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高等院校非電類工科專業的計算機課程的思考文章
引言：
隨著數字化技術的發展，計算機課程已經成為大學的公共課程，幾乎所有的專業都學習計算機相關課程。目前，高等院校的計算機教學主要分兩類：一類是指計算機專業的學科教育;另一類是面向非計算機專業大學生的計算機基礎教育。然而，非計算機專業的學生畢竟占全體學生的絕大多數，而且其專業領域千差萬別，因此，這些學生對于計算機的基礎知識的掌握，以及對于計算機學習的要求都相差很大。比如對于社科、文管相關專業的學生，他們大多數人將來的工作和學習都不需要太艱深的計算機知識，因此，一本基礎的計算機組成原理教材并結合學習一些網絡知識和技能、相關的計算機語言(比如C語言)和相關專業的典型軟件(如Office等)就足可以讓他們應付將來的工作和學習。而對于非計算機專業中電類專業學生，由于他們以后的工作主要是基于計算機、單片機、智能系統，因此，這類學生對計算機知識的要求相對前面的學生要高很多，比如他們除了學習計算機組成原理，還要學習計算機原理與接口技術、單片機原理，以及一些較難掌握的計算機語言，如匯編語言、C++語言，甚至有些學校還要求其學習數據庫知識以及離散數學教程。因此，由于專業自身的特點，對于電類非計算機專業的學生，其對于計算機知識理解與掌握要遠遠高于其他給計算機專業的學生，甚至接近于計算機專業的學生。
那么，上述非計算機專業中，除了社科、文管以及電類專業以外，還有一大類非電類專業，如機械、能動、核能、材料、化工、建筑等等工科專業。這些非電類工科專業自身對于計算機知識的要求就很不一樣。比如核能領域的學生，如果主要是搞熱工流體方面的研發，則對計算機知識的要求不高;如果搞核技術方面的研發，則其對計算機知識的要求和電類專業是完全相同的，甚至要求能獨自設計電路板、單片機以及DSP智能系統。
因此，對于非電類工科專業的計算機課程的學習，用非計算機專業的計算機教學方法、一刀切的方式來對待是不科學的。這也是讓這些非電類工科專業的計算機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計算機教育問題的基礎上，提出了一些新的教學思路和方法。對非計算機專業的工科學生的計算機課程的學習提出一點建議，以期拋磚引玉。
本文結構如下，引言部分提出了主要問題，第二部分詳細分析了目前非電類工科專業的計算機課程存在的問題，第三部分提出了解決的辦法，最后一部分給出結論。
一、非電類工科專業計算機課程存在的問題
筆者曾經在哈爾濱工程大學的核能科學與工程專業任教，主講微機原理與接口技術，本課程共用學時56學時，包括48學時理論課以及8學時上機實驗課。曾用教材共有兩本，一本是清華大學出版社出版的《微型計算機原理及應用》(第三版)，由鄭學堅、周斌編著。另一本是機械工業出版社出版的《計算機組成原理》，主編為耿恒山。當然，本課程只講授教材中的部分內容，主要包括計算機的基礎知識、計算機的基本工作原理、處理器結構、指令系統匯編語言以及計算機的輸入輸出接口。
經多年的教學實踐發現，每次課程結束，大多數學生都幾乎完全無法掌握這門課程的基本理論，比如觸發器的結構、計算機基本工作原理、CPU的基本原理、指令系統以及一些計算機接口技術，諸如8255芯片、8259芯片等。
筆者在2012年針對計算機基本工作原理的理解程度對自己所教的班級以及另一個教師所教班級共63名學生進行的一次調查。
筆者在2012年針對所用教材的難易程度《微型計算機原理及應用》(第三版)對自己所教的班級以及另一個教師所教班級共63名學生進行的一次調查。
筆者在2013年針對所用教材的難易程度《計算機組成原理》對自己所教的班級的32名學生進行的一次調查。
針對2013年期末考試的最后一道比較典型的接口編程填空題，筆者發現，全班31個人，只有一個同學得了滿分，而其他試卷大多數不是空著就是不知所云。
有很多學生在學完這門課后居然問我，5V的電平在計算機里面是如何產生的?觸發器有沒有電源?觸發器的結構是什么?諸如此類基礎性問題。筆者分析發現，對于非電類工科專業的學生，雖然表面上看來是由于課程太難導致學生無法掌握，其根本原因在于非電類工科專業的計算機的相關基礎課程設置不全面，很多課程比如數字電路、模擬電路、電工學基本沒有學過。而我們目前并沒有針對這類專業的合適教材，因此，導致上述問題是可以理解的。正是針對這個問題，本文提出如下的解決思路。
二、非電類工科專業計算機課程改革的思路
(一)學習目的調整
人們常說，計算機學習的目的在于應用，這是有一定道理的，但是也需要具體問題具體分析。比如對于我們前面提到的非電類工科專業的學生。現在非電類工科專業的學習課程本身也很復雜，以動力能源類專業為例，其主要課程除了熱工物理之外，還有流體力學等大量基礎性且難度很大的課程，學生們在這樣的教學要求下，是很難達到計算機應用這個目的。因此，以這個目的為落腳點來進行課程的設置與教學，最后導致學生連基本的計算機原理都無法理解，其計算機應用的目的就成為了空中樓閣，難以達到。基于此，本文建議，將非電類工科專業的計算機課程的學習目的由計算機應用改為計算機原理學習。我們這里對學習目的的要求并不是無原則地降低，而是基于現實形勢所做的調整。因為：
1.很多非電類工科學生以后不一定從事與計算機相關性很高的專業，因此對于這部分人，過多的學習計算機課程并無太大必要。
2.改變學習目的是為了更好地學習、理解這門課程，太高的目標并不一定帶來好的結果，稍微降低一些目標，反而能使這些學生學得更好。
3.對于其中的一部分人，將來工作可能需要較 艱深的計算機知識，但是我們現在的改革也是必要的，因為對于計算機原理更好地理解對以后深入學習計算機專業的知識是有極大的好處的。
筆者認為，非電類工科專業的計算機課程學習的目的如果改為以學習計算機原理為主，再輔以應用，將會收到更好的效果。
(二)教材改革
調查發現，在目前的計算機教材市場上并沒有專門針對非電類工科專業的計算機教材。筆者認為，有必要針對這類專業的特點，專門設計一本針對性較強的教材，在這里有如下建議：
在教材的緒論部分，應著重介紹計算機的基礎知識，以計算機的基礎數學理論為主，包括數制、布爾代數以及加法電路。布爾代數部分應著重講解邏輯函數的概念，包括真值表、最大項、最小項以及卡諾圖原理。這部分直接關系到后面處理器結構中指令譯碼器以及控制器的基本設計原理。第二部分為計算機的基本組成電路。以計算機的基礎硬件理論為主，包括觸發器的基本結構和原理、R-S觸發器、D觸發器以及J-K觸發器、寄存器和較典型的門電路。第三部分則為全書的重點章節，講授計算機的基本工作原理，主要包括計算機結構的簡化形式、最簡單的指令系統、基于簡單指令系統的程序設計、執行指令的例行程序、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，建議課時量安排在全部課時量的三分之一左右。對于這該部分章節的理解直接決定了學生對于匯編語言、8086以及接口電路設計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的結構以及匯編語言的編程方法。以匯編語言程序為主，介紹幾個典型的程序。第五部分講授計算機的可編程芯片。筆者建議，這部分內容不宜講授過多，只一個典型的可編程控制芯片電路為好，建議講述8253定時器。因為學生們可以在自己的計算機上自由控制該定時器，并可通過計算機自帶的小喇叭來檢驗，方便實施且易于理解。
最后一部分可以對有余力有興趣的學生進行引導。內容難度可加深。
(三)教學模式改革
雖然本文一再強調對于非電類工科專業計算機課程的學習要以原理的學習為目的，但是并不是說完全拋棄實踐。事實證明，對于計算機課程的理論學習與實踐是相輔相成的，沒有深入地實踐，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的結構以及匯編語言的編程方法開始，教師就應該主要在計算機上而不是在黑板上講解。以運用MASM調試典型程序為主要線索，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，狀態變化過程、存儲器和CPU交互過程、匯編語言程序的結構等等。隨著信息技術的進步以及與其他學科的交叉，計算機課程教學內容也在發生著日新月異的變化，而高校教學改革的趨勢是大量縮減課程學時。為了化解學時縮減與授課內容急劇增加的矛盾，本文建議計算機教學應借助網絡平臺，大力開展網上學習與討論等學習活動。利用網絡，學生既可以下載和觀看相關教學課件也可以搜索到大量匯編語言程序代碼，既能豐富學生的學習活動，又提高了學生的學習能力和對計算機的理解水平。同時，教師還要根據學生們掌握的情況，在教學過程中，精心安排實驗程序、將理論付諸實踐，讓學生更好地理解理論知識，同時也是對學生技能的培養，訓練其動腦、動手能力。
三、結語
目前，非電類工科專業的學生對于計算機課程的學習存在較多的問題，學生們學習深入的計算機知識的相關基礎薄弱、教材難以理解、學習效果不好。根據這些特點，本文針對非電類工科專業的學習目的、教材、教學模式提出了相應的解決策略。非電類工科專業的計算機教學必須要贏得高校和相關部門的大力支持與配合，取得相關的教育工作者的共同關注，才能適應目前的教育教學形勢。
參考文獻：
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