极强强的逻辑性、系统性和实践性[2]。因其教学面广、教学内容繁多、实践性极强，给教师授课及学生学习都带来了一定的压力。为了提高课程的教学水平，培养出具有一定的软硬件开发能力的工程技术人员，对课程的理论及实验教学模式、课程的考核方式进行改革是势在必行的。
1 理论教学体系的改进
理论教学是微机原理及接口课程教学的一个主要环节，针对课程逻辑性强的特点，为了提高课时利用率，激发学生学习兴趣，尝试综合运用如下的教学方法与手段，改革后的理论教学体系如图1所示。
1.1 多媒体课件与传统板书相结合
多媒体具有图文声并茂的优点，是大学课堂教学的重要补充手段。在微机原理及接口理论授课过程中，我们制作或整理了批量与该课程知识点密切相关的flas课件。将视频课件和flas演示适时的插入课堂活动，使得课堂教学更加生动、活泼，形象地描述系统的结构、内部信号流向及时序关系等，使较抽象原理性叙述变为直观形象的动态效果分析。有利于对复杂原理，特别是指令功能与复杂微电信号之间控制关系的理解。同时也十分注意研究电子课件与传统的板书有机结合，二者优势互补，收到良好的教学效果。
1.2 “讲、做、说”同步的课堂教学模式
改变传统的课堂式理论教学形式，建立了多媒体实训式课堂，废弃以往的以教师为主体的授课模式，将“讲、做、说”揉为一体，同步进行，“讲”指的是示例例示范，即任课教师进行实例演示，例如：在讲授8255接口电路时，授课教师以“利用一组开光控制一组LED灯”这样一个简单却又贴近实际的例子，用模块化的方法讲述8255接口的功能、引脚和编程。这种方法直观、形象，学生可在较短时间内获得大量有效信息，利于后续环节的展开。“做”指的是学生的自己动手，即让他们根据教师的讲解，自己搭建系统，仍以8255接口电路为例，在教师讲解之后，给学生10-20分钟的时间去完成系统的软硬件设计。“说”指的是抽查回报，即针对设计情况，随机抽取若干学生做演示汇报。而演示汇报能促使学生更深入地思考问题，并锻炼其总结、提炼和演示自己工作的能力，相应的汇报学生规模一般在3-5人/教学班。每人汇报时间不超过5分钟。
1.3 开发网络教学系统，打造全方位的立体化教学
随着网络技术的发展，学生的通信手段也日益升级，针对此特点，可以将网络教学作为课堂教学的有益补充，比如建立课程的qq群、微信群，既可以在网络上向学生传递本课程的最前沿知识，还可以在网络上答疑解惑、网上测试，初步形成了立体化教学平台，充分发挥不同教学素材的各自优势，成为课堂教学的有效补充。
2 实验教学体系的改进
对于微机原理及接口这样一门实践性极强的课程，实验教学是理论教学的重要补充[3]。该课程传统的实验教学模式以验证性实验为主，容易扼杀学生的积极性。为了突出应用型特色，确定了一个全新的实践教学活动模式，设计了“四环节+三层次”的实践教学模式。三层次是对实验实训内容的“基础验证性、综合性、设计性”课题的不同深度做了明确的层次界定；四环节分别是“讲、做、练”揉为一体的随堂验证实验环节，独立开出的综合实验环节，为应用能力的强化而设置2周的集中综合实训环节和在课程后续开展有关制作、参加各类大赛、大学生科研立项等创新性环节。构成一个从基础能力、综合能力到创新能力的四环节和以验证性、综合性实验为基本层，设计性为提高层的实验教学体系。改革后的实验教学体系如图2所示。
3 课程考核体系的改进
过去传统的考核方式只是进行一次期末考试，学生的整个学习过程很难监控。学生在最后的阶段突击复习，即使最后考试通过了，部分同学对知识的掌握也不扎实。课程组结合CDIO教学模式的需要，考虑了课程的特点，将考核方式改革如下：
（1）平时上课的出勤情况考核占10%，每旷课一次扣1分。
（2）实验报告及实验完成情况占10%，由实验指导教师根据具体情况给出，分为A、B、C、D、E五个等级分别得分为：10分、8分、7分、6分、5分。
（3）课程的三级项目占10%，要采用抽签的方式进行PPT汇报，根据提交的报告和PPT汇报的情况，由指导教师给学生打分。
（4）课程的作业占10%，汇编语言的编程能力是微机原理及应用课程必须要掌握的内容，也是重点内容，编程能力的培养必须通过上机训练解决。我们为每个学生准备了一组课外的编程作业，由实验室统一安排上机的时间，学生要在规定的时间内完成程序的调试，最终提交调试好的程序清单，为了防止学生的抄袭，提交作业后要抽签选择10%左右的学生答辩。
（5）最后的期末考试60%，考试的主要内容以应用类题目为主。
4 结语
2011年3月16日，新华社授权全文的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》别强调，要“围绕提高科技创新能力、建设创新型国家，以高层次创新型科技人才为重点，造就一批世界水平的科学家、科技领军人才、工程师和高水平创新团队。”作为国家培养高层次工程人才的摇篮，工科院校有责任也有义务在深化教育改革的过程中，逐步克服传统教育模式的弊端，针对大学生实践创新能力不足的现状，建立和完善培养工程实践创新能力的教育平台[4]。微机原理及接口作为所有硬件类课程的基础课，必须培养学生的科技创新能力，因此课程的教学改革必须从转变教育观念、整合教学内容、改善教学方式和优化教学手段等方面出发，培养学生具有较深的基础理论和较强的综合运用能力，提高课程的教学质量，为信息社会培养更多创新人才。
参考文献
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“电路分析基础“”模拟电子技术“”数字电子技术”作为电子信息工程专业的专业基础课，它不仅为后续专业课程打基础、提供知识储备，更为重要的是使学生具有本学科领域内扎实的专业基础知识、合理的知识结构、终身自我发展和开拓的能力，培养学生进行科学研究的基本素质、科学的思维方法及创新能力。在传统的课程设置中“，电路分析基础”被定义为“电路”理论的入门课，与“电子技术”课程的界限划分严格，课时分配上更重视其独立理论完整性和系统性，而较少考虑其实践性和如何为后续课程服务；传统的“电路分析基础”课程内容都不涉及与电子器件有关的内容，只研究理想化元件模型构成的电路，不讨论其建模背景，课程重点过多集中于“列电流电压方程求解”；导致学生在学习完该课程后宏观层面没有模块端口特性、子电路抽象和分层分析处理的概念，微观层面并不知道具体的理想器件和实际电路中的元件如何对应（例如受控源和开关）。“模拟电子技术”“数字电子技术”课程在大多数应用型本科院校的培养方案中设置为第三四学期开设，根据后续课程开设顺序前后次序有所调整。从三门课程内容的前后承接关系考虑，课程开设顺序依次为“电路分析基础“”模拟电子技术“”数字电子技术”，若考虑为“微机原理与接口技术”等第四学期开设的课程服务，课程开设顺序依次亦可调整为“数字电子技术”在前“模拟电子技术”在后；但不同程度上均存在课程内容前后衔接不紧密，部分知识点重复覆盖，理论与实验内容不协调的问题。为保障教学质量，培养学生的工程应用和创新意识，将“电路分析基础“”模拟电子技术”“数字电子技术”三门课程纳入“电子电路”课程体系进行优化改革是解决现有问题的有效途径。
2基于课程体系建设的调整优化
“电路分析基础”、“模拟电子技术”和“数字电子技术”三门课程的内容前后联系紧密，考虑课程之间的相互衔接，从课程体系角度对课程内容进行优化和整合是目前较为有效的解决方案。
2.l课程衔接设置与内容整合
课程内容改革要从整体考虑，即应着眼于课程体系建设为目标，对教学内容进行优化、整合和改革。如何在有限的学时内保证课程的完整性和系统性避免重复性，将最基本的知识、技能传授给学生是必须面对并设法解决的问题。为保持课程体系的衔接和紧密联系，陕西理工学院电子信息工程专业采用“电路分析基础“”模拟电子技术”“数字电子技术”课程开设顺序，为保证该课程体系与后续“微机原理与接口技术”等课程的前后衔接关系，将原培养计划中的开设时间前移。“电路分析基础”设置为第二学期第三学期开设，第二学期讲授“电路模型和电路定律“”电阻电路的等效变换“”电阻电路的一般分析”“电路定理”“储能元件“”一阶电路和二阶电路的时域分析”等基础知识，并适当引入二极管、三极管、集成运放等电子元器件的介绍，且在课程中以例题形式说明其基本的模型和分析方法，同时加强非常重要的戴维南定理的内容，以便为第三学期开设的“模拟电子技术”打下坚实的基础。在学生学习完“模拟电子技术”后第四学期前十四周开设“数字电子技术”课程，“微机原理与接口技术”设置为第四学期第四周开设。通过优化理顺课程间的相互关系，此方案的实施不仅解决了课程理论学时压缩的困境，而且有助于教学质量的提高。
2.2理论与实践教学相互补充与加强
“电子电路”课程体系中课程的共同特点是兼有理论和实验两个环节，二者相辅相成，相互补充。为保证内容进度上的协调，增强实验促进理论知识理解和工程实践动手能力提高的效果，从课程体系建设角度出发，制定了统一的教学大纲。为了帮助学生更快地将实际电子电路与理论教学建立直接的联系和对比，更好地掌握教学内容，强化知识点，提高学生的动手能力和工程应用的素养，实验环节按照理论教学的重点、难点设置实验内容，为了加强理论与实验知识传授的标准化，减少双方知识的重叠，对实验环节的时间和任务以及任务量做合理的调整和安排。
2.3层次型实验体系建设
从培养工程系创新型人才的角度出发，基于“电子电路”课程体系建设的思想，建立“以人为本，激励创新，目标驱动，融合贯通”的实验教学体系。将实验内容分为验证性、综合性、设计性、创新性四个层次，并在第三学期末和第四学期末增加“电工电子工艺实习”“电子技术课程设计”实践环节。基础验证性、综合性实验重点培养学生的基本实验技能和方法，学会正确记录数据，科学分析处理数据，规范撰写实验报告；设计性、创新性实验要求学生根据具体的应用问题，从实际工程应用角度完成设计、仿真、安装调试的全部过程，以提高学生的实验兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力和工程创新意识。
3教学方法和手段的改革
3.1转变教学观念和授课方式
从过去的以教师为中心，课堂为中心、传授知识为目的的传统教育观念，转变成以学生为中心，学生学到和如何利用知识的新观念，引导学生主动学习。在教学过程中增加主动学习和动手实践，强调分析问题和解决问题的能力。采用多媒体结合板书授课的同时引入演示实验，用投影仪展示实验的实物和实验的波形、结论，激发学生的学习兴趣，增加对知识的理解。
3.2开放课堂教学，培养仿真设计能力
课堂教学与工程教育新模式“构思—设计—实现—运作”进行有机结合，精心设计课堂引导问题，在课堂教学中与学生实时互动。“电路分析基础”从基本电路阶段就开始引入EWB仿真软件，结合电路对EWB的功能和使用加以介绍；“模拟电子技术”讲授模拟电子基础知识的同时引入Multisim等仿真软件的使用介绍；“数字电子技术”课程讲授的同时引入VHDL语言，利用ALTERA公司的QUARTUS软件综合训练学生进行数字电子技术综合设计。
3.3加强实验教学，培养归纳总结能力
实验教学中通过验证性、综合性、设计性、创新性四个层次实验项目的设置丰富实验内容，通过“电工电子工艺实习”和“电子技术综合课程设计”强化了学生对知识体系的理解应用，把“电路分析基础”“、模拟电子技术”和“数字电子技术”相关联的知识点有机结合起来。培养学生以工程问题为背景来分析计算具体的电子电路。实验指导中教师的指导形式采用自然分层分流，因材施教的方案，营造人人可以成才、人人都能成才的育人环境。分流分层，因材施教思想的核心是根据具体实验项目类型指导形式明确化，验证性、综合性对全体学生开设，采用集体辅导和讲解的形式进行，所有学生必须掌握基础知识、常用工具和基本分析技能。对学有余力的学生开放创新实验室，通过专题讲座的形式开出设计性、创新性实验，重点讲解与实验项目相关的设计方法和调试手段，鼓励学生自主提出不同的设计方案。从而实现分流分层培养，达到因材施教，个性化培养的目的。实验考核与测试科学规范化，根据实验项目类型不同安排多次阶段考核与交流答辩，帮助学生巩固实验内容，提高工程实践水平。重视学生实验报告的撰写，每个实验项目均要求学生按照正式论文格式撰写实验报告，必须重点处理实验测试数据，严谨分析得出实验结论。
4结束语
中图分类号：G642
摘要：提出“以学生为中心”的人性化柔性培养方式，把CDIO新模式融入到计算机课程实践培养体系中，从实践环境、实践内容、授课与辅导形式、创新激励制度和考核机制等5个方面进行探讨。
关键词：柔性方式；CDIO工程；创新能力
1 引言
CDIO（conceive，design，implement，operate，构思、设计、实现、运作）是当今国际高等工程教育的一种新模式，由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所工程技术大学发起的一项工程改革计划，提供12种实施的执行标准，注重扎实的工程基础理论和专业知识的培养，通过每一门课程、每一个模块、每一个教学环节来落实产业对能力的要求，满足产业对工程人才质量的要求。这种教育模式已被国内清华大学、汕头大学等高校采用，都取得了突出的成效，充分说明CDIO是符合国际工程教育的一套成功的教育改革体系。广东石油化工学院是以工科为主的普通院校，培养目标为掌握扎实的工程技术基础知识，具有工程动手能力和工程过程的创新能力。因此，我们学习成功院校的做法，把CDIO融入到课程教学实践中。
柔性化的培养方式来自一种新型的管理理念，是一种“以学生为中心”的“人性化培养方式”。它在研究人的心理和行为规律的基础上，采用非强制性手段，使教育对象心目中产生一种潜在的说服力，从而把组织意志变为个人的自觉行动，能充分开发和挖掘人的潜能。因此，这种方式比较适合融入到CDIO培养过程中，能充分发挥学生的主动性和创造性。
2 CDIO课程实践培养计划和目标
课程实践体系是计算机培养方案中的重要组成部分，是培养学生实践能力的关键，是实施培养的主导计划。在没引用CDIO教育模式前，课程实践主要是在规定的时间内完成指定实验，重视理论知识学习和刚性的培养方式，实践没得到很好的扩展，限制学生的实践动手能力和创新能力的提高。因此，我们必须改革传统僵化的培养体系，在注入CDIO工程理念的同时，注意形式多样，探索符合学生个性发展的柔性实践体系。
表1是计算机专业的课程实践培养体系在改革前和改革后的对比。从表中可以看出，在课程安排方面，改革后的课程实践体系遵循教育教学的规律，具有内在逻辑性和连续性，既重视了数据结构、计算机组成原理等基础课程的培养，又重视编译原理、大型数据库专业公共课的全面教育，而且更突出Java应用技术和嵌入式技术这两个工程特色主线；在实践量方面，改革前只有课内实践，改革后课内外实践和创新活动相结合，减少了课内课时量，增设课外课时量和创新活动课时量，总的实践课时量大大增加，强调了教师的引导和学生的主体作用。因此，我们要根据柔性的培养体系采用相应的柔性培养方式，抓基础训练，重视工程特色的能力培养，充分发挥学生的主观能动性，全面推进学生知识、能力、素质协调发展，切实增强创新精神，培养高素质计算机工程应用人才。
3 CDIO实践能力培养过程
3.1 营造柔性的工程实践环境，奠定CDIO硬件培养基础
实践环境是培养CDIO工程人才的基础设施，改革前课程实践基本都按实验室工作人员的安排在规定的时间里进行实践教学。由于学生个体的差异，存在着显著问题：差生没办法在规定的时间内作完实验，优秀学生没办法作一些扩展或创新实验，严重影响整体学生实践能力的提高。因此，我们建立了一个既能集中训练，又不限制学生时间和能力的柔性实践环境，让学生充分发挥个体实践能力和创新能力。实验环境按柔性程度划分为两种类型：一种是集中式，由实验室工作人员安排时间和实验室，教师讲授实验和辅导实验，主要完成实践体系中的随堂实验、课程设计和综合实验的课内实践任务；另一种是分散式，学生自主完成实验任务，主要完成随堂实验、课程设计、综合实验和课外创新活动的实践任务。分散式类型从实验场地和时间划分有如下3种形式。
1）充分利用学生自己的设备。
据统计，从一年级第二学期开始，计算机专业的学生100%都购买了微机，学生可以用自己的微机在合适的场所作实验。对于这种形式，在教师的安排下，可以完成软件类的课外课程实践，如软件基础课程、Java技术工程主线系列课程等。2011级课程实践中我们利用学生的微机和Internet网络，通过QQ群平台，给每个学生布置有差异的设计任务，学生可以在群上讨论，教师抽时间定时参与，分批、分阶段检查、计分。通过这种方式，不但给学校解决了招生人数与投资设备的矛盾，更主要的是学生实践时间更加灵活、充裕，实践质量得到很大的提高。
2）定时开放实验室。
主要开放硬件和网络实验室，满足硬件和网络系列课程课外学习的需要。学生很少具备网络和硬件系列的自主设备，但是由于实验室要负责多门课程的集中实验，加上实验场地、实验仪器设备和经费投入等条件的限制，实行全面开放，难度较大。所以，根据教学安排，定时开放实验室。学生根据自己的时间和实验室的开放安排情况，自主到实验室完成硬件、网络和创新相关实验，如学生想自己设计一个计算机模型机，定时开放的实验室可以成为他们发挥能力的空间。
3）预约开放实验室。
预约开放主要针对课外创新活动的学生团队，实验室大力支持学生搞创新活动，实验室不能耽误正常的实验课程，又要充分发挥学生的课外创新主动性，要根据学生的人数和项目情况尽量满足创新团队的需求。
3.2 组织工程化、柔性化的实验项目内容，确保GDIO工程培养质量
CDIO是一种以工程项目设计为导向，工程能力培养为目标的工程教育模式，这给教师、学生提出了更高的要求。计算机专业传统的实践项目大多是教师根据理论课程内容而设计的，一是缺少工程背景，二是内容单一，很难发挥学生的积极主动性。就此，按如下方面组织和安排实践项目。
1）组织与企业“零距离”的工程实践项目。
目前，学校与许多知名企业形成良好的合作关系，配合CDIO工程实践培养的实施，接受教师与学生到企业学习。通过企业，我们能获得直接的技术支持，授课教师在这样的背景下，积极参与培训和企业生产线的学习，不断更新知识，结合工程实际组织实践项目，让实践内容真正与企业接轨。
2）组织与科研相结合的创新实践项目。
课程实践体系从基础系列课程开始就逐步让学生搞创新主题活动，这些创新主题从何而来？一部分来自学生，大部分还需要教师的引导，教师引导单靠上课和培训，远远不够。实践表明，缺少科研的教学是没有深度的，我们的实践教学必须要与相关研究领域密切结合。比如嵌入式工程主线是非常热门的技术，有200个课外创新学时，实践性和应用性都很强，教师必须有一定课题研究背景和基础，才能深入引领学生搞创新活动。
3）根据学生的差异性，按梯度组织实验内容。
实验内容分为指定实验、自选实验和自主实验（创新）。指定实验由教师讲解或演示，学生在模仿实验的基础上完成一些验证性或设计性实验；自选实验是指学生在指定实验之外自行选作，一般为指定实验内容的延伸和拓展；自主实验是指在具备了一定实验技能的前提下自行设计或改造创新的实验内容。学生必须完成指定实验，并撰写实验报告，而自选实验和自主实验由学生自觉完成，完成的内容会有所不同，要求在指定实验报告里附自主实验体会，教师可以从交互和报告中了解学生掌握知识、运用知识、解决问题的能力。
3.3 授课形式和辅导柔性化，丰富GDIO培养手段
实践课中教师的任务是引导学生主动实践，针对实践体系课内到课外的实践内容侧重点不同，要灵活采用不同手段和辅导方法。
（1）以“实践为主，理论为辅”的原则传授课内实践课内容。在授课方面教师要用简短时间讲授多层次的实验内容，需要采用多媒体、网络资源向学生提供更多的背景资料和设计案例，既提高教学效率，又极大地增加传授的信息量，开阔了学生视野，激发学生的实践欲。
（2）以“教师为主导，学生为主体”的特点辅导课内实践课。课内实践主要是理论的验证，加深学生理解理论基础知识。辅导教师必须跟踪辅导、答疑，及时为学生排忧解难，树立学生信心，为课外自主实验和创新活动课打好坚实的基础。
（3）以“教师督导，学生自主实践”的柔性特点督导课外实践课。由于实验是分散式做的，在一定的时间段内由学生选择时间和场地完成实践任务，学生可以在白天或晚上在实验室、寝室或其他地方开展，教师主要通过QQ群、飞信等通信网络平台与学生交互。教师在监督的同时，需要多了解学生，引导学生进入自主实践过程，促进学生思考和创新。
3.4 创新激励制度，提升CDIO培养力度
教师在日常教学中要善于发现人才，如在实验报告的内容、体会以及平常的交互、答疑和辅导等方面，可以发现优秀人才。对于优秀学生要鼓励他们积极创新，组织他们参加国家级、省部级、校级等各层次的课外科技活动。如近几年，全国相关的机器人比赛，我们都组队参加，每次都取得较好的成绩，特别是在今年的全国机器人锦标赛中，分别获得类人型对抗类击剑项目一等奖，类人型舞蹈类单人项目一等奖和其他项目的二、三等奖励，对于这些奖励和作品都在实践课上进行宣传和学习。无论是普通生还是优秀生，通过这种活动，学生内心会得到激励，达到潜移默化的教育作用。
3.5 柔性考核形式
改革传统意义上的实验报告的考核方式，建立柔性而切实可行的实践能力考核体制，保证各种柔性实验教学的有效实施。我们的课程实践有主导和督导两种辅导形式，主导教师面对面辅导学生，学生的基础、动手能力作为成绩的一部分；督导方面的实验，教师通过答疑，可以了解学生的思维和完成情况，也作为成绩的一部分。除此之外，还结合验收、报告、体会、自评等方面来考核。不同的课程，可能考核方式有所差异。总的来说，我们需要研究采取多元、多点、机考、答辩和激励的考核方式，确保考核结果能体现学生的科学实验素质、动手能力、协作精神和创新意识等方面的能力。
4 结语
CDIO教育模式的12种实施标准给高校提供了一个参考模板，但不能僵硬地临摹，必须结合学校、专业、学生、师资等方面来建设、实施和执行。我们探讨的计算机课程实践体系的柔性实施过程，还处在初始探讨阶段，从新生走向成熟需要一段时间的磨合，不能急功近利，只有经过反复修正和各方面的共同努力，才能成为有科学内涵和可持续发展的培养体系。
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关键词：继电保护；模拟保护；微机化；课程改革
作者简介：王思华（1968-），男，江苏南通人，兰州交通大学自动化学院，副教授；赵峰（1966-），男，上海人，兰州交通大学自动化学院，教授。（甘肃 兰州 730070）
基金项目：本文系兰州交通大学教学改革项目资助的研究成果。
中图分类号：G423.07 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）01-0058-02
由于电力电子技术、计算机技术、网络技术及保护算法的不断发展，微机保护已经得到了普遍采用，尤其是近年来测量、控制及保护技术的融和，新建的变电所和发电厂其二次系统一般都安装了综合自动化系统。在对老变电所和发电厂的改造过程中，遇到保护设备的更新，无一例外地都采用了微机保护装置。因此，随着模拟式机电型保护装置退出和二次设备的不断更新，电力系统继电保护装置的微机化已基本形成[1-2]。面对这样的技术现实，结合目前继电保护教学方面教材特点，如何让学生在几十学时里，既能对继电保护的基本原理掌握好，又能对微机保护装置有所掌握，这是摆在广大继电保护教师面前的一个比较大的现实问题。为了能解决和应对这个难题，对继电保护教材和教学内容的调整势在必行。
一、保护的微机化对传统继电保护的影响
目前，在现有电力系统继电保护教材中，大多数教材在讲述保护的基本原理的过程中，一般是结合模拟型继电器来分析保护原理，尤其是机电型继电器，这样就花费了大量的篇幅用于分析介绍继电保护装置和传统继电保护的二次电路[3]。当然通过传统的机电型保护的动作过程来让学生学习和掌握保护原理是行之有效的方法，学生也容易理解，问题是在理解完了保护基本理论后，如何让学生来认识微机保护，这在大多数教材中并没有体现。而是对具体模拟电路或机电型保护元件参数的选择、元件老化、频率变化、过渡过程、管压降（门槛值）、非线性问题等进行讨论，不同类型的继电器，其动作原理是不同的，结构也不同，特别是用机电型继电器来实现较为高级保护，其结构尤为复杂，学生要掌握它很不容易，同时调试应用都不便。而微机保护，无论其功能如何，其硬件构成基本相似，无非是CPU及其扩展电路有所不同[1]。因此上述那些要讨论的因素就相对涉及较少（或不存在）。由此可见，保护的微机化对继电保护的教学内容影响很大。下面就继电保护的课程内容进行讨论。
1.电流保护的影响
电流保护单元是继电保护课程的一个最基本、最重要的单元内容，也是在实践中应用最广的内容，通过这个单元学习让学生对电力系统继电保护有一个基本的认识。学好、理解、掌握和应用尤为重要。在目前大多数继电保护教程中，在讲述这一部分原理时，大多采用模拟型器件来讲解保护，比如电压、电流、时间等机电型继电器或晶体管型继电器组成的保护电路。对于机电型继电器，通过它们来认识继电保护是比较直观的，对于学生刚接触继电保护是有好处的，其本身原理、结构简单学生容易掌握，而对于由晶体管构成的继电保护，相对来说结构要复杂些，尤其是对电子电路没有学好的学生，让他们通过晶体管保护来理解继电保护的原理难以可行。而目前电流保护装置基本是微机电流保护，它与传统的电流保护的组成结构有本质的区别，学生在学好电流保护后对微机电流保护装置不会用，不会整定，不会调整。
2.功率方向和距离保护的影响
功率方向保护及距离保护是一种较高等级的保护，其基本原理比较容易掌握，但其模拟器件的原理比较麻烦，一般的教材中花费了比较大的篇幅去介绍，如模拟式方向元件一般在线路出口相间短路时有死区，为防止在死区内短路时保护装置拒动，一般都利用RLC回路的谐振对故障前的电压相位实现记忆，记忆时间一般为70ms左右。如记忆时间过长，由于RLC回路的振荡频率与系统频率的差异，会使得记忆电压与故障前的电压有相位差，这样可能导致反向出口短路时误动。在模拟式方向阻抗继电器中为克服出口两相短路的死区，还加入了第三相电压，其目的是在出口两相短路时保证极化电压能保持与故障前的电压同相。这些问题可以很方便在微机保护中利用算法加以解决，基本不需要什么硬件。再如阻抗继电器的接线，为了保护证接线的灵敏度和测量准确问题，提出了“阻抗继电器的接线方式”，微机式的距离保护是作为一个整体引入三相电流和三相电压，不再借用电抗变换器参数的调整来改变整定阻抗和整定阻抗角，故没有由于电抗变换器的特性（转移阻抗）变化而导致的动作阻抗下降的问题，也就是说不存在精确工作电流的概念（只有A/D变换的分辨率问题）。
3.变压器保护及发电机保护的影响
在变压器及发电机保护的单元里，其保护的核心是差动保护问题，大多数教材中主要是以BCH2型继电器作为差动保护的元件来介绍的，这种模拟元件主要问题是结构复杂，另外接线和动作的整定调整十分不便，而微机差动保护一般是带制动的折线型保护，它对接线形式没有太多的要求，是一种整体接线方式，对于不同的方式它由软件来进行运算分析，消除角度误差等因素的影响，另外整定不需要算出相应的元件的动作匝数及制动匝数等，而且整定通过良好的界面来进行，方便易于实现。
二、课程教学的改革
电力系统教学改革的目的是让学生通过有限时间的学习，掌握保护的基本原理和方法，能够自主进一步深入学习或应用继电保护的原理去解决电网中的实际问题。
1.课程改革的思路
继电保护课程的改革以基本原理为主，包括保护的基本原理、保护装置和继电器的基本原理。以模拟保护具体电路为辅，对于复杂模拟电路不作介绍，减轻学生的学习负担。保护装置结构以逻辑关系为主。不同型号的保护装置只是实现方法不同，但逻辑关系不变，在模拟式保护中它体现为框图或逻辑图，在微机保护中它体现在程序的流程上。保护装置和继电器的应用举例以微机型为主，可适当兼顾尚未退役用得较多的模拟式装置和常用继电器。在教学的实践过程，应留出适当（不多）的时间，介绍当前继电保护最新的技术和原理，同时鼓励学生课后自主实验。
2.课程改革的具体方法
（1）教学手段的改革。在教学过程中，教学手段十分关键，教学手段的好坏直接关系到能否激发学生的学习积极性，也就是说能否抓住学生。目前常用的教学手段主要是板书式教学、多媒体教学及讨论式教学等。这些教学应该是经过长期实践，证明是可行的，但对于不同的教学内容如果采用一种方式效果不理想，在教学过程中不能激发学生的学习动力，因此需针对不同的教学内容，合理采用不同的手段进行。比如在讲解算法时，需要数学的推导，这时笔者主要采用板书式教学，让学生顺着老师的思路进行理解学习，在讲解保护设备时，采用多媒体比较好，让学生一下子了解设备及其一些应用，通过声光一下吸引学生学习保护设备的积极性，提高学生学习动力和对新设备的认知。再如对于故障的分析学习，笔者采用讨论法进行，充分调动学生积极性，发挥学生的思考及参与能力。因此，合理运用不同的教学手段是调动学生学习积极性的重要因素。
（2）教学内容的改革。
1）继电保护教学内容的改革。继电保护教学内容改革是核心，没有一个好的内容，无论怎么改都不会成功，问题是继电保护的内容很多，怎么从众多的内容中选取是关键所在。笔者认为内容的改革需遵循够用、发展、创新这样的层次展开。所谓够用就是继电保护内容要包含基本的保护理论原理，比如常规的电流保护、功率方向保护、距离保护及差动保护等，对于这些原理的学习要完全掌握。对于利用传统保护构成的装置的学习，要简单化学习，不必对具体的器件及复杂的模拟电路进行分析，如功率方向元件的幅值比较、电压相位的记忆、变压器差动继电器匝数的调整等电路，主要是理解整个保护的逻辑关系，这样学生容易掌握理论，又不至于陷入对模拟复杂电路的理解。所谓发展就是继电保护的理论学习要与时俱进，对于目前不用的一些陈旧理论要敢于删除，对于新的理论要补充。由于微机保护的大力发展，许多过去用模拟电路难以解决的问题，通过算法却很容易解决，如功率保护的接线形式，差动保护的接线等问题。这些问题在模拟保护中靠装置的反复移相变换进行解决，其理论比较复杂，学生在学习过程中掌握不好。现在只介绍一个过程和处理的方法，通过算法比较容易实现。当然由于微机保护引入，保护课程发生了大的变革，这要求学生需要更多的知识面，比如计算机、通信及较高的数学知识。这些知识虽然在基础课有所学习，但并没有相关的应用。因此，如何将上述相关知识应用到保护原理中，这对学生又是一个问题，所以笔者在教学过程中，主要强调保护的结构及逻辑关系，并对常用算法进行推导分析，引导学生进行数学理论的应用，注重微机保护模块的学习。
2）继电保护相关课程内容的改革。与继电保护的相关教材有 《继电保护原理》、《微机保护原理》、《变电站综合自动化系统》、《自动装置》，这几门功课的内容重复和交叉，比如在《变电站综合自动化系统》这门课中，涉及到微机保护的数据采集单元，微机保护的相关算法单元，这些内容又与《微机保护原理》的数据采集单元及保护原理相重叠。这几门课程如果独立开设，既耗费了很多学时，又不利于学生理解这些课程的相互关系和相关课程整体意识的构建，所以应统筹考虑和选取教学内容，以适合工作岗位的需要，对继电保护密切相关的课程在教学内容上，课时上尝试进行大幅度地整合。
（3）实验的改革。本科“继电保护”教学必须与工程实践结合紧密。继电保护是比较难学的课程，其原因在于继电保护技术涉及到电力系统的运行、稳定、安全以及一、二次设备的技术细节，同时，其本身也是一门包含高深理论和最新科技的工程技术学科。作为一门实践性很强的学科，继电保护的实验教学尤其重要，它是“电力系统继电保护原理”课程教学工作的重要组成部分。通过实验教学，不仅可以让学生更好地理解理论教学的内容，而且可以让学生掌握必要的工程技术、测试方法、先进设备和学科的基本研究方法，同时还可以培养学生的科学素养、实验技能和创造性，所以必须要重视教学实验环节。
1）实验室的建设更新。目前传统继电保护以继电器为主的继电保护实验室一般都已具备，通过传统实验可以使学生通过实际的保护二次接线的训练，清晰直观地观察保护动作过程和现象。此外在保护实验中可灵活模拟各种二次接线错误，然后让学生根据错误结果分析原因，培养和锻炼学生的分析能力；还可让学生按实验要求自己设计实验方案、接线、调试实验，使他们的动手能力得到提高。对于初学者来说，通过对常规保护的电气接线、工作原理、动作过程的学习，也为理解微机保护和做好微机保护实验打下良好的基础。另一种就是加强微机保护实验室建设。由于微机保护的接线少，信号质量相对较高，操作过程也相对简单，可以设计内容不同、形式多样的实验内容对学生进行专门训练，使学生较好地掌握保护测试技能、对滤波及保护算法进行初步的设计，甚至对自己设计的保护方案调试等。
2）改革实验教学的要求和方法。作为工科院校的本科生，工程实践能力是其基本素质，也是社会的基本要求。完善实验环节，积极推进实验教学环节的改革[5]。对于本科继电保护的教学采用任务驱动法，在实践过程中，可以按照电网施工的流程，将一些简单实际的小型工程全程照搬入实验室，老师提供相关的图纸资料，学生们几人一组，按照任务要求，进行保护的施工安装，调试，对保护出现的故障进行分析查找，完成所调试设备的实验报告，进一步提高学生的分析解决实际问题的能力，这就要求学生具备较强的二次识图能力。另一方面，由于微机保护装置功能强大，它能满足众多实验内容的需要。
（4）考评的改革。考评是检验学生对知识学习和应用掌握一个重要环节，不同的考评制度可以检验出学生学习过程中的不同能力，因此，要促使学生学好知识，掌握原理，学会应用，需要老师设计好不同的考评方案。考核评价体系的改革要立足于正确引导学生在打好坚实理论基础的基础上，培养和提高分析问题与解决问题的能力，鼓励学生发挥创新思维和创新能力[6]。从基础理论知识的掌握、专业技能的运用、设计性实验及综合性实验的实施等多方面进行综合考核，加大实验环节的考评比例，从制度上鼓励学生进行发散思维、求异思维的培养。传统考评往往是采用闭卷考试方式，这种方式有它的优点和公证性，但不能很好检验学生动手能力和应用继电保护原理知识去解决实际问题的能力。对于原理性内容学习采用传统闭卷考试，解决问题和分析问题能力采用具体实作考评。对于新原理的学习认识采用小论文形式拓展，最后分别设计一个系数求和，完成对一个学生的综合评价。
三、课程改革的结果分析
任何一项改革，最终要经过实践检验，当然教育实践的检验有其特殊性，它是一个长期的复杂的过程。笔者在学校教改立项的支助下，对电气2008级的电气工程的4个班中的其中两个班的继电保护进行了课程内容教学改革，从上课的效果上看，学生上课活跃程度增加，学生对继电保护原理的理解增强，对微机保护设备的认识和实践能手动力大大提高，在课程结束后，请具有现场丰富经验的继电保护工件者根据目前现场对继电保护工作人员理论知识和基本技能进行出题测试，最后测试结果成绩分析为两组，见表1、表2。
通过表1及表2的对比，可以明显反映出改革前与改革后的成绩的变化，通过对比和对学生的问卷调查，学生相对更喜欢改革后的教学方式。这也说明了这次课程内容调整和教学方式改革是比较成功的。
四、结论
大学的教育是培养高素质人才的一个重要阶段。优化的教学内容，多样的教学方式，合理的实践是培养学生掌握基本原理，引导学生开拓创新及具有一定分析与解决问题能力重要环节。对继电保护教学内容和方法的改革，经过验证是可行的。
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关键词：课内外一体化；计算机硬件；教学改革；教学模式
中图分类号：G642 文献标识码：B
计算机硬件系列课程是高校计算机科学与技术专业的重要组成部分，在计算机学科中有着举足轻重的地位和作用。但目前对大多数高校而言又是很薄弱的部分，其主要原因之一就是本科教学改革整体上在压缩课内学时，将时间回归给学生自主支配，但信息量必须保证不能减少。这样，学生有了更多的属于自己的时间，但又不知道如何支配，特别是实践性很强的计算机硬件课程，学生不知道应该去实验室做什么，甚至害怕自己进实验室。
“课内外一体化”是课堂教学与学生课外活动之间相互协作的新教学模式，最初源自大学体育、音乐课程，后来延伸到学生素质拓展等实践性很强的教学环节中，目的是强化学生的实践能力，是一种建立在理论教学基础之上，通过压缩课内学时、增加课外时间，以学生自觉、自主学习为主，由教师引导与监督相结合的教学方式。
针对计算机硬件技术发展极其迅速，硬件系列课程教学内容多、信息量大、硬件教学实践性强、而各课程课内学时少等特点，计算机学院于2004年将“课内外一体化”教学模式引入计算机硬件教学，通过近3年的改革实践，初步取得了好的成效。现阶段，学校在统一修订2008版教学计划，我们想将课内外一体化模式在计算机硬件教学中的改革继续深入，现愿与各位同行进行探讨与交流。
1计算机硬件课程体系和课程内容的改革
1.1硬件课程体系的改革
进入21世纪以后，计算机硬件技术虽然进一步在加速发展，但仔细分析计算机技术发展过程，对于计算机专业来说，发展更多的是体现在应用层面，即与计算机硬件紧密相关的接口与外设技术；至于计算机硬件技术的基本原理和工作过程并没有大的变化。这是因为计算机技术的发展主要体现在两个方面：一是电子元器件的发展，计算机发展阶段的划分就是根据电子元器件的发展来进行的。计算机更新换代的主要标志，除了计算机系统结构方面的改进和计算机软件的发展外，电子元器件的更新是主要的因素，而电子元器件是属于电子技术的范畴，所以不作讨论；二是计算机性能的提升，计算机的指令系统及相应的汇编语言是计算机硬件技术中偏软部分，由于计算机硬件基本原理的不变性，所以它们的变化较小。
目前，高校计算机科学与技术专业硬件系列课程普遍设置了数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言、微机接口技术、计算机体系结构、嵌入式系统等课程。这些课程设置虽然相对独立，但课程和所提供的教材内容划分不明确，相互重叠现象比较严重。譬如有关微型计算机基本原理和指令系统的内容，在多门课程教材中都有出现。
基于以上原因，我们在2008版教学计划中重新修订了计算机硬件教学体系，如图1所示，具体包括理论教学和实验教学、课内教学和课外教学，目的是将硬件系列课程作为一个整体统一考虑，建立一个完整的、系统的课程内容体系，这对提高教学质量和压缩学时都非常有力。
课程体系按课程内容分为三层，第一层中的“数字逻辑与数字系统”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；第二层中的3门课是硬件系列中重要的课程，其中“计算机组成原理”课程与“微机原理与汇编语言”课程中的汇编语言部分内容有交叉，两门课中哪门先作为前续课，各学校并不统一，我们是将微机原理与汇编语言课程作为了计算机组成原理的前续课；在第三层的应用层中，既可以是微机接口技术方面的应用，也可以是嵌入式技术方面的应用。这些课程都配有相应的实验环节，具体的教学计划安排如表1所示。
1.2硬件课程内容的改革
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设计和开发能力，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)“数字逻辑与数字系统”课程内容在重点讲述传统的数字电路内容基础上，弱化器件，增加与EDA有关的内容。
(2)“计算机组成原理”课程内容在重点讲述CPU、存储系统、系统总线、输入／输出系统的基础上，要强调系统的设计。
(3) 对“微机原理与汇编语言”和“接口技术及应用”两门课，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、Flash闪速存储器以及现代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处理器的中断处理、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。
(4)“嵌入式系统体系结构”和“嵌入式系统开发与应用”两门课，以目前流行的32位ARM为核心，主要学习嵌入式系统开发基础、嵌入式系统应用软件设计、嵌入式基本硬件接口、嵌入式操作系统移植及应用，并适当学习嵌入式系统复杂的实用模块开发例程等内容。
对于以上课程，每门课程中都增加了实验学时，加强了实验操作，有的课程还独立开设了实验课，目的是加强学生动手能力、培养学生综合设计创新能力和实际应用工程开发能力。
2课内外一体化教学模式的实施
将课内外一体化教学模式引入计算机硬件教学，使课内外有机地结合起来，浑然一体，可收到好的教学效果。
2.1课堂教学手段和教学方法的改革
计算机硬件课内教学是指每门硬件课程在教学计划中规定的教学时内的教学，教学形式主要是课堂，内容主要包括基础理论知识和课内实验，基础理论知识的讲授充分利用了现代化教学手段，在教学方法上采用了案例式、启发式等教学方法。
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，我们对每门硬件关课程不仅仅开发了内容充实、富于变化的电子教案，而且还对部分较抽象、难以理解的内容开发了CAI教学课件，在课堂上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。如对“微机原理与汇编语言”课程中的时序和寻址方式、指令系统部分，“计算机组成原理”课程中的CPU组成与机器指令执行等部分，都采用了动画形式，如图2所示为push指令执行前后的动画演示界面。同时，课件也挂在了学校的BB网站上，以作为课程教学的辅助手段。
计算机硬件系列课程同其他计算机课程相比，总的来说除了零碎之外，还比较枯燥和抽象，理论性强，学生接受起来较困难。所以在课堂上我们改变了原来的“灌输式”、“一言堂”的教学方法，而是将传统的教学方法与多媒体教学方法结合起来，根据具体的教学内容，采用合适的教学方法。譬如在讲“计算机组成原理”课时，从“为什么我们在编辑文件时掉电，文件会丢失?”来说明计算机存储系统的工作原理；在讲到虚拟存储器的页面寻址、页表的作用时，把页表比作一本书的目录，通过查目录的索引(虚页地址)，来得到对应内容的页码(实页地址)。同时，在讲授过程中还重视激发学生的学习兴趣，增加与学生的互动性，如对“计算机组成原理”课，可以从就业考研方面、从“微机原理”和“计算机组成原理”的不同，“计算机组成原理”和“汇编语言”、“数字逻辑与数字系统”、“操作系统”的关系等来说明该课程的重要性及在计算机专业的地位。
2.2课外教学的改革创新
计算机硬件课外教学是在课堂教学的基础上进行的，具体包括课外作业、课外实验、课程设计(大作业)、毕业实习、毕业设计和科技活动等，充分利用学校的BB网络平台，采用多种教学形式。
2.2.1开展网络教学
每门硬件课程都充分利用学校的BB网络平台，组建了自己的网络课程，在网上进行课外教学。内容除了挂接有教学大纲、实验大纲、实验指导书、课外作业、电子教案、CAI课件等基本信息媒体，供学生在课外进行自主化学习外，针对硬件器件的飞速发展，还对该领域中的新概念、新思想、新技术等最新参考资料和有用网站也挂在了网上，另外，还通过“讨论板”实现师生或同学间的网上交流和学习。如课外作业，规定每门课每章至少有5道题的作业量，学生在一周之内在网上提交，教师在网上直接进行点评；对正在教学的课程，教师每周须有1－2个论坛题目供学生讨论，针对与课程有关的内容，每个学生随时都可提出问题，也可回答问题。这样进一步调动了学生的积极性和主动性，加深了他们对课程内容重点、难点的理解，也扩充了知识面。如图3所示为“微机原理与接口技术”网络课程的部分图示。
2.2.2强化实践教学
因为实践教学对硬件系列课程非常重要，因此，实践教学是硬件课程课外教学的重点。计算机学院规定，对每门有实验的硬件课程，除正常教学时数中的实验外，都必须有20时的课外实验，让学生在课外必须完成。每门课在实验内容上都分为三个层次：验证性实验、设计性实验和综合性实验。其中验证性实验和部分简单设计性实验原则上规定在课内完成，有纸质的或电子版的实验指导书，但我们也正在尝试利用网络将这部分实验改为探索性实验，目的是进一步培养学生探索硬件知识的能力。20时的课外实验主要完成有难度的设计性实验。
课程设计(或大作业)是对一门课程知识的综合性应用，是硬件课程的主要实践环节。我们对“计算机组成原理”、“微机原理与汇编语言”、“接口技术及应用”、“嵌入式系统开发与应用”4门课程安排有课程设计，时间安排在该门课程结束后学期末的最后2~3周，将学生分成若干组，每组3~4人共同完成一个题目，但每人有自己的子题目，在教师的指导下完成。如：“交通智能灯的设计”、“基于ARM的智能家居监控系统设计”、“数据采集及温度控制设计”，用汇编语言设计实现“计算器”、“模拟霓虹灯”、“打字练习”等，都是04级本科生做设计型、综合型实验的结果。这样既培养了同学之间的团队合作精神，也培养了学生综合应用该门课程知识的能力。
毕业实习是为毕业设计准备的，在第7个学期的学期末最后5周，为计算机专业的学生中对硬件感兴趣、学习基础较好的学生提供，采取开放性实验的条件，内容是结合老师的科研，布置一些与实际工程应用有关的设计性、研究探索性或综合应用性实验任务。近年来，硬件方面的毕业设计题目虽然较少，选硬件题目的学生也相对软件较少，但通过毕业实习和毕业设计，这些真正搞硬件的学生毕业就业好，后劲也很足。近两年来搞的毕业设计题目有：“基于GPRS的TCP/IP的研究与实现”、“基于CY7C68013的数据传输模块主机端程序设计与实现”、“短消息群发系统设计与实现”、“基于短消息的家居监控系统”、“基于Linux操作系统的视频采集卡驱动程序设计”等等。
2.2.3加强实验室管理与建设
实验室的管理与建设关系到实验教学质量的提高，所以我们首先加强了硬件实验室建设。在学校的大力支持下，在原有的80台微机，80台清华大学计算机组成原理实验仪，各40台16位和32位唐都西安电子微机接口实验仪，20台华中科技大学ARM嵌入式系统实验仪的基础上，又新增加了高档微机40台，“MFID－USB多功能微机原理与接口实验平台”10台，“MFPT多功能微机接口实训平台”20台，“MF－PCC计算机组成原理教学实验系统”10台，“ARM10嵌入式教学实验系统”50台，实验环境的改善为硬件实验提供了有力的保障。
在实验管理方面也制定出了一套较为完整的管理制度和岗位责任制度。包括“实验室管理规定”、“实验室工作人员岗位责任”、“实验室安全制度”、“学生实验守则”等。通过这些制度的切实贯彻执行，使每位实验教师都明确自己的职责，并且将实验室繁杂的各项工作，如实验的准备，仪器的维护、维修、管理，实验教学方法的研究，硬件设备的改进，软件的开发及实验内容的改革等都与本职工作量挂钩，以充分发挥大家的积极性。同时也使大部分学生对实验更加重视，对实验设备更加爱护和了解。
同时，在课外实验时间上我们也予以保证，走开放性的实验室管理制度，计算机硬件实验室全天除正常的教学外，其余时间全部免费向学生开放，这给师生提供了极大的方便，便于学生集中进行实验或设计，保障学生有“练武的平台”。
3改革考核方法
考试是教学评价的重要手段，不同的考试内容、考试题型、考试方式，对学生的学习积极性和创造性有很大的影响，也是老师和学生都比较关心的问题。那具体怎样考试，考试的比例如何分配，老师并没有决定的权力，应根据不同的课程来定。根据硬件课程的特点，若以实验占一定比例，再以书面考试对基本知识、基本理论进行考核是最为理想的方式，但比例上应有所不同。以“计算机组成原理”为例，因其理论性较强，还是考研科目，所以应以书面考试的比例为主，适当加入实验考核的比例；对于“微机原理与汇编语言”或者“嵌入式体系结构”等偏重于实践应用的课，实验和理论考试的比例就基本上应当是1:1了；而对于“嵌入式开发与应用”等足属于应用性的课程，就应以平时做实验和最后的设计为主来进行考核了。即在考核上要改变传统单纯地靠答卷考试的模式，而采用 “综合化”的考核方法，课程最后总分成绩的考核包含多个方面，具体为：平时学习表现(指考勤、提问和课外作业)，实验(指实验考勤、课内外的实验报告、程序设计与调试过程、实验结果演示)，最后卷面成绩等，各部分的比例分配应根据各门课程而定。
这样，对实践性强的硬件课程来说，可从思想深处克服学生重理论轻实践的现象，也只有将实验成绩作为学生考试成绩的一部分才能真正有效地提高学生实验的积极性，对学生实践能力和创新能力的培养有着积极的推动作用，能真正掌握学生学习知识的全面情况。
4结束语
课内外一体化教学学习空间大，弹性强，能让学生在理想的环境与氛围中担任不同角色，大大调动了学生学习的兴趣和积极性，使学生变被动学习为主动参与，在参与过程中使学生树立起了终身学习制，对学生的创新精神和实践能力培养具有显著的作用。课内外一体化教学模式的改革和实践，是我们在计算机硬件教学改革进程中的一个阶段性成果，有待进一步探讨和完善，希望有关专家和同行能提出宝贵的意见。
参考文献
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