“计算机硬件技术基础”课程网络教学功能开发与应用

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摘 要:为了提高“计算机硬件技术基础”课程的教学水平,培养学生掌握知识的能力和运用理论指导实践的能力,提高课程的教学质量,开发建立了本课程的教学网站.通过对本课程网络功能的进一步开发与应用,探索了网络虚拟实验教学模式和网站互动师生交互方式,取得了良好的教学效果.

关 键 词:计算机硬件技术;网络虚拟实验;网站互动功能;网络课件

作者简介:程启明(1965-),男,江苏盐城人,上海电力学院自动化工程学院,教授;黄云峰(1971-),男,浙江绍兴人,上海电力学院自动化工程学院,讲师.(上海200090)

基金项目:本文系上海市教委重点课程建设项目、上海高等教育“085”工程建设项目的研究成果.

中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1007-0079(2013)13-0097-02

“计算机硬件技术基础”是大学理工科的专业基础课程.本课程任务是使学生了解微型计算机的基本原理及组成,掌握汇编语言程序设计方法,掌握存储器扩展技术、中断系统原理和I/O接口的应用,为计算机接口的实际应用打下良好基础.[1]

由于本课程具有概念抽象、知识点多、涉及的知识面广、技术更新快、实践性强,理论与实践、硬件与软件相结合等特点,加上课堂教学方式简单、枯燥,实验教学与理论教学严重脱节等弊病,使学生难以掌握该课程内容,甚至会产生厌烦情绪.因此,本课程的教与学都有一定的难度.[2-3]

为了促进学生对课程内容的学习,培养学生掌握知识和运用理论指导实践的能力,提高学生创新能力和综合素质,我们开发建立了本课程的教学网站.该网站包括新闻中心、课程资源、教师队伍、学习园地、实验平台、课程建设、在线交流、学生作品等栏目,其功能包括课前预习、课上教学、课后复习、课内实践等整个教学过程的各环节.课程网站教学不受时间与空间的限制,增大了课堂教学信息量,增加了学生自主学习功能,实现了师生在线讨论和交流,提高了学生的学习兴趣,提高了教学效率和质量.通过对本课程网络功能的进一步开发与应用,探索了新的实验教学模式[4-5]和新的师生交互方式,[6]取得了良好的教学效果.

一、网络虚拟实验室的开发与应用

“计算机硬件技术基础”是一门实践性较强的课程,学生通过实验过程,可加深对所学理论知识的理解,提高实际动手操作能力和分析、解决问题的能力,并且可以开拓学生思维,培养应用及创新能力.

1.传统的实验方法

目前该课程的普遍现状是:课时安排上重理论、轻实践,教学内容上重软件、轻硬件.其根本原因还是实验设备有限、维护困难.目前本课程的实验主要是通过硬件实验箱来完成,此方式的缺点有:灵活性差,实验箱的线路、芯片多已固定,学生只能按照固定步骤进行实验,不能灵活自由地设计实验;创新性差,实验步骤和内容难以扩展,实验个数有限,实验内容固定,难以跟随技术的发展进行更新的创新;开放性差,由于实验箱少和维护难,实验课一般需分组进行,实验保障困难,实验室的开放性受到限制;经济性差,实验箱的价格较贵,且易受损坏,维护较困难,需专人管理.此外,实验还需专门的场地,并且师生同时、同地进行实验,实验效率和设备利用率低,设备的维护和管理成本高.

2.网上虚拟实验的概念

随着Inter及网络技术的发展与应用,实验系统逐渐由传统的集中模式转变为开放性、交互性、共享性、分散性、扩展性、重复性、安全性的(网络)虚拟实验系统,虚拟实验系统能较圆满地解决传统实验的问题.虚拟实验是指可在Inter/Intra互联网上通过软件模拟技术对真实实验的虚拟实验,它利用图像/声音、软件仿真、虚拟现实和远程控制等技术,在计算机上构建出可辅助、部分或全部替代传统实验各操作环节的相关硬、软件操作环境,实验者可以像在真实的环境中一样从异地计算机设备上完成各种实验项目,所得到的结果与本地得到的数据结果完全等价,如同现场操作实验设备一样.虚拟实验采用软件开发工具开发一系列虚拟实验课件来全真模拟实验过程,以交互式教学方法实现实验过程的教学,学生可利用网络环境完成实验系统的设计、获取实验结果、撰写实验报告等各实验环节,并同时查询相关资料,接受老师的网上答疑辅导,参与讨论实验相关专题等,明显地提高了实验效率,并减少了不必要的实验损失.

3.网上虚拟实验的特点

虚拟实验的优点有:避免真实实验或操作所带来的各种危险;降低实验成本、维护及管理成本;组建系统的效率高;具有丰富的媒体表现及交互形式;无时间和空间的限制,可在任何网络终端上进行;容易协同和共享;易激发学员学习兴趣;利于加强对学生自学能力的培养;具有灵活性,可因材施教,便于实行个性化教学,对学生实施多目标、分层次管理.但虚拟实验也有一些缺点:实验的真实感不够;不能体会在真实实验中可能出现的多种误差;难以体会在实际工程中可能出现的多种故障现象;降低了学生分析和解决实际问题的能力.实际上,虚拟实验应该侧重于基本概念、工作原理以及解决问题的方法与能力,而对于行为技能的训练则差一些,真正的技能与动手能力还必须在实际的实验情形下才能获得.因此,如果过分地依赖虚拟实验,将对培养学生解决实际问题的能力产生一定的影响.

4.网上虚拟实验的实施

虚拟实验教学只是实验教学的辅助手段,它不应该也不可能代替真正实验教学全过程.在实验教学中,可采用实际实验与虚拟实验相结合的分级教学模式.这种模式将两种实验方式有机结合在一起,并互为补充,创造了适合于实验教学的气氛和训练机会,提高了实验的效果,从而充分培养学生的实践能力.

5.本课程虚拟实验所需的软件环境

虚拟实验常采用两种方式.一种为硬软结合的虚拟实验.它通过客户端的操作,借助网络控制真实实验设备,并通过网络反馈给用户结果信息,但由于网络的延迟性,该方法多用于局域网.另一种是基于Web的虚拟实验.它通过直接利用Ja虚拟机及对I/O端口读写的捕获技术或编写仿真汇编解释器,再借助Web来实现全软虚拟实验.Proteus软件是英国Labcenter公司开发的一款仿真平台,可以进行实物仿真和印制电路板设计.Proteus软件可以对8086CPU或MCS-51单片机及相关接口芯片提供支持,还提供了示波器、信号发生器等虚拟仪表,支持汇编语言,是一个全开放性的仿真实验平台,相当于一个设备齐全的综合性实验室.因此,可借助于Proteus仿真软件构建虚拟实验室.Proteus有单机版和网络版两种选择,采用网络版配置,将只有一个USB加密狗安装在服务器上,并锁定相应的用户数,在校园网范围内的PC机都可以得到授权并进行仿真和实验,但同时在线的客户端总数不能超过已购买的总授权用户数.采用网络版的Proteus,可真正实现实验室的虚拟化、网络化以及实验室的开放.


本文采用网络版的Proteus构建了“计算机硬件技术基础”远程虚拟实验仿真系统.该系统包含下面模块功能:实验选择系统,学生可根据需要选择实验项目;虚拟实验平台,给学生提供实验操作的环境;报告生成系统,用来生成并存储学生的实验报告;教师批阅系统,教师可批阅学生实验报告,并生成学生实验成绩;帮助系统.

二、网站师生互动功能的开发与应用

师生之间的交流是教学过程中一个非常重要的环节,也是改善教学效果的有效手段.只有通过师生之间的交流,教师才能结合学生的反应来进行有针对性的教学.同样,学生也要通过与教师和其他学生的交流帮助自己更好地学习课程内容.

1.传统的交流方式

传统的交流方式一般常采用课堂上提问和课下交流手段.由于课堂教学时间有限,不可能在课堂上进行充分交流,同时,由于我国长期以来实行灌输式教育,学生又不愿意在课堂上主动提问与交流;他们一般更愿意在课下发表自己的看法,教师可在轻松的氛围下解答学生的疑惑,了解他们的意见.然而,随着学生招生人数的大量增加及学分制选课制度的普遍实施,此答疑方式受学生人数、时间和地点的制约严重,已经无法适应当前的教学需求.

2.网上互动交流方式的特点与技术

利用现代计算机网络技术的便捷、实时、共享等特点,可构建出本课程的网上答疑系统.此答疑方式的优点有:提出问题和解答问题不受时间和空间的限制,具有很强的实时性和灵活性,并且对相同的问题不必做重复解答,从而降低劳动强度,提高教学效率.

目前课程网站一般都采用E-mail、、BBS、专门开发的交互软件等实现网上答疑系统,这些实现技术还不能很好地解决师生互动问题.其中:采用电子邮件E-mail的缺点是实时性差;采用等即时通讯软件ICQ的缺点是信息有限且私密性差;采用电子公告板BBS的缺点是传递文字信息有限且实时差;采用IT公司专门开发的交互软件的缺点是开发成本高且维护成本也高.博客和微博是近年来新出现的交流方式,它们为师生互动提供了非常好的交流平台,便于在课程教学实践中进行交互讨论,且不受时空限制.因此,近年来,博客和微博被引入到课程的网络教学交互平台上来.其中:博客(blog)是一种通常由个人管理、不定期张贴新的文章的网站,典型的博客结合了文字、图像、其他博客或网站的链接,能够让读者以互动的方式留下意见;微博(MicroBlog,即微博客)可理解为“微型博客”或者“一句话博客”,它是一个基于用户关系的信息分享、传播以及获取平台,用户可以通过WEB、WAP以及各种客户端组建个人社区,以140字左右的文字更新信息,并实现即时分享.两者的差异在于:博客一般主要在电脑上公开发表网络的、供人阅读的日记,它可写得很长,字数没有限制,主要适合阐述一些东西;微博一般主要是在手机发布极为简短的网络日记,它主要是抒发一些心情,还有写一些格言警句,写一些自己的动态,一条微博最多只能写140字.

3.本课程的网上互动交流功能开发

可把博客和微博引入到本课程的网络互动教学中,借助博客和微博的互动就可把教师网上答疑指导、师生交流、生生交流、人机交流有效地整合起来,增进师生之间的感情,达到更好地辅助课堂教学的效果.本课程的网上互动交流功能有:

(1)交流讨论区.教师通过微博或博客制作一个课程专题讨论区,引导学生进行深度思考,并可在讨论中引入适当的竞争机制,鼓励学生参与和投入.答疑讨论区可采用一对一、一对多、集体讨论等多种讨论方式,针对学生提出的问题,教师应提供具体、及时、具有启发性的反馈意见,并对讨论的问题进行归纳总结和分类管理,以便学生查阅.讨论区可分为普通讨论区和专题讨论区.其中:普通讨论区主要用于生生之间、师生之间,并就相关知识点或者相关领域的话题进行讨论,一些讨论内容还可由教师或管理员整理,将较为典型、关注度高和数高的发言列入精华版,并在网站的首页显示;专题讨论区主要是把学生的反馈意见、作业和考试中出现的代表性问题或者本学科中前瞻性的问题等提出来,来让大家一起来讨论.

(2)作业提交与在线学习.作业提交模块可以上传学生的文档作业,教师可以批量下载作业,并在评分后再将成绩上传供学生查看.在线学习模块可记录学生学过的知识、作业完成状况、考试状况、互动讨论中的发言状况及其认可度等学习状态,学生可随时随地查获自己学习效果,这非

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常有利于学生调整自己的学习状态,随时向其他学生或教师寻求帮助.

(3)资源共享.资源共享模块包含主站资源模块和论坛资源模块两部分.其中:主站资源模块仅管理员有权限在此发布资源,它主要发布一些PPT和Word文件;所有注册用户均可通过论坛资源模块上传附件,通过附件上传功能可共享学习资源,上传可采用flash机制,并支持批量上传.学生可在资源库中获取其感兴趣的资料,并可把资源上传,实现资源共享.

(4)教学评价.教学评价应是双向的,它包括教师对学生学习的评价和学生对教师教学的评价.通过对教学形式、教学效果、教学设计等教学多环节的网上问卷调查,积极鼓励学生多提意见和建设,参与到本课程建设中来,教师根据学生的网络反馈意见,对课程进行相应的调整和优化,并持续地对教改效果进行跟踪,从而不断丰富教改的成果.

三、结束语

本文开发建立了“计算机硬件技术基础”课程教学网站,探索了新的实验教学模式和师生交互方式,取得了良好的教学效果.课程改革是一个循序渐进、永无止境的过程,应不断更新和完善教学内容,改进教学方法,将教学改革推向一个新的台阶.

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