侯艷艷　王秀貞　劉三榮　劉彩霞

摘要：針對(duì)計(jì)算機(jī)硬件類(lèi)課程教學(xué)中存在的實(shí)踐性、綜合性不強(qiáng)，缺少創(chuàng)新等問(wèn)題，提出基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)改革方案，改革中以綜合應(yīng)用性實(shí)踐項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，在整個(gè)理論及實(shí)踐教學(xué)過(guò)程以應(yīng)用性項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)開(kāi)展教學(xué)，理論教學(xué)通過(guò)應(yīng)用性項(xiàng)目展開(kāi)知識(shí)點(diǎn)，實(shí)踐教學(xué)在理論教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上引入項(xiàng)目任務(wù)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)案例介紹了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的開(kāi)展情況，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)改革，有利于提高學(xué)生的分析解決問(wèn)題及實(shí)踐動(dòng)手能力。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；溫室大棚

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）08-0104-02

1 引言

計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置的目標(biāo)主要培養(yǎng)學(xué)生具有良好的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)軟硬件的基本理論、基本知識(shí)和基本實(shí)踐方法與技能，計(jì)算機(jī)硬件類(lèi)課程在計(jì)算機(jī)類(lèi)課程體系中處于重要核心地位。計(jì)算機(jī)硬件類(lèi)課程主要包括數(shù)字電路、微機(jī)原理與接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理、單片機(jī)原理與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用等課程，計(jì)算機(jī)硬件類(lèi)課程的教學(xué)目的是為了幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)硬件的概念，理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過(guò)程，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)及相關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)方法，能夠開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)電路，提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)具有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用型人才，使學(xué)生能夠勝任在科研部門(mén)、教育單位、企事業(yè)、技術(shù)和行政管理等單位的計(jì)算機(jī)的相關(guān)工作。

本文基于計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)的特點(diǎn)，提出以開(kāi)放性、實(shí)訓(xùn)性、應(yīng)用性項(xiàng)目為課程改革的切入點(diǎn)，改革計(jì)算機(jī)硬件課程的理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。計(jì)算機(jī)硬件類(lèi)課程以小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)為統(tǒng)一視圖建立課程體系，教學(xué)過(guò)程以設(shè)計(jì)一個(gè)小型計(jì)算機(jī)應(yīng)用電路、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等為驅(qū)動(dòng)任務(wù)，理論教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)需求引入，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)層層展開(kāi)知識(shí)點(diǎn)，實(shí)踐教學(xué)以設(shè)計(jì)項(xiàng)目的具體功能模塊為任務(wù)完成相應(yīng)功能模塊的設(shè)計(jì)，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)完成理論和實(shí)踐的融合，幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念，掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)方法，提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用能力。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的開(kāi)展

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)方法。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中教師主要充當(dāng)教學(xué)的組織者、指導(dǎo)者和促進(jìn)者的角色，充分利用情境、實(shí)驗(yàn)、任務(wù)等環(huán)境要素來(lái)發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，最終達(dá)到使學(xué)生能夠有效對(duì)所學(xué)知識(shí)重新進(jìn)行建構(gòu)的目的。

根據(jù)實(shí)用性、可行性、難度適用、綜合性的原則，教師應(yīng)緊扣課程教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，以培養(yǎng)應(yīng)用能力為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前流行技術(shù)的特點(diǎn)，擬定切實(shí)可行的實(shí)踐應(yīng)用項(xiàng)目。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)過(guò)程分為四個(gè)階段完成：

第一階段，教師根據(jù)實(shí)踐應(yīng)用需求，提出項(xiàng)目要求并布置項(xiàng)目題目，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行調(diào)查和研究、寫(xiě)出項(xiàng)目申請(qǐng)報(bào)告書(shū)，申請(qǐng)報(bào)告書(shū)主要包括項(xiàng)目組成員及分工、選題目的、研究現(xiàn)狀、題目應(yīng)用及實(shí)踐價(jià)值。

第二階段，開(kāi)展討論式教學(xué)，組織學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行匯報(bào)，教師與學(xué)生充分交流和探討，幫助完成項(xiàng)目調(diào)研并確定項(xiàng)目總體方案。以項(xiàng)目問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，教師開(kāi)展基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)踐環(huán)境及實(shí)踐模塊的搭建。

第三階段，教師對(duì)于項(xiàng)目中的難點(diǎn)及重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析講解。在實(shí)踐教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向， 將課程知識(shí)點(diǎn)與實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行結(jié)合，完成綜合性實(shí)踐項(xiàng)目。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)踐主要由學(xué)生獨(dú)立完成，教師定期檢查項(xiàng)目的完成情況，并對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)指導(dǎo)，該階段教師扮演“咨詢(xún)師”的角色，學(xué)生成為項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中的中心。

第四階段，教師對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收，項(xiàng)目驗(yàn)收作為課程考核的重要組成部分，采用項(xiàng)目組答辯與項(xiàng)目功能演示相結(jié)合的方式，主要考查學(xué)生的綜合實(shí)踐與應(yīng)用能力。

3 計(jì)算機(jī)硬件的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的開(kāi)展

計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)案例應(yīng)選取應(yīng)用性強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)全面的綜合實(shí)踐項(xiàng)目，采用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、任務(wù)分解、項(xiàng)目合作”的全新教學(xué)方式，將項(xiàng)目貫穿于教學(xué)過(guò)程，學(xué)生全面參與項(xiàng)目準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、實(shí)踐的全過(guò)程，并優(yōu)化計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)體系和知識(shí)結(jié)構(gòu)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合設(shè)計(jì)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的目的。

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)硬件類(lèi)課程教學(xué)，不僅強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目在課程內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)作用，更強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目在整個(gè)計(jì)算機(jī)課程體系中的驅(qū)動(dòng)作用，在具體教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)保證前后銜接課程教學(xué)過(guò)程中實(shí)踐項(xiàng)目和實(shí)踐方法的統(tǒng)一性和延伸性。 數(shù)字電路課程作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的硬件基礎(chǔ)課程，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)的基本電路，掌握計(jì)算機(jī)基本組成部件寄存器、譯碼器、計(jì)數(shù)器等電路的設(shè)計(jì)方法，該課程設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件模塊為后續(xù)課程計(jì)算機(jī)組成原理的開(kāi)展輸出功能模塊。計(jì)算機(jī)組成原理課程在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)硬件課程體系中處于核心地位，設(shè)計(jì)小型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)將CPU、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備等的理論教學(xué)與CPU、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備等的實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，將基礎(chǔ)模塊 CPU、存儲(chǔ)器、I/設(shè)備等功能模塊進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)，完成小型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并為后修課程嵌入式系統(tǒng)開(kāi)展打下基礎(chǔ)， 嵌入式系統(tǒng)課程中以基于A8處理器的嵌入式linux操作系統(tǒng)的移植與開(kāi)發(fā)為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程的開(kāi)展提供了理論準(zhǔn)備和實(shí)踐支持。

4 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)課程案例

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)過(guò)程中采用了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，取得了較好的教學(xué)效果。以下以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)為例介紹項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的開(kāi)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與用是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的課程，課程內(nèi)容涉及無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)，RFID技術(shù)，傳感器技術(shù)和嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)等。將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程，將物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)整合到一個(gè)應(yīng)用案例中，通過(guò)案例使學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

目前在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中，溫室大棚系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂，貼近生活，具有廣泛實(shí)用價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)。本課程選用溫室大棚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作為驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目。溫室大棚系統(tǒng)整體功能框圖如圖1所示：

溫室大棚系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集大棚內(nèi)的溫濕度、光照、安防等信息，通過(guò)高精度測(cè)量溫室大棚生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)，智能控制溫室內(nèi)溫度、濕度、通風(fēng)狀況等，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)保溫、保濕和歷史數(shù)據(jù)的記錄的功能。該系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制功能，用戶可以通過(guò)PC機(jī)遠(yuǎn)程訪問(wèn)溫室內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并可遠(yuǎn)程控制農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部設(shè)備的開(kāi)關(guān)，調(diào)整大棚內(nèi)部環(huán)境。溫室大棚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、嵌入式操作系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)等知識(shí)點(diǎn)，該項(xiàng)目可以使學(xué)生全面掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理、掌握物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐與調(diào)試方法，提高學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的綜合開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)能力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程選擇的溫室大棚系統(tǒng)作為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，分五個(gè)階段開(kāi)展過(guò)程：

第一階段，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述，通過(guò)溫室大棚系統(tǒng)項(xiàng)目引入物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成和相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生建立物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的概念。引入溫室大棚控制管理的系統(tǒng)需求。 布置溫室大棚系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。

第二階段，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)感知層、傳輸層、應(yīng)用層的特點(diǎn)，引入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)感知層理論知識(shí)點(diǎn)，將理論知識(shí)點(diǎn)與基于CC2530單片機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、紅外傳感節(jié)點(diǎn)，光照節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行節(jié)點(diǎn)等模塊的設(shè)計(jì)相結(jié)合，完成溫室大棚系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)的感知層設(shè)計(jì)。

第三階段，在物聯(lián)網(wǎng)感知層的基礎(chǔ)上，引入物聯(lián)網(wǎng)傳輸層的理論知識(shí)點(diǎn)，將物聯(lián)網(wǎng)傳輸層的知識(shí)點(diǎn)以Zigbee協(xié)議為案例，將紅外傳感節(jié)點(diǎn)、光照節(jié)點(diǎn)，溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)相結(jié)合完成溫室大棚系統(tǒng)的傳輸層的設(shè)計(jì)。

第四階段，基于溫室大棚系統(tǒng)的應(yīng)用層需求，引入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的理論知識(shí)點(diǎn)，將第三階段設(shè)計(jì)的傳輸層與應(yīng)用層融合，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與嵌入式網(wǎng)關(guān)通信的設(shè)計(jì)，完成溫濕度信息、光照度信息、控制信息上傳到嵌入式網(wǎng)關(guān)及嵌入式網(wǎng)關(guān)控制網(wǎng)絡(luò)的功能，完成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳輸層及應(yīng)用層的設(shè)計(jì)。

第五階段，歸納總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用的基本知識(shí)點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法，將溫室大棚系統(tǒng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，完成溫室大棚控制系統(tǒng)的綜合測(cè)試和驗(yàn)證。并通過(guò)項(xiàng)目組答辯與項(xiàng)目演示的考核方式，考查學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實(shí)踐與應(yīng)用能力。

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)改革，改變了原有計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)過(guò)程中理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的情況，采用基于工程項(xiàng)目任務(wù)的討論式教學(xué)，以實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線，學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐為主，教師輔導(dǎo)為輔開(kāi)展教學(xué)過(guò)程；并對(duì)原有的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行改革，對(duì)于課堂未完成的實(shí)踐內(nèi)容， 突破原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目受時(shí)間，地點(diǎn)限制等問(wèn)題， 實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以自主選擇時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生最終可以較好地完成實(shí)踐項(xiàng)目。

5 結(jié)語(yǔ)

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)改革的開(kāi)展，使學(xué)生不僅能夠掌握計(jì)算機(jī)硬件的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和研究方法，還可以進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新和動(dòng)手能力，為進(jìn)一步深造和就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。在基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，課程選擇的項(xiàng)目能與當(dāng)代科技前沿或社會(huì)發(fā)展緊密聯(lián)系，選擇的項(xiàng)目覆蓋知識(shí)點(diǎn)全面，與具體的生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合密切，項(xiàng)目的開(kāi)展能進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的理解，使學(xué)生硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)調(diào)試能力得以全面的提高。

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