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高等院校非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程的思考文章
引言：
隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)課程已經(jīng)成為大學(xué)的公共課程，幾乎所有的專業(yè)都學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)相關(guān)課程。目前，高等院校的計(jì)算機(jī)教學(xué)主要分兩類：一類是指計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)科教育;另一類是面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育。然而，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生畢竟占全體學(xué)生的絕大多數(shù)，而且其專業(yè)領(lǐng)域千差萬別，因此，這些學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，以及對(duì)于計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的要求都相差很大。比如對(duì)于社科、文管相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，他們大多數(shù)人將來的工作和學(xué)習(xí)都不需要太艱深的計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此，一本基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)組成原理教材并結(jié)合學(xué)習(xí)一些網(wǎng)絡(luò)知識(shí)和技能、相關(guān)的計(jì)算機(jī)語言(比如C語言)和相關(guān)專業(yè)的典型軟件(如Office等)就足可以讓他們應(yīng)付將來的工作和學(xué)習(xí)。而對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)中電類專業(yè)學(xué)生，由于他們以后的工作主要是基于計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、智能系統(tǒng)，因此，這類學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的要求相對(duì)前面的學(xué)生要高很多，比如他們除了學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理，還要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理，以及一些較難掌握的計(jì)算機(jī)語言，如匯編語言、C++語言，甚至有些學(xué)校還要求其學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫知識(shí)以及離散數(shù)學(xué)教程。因此，由于專業(yè)自身的特點(diǎn)，對(duì)于電類非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，其對(duì)于計(jì)算機(jī)知識(shí)理解與掌握要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他給計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，甚至接近于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生。
那么，上述非計(jì)算機(jī)專業(yè)中，除了社科、文管以及電類專業(yè)以外，還有一大類非電類專業(yè)，如機(jī)械、能動(dòng)、核能、材料、化工、建筑等等工科專業(yè)。這些非電類工科專業(yè)自身對(duì)于計(jì)算機(jī)知識(shí)的要求就很不一樣。比如核能領(lǐng)域的學(xué)生，如果主要是搞熱工流體方面的研發(fā)，則對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的要求不高;如果搞核技術(shù)方面的研發(fā)，則其對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)的要求和電類專業(yè)是完全相同的，甚至要求能獨(dú)自設(shè)計(jì)電路板、單片機(jī)以及DSP智能系統(tǒng)。
因此，對(duì)于非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)，用非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教學(xué)方法、一刀切的方式來對(duì)待是不科學(xué)的。這也是讓這些非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程教師頭痛的事情。正是基于這樣的考慮，本文在分析高校非電類工科專業(yè)計(jì)算機(jī)教育問題的基礎(chǔ)上，提出了一些新的教學(xué)思路和方法。對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的工科學(xué)生的計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)提出一點(diǎn)建議，以期拋磚引玉。
本文結(jié)構(gòu)如下，引言部分提出了主要問題，第二部分詳細(xì)分析了目前非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程存在的問題，第三部分提出了解決的辦法，最后一部分給出結(jié)論。
一、非電類工科專業(yè)計(jì)算機(jī)課程存在的問題
筆者曾經(jīng)在哈爾濱工程大學(xué)的核能科學(xué)與工程專業(yè)任教，主講微機(jī)原理與接口技術(shù)，本課程共用學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)，包括48學(xué)時(shí)理論課以及8學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)驗(yàn)課。曾用教材共有兩本，一本是清華大學(xué)出版社出版的《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》(第三版)，由鄭學(xué)堅(jiān)、周斌編著。另一本是機(jī)械工業(yè)出版社出版的《計(jì)算機(jī)組成原理》，主編為耿恒山。當(dāng)然，本課程只講授教材中的部分內(nèi)容，主要包括計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)的基本工作原理、處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)匯編語言以及計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口。
經(jīng)多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，每次課程結(jié)束，大多數(shù)學(xué)生都幾乎完全無法掌握這門課程的基本理論，比如觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)基本工作原理、CPU的基本原理、指令系統(tǒng)以及一些計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，諸如8255芯片、8259芯片等。
筆者在2012年針對(duì)計(jì)算機(jī)基本工作原理的理解程度對(duì)自己所教的班級(jí)以及另一個(gè)教師所教班級(jí)共63名學(xué)生進(jìn)行的一次調(diào)查。
筆者在2012年針對(duì)所用教材的難易程度《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》(第三版)對(duì)自己所教的班級(jí)以及另一個(gè)教師所教班級(jí)共63名學(xué)生進(jìn)行的一次調(diào)查。
筆者在2013年針對(duì)所用教材的難易程度《計(jì)算機(jī)組成原理》對(duì)自己所教的班級(jí)的32名學(xué)生進(jìn)行的一次調(diào)查。
針對(duì)2013年期末考試的最后一道比較典型的接口編程填空題，筆者發(fā)現(xiàn)，全班31個(gè)人，只有一個(gè)同學(xué)得了滿分，而其他試卷大多數(shù)不是空著就是不知所云。
有很多學(xué)生在學(xué)完這門課后居然問我，5V的電平在計(jì)算機(jī)里面是如何產(chǎn)生的?觸發(fā)器有沒有電源?觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)是什么?諸如此類基礎(chǔ)性問題。筆者分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于非電類工科專業(yè)的學(xué)生，雖然表面上看來是由于課程太難導(dǎo)致學(xué)生無法掌握，其根本原因在于非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)的相關(guān)基礎(chǔ)課程設(shè)置不全面，很多課程比如數(shù)字電路、模擬電路、電工學(xué)基本沒有學(xué)過。而我們目前并沒有針對(duì)這類專業(yè)的合適教材，因此，導(dǎo)致上述問題是可以理解的。正是針對(duì)這個(gè)問題，本文提出如下的解決思路。
二、非電類工科專業(yè)計(jì)算機(jī)課程改革的思路
(一)學(xué)習(xí)目的調(diào)整
人們常說，計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的目的在于應(yīng)用，這是有一定道理的，但是也需要具體問題具體分析。比如對(duì)于我們前面提到的非電類工科專業(yè)的學(xué)生�，F(xiàn)在非電類工科專業(yè)的學(xué)習(xí)課程本身也很復(fù)雜，以動(dòng)力能源類專業(yè)為例，其主要課程除了熱工物理之外，還有流體力學(xué)等大量基礎(chǔ)性且難度很大的課程，學(xué)生們在這樣的教學(xué)要求下，是很難達(dá)到計(jì)算機(jī)應(yīng)用這個(gè)目的。因此，以這個(gè)目的為落腳點(diǎn)來進(jìn)行課程的設(shè)置與教學(xué)，最后導(dǎo)致學(xué)生連基本的計(jì)算機(jī)原理都無法理解，其計(jì)算機(jī)應(yīng)用的目的就成為了空中樓閣，難以達(dá)到�；诖�，本文建議，將非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)目的由計(jì)算機(jī)應(yīng)用改為計(jì)算機(jī)原理學(xué)習(xí)。我們這里對(duì)學(xué)習(xí)目的的要求并不是無原則地降低，而是基于現(xiàn)實(shí)形勢所做的調(diào)整。因?yàn)椋?/p>
1.很多非電類工科學(xué)生以后不一定從事與計(jì)算機(jī)相關(guān)性很高的專業(yè)，因此對(duì)于這部分人，過多的學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程并無太大必要。
2.改變學(xué)習(xí)目的是為了更好地學(xué)習(xí)、理解這門課程，太高的目標(biāo)并不一定帶來好的結(jié)果，稍微降低一些目標(biāo)，反而能使這些學(xué)生學(xué)得更好。
3.對(duì)于其中的一部分人，將來工作可能需要較 艱深的計(jì)算機(jī)知識(shí)，但是我們現(xiàn)在的改革也是必要的，因?yàn)閷?duì)于計(jì)算機(jī)原理更好地理解對(duì)以后深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的知識(shí)是有極大的好處的。
筆者認(rèn)為，非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)的目的如果改為以學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理為主，再輔以應(yīng)用，將會(huì)收到更好的效果。
(二)教材改革
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在目前的計(jì)算機(jī)教材市場上并沒有專門針對(duì)非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)教材。筆者認(rèn)為，有必要針對(duì)這類專業(yè)的特點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)一本針對(duì)性較強(qiáng)的教材，在這里有如下建議：
在教材的緒論部分，應(yīng)著重介紹計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，以計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)理論為主，包括數(shù)制、布爾代數(shù)以及加法電路。布爾代數(shù)部分應(yīng)著重講解邏輯函數(shù)的概念，包括真值表、最大項(xiàng)、最小項(xiàng)以及卡諾圖原理。這部分直接關(guān)系到后面處理器結(jié)構(gòu)中指令譯碼器以及控制器的基本設(shè)計(jì)原理。第二部分為計(jì)算機(jī)的基本組成電路。以計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)硬件理論為主，包括觸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)和原理、R-S觸發(fā)器、D觸發(fā)器以及J-K觸發(fā)器、寄存器和較典型的門電路。第三部分則為全書的重點(diǎn)章節(jié)，講授計(jì)算機(jī)的基本工作原理，主要包括計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡化形式、最簡單的指令系統(tǒng)、基于簡單指令系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)、執(zhí)行指令的例行程序、微處理器中的控制部件。這部分難度較大，卻是整門課程的基礎(chǔ)，建議課時(shí)量安排在全部課時(shí)量的三分之一左右。對(duì)于這該部分章節(jié)的理解直接決定了學(xué)生對(duì)于匯編語言、8086以及接口電路設(shè)計(jì)和可編程芯片的理解與掌握。第四部分可以簡單介紹一下8086的結(jié)構(gòu)以及匯編語言的編程方法。以匯編語言程序?yàn)橹�，介紹幾個(gè)典型的程序。第五部分講授計(jì)算機(jī)的可編程芯片。筆者建議，這部分內(nèi)容不宜講授過多，只一個(gè)典型的可編程控制芯片電路為好，建議講述8253定時(shí)器。因?yàn)閷W(xué)生們可以在自己的計(jì)算機(jī)上自由控制該定時(shí)器，并可通過計(jì)算機(jī)自帶的小喇叭來檢驗(yàn)，方便實(shí)施且易于理解。
最后一部分可以對(duì)有余力有興趣的學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。內(nèi)容難度可加深。
(三)教學(xué)模式改革
雖然本文一再強(qiáng)調(diào)對(duì)于非電類工科專業(yè)計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)要以原理的學(xué)習(xí)為目的，但是并不是說完全拋棄實(shí)踐。事實(shí)證明，對(duì)于計(jì)算機(jī)課程的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐是相輔相成的，沒有深入地實(shí)踐，就無法理解這門課程的精髓。
因此，本文建議，從教材的第四部分，即8086的結(jié)構(gòu)以及匯編語言的編程方法開始，教師就應(yīng)該主要在計(jì)算機(jī)上而不是在黑板上講解。以運(yùn)用MASM調(diào)試典型程序?yàn)橹饕�索，講解匯編程序的功能及匯編過程、DEBUG程序的典型子命令、CPU的各參數(shù)，狀態(tài)變化過程、存儲(chǔ)器和CPU交互過程、匯編語言程序的結(jié)構(gòu)等等。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步以及與其他學(xué)科的交叉，計(jì)算機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容也在發(fā)生著日新月異的變化，而高校教學(xué)改革的趨勢是大量縮減課程學(xué)時(shí)。為了化解學(xué)時(shí)縮減與授課內(nèi)容急劇增加的矛盾，本文建議計(jì)算機(jī)教學(xué)應(yīng)借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，大力開展網(wǎng)上學(xué)習(xí)與討論等學(xué)習(xí)活動(dòng)。利用網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生既可以下載和觀看相關(guān)教學(xué)課件也可以搜索到大量匯編語言程序代碼，既能豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和對(duì)計(jì)算機(jī)的理解水平。同時(shí)，教師還要根據(jù)學(xué)生們掌握的情況，在教學(xué)過程中，精心安排實(shí)驗(yàn)程序、將理論付諸實(shí)踐，讓學(xué)生更好地理解理論知識(shí)，同時(shí)也是對(duì)學(xué)生技能的培養(yǎng)，訓(xùn)練其動(dòng)腦、動(dòng)手能力。
三、結(jié)語
目前，非電類工科專業(yè)的學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)存在較多的問題，學(xué)生們學(xué)習(xí)深入的計(jì)算機(jī)知識(shí)的相關(guān)基礎(chǔ)薄弱、教材難以理解、學(xué)習(xí)效果不好。根據(jù)這些特點(diǎn)，本文針對(duì)非電類工科專業(yè)的學(xué)習(xí)目的、教材、教學(xué)模式提出了相應(yīng)的解決策略。非電類工科專業(yè)的計(jì)算機(jī)教學(xué)必須要贏得高校和相關(guān)部門的大力支持與配合，取得相關(guān)的教育工作者的共同關(guān)注，才能適應(yīng)目前的教育教學(xué)形勢。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳丹桂.高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革新思路[J].湖南廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，(4).
[2]戴振華.高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革探討[J].實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新，2009，(12).
[3]牟連佳，梁皎，李丕顯，孫文安.高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].高教論壇，2005，(1)
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