关键词：实验教学；统计学；应用
中图分类号：G642.0 文献标识码：A?摇 文章编号：1674-9324（2012）05-0095-02
随着经济的发展和社会的进步，无论在国家宏观调控还是企业和个人的微观决策中，统计的作用日益重要起来。作为一门介绍“数据处理技巧”的方法论的社会科学，统计学的重要意义在于为科学研究、经营决策等提供数据分析模型和数据分析方法，学生除系统掌握统计基础理论和分析方法外，还必须掌握利用统计软件分析数据的方法，将所学知识应用于具体实践之中。另外，随着计算机科学的发展，计算机与统计学等其它学科专业的教学、科研工作结合更加紧密，进一步促进了其它各相关学科的发展。对开设《统计学》课程的各专业的高校学生而言，随着就业形势的变化，社会各行各业对人才的需求更多注重在能力考察上。这就要求学生不仅要有扎实的专业理论功底，还必须具有较好的实践动手能力和创新能力。因此，本文结合统计学课程的教学实际，探讨如何开设统计学实验课。
一、开设《统计学实验》的必要性
1.传统的统计学课程教学。目前，许多开设统计学课程的各相关专业，统计学的教学注重理论的严谨性和系统性的教学，忽略学生参与动手实践。一方面，教师仍然是教学的主体，学生是知识的被动接受者。另一方面，陈旧和单一的教学内容。所以出现大多数学生“学了统计，不会用统计”的现象十分普遍。这种传统的统计学课程教学，教师只注重理论的严谨和系统性的教学，学生疲于应付考试而学，这样忽视学生实践的统计学教学，培养的学生缺乏独立分析与解决实际问题能力，对统计的理论与方法的实际统计分析没有真正理解和掌握。在实际中遇到需要利用统计的理论与方法解决的时候，难以做到学以致用。因此，改革单一和陈旧的教学内容，转变传统的教学观念，努力培养学生的独立分析与解决实际问题能力，开设《统计学实验》教学是重要的手段之一。
2.统计学课程本身要求推广实验教学。统计学是一门集理论的严密性与方法的普适性为一体的学科，是许多学科的智力和方法资源库。一方面，统计方法现已深入到许多自然科学（如生命及医药、环境、电子、材料等），社会科学（如经济、金融、保险、考古等）及许多关系到国计民生的行业（如工农业、航空航天、军工、地质勘探等）中，产生了许多良好的经济及社会效益，它为社会进步和人民生活水平的提高发挥着独特的重要作用。另一方面，在许多实际应用中遇到往往是大量甚至是海量的数据，参数估计、假设检验、方差分析和回归分析等统计方法的掌握和运用单纯依靠手算远远不能满足实际问题的需要，只有借助统计软件如Matlab，Excel，SPSS，SAS，R才能实现。因此统计学课程本身要求在教学过程中推广实验教学，以培养学生的利用统计方法，借助统计软件分析解决实际问题的能力。
二、开设《统计学实验》的可行性
1.统计学教学体系的改革。我国加入WTO后，对外开放不断扩大，市场经济发展向纵深推进，对统计的要求提高到一个新的高度，统计学课程的传统教学模式已经不能满足现代社会对统计人才培养的要求。为培养社会需求的统计人才，目前，我校《统计学》开设情况如下：课时一般安排为72学时，其中统计学理论分配54学时，统计学实验分配18学时。这样，就可以有针对性地安排相应的实验教学。在实验课可开设以下实验项目见下表。
2.计算机实验中心提供硬件支持。随着各高校在教学改革中对实践教学的重视和计算机迅速发展，许多高校相继建立了专门的计算机实验中心，为全校实践性课程的开设提供实践硬件支持。
3.丰富的软件支持。统计计算软件：Matlab，Excel，SPSS，SAS，R等都具有十分强大的统计计算、分析和演示功能，能满足开设《统计学实验》课程的计算方面的需要。
三、《统计学实验》课程的组织和实施
1.统计学教学应以理论教学为主，以实验教学为辅，结合具体教学内容安排相应的统计学实验。例如，在讲动态数列时，指导学生运用统计软件，研究测定增长量、平均增长量、发展速度、平均发展速度，用移动平均法和最小二乘法测定长期趋势、季节变动，并进行相关预测。这样有利于对统计的理论与方法真正理解和掌握，也有利于培养学生的独立分析与解决实际问题能力。
2.统计学实验教学体系设计除应与课程内容密切相关外，还应具有应用性和趣味性。兴趣是最好的老师，一旦有了学习兴趣，兴趣就可以转化为乐趣，乐趣又转化为志趣，持久稳定的志趣就能使学生保持经久不衰的求知动力，使学生成为学习的主人。因此，有趣的统计学实验可以激发学生对统计学的学习兴趣，进一步提高他们对统计的理论和方法的综合灵活应用能力。
3.对综合型实验，通过案例教学法，把学生引导到各种与统计相关的实际问题中去，并提出解决问题的基本方法和途径。通过这一环节，不仅可以将理论与实际联系起来，而且对提高学生的综合分析，解决实际问题的能力和实践能力大有帮助，但是在选择案例的过程中教师应注意精选案例。
4.统计实验报告作为评定实验成绩的主要依据。实验报告评分的最基本标准是真实性。在每次统计实验结束后，教师根据实验报告的质量进行评分。实验报告评分的更高标准是创造性。对于有创造性的报告，可以给予高分作为鼓励。总之，教师要重视学生的统计实验报告的撰写，通过统计实验报告，可以进一步提高学生写统计分析报告的能力。
总而言之，《统计学实验》是以计算机及其统计软件为工具，培养学生能用所学统计知识去解决实际问题的能力。这不仅可以开拓学生的视野，提高学生的实践能力，而且还有助于培养学生勇于创新精神。总之，在高等院校开设《统计学实验》是必要和可行的，是值得进一步提倡和开展的。
参考文献：
[1]冯凤香，贾贞.大学数学实验的教学探讨[J].高教论坛，2010，8：47-48.
[2]刘莉，陶强.计算机专业基础实验课教学模式研究[J].计算机教育，2011，12：107-112.
[3]高建新，朴琴兰，李玲，等.技术基础课实践教学模式改革研究与实践[J].实验技术与管理，2011，7：233-235.
[4]张广亮.在概率统计课程教学中引入数学实验的尝试和思考[J].长春师范学院学报（自然科学版），2011，2：85-87.
关键词：统计学；教学改革；融合
1专业基础课教学现状分析
专业基础课是高等院校设置的为专业课程学习奠定必要基础的一类课程，它往往在一个专业的课程设置中起到承前启后作用，是学生掌握专业知识和专业技能必须的重要课程，专业不同，将设置不同的专业基础课。同一门课程也可能成为多个专业的专业基础课。以统计学为例，它是一门关于数据的收集、整理、显示和分析、解释数据的方法论学科。对经济管理类专业学生来说，在校学习和毕业后的工作中，都会涉及到很多社会经济方面的数据，也会涉及到一些大数据分析。因此，统计学一直是经济管理类本科专业的核心课程和必修的专业基础课之一。通过统计课程的学习与培养，希望学生能掌握统计学科的基本思想，并将其用于不同学科背景下的数据分析，形成数据统计分析的思维方式，提高解决实际问题的综合能力。现有教学模式基本解决了专业基础课将理论课教师与实验课教师分离的问题，这也在一定程度上解决了理论教学和实验教学的分离问题。但这还未能实现理论教学与实验教学的完整统一。以经济管理类专业基础课《统计学》为例，主要表现在：目前的统计学理论教学材料与实验教学材料仍然相对独立，缺乏统一的知识体系。然而，作为一门工具性和应用性极强的学科，统计理论与统计实验二者本应该是属于同一知识体系下的两个不同教学环节，但因为历史原因，统计理论的发展相对比较成熟，而统计实验却相对滞后，因此形成二者独立存在。一个突出的特点是，理论课学习的知识和方法不能恰当地在实验课中得以实施和训练，实验课的训练未能与理论课同步进行。要想从根本上解决专业基础课理论教学与实验教学相统一的问题，还必须有能将理论课和实验课统一一体的教学材料。因此本文探讨专业基础课理论教学与实验教学材料融合模式的问题显得尤为重要，并以统计学为例，提出总体的融合方案、融合模式，为其它专业基础课教学改革提供参考。
2统计学理论教学与实验教学材料融合方案设计
2．1整合统计学理论教学和实验教学目标
统计学是处理数据的一门科学，通过收集数据、处理数据、分析数据、解释数据并从数据中得出结论的科学。统计研究的是来自各个领域的数据，统计方法是适用于所有学科领域的通用数据分析方法，只要有数据的地方就会用到统计方法，比如政府部门、学术研究、日常生活、企业生产经营管理等。而今，人类已步入大数据时代，知识总量急剧增长。大数据给企业运营、政府管理和科学研究等都带来了革命性变革。大数据对统计学教学也提出了更高的要求，为顺应时展，统计学教学改革势在必行。而在统计学教学改革中，首先要解决的就是现有教学目标的调整。在以往的教学中，通常把理论教学与实验教学孤立开来，其教学目标也不统一。大数据时代使得统计学理论教学与实验教学密不可分，因此，需要整合统计学理论教学和实验教学的教学目标：通过统计学理论课和实验课的教学，培养学生扎实的定量分析能力和理论联系实际的能力，使学生掌握统计学的基本思想、基本理论、基本方法以及运用统计软件处理数据的能力，为后续课程的学习准备必要的统计知识和统计技能。基本内容要求：描述统计重点培养学生统计资料收集、整理、综合能力；推断统计重点培养学生进行统计抽样、运用样本信息对总体进行参数估计、假设检验、方差分析以及统计回归等能力。同时，强化学生的动手能力，掌握一至二种统计分析软件，培养学生运用统计软件处理数据、分析解决实际问题的能力。
2．2构建统计学理论教学与实验教学知识体系融合架构
为解决现有统计学理论教学与实验教学分离的问题，需要从教学资源的融合着手，目前在大部分院校的统计学教学中，理论课教学和实验课教学由同一老师完成，这从一定程度上实现了二者的融合。但是，由于在教学中使用的理论教学材料和实验教学材料相对独立，老师很难将理论教学和实验教学有机结合。从笔者多年统计学教学经验看，要较好地解决二者的分离问题，得将统计学理论教学和实验教学知识体系融为一体，各章内容构架设计：引导案例、基本理论和方法、软件功能模块、实验案例、思考练习题、实务操作题。“引导案例”主要反映一些社会经济热点问题，其目的是引导学生认识本章将涉及到的统计知识；“基本理论和方法”主要介绍经典的统计理论和统计方法，也可以介绍一定的前沿理论和方法；其目的是让学生掌握基本的统计知识，了解前沿统计理论方法；“软件功能模块”主要介绍本章实验需要的软件功能模块，其目的让学生熟悉软件功能及基本操作；“实验案例”主要是结合本章的理论方法给出一至二个案例，介绍如何进行数据处理和数据分析，其目的是让学生能根据实际问题，运用相应的软件模块，进行数据处理和分析；“思考练习题”主要是体现统计基本理论和方法的练习题，其目的是让学生通过练习掌握统计的基本知识；“实务操作题”主要是给出一两个案例，要求学生课后运用软件处理和分析这些实际问题，其目的是让学生能根据实际问题选择相应的软件功能模块进行数据处理和分析。
3结论与建议
一、高中生物新课程实验教学实施情况
高中生物新课程5个模块中未做或未演示的实验高达53%，仅有16%的实验进行了学生分组实验，近1/3的实验则通过教师演示或多媒体演示来开展。这表明，新课程背景下高中生物实验教学的“打折”现象仍然非常严重，生物实验教学的开展情况不容乐观。
图1显示的是不同模块实验实施情况，由图可见，必修1模块实验中分组实验所占比例最高，达到26.4%；未专业提供论文写作、写作论文的服务，欢迎光临dylw.net做或未演示的比例最高的分别是选修1和选修2模块，达到76.0%和65.6%。当然，这与模块自身设置的实验内容与类型是分不开的，必修部分多为验证性和观察类的传统实验，而选修模块大多是操作难度系数较大的新增实验。
高中生物新课程实验可以划分为验证性实验、模拟性实验、探究性实验、调查性实验等。调查中发现，不同类型实验的实施情况是不均衡的，实施情况最好的是验证性试验，探究性实验和模拟性实验的比率相对较低，而需要组织学生外出进行的调查性实验的比率则趋近于零。可见，新课程倡导探究性学习，但真正有效实施探究性实验教学仍需一段较长的过程。
二、影响高中生物新课程实验教学实施的因素
1.教师的主观因素。
（1）教师实验教学观念落后。在收集到的有效问卷中，有71.3%的教师认为实验教学目的是巩固理论知识、培养实验技能和操作能力，有27%的教师认为除了完成以上教学目的外，还应培养学生良好的科学实验习惯和态度，仅有1.7%的教师提到在实际教学中应注意学生创新意识和创新精神的培养。由此可见，大部分高中生物教师的实验教学观念仍停留在重知识巩固、轻能力培养层面上。
（2）教师缺少对实验教学的研究。由于我国长期以来不重视生物实验教学，教师对实验教学缺乏研究，导致教师对实验设计、实验操作以及实验结果的分析能力普遍较差，对如何顺利组织、实施实验教学力不从心。如必修三中的“土壤中动物类群丰富度的研究”实验，就要求教师熟知动物分类知识体系，但大部分教师由于缺乏研究，无法对常见土壤小动物进行正确分类，导致这一探究活动的开设率趋近为零。
（3）教师缺乏科学探究意识和能力。传统的生物学实验教学都是“照方抓药”、“依葫芦画瓢”，实验时按部就班，教师和学生都已养成了惰性，而且在实验前学生通常是已经知晓实验结果，因此主观能动性和学习兴趣无法发挥。但是新课改后，新教材与以往的老教材相比，内容变化较大，特别是新教材为了提供学生更多的科学探究机会，有些实验未给出现成的实验方案，如必修三“探究营养液中酵母种群数量的动态变化”实验，需要教师引导学生设计实验方案，放手让学生自己动手实验。试想一下，如果教师自身都缺乏科学探究的意识和能力，这类实验的教学活动能组织得起来吗？
（4）教师为应试而教。受高考影响，实验教学不可避免也“沾染”了高考功利性。诚然，从应试层面来看，对一些识记性内容的掌握不需要通过动手实验也能达到好的效果。例如，2009年高考福建卷第1题就明显具有这样的特点：
（2009年福建）1.下列对有关实验的叙述，正确的
是（ ）：
A.在观察洋葱细胞有丝分裂实验中，将已经解离、漂洗、染色的根尖置于载玻片上，轻轻盖上盖玻片后即可镜检
B.对酵母菌计数时，用吸管吸取培养液滴满血球计数板的计数室及其四周边缘，轻轻盖上盖玻片后即可镜检
C.在叶绿体色素提取实验中，研磨绿叶时应加一些有机溶剂，如无水乙醇等
D.检测试管中的梨汁是否有葡萄糖，可加入适量斐林试剂后，摇匀并观察颜色变化
由于高考专业提供论文写作、写作论文的服务，欢迎光临dylw.net应试的功利心理，导致教师指导学生观察或动手实验时，只要求学生机械记忆仪器名称、实验步骤、现象要点和结论，把生动活泼的实验活动变成僵硬呆板的条条框框，抹杀了学生学习生物时的个性思维，学生只是简单地从识记中获取知识，学习毫无开创性可言。
2.外在的客观因素。
（1）实验课时不足。与旧教材相比，高中生物新教材增加了较多的实验内容，其中福建省考试说明中要求的必修模块的学生实验就有16个。而部分学校在高二才开设生物课，有的学校还因为其他高考学科课时紧张而削减了生物学科的课时，因此，如果要每个实验都做或多数实验都做的话，就很难完成正常的教学任务。
（2）实验实施难度系数大。高中生物新课程提高了学生实验的要求，如新教材中安排了多个对室外环境生物或有关生命活动进行调查的活动，这些活动不论从组织安排，还是从活动所需的时间、经费、安全问题等，都需要事先精心的安排，实施难度大。
（3）实验教学安排不合理。目前高中班级人数普遍较多，几十人一起做实验，实验课堂很容易变成“菜市场”，由于人多，教师只能走马观花地指导实验，大部分时间则用在了维持课堂秩序上，不能及时发现和解决实验过程中出现的问题，实验教学的实效性很低。
（4）实验员整体素质不高。新课程中生物实验内容大幅度增加，实验教学的目标要求多样化，因此实验准备工作相当复杂。但目前总体来看，生物实验员整体素质不高，学历层次较低，工作责任心不强，远未能满足新课程的要求。
（5）实验条件设备不足。很多学校在财政许可的情况下并没有增加实验教学经费支出，改善实验条件和实验设备，导致实验不能正常开设。如生物培 养箱、干燥箱等生物实验常用的仪器，大部分学校都未给予配备。而一些条件较差的地区和农村学校，连学生分组实验用的锥形瓶和试管都供应不足。此外，某些生物实验的实专业提供论文写作、写作论文的服务，欢迎光临dylw.net施还受到实验材料供应的影响。如观察“细胞质流动实验”实验，教材建议使用的实验材料是黑藻，但大部分学校周边的池塘中很难找到黑藻，因材料缺乏，实验不成功的现象也很普遍。
新的实验教学内容和较高的要求迫切需要高中生物教师切实转变实验教学观念，加强实验教学研究，对于条件及设备供应不足的实验，应积极寻找替代实验材料，或改进实验方案和教学设计，尽可能多地创造条件让学生参与实验过程，使学生在动手操作的实践过程中有所体验和发现，真正促进高中生物实验教学的有效开展。
参考文献：
[1]高玉娟.谈中学生物新课标教学[J].教学研究，2010，（9）：38.
[2]陈继青.优化与开放生物学实验教学的思考[J].中学生物学，2007，23（3）：26-27.
关键词：翻转课堂；实验方法与数据分析；设计；实施
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0165-02
一、绪论
翻转课堂（Flipped Classroom或Inverted Classroom），也叫颠倒课堂，就是将传统的教学模式、教学习惯（老师上课讲解，学生回家做作业）发生翻转，学生课前在家里通过观看教师创建的教学视频而学习新的内容，课上老师与学生相互交流、分享学习的心得以达到教学目的的一种教学形态[1]。
翻转课堂重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生。这种教学模式下，课堂内的宝贵时间，学生能够更专注于主动的基于项目的学习，共同研究解决问题，从而获得更深层次的理解。教师不再占用课堂的时间来讲授信息，这些信息需要学生在课后完成自主学习，他们可以看视频讲座、听播客、阅读功能增强的电子书，还能在网络上与别的同学讨论，能在任何时候去查阅需要的材料。翻转课堂模式是大教育运动的一部分。互联网尤其是移动互联网催生“翻转课堂式”教学模式[2]。
翻转课堂作为一种“舶来品”信息化教学模式，目前对于“翻转课堂”的研究与应用由原来的起步阶段发展为快速发展阶段[3]。
科学的实验设计和实验结果统计分析是科学实验中不可缺少的部分，是根据实验结果得出正确结论判断时必不可少的理论依据，是现在研究成果发表中必不可少的组成部分。数据统计分析能力是科技、工程、检验等领域人才必须掌握的基本能力之一。
“实验方法与数据分析”课程是关于实验前进行科学、合理的实验设计和实验后对实验数据进行科学处理的理论、方法的课程。课程已经开课多年，在教学中，关注实用性，简化理论推导，突出理论整体理解和掌握，重点教授利用软件完成实验设计和数据分析。
“实验方法与数据分析”翻转课堂课程建设的目的是针对课程中有较多专业软件实际操作内容、应用性强等特点，改变教学模式，针对不同教学内容特点，分别采用集中教学、集中讨论和视频教学三种教学方式。理论部分集中教学使理论掌握扎实；算例采用课后筛选集中讨论，使学习和专业课题结合，更好地为把实验设计方法和数据统计应用到后续课题研究中做准备；实验设计和数据分析软件实现部分采用视频教学，使学生机动灵活跟随教师的讲解，针对自己的算例，实时实际在电脑中进行专业软件操作。从而总体教学达到使学生充分理解掌握理论，紧密结合专业课题，熟练使用SPSS、mintab等专业应用软件，使学生具备数据统计分析素养，在研究生课题完成中能学以致用，科学地使用实验设计与数据处理知识，并应用在以后的工作学习中。本文主要针对第三部分即软件实现部分的教学内容进行翻转课堂教学设计和实施，并结合第二部分筛选的与专业有关的算例及习题进行具体教学。
二、翻转课堂教学设计
以课程第四章统计假设检验与参数估计内容为例完成具体的设计与实施，首先设计教学过程如下：
1.将课件内容按主题分解成10张PPT左右的小课件并完成视频录制。课程视频是为了学生课前方便、灵活学习。按学习规律，人每一段学习注意力集中只能保持10分钟左右，所以视频长短控制在10分钟左右，保持高效学习状态。现在学生都有智能手机，随时可以观看视频，化整为零，可以利用等车、排队等小块时间灵活学习。在视频中间加提问，学生答对问题才可继续观看，在视频结尾加提问，学生答对问题才记录视频完整观看。
2.提前一周左右发课件和视频给学生，要求学生完成自我学习并完成例题软件操作。学生按个人信息登录后看视频学习，并回答视频中的问题，教师可以通过平台数据了解学生观看时间、是否完整观看等情况。问题是要回答正确才能继续观看并完成整个视频。学习后完成例题，自己参考课件、视频内容自行用软件完成，并提交相关数据和结果文件到指定地址。
3.课堂转换到计算机教室上课，课上讨论学习过程中的主要问题，进行答疑并重点讲解重要内容。上课收集同学学习中的问题，并针对有共性的和关键学习点进行重点回答和讲解。并系统重点讲解主要和难点内容。
4.学生课上完成习题。课堂答疑和讲解内容完成之后留习题让学生实际操作，并允许同学互相讨论，同学之间讨论解决不了的老师再统一答疑。
5.学生课后继续完成习题并复习。课堂教学结束之后布置同学继续完成课后习题，并通过习题练习复习所学内容。
总之，通过上面步骤，将课程内容学习放在课前学生自行完成，课上完成讨论、重点讲解和课上习题练习，课后学生完成课后习题练习巩固学习内容，这样将学习和练习进行了翻转，充分发挥学生的自主性，通过三次重复学习强化学习效果。
三、翻转课堂教学实施
1.将课件内容按主题分解成10张左右的小文件并完成视频录制。按主题分解第四章讲解内容，满足主题突出、内容专一并讲解时间控制在10分钟左右。采用的录制软件是Office2013和Office Mix，最后生成MP4格式视频文件。具体分解主题如表1所示。
2.提前一周左右发课件和视频给学生，要求学生完成自我学习并完成例题。通过完成例题的情况反馈出学生基本完成视频观看，并基本掌握学习内容，可以按照例题过程完成例题的软件操作。也有集中的问题出现，主要是成组和成对资料的假设检验有混淆。
3.课堂转换到计算机教室上课，课上讨论学习过程中的主要问题，进行答疑并重点讲解重要内容。根据同学反馈，集中重点讲解理论：统计假设检验的意义和基本原理；以单个样本平均数的t检验为例重点讲解软件操作过程和数据结果的解读；重点对比讲解单个样本平均数中u检验与t检验的区别和两个样本平均数假设检验中成组资料与成对资料的区别。
4.学生课上完成习题。最后15分钟左右，学生开始完成习题，集中问题还是前面强调的两个不同区别，经再次反复强调明确，加深理解逐渐不再混淆。
5.学生课后继续完成习题并复习。课后继续完成习题基本正确，说明基本掌握了本章学习内容。
四、翻转课堂教学效果
通过最终期末考试和学生调查反映，这种翻转教学模式使学生理解重点理论透彻、清楚，数据检验软件操作完全掌握。尽管看似多花了时间，但时间很灵活，可以自行安排，学习效率高，省去了课后自己摸索完成软件操作的时间，实际上是节省了时间。说明对于这种侧重应用和重点需要掌握软件操作的课程，翻转课堂教学模式效果好于传统单纯课堂讲解和课堂演示软件操作的教学模式效果，值得大力推广。
参考文献：
[1]朱宏洁，朱S.翻转课堂及其有效实施策略刍议[J].电化教育研究，2013，（08）.
摘要：本文介绍了我校对计算机硬件实验课程体系及实践教学环节进行的改革，建立了“基础层－应用层－提高层”三层体系结构的硬件课程群实验体系，并对多层次、系列化的硬件实践教学模式及训练模式进行了探讨。
关键词：硬件课程群；实验体系；实验内容；实践能力
中图分类号：G642
文献标识码：B
我校计算机专业自99级开始进行了较大规模的扩招，但由于师资力量跟不上、实验条件和实验内容相对落后等原因，造成计算机硬件教育存在层次单一、教学内容滞后、理论与实践脱节等问题，学生普遍存在着“重软怕硬”的现象，毕业后硬件设计能力差，软件开发缺少后劲。为提高学生的硬件动手能力，增强毕业生的社会适应性，学院自2002年开始进行计算机硬件课程群建设及相应的硬件课程群实验体系建设，包括“计算机组成原理”等九门硬件课程及5门相关的实践课程。本文对我院计算机硬件课程群实验体系建设及硬件实践教学环节的改革进行了探讨与总结。
1构建科学完整的硬件课程群实验体系
在原有的课程体系下，我院为本科生开设的硬件实验教学课程有“数字逻辑实验”、“计算机组成实验”、“微机接口实验”、“单片机实验”。由于实验条件的限制，各课程实验内容相对独立，综合性、系统性较差；尚有部分硬件主干课程没有对应的实验课程，如系统结构。实验课程体系存在诸多问题。
(1) 缺乏对学生系统设计能力的培养。传统的硬件设计和软件设计相分离的设计方法成为阻碍设计和实现复杂、大规模系统的关键因素。系统平台的搭建、软硬件的协同设计验证和软硬件功能模块的可重用性已成为现阶段设计方法的热点。培养学生具有系统设计的思想成为当务之急。
(2) 缺乏对学生可编程芯片设计能力及EDA技术的培养。可编程芯片与EDA技术是现代电子设计的发展趋势，将可编程芯片设计及EDA技术引入实验教学中是时展的需要。
(3) 缺乏综合性的实践课程，学生的创新能力发挥受限。由于实验条件限制，原有的多数实验是基于纯硬件逻辑设计的，只是在面包板上用器件构建小系统，功能扩展性差；并且只能开设数量有限、技术含量较低的实验，学生无法开展自主的综合性设计，无法进行创新能力的培养。
为此，经过充分调研和论证，我院首先从修改03级教学计划入手，对课程体系中的多门课程进行了调整，同时理顺各门课程间的关系，构建起了新的硬件课程体系。该课程体系由必修课程、选修课程及配套实践三部分组成。必修课包括“组成原理”、“接口技术”、“系统结构”等基础课程。为适应社会需求，在选修课中删去原有的“诊断与容错”等一些过时的课程，增加“数据采集”、“计算机控制技术”、“嵌入式系统”等社会需求较强、实用价值高的应用性课程，同时新开了“模型机设计与组装”、“硬件综合实践”等实践课程。在07版教学计划中，又新增了“DSP原理与应用”、“嵌入式系统实践”等新课程，保证课程体系的实用性与先进性。
硬件系列课程从体系结构上划分为三个层次：基础层、应用层和提高层，其课程间的关系如图1所示。基础层为“数字电路”与“组成原理”。“数字电路”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；“组成原理”介绍计算机的基本组成和工作原理，解决整机概念；通过“电工电子实习”与“模型机设计与组装”两门实践课程，强化学生的硬件动手能力。在应用层中，通过“接口技术”介绍应用层的接口和相关外设，以“嵌入式系统”等四门实用性强的课程作为选修课，每门课程都配有相应的实验环节，并通过“硬件综合实践”、“嵌入式系统实践”强化学生对基础知识的掌握和综合应用。提高层为“系统结构”及“性能测试与分析”实践课程，通过学习和实践，能够使学生比较全面地掌握计算机系统的基本概念、基本原理、基本结构、基本分析方法、基本设计方法和性能评价方法，并建立起计算机系统的完整概念。
在硬件课程群实验体系建设过程中，突出强调课程体系的系统性和完备性。从第1学期到第7学期硬件实验不断线，层次逐步提高，实验内容衔接连贯。注意各硬件实践的相互次序和互补，使硬件实践训练层次化、系列化，以此来系统强化学生的硬件动手能力。同时调整各课程的开设顺序，理顺每门课与前导课和后续课之间的关系，从而保证硬件课程体系的系统性和完备性。
注：所有必修课程与选修课程均开设课内实验，包括验证实验(20%)、设计实验(80%)；实践课程单独开设，包括综合实验(80%)、探索实验(20%)。
2改革实验教学内容与模式
计算机硬件系列课程的重要特点之一是工程性、实践性强。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开发能力，应在实验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，我们对该硬件系列课程的实验教学内容和教学模式进行了改革创新。
2.1优化实验内容，引进实验新技术，提高硬件设计的效率和兴趣
随着计算机硬件技术的日益发展，各种各样的微处理器不断更新，功能不断增强，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了惊人的发展，嵌入式系统设计也逐步成为主流。为了使学生跟上时代潮流，了解最新技术，需要不断引入新设备、新技术，提高硬件设计的效率和兴趣。如更新的“组成原理”和“系统结构”实验台，通过RS232串口与PC机相连，可在PC机上编程并向系统装载实验程序，还可在PC机的图形界面下进行动态调试并观察实验的运行，使学生像设计软件一样来设计硬件，做到了硬件设计软件化，大大提高了硬件设计的效率和兴趣。“模型机设计与组装”，将CPLD和FPGA等技术引入，用CPLD来设计复杂模型机。“汇编语言”和“接口技术”补充Windows下设备驱动程序的设计与实现，增加PCI、USB的应用等内容。“系统结构”通过局域网组建小型的微机机群，研究探索多处理机操作系统，试验并行程序的运行与任务分配调控等功能。为适应当前嵌入式芯片的迅速普及应用，新开设了“嵌入式系统设计”课程设计。针对学生已学过多门硬件课程，但仍不能完成一个完整的、可独立工作的计算机系统设计问题，新开设了“硬件综合实践”，使同学亲自体会设计一台微型计算机系统的全过程。
2.2建立“验证型－设计型－综合型－探索型”的多层次实践教学模式
在实验教学内容的改革上，本着“加强基础、拓宽专业、注重实践、提高素质”的方针，将实验项目分为4类，即验证型、设计型、综合型、探索型,实验项目由浅入深，循序渐进。在所有硬件必修和选修课程中，全部开设课内实验。课内实验由验证实验(20%)、设计实验(80%)组成。所有实践课程都单独开设实验，包括综合实验(80%)、探索实验(20%)。这样，课内课程中开设“验证型”和“设计型”的实验，在后续课程设计中，开设“综合型”和“探索型”的实验，形成“验证型－设计型－综合型－探索型”的多层次实践教学模式，系统强化学生的综合设计和硬件动手能力。
在验证型实验中，注重使学生巩固基本理论，进一步掌握基本概念和基本技能。在设计型的实验中，注重培养学生的创新意识、设计能力和动手实践能力。在这一类实验中，以学生动手为主，教师辅导为辅，只给定实验的课题及达到的目的，中间过程需学生自己去查阅资料和设计方案，直至最后调试完成。在综合型实验中，注重培养学生综合运用所学知识的能力，使学生受到更为实际、更加全面的科学研究的训练。综合实验的特点是没有现成的模式可循，学生需要独立完成硬、软件设计和调试。在调试过程中，学生自己动手分析解决实验中出现的问题，虽然有一定的难度和深度，但对学生很有吸引力，能使学生从应付实验变为主动实验，不仅提高了基本操作技能，也发挥了学生的主观能动性和创造性。课程设计的部分内容属于探索型实验，学生可以自主选择感兴趣的课题及相关开发工具，写出设计书，交给指导教师审核后实施。在这一过程中，学生需要查阅大量的资料，培养了学生的自学能力、研究设计能力、独立分析问题及解决问题的能力和创新能力。
2.3确立“系列化硬件实践训练”方案
硬件实践训练由“课程实验－课程设计－综合训练－毕业设计”四个系列组成。课程实验――所有硬件课程都开设。课程设计――在“嵌入式系统”、“组成原理”等重点课程中开设，在这些课程的课内实验中进行部件或模块实验，在课程设计中进行综合性、创新性设计。综合训练――通过“硬件综合实践”展开。该课程安排在大四开设，是一门综合性设计实践课程，也是对前面所学课程的一个全面应用和总结，在硬件课程群建设中起着“总练兵”的作用。通过让学生亲自设计一台小型计算机控制系统，包括计算机的各个部件和功能，“麻雀虽小，五脏俱全”，旨在让学生真真切切感受到如何设计一个可独立工作的计算机系统，强化和提高学生的综合实践能力，培养学生的创新思维和创造能力。毕业设计――每年精选一定数量的硬件毕业设计题目，提供实验场所、设备及材料，让对硬件感兴趣的同学去实现自己的设计，放飞自己的理想。学生以接近于实际应用环境，完成高质量综合设计为训练手段，以掌握计算机硬件结构与应用系统设计作为主要训练目的，使学生对计算机的整个硬件系统有较全面、较系统的掌握。要求学生能够根据需要设计出一定规模的计算机硬件应用系统实例，从模板设计、制作、总线的走向、计算机部件选取、工作原理的分析、部件在模板上的部局、部件的焊接、运算能力的调试、结果正误的判断分析等流程的设计到具体的制作，直至最后写出毕业论文，使学生建立系统的概念与工程的概念。
3结束语
上述改革取得了令人满意的效果。大学生对计算机硬件实验课程学习的兴趣增强了，实验室开放期间，有更多的学生走进了硬件实验室。在毕业设计时，有更多的学生选择了与计算机硬件系统设计和开发相关的课题。学生做完硬件综合实习和硬件毕业设计课题后，普遍充满自豪感和成就感，感到硬件设计及底层软件开发不再可怕。通过这样的训练，提高了其综合设计能力和创新能力，同时也锻炼了他们的团队合作精神，步入单位就能直接胜任计算机应用系统设计、开发的工作，实现高校、学生、用人单位等各方面的多赢。同时我们也应该看到，随着新技术的不断发展，计算机硬件系列课程及其实验体系的建设和实验内容的改革是一项长期不懈的工作，需要不断完善。
参考文献
[1] 罗家奇,李云,葛桂萍等. 计算机硬件系统实验教学改革的研究[J]. 实验室研究与探索,2007,26(8):98-99.
[2] 武俊鹏,孟昭林. 计算机硬件实验课程体系的改革探索[J]. 实验技术与管理,2005,22,(10):107-109.
关键词：数字逻辑;实践教学;课程体系;实验创新
中图分类号G642.423;TN79+1 文献标志码A doi:10.3969/j.issn.1672－4550.2016.02.037
数字逻辑课程是电子信息类专业的基础必修课，是各个专业的入门硬件课程，在课程体系中起着支撑作用。数字逻辑课程的主要内容是数字逻辑电路的分析与设计，分为组合逻辑和时序逻辑两个主要部分［1］。由于课程的主要理论知识都是在硬件电路的基础上进行讲解的，因此数字逻辑课程实验是课程教学的一个重要环节，只有有了有效的实践环节才能保证理论知识的真正掌握，让学生能够灵活地进行数字电路的设计和分析。
1计算机专业数字逻辑课程的特点
对于计算机专业来说，数字逻辑课程是计算机组成原理、系统结构、嵌入式系统等课程的先导课，有着很重要的基础支撑作用［2］。相对于其他电子类专业来说，数字逻辑课程在计算机专业的课程体系、教学内容和实验环节上有着自身的特点。
1.1数字逻辑是整个课程体系的基础之一
传统的计算机专业课程体系的层次分为计算机专业基础类课程、计算机软硬件理论基础类课程和计算机应用技术类课程［3］。该层次是按照课程的内容和应用来划分的。从目前比较强调计算机系统能力培养这一角度出发，计算机课程可分为计算机系统基础课程、重组内容的核心课程和侧重不同计算系统的若干相关平台应用课程［4］3个层次。不管是传统的层次还是系统能力培养的角度，数字逻辑都是一门基础课程，被放到课程体系的重要位置。从课程内容和应用来说，数字逻辑以离散数学为理论基础，是计算机硬件系列课程的入门和起始，向后衔接了计算机组成原理等课程;从系统层次来说，数字逻辑是计算机底层系统具体实现的基础，为计算机软硬件系统理论提供底层硬件支持。
1.2数字逻辑以计算机硬件设计为目标
计算机专业教学不仅仅要求学生会使用计算机，还要求能够理解计算机系统硬件的工作原理，并能够设计计算机系统。这是计算机专业区别于其他专业的一个主要特点。因此，数字逻辑课程的教学是以计算机硬件设计为目标的，实验教学过程中也会比较偏向计算机相关部件的介绍，比如算术逻辑单元ALU、寄存器堆的设计、状态机等，为后续计算机组成原理课程提供基础［5］。
1.3以系统设计为主的教学以及实验内容层次跨度大
数字逻辑课程安排的内容从基本的门电路到复杂的系统设计都有所涉及，课程内容以及实验安排都有着比较大的跨度，要求学生能够理解基本的电路理论知识，更重要的是能够设计和分析数字电路。在具体的教学和实验过程中，门电路的内部构成，比如三极管如何工作等内容，并不作为主要的介绍对象，只需要学生了解即可;而高层次的电路系统设计则被作为一个重要内容，如何分析和设计这些电路是课程和实验主要关心的内容。1.4数字逻辑是理论和实践结合的课程数字逻辑课程的主要内容是介绍一些具体的数字电路，包括组合逻辑电路和时序逻辑电路，其理论知识都有着实际对应的硬件电路实现。因此，数字逻辑是一门实践性很强的课程，如果没有实际的动手操作过程，是很难更好地理解课程中的理论知识的。
2数字逻辑实验教学
由于实验是数字逻辑课程不可或缺的组成部分，各高校的数字逻辑课程基本上都安排了相应的实验教学内容，根据具体情况不同，所使用的实验模式、实验技术和实验内容有所不同。
2.1实验模式选择
传统的实验模式是使用具体的实验硬件设备，学生通过在具体硬件设备上操作来完成实验内容。目前，国内有很多高校和厂家都有相应的实验设备。另外一种实验模式是采用虚拟化的方案，利用计算机仿真、虚拟现实等技术对实验教学内容进行模拟，从而达到降低实验教学成本，提高教学质量的目的［6］。目前，国内有很多所高校都在进行这方面的尝试［7］。它可以通过网络完成远程教育、网络教学的实验教学任务［8］。通过虚拟化实验可以解决实验经费、实验设备不足等问题，并且实验更新也比较方便快捷，但是虚拟化实验有着比较严重的问题:学生对具体硬件电路没有切身体会，缺乏直观印象;虚拟实验很难准确地仿真实际硬件工作情况，比如毛刺的产生、按键的抖动等;通过模拟，学生难以对硬件进行调试，无法培养他们的实际操作能力。对于数字逻辑课程的学生而言，因为是初次接触硬件，对硬件还没有直观的了解，缺乏切身体会，所以实际的硬件操作是非常必要的。在课程实验中，我们选择了传统的实验模式，使用具体真实的硬件实验设备，强调实际动手操作的过程，帮助学生更好地建立起硬件的概念，同时作为辅助，实际硬件实验之前，使用仿真软件进行实验的模拟，提高实验的效率。
2.2实验技术与设备
目前，国内高校的数字逻辑实验教学中使用的硬件设备主要采用两种方式:1)传统的使用小规模通用逻辑器件，比如74系列的芯片进行电路搭建拼装实验，要求学生按照实验内容根据给定的芯片进行逻辑设计［9］。这种方式需要学生设计并实际动手连接电路，同时使用仪器进行调试，有着很好的亲身体验过程。通过这一过程可以很好地提高学生的操作和调试能力，但是由于是给定的芯片，学生的设计受到一定的限制，限制了自由发挥的空间。2)采用可编程芯片进行实验。在EDA软件平台上使用硬件描述语言进行数字电路的设计，由EDA工具自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作［10］。使用这一方式可以使学生摆脱传统方式中繁琐的物理连线与查错，同时逻辑设计及实现有了更自由地发挥空间，可以进行更高层次的设计。但是这一方式由于主要是在软件上进行设计，使学生缺乏对实际硬件电路的直观认识，并不利于学生动手能力的培养。这两种方式各有优缺点，第一种方式是第二种方式的基础，只有有了实际的硬件直观印象和动手能力，才能更好地进行第二种方式的设计。因此，在实际的实施中，所使用的实验设备上既保留了小规模的电路搭建实验，也引入了可编程实验。
2.3实验部署
在具体的实验安排部署上，主要遵循从易到难，从门电路到复杂电路的设计规律，实验内容也分为组合逻辑和时序逻辑两个方面，都会有加法器、计数器等经典实验内容。所安排的具体实验内容和具体实验操作有一定的差别，采用实际硬件设备的一般会安排仪器使用和门电路特性实验，采用可编程器件的都会安排一些设计性比较强的实验内容。
3数字逻辑实验实施
在数字逻辑课程实验教学中，针对学生的学习层次和兴趣，结合计算机专业特点和课程需要，我们对数字逻辑实验的课程体系、实验内容等进行了一系列的改革和探索，实验教学过程强调层次化教学，强调创新能力和系统能力培养。
3.1课程体系
在课程体系上，设置了不同的实验和理论课程，如图1所示。开设了数字逻辑实验课，将实验从理论课中分离出来，形成一门独立的实验课程。该课程依托于理论课程，专注于数字逻辑的基础实验内容，要求所有的本科生都必须选修，通过该课程可以帮助学生夯实数字逻辑基础，为今后的专业课程，如计算机组成原理等课程学习打下基础。在理论课程的设置中，为了满足学生对数字逻辑的不同需求，设置了两个不同层次的课程，一门是数字逻辑课程，为传统的教学内容，满足基本的专业教学需要;另一门课程是数字逻辑设计课程，针对那些对硬件设计感兴趣的学生，不仅包含了数字逻辑的内容，而且增加了很多课程设计，需要学生投入较多的精力，完成一些复杂的实验内容。这两门课程在教学计划上是并列的，学生只需要选修一门即可。
3.2实验设置
基于上述课程设置，在实验内容的设置上各门课程有着各自的需求和特点，下面主要介绍各课程的实验安排与实验设备。3.2.1数字逻辑实验数字逻辑实验课程是学生的必修环节，也是学生的第一门硬件实验课程。在实验教学中主要强调基础实验内容和实际动手操作能力，培养学生科学的实验方法和良好的实验习惯，因此，在实验安排上设置了很多插接线路的内容，要求学生使用仪器进行硬件调试，在实验过程中掌握一般的数字电路设计和调试方法;同时也设置了一部分可编程器件实验，让学生接触一些先进的硬件设计方法。实验内容安排如表1所示。实验设备采用我们自行设计的硬件设备，如图2所示。该硬件设备整合了小规模通用逻辑器件的连线实验与可编程逻辑器件实验，采用了方便简捷的连线方式，结构简单明了、操作方便、实用性强，非常适合于进行数字逻辑基础实验。该实验设备保留了74系列芯片的实验内容，让学生通过实际搭接电路对硬件操作有直观认识，同时要求学生在实验预习时使用仿真软件对设计的电路进行仿真。在连线方式上放弃了以往面包板连线的方式，采用成品连接端子和连接孔，不需要学生再进行剥线，线路连接起来也更加方便。我们在实验设备上加入了可编程逻辑器件，实验教学中也引入了相应的实验内容，要求学生使用可编程器件完成通用逻辑器件的实验，体会两种设计方式的区别。3.2.2数字逻辑数字逻辑课程是传统的理论课程，适用于所有的本科学生，由于已经有了数字逻辑实验课程，因此课程只安排了一个课程设计“彩灯创意无限”。该课程设计是一个创新创意实验，要求学生使用发光二极管或灯阵完成一个有可展示度的设计［11］，强调设计的创意。在课程设计中，学生可以使用实验设备上提供的点阵，也可以自己制作电路板。学生通过彩灯实验，完成了很多精彩的实验，如贪吃蛇、数字魔方、3D立体图形等。3.2.3数字逻辑设计选修数字逻辑设计课程的学生大部分都对硬件设计有兴趣。课程除了更深入的理论课程教学以外，课程的后半时段专门安排为实验课，让学生进行一些复杂的数字电路实验设计。在实验过程中也是采用具有更大规模可编程逻辑器件的实验设备，如图3所示。该实验设备为远程硬件统一平台［12］，有着丰富的资源和接口，可以让学生有很大的设计自由度。在具体的实验教学中，先期安排几个简单的、基本的实验内容，包括点亮数字人生、VGA显示、键盘输入，主要目的是让学生熟悉实验设备。然后，将学生分组进行课程设计实验，具体实验内容是学生自主设计的，要求他们充分发挥自己的创造性和想象力，完成一个较大规模的数字电路设计。在实验过程中，包括选题、方案设计、具体实验各个方面，都需要教师进行针对的指导，以便引导学生顺利地完成实验设计，因此实验教师的工作量较大。通过这几年的实验教学，学生完成了很多创新性的内容，比如图像识别、音频播放、游戏、智能车等，使学生的硬件设计能力得到了显著的提升，同时，课程也深受学生的欢迎。
3.3实验教学效果
在实验教学的改革和探索中，根据学生的特点对学生进行不同层次的培养，在数字逻辑实验课程中巩固了基础内容，在数字逻辑设计课程中对有兴趣的学生进行更高层次的培养，在数字逻辑课程中通过创意实验来提高学生对硬件的兴趣，实验教学的整体水平得到了提高。通过几年的教学，学生的计算机硬件设计能力和学习兴趣都有了普遍的提高，对于后续课程的帮助是很大的。在计算机组成原理课程中，学生反映数字逻辑课程的实验对他们完成组成原理课程实验起到了很大的作用，尤其是选修了数字逻辑设计课程的学生在以后的实验中更显得游刃有余。
4结束语
数字逻辑是一门实践性很强的课程，在计算机专业的课程体系中占据着重要的基础地位，课程的教学和实验有着计算机专业的特点，因此，我们在实验教学过程中需要不断地探索和改革，通过不同的课程实验适应学生的需求，从而更好地衔接后续的专业课程，形成一个系统的实验教学体系，培养学生的计算机系统综合能力。
参考文献
［1］王尔乾，杨士强，巴林凤.数字逻辑与数字集成电路［M］.北京:清华大学出版社，2002.
［2］李永华，李国.计算机专业《数字逻辑电路》实验教学探讨［J］.实验室科学，2008，11(1):37－38.
［3］邹金安，林建兵.计算机专业课程体系建设的研究与实践［J］.高教论坛，2009(1):50－52.
［4］王志英，周兴社，袁春风，等.计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究［J］.计算机教育，2013(9):1－6.
［5］唐志强.计算机专业数字逻辑实验的改革与创新［J］.实验室研究与探索，2013，32(10):182－184.
［6］孙建国，武俊鹏，张国印，等.数字逻辑虚拟实验教学研究［J］.计算机教育，2009(8):87－89.
［7］曾正军.基于Web的数字逻辑虚拟实验平台的设计与实现［J］.计算机时代，2006(1):32－33.
［8］宋善德，何力，欧阳星明，等.数字逻辑虚拟实验系统的研究与设计［J］.计算机工程与科学，2004，26(7):79－81.
［9］林小平，刘艺.开设“数字逻辑”综合设计性实验的探索［J］.广东工业大学学报(社会科学版)，2002，2(4):52－54.
［10］吴淮，吉家成，米源.高校《数字逻辑》实验教学探讨［J］.实验科学与技术，2013，11(6):284－286.
［11］田淑珍，杨士强.在硬件实验中培养学生的创新实践能力［J］.计算机教育，2012(19):39－41.
关键词：实践教学；计算机工程；硬件课程教材设计；嵌入式系统
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1672-5913 (2007) 24-0029-03
1引言
2005年底，我国高校有771个“计算机科学与技术”专业点，44万多在校生。根据各校的办学理念和培养目标，本专业又可分为五个专业方向：计算机科学、计算机工程、软件工程、信息系统和信息技术。各个方向的课程设置及教学要求均有所侧重，对于传统的工科院校中的计算机应用技术专业而言，其方向介于计算机科学(CS)和计算机工程(CE)之间，且更偏向于计算机工程。计算机工程方向是计算机科学与电子工程的交叉学科，电类基础课程较多，大多数院校均开设电路与系统、电工电子学等相关课程。此外，计算机硬件系列课程包括数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构三门核心课程。
从根本上讲，计算机学科是一门技术学科，工程技术的含义远大于科学的涵义，因而本专业具有实践性非常强的特点，强调实践教学体系。许多优秀的计算机专业学生(例如比尔・盖茨)的成长历程也说明了计算机实践能力培养的重要性，因此新世纪的计算机教育不仅要重视扎实的专业基础理论学习，更要强调硬件开发、软件设计的能力培养。
2中外计算机专业硬件课程实践教学对比
为探索工科院校计算机专业硬件系列课程实践教学改革的方向及实施方法，本文分析了美国斯坦福大学、马里兰大学计算机工程专业的课程设置及实践课程规划，将其与哈尔滨工程大学计算机科学与技术专业的本科生培养计划进行比较，详细结果如表1所示。表2列出了这几所典型大学计算机专业硬件相关课程实践学时与理论学时的分配情况。
表1 几所典型大学计算机工程专业硬件相关课程
表2 几所大学计算机工程专业硬件相关课程实践学时分析
通过表1和表2的结果可以看出，我们目前的课程设置情况是合理的，与国际领先大学的计算机工程专业课程设置相符。对于计算机工程专业普遍开设的三门硬件系列课程数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构均开设了相应的课内实验或课程设计，对理论课所传授内容的补充和深化，不但增强学生对课程的理解，同时加强了学生的工程实践意识，培养学生从事计算机工程相关工作的能力。本专业学生需要学习数字系统和计算机系统的相关知识以及软件设计方面的知识，前者包括数字逻辑设计、计算机组织、计算机体系结构及对程序设计的支持，后者包括操作系统、编译器以及程序设计语言的组织等理论。
然而，进一步分析比较各高校的实验与课程设计的内容可以发现，我们目前的实验内容设置和课程设计项目设计还比较陈旧，没有及时根据业界技术的发展进步进行调整，因而未能给理论课提供有力的支撑。综上所述，我们认为我国高等学校计算机专业硬件系列课程实践教学内容改革的要求是迫切的，需要根据工业界的技术发展进行实验内容调整，实验平台更新和课程设计项目的重新设计，而设计出符合这一要求的计算机专业硬件课程实践教材成为这一改革的首要任务。
3硬件课程实践教材的设计
实验课教材的设计应从科学技术人员基本技能训练的总体要求出发，统一安排实验教学，不能过分强调某一门课程的实验教学，而要强调综合能力的培养。实验课涉及到四种主要能力(观察能力、思维能力、操作能力、表达能力)的发展必须要协调，其中任何一种能力都不可能单独地得到发展。教学实验不仅要让学生学会本专业必要的基本实验方法，掌握基本实验仪器设备的操作技术，还要让他们学会正确分析实验结果、处理数据，要加强培养正确的科学态度和严密的逻辑思维能力。不但让学生懂得“应该怎么做”，而且要懂得“为什么要这么做”，更要创造性地思索“还能做什么”。
3.1开放式实验对教材的要求
开放式实验教学方法要求给学生独立思考与动手的充分自由。一般的实验教材，重点在介绍一个个实验上，是教师想出的实验让学生去实现，并且对于实验线路、实验方法、实验仪器都做了细致的规定，有的讲义还把实验步骤写得非常细，这样学生根本不必动脑筋，只要依葫芦画瓢即可。这样的教材束缚了学生的学习积极性，不符合开放式实验教学的要求。开放式实验教学使用的教材应具有以下特点：基本实验详细，作为引导学生入门的手段；选做实验、综合实验要粗线条，多留些空白，让学生有充分思考的余地；要把教材内容的重点从介绍一个个实验转移到介绍实验理论、实验方法上来，实验选题只要介绍一些典型的例子，选题本身可以留给学生创新。
3.2基于FPGA的硬件系统设计实验教程
目前，基于FPGA的教学实验平台及参考书很多，但是根据我们的调查，适合作为高等学校本科教学使用的较少。因此，改革后的课程体系应更注重对学生创新能力的培养，通过开放性的实验内容、开放性的实践环节设计，使学生在探索、研究中学习，切实提高理论联系实践解决问题的能力。
利用目前先进的基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)器件的实验平台，可以安排数字逻辑、计算机组成原理以及计算机系统结构课程的实验与实践内容，培养学生的动手能力和系统观点，而且开发速度快，可靠性高，实验的可重复性好。硬件系列实验与实践课程应包括基于FPGA的硬件设计所涉及的基本知识、循序渐进的实验设计、切实可行的实验步骤、重点模块的代码及关键实践环节指导。借鉴国外大学(例如，美国斯坦福大学和马里兰大学)计算机工程专业开设的数字系统设计方面的课程内容，结合我国高等院校的本科教学的实际需求及所能提供的实验环境，精心编写实验大纲内容及设计实验用例。通过浮点运算电路设计、状态机设计、某个RISC模型机部分模块的设计等实验用例的训练，学生可以建立计算机的整机概念，了解数据在计算机中的表示、传送路径、处理以及控制信息是如何完成对计算机系统的控制。而且，通过流水线设计及Cache设计实验，学生可以了解现代微处理器设计技术。
教程应当配合高等学校的数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统等课程的实践教学环节，突出实用性，所设计的实验可操作性强，与实践结合紧密。不仅着眼于基于FPGA的EDA设计方法，更着眼于介绍基于基本的数字逻辑组成的功能部件的基础上如何构造微处理器，即计算机专业本科教学的重点和特色是计算机的硬件系统组织，而不仅仅是介绍通用的数字电路和数字系统的设计方法，这是我们与微电子等专业相区别之处，也是计算机专业毕业生的特长。
4在硬件课程实践中加强嵌入式系统设计
随着嵌入式系统应用飞速地发展，社会对掌握嵌入式技术的人才产生了大量需求，使嵌入式软、硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。在嵌入式系统硬件设计方面，随着半导体和微电子工艺技术的进步以及可编程逻辑器件技术的迅速发展，利用先进的EDA工具平台，在硬件设计中加入包含自主知识产权的硬件逻辑设计，并以FPGA的形式实现功能强大的嵌入式系统，已成为当前嵌入式电子产品设计的主流。实验课的目的是培养学生良好的实验素养、基本实验技能、独立工作能力、操作能力等。
目前，我校已经与国内外多家嵌入式系统领域实力较强的研究机构和企业建立了稳固的合作关系，与美国Xilinx公司成立了FPGA技术联合实验室。对嵌入式系统均有丰富和深厚的理论基础和实际的项目研发经验，并具有传统计算机硬件实验教学的经验。另外，从2003年设立嵌入式系统研究方向以来，我校已经先后投入了300多万元采购了各种先进的嵌入式实验设备和微机，从硬件环境上已经初步完成了计算机硬件实验教学改革的准备工作。我们的目标是提高学生计算机硬件实验的效果，实现“软硬件实验环境一体化、实验平台综合化、实验内容系统化”。构建软硬件一体化实验环境有利于培养学生软硬件综合素质；综合的实验平台可以进行多课程内容交叉的综合实验，有利于培养学生的综合设计能力；实验内容的系统化有利于培养学生的系统化设计的思想。
5结论
当前实验教学改革的趋势是开放实验室，实行开放式实验教学。各个学校的具体做法可能不完全相同，但对于实验教学改革的基本思路是接近一致的。大家都认为过去实验教学过于死板，基本上采取“抱着走”的教学方法，大大压抑了学生实验学习的积极性，教学效果不理想。经过几年的教学改革实践，现在比较一致的看法是：实验教学不能完全依附于课堂教学，而应该在紧密配合课堂教学的前提下，独立设课，开放实验室，发展实验教学本身的特点，发挥实验教学培养学生独立工作能力的优势，倡导开放式实验教学法。计算机专业硬件课程的实践教学需要根据工业界的技术发展进行实验内容调整，实验平台更新和课程设计项目的重新设计。实践教程应当配合高等学校的数字逻辑、计算机组成原理、计算机系统等课程的实践教学环节，与实践结合紧密。为适应社会对嵌入式系统设计和应用人才的迫切需求，还应在传统的计算机硬件实践课程中增加嵌入式系统设计方面的内容。
参考文献
[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)[M]，北京：高等教育出版社，2006.
[2] 范印哲. 教材设计与编写[M]. 北京：高等教育出版社，1998.
[3] 巨瑛梅. 当代国外教学理论[M]. 北京：教育科学出版社，2004.
[4] 大学计算机课程报告论坛组委会. 大学计算机课程报告论坛文集[M]. 北京：高等教育出版社，2007.
[5] 乌美娜. 教学设计[M]. 北京：高等教育出版社，1994.
作者简介
姚爱红(1972-)，女，工学博士，副教授。研究方向：计算机系统结构、嵌入式系统设计技术。
关键词：生物统计与田间试验设计;理论与实践教学;教学效果
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）21-0283-02
生物统计与田间试验设计不仅是植物保护、农学、园林及生物技术等专业的专业必修课程，也是科学研究过程中的重要环节，在科研工作中发挥着重要的作用。然而，该门课程理论性相对较强，教学内容相对抽象和枯燥，生物统计理论部分的数学符号相似度高、概念抽象、理论性强、计算公式复杂多变。如若对这些公式背后的原理不能理解，仅仅依靠死记硬背很难达到理想的教学效果。而目前，部分学生对该门课程具有畏惧心理，如果老师没有正确、及时地进行引导，将对该门课程的学习造成不利影响。笔者认为形成这种局面的原因不仅仅是该门课程内容抽象、枯燥等原因引起的，而且与教师的教学思维与教学模式具有更密切的关系。如果教师对课程内容的逻辑性没有深刻的认识和理解，对重难点的把握模糊不清，对实践教学的重要性没有引起足够的重视，那么将很难到达理想的教学效果。首先，理论教学应突出重点和难点。该门课程试验设计部分和统计分析部分的概念和原理较多，并且很多原理与高等数学的内容息息相关，一些原理往往需要进行逻辑推理。因此，在教学过程中，应该突出对基本概念和原理的剖析，向学生强调基本原理和数据分析方法的重要性。在教学过程中如果教师避重就轻，不重视基本概念和统计学原理的讲授，那么大部分学生在面对统计问题时只能照搬公式，很难进行灵活运用和举一反三，很难达到预期的教学效果。因此，老师在备课和教学的过程中，应该力求将抽象的概念具体化，将复杂的公式简单化、将枯燥的原理形象化，这样教师和学生之间将产生紧密的互动和交流，老师乐于教，学生乐于学。其次，该门课程各章节内容之间具有严密的逻辑关系，课程内容是相互衔接、紧密联系的。生物统计与田间试验设计课程包含生物统计和试验设计两部分内容，这两部分密不可分。例如，一般前面章节主要介绍课程中的一些常用名词、术语和一些常用的试验设计方法，学生只有在对试验设计方法与抽样技术深刻理解的前提下，才能系统掌握统计分析的理论和原理。此外，试验设计是试验研究过程的依据和获得高质量数据资料的重要环节。而目前，大多数老师只重视统计原理和分析方法的讲解，而对试验设计部分的内容却讲授不多，这种教学模式无法阐述和分析试验设计和统计分析的逻辑关系，很难使学生能够正确地将这些统计原理与方法应用于实践。第三，将实践教学放在更加突出的位置。笔者通过调查同类型院校该门课程学时分配的情况之后发现，目前，与该门课程的理论教学相比，实践教学的学时数量要少得多。而该门课程是植物生产类专业的一门重要的基础课程，很多统计学原理与方法的讲解必须借助于实践来完成，才能让学生真正理解生物统计的原理。仅仅依靠教师在课堂上讲述试验的设计方法、抽样调查技术以及分析统计的方法，很难让学生在有限的课堂时间内去掌握该门课程的主要内容。要让学生能够扎实地掌握并运用这些统计原理，任课教师应该将理论教学与实践教学结合起来。因此，必须加大实践教学的学时数量，要求学生根据所学统计理论知识，结合自身专业知识，自己动手设计试验、调查数据，并分析试验中调查得到的数据，从而让学生加深对理论知识的认识和理解，培养学生科学的思维能力和严谨的科学态度。
笔者通过梳理该门课程内容之间的逻辑性及重难点问题，结合自身对该课程教学的实践经历，就如何提高该门课程的教学效果提出了几点体会与思考。
第一，教师应该加深对该课程内容之间逻辑性的认识和理解。该门课程主要内容包括试验设计、抽样调查和数据的统计分析。这三部分内容具有严密的逻辑关系，这些内容看似独立，实则有着紧密的联系。试验设计是基础，抽样调查是关键，数据分析是重点。我们在理论教学时，并没机械地按照课本的先后顺序依次为学生讲解，而是结合学生具备的专业知识，应用实例将各部分联系起来，加深学生对统计学理论与原理的理解。比如毒力测定是植物保护专业学生必须掌握的实验技能之一。当要求学生去评价某种杀虫剂对某种农业害虫的致死浓度和田间防治效果时，我们会让学生分组自己动手设计实验，这可以将试验设计、抽样调查和数据分析很好地结合起来。毒力测定实验时，学生必须清楚完全随机设计和随机区组设计的区别以及这两种设计方法的适用情况，按照当时的限定条件正确选择试验设计方法。而在评价田间防治效果时，学生必须理解抽样调查的原理，清楚取样的方法和样本的大小，才能制定出正确的抽样方案。在讲到统计分析方法时，每组同学必须根据自己的设计方案选择正确的分析方法。最后采用小组讨论的形式，比较各组之间结果的差异，分析原因，这样才能让学生认识到选择正确的分析方法的重要性，例如U测验、T测验、卡平方测验以及方差分析的应用条件，成对T测验和成组T测验有什么区别。学生通过自己动手设计试验和分析自己调查得到的数据，才能认识到这些内容并不是孤立存在的，它们之间存在着相互影响，这样才能真正掌握该门课程的核心内容。
第二，优化课程设置，重视实践教学。该门课程课教学的目的在于使学生能够根据研究的需要来设计试验，能够分析和解决科学试验中常见的统计学问题。因此，应开设与该门课程理论教学对应的实验课程，或加大该门课程实验学时的数量。目前，与理论教学相比，对该门课程实验教学的重视程度还远远不够，部分农林院校该门课程没有设置实验学时或学时数很少，这在一定程度上影响了学生对统计原理和方法的理解。因此，在课程设置上，必须安排相应的实验学时。实验课上，应该紧密结合专业研究方向，让学生了解和认识专业相关的经典实验。实验完成之后，必须要求学生撰写完整的实验报告。实验报告内容必须具体详尽，它是考察学生是否真正掌握试验设计方法和统计分析原理。例如，我们要求学生研究不同棉花品种对主要棉花害虫及其天敌种群动态的影响时，在学校的试验田内，要求学生按照实验条件，根据研究目的进行试验设计，对区组和小区进行正确的划分，选择合适的重复数，以及调查过程中的注意事项等。调查完毕之后，进行数据的统计分析，要求学生注重数据的真实性和可靠性。在这个过程中也能够进一步让学生理解田间试验的特点。数据的统计分析方法必须依据当时的试验设计来进行，获得的数据也要严格按照理论课教学上的统计原则来处理。获得结论之后，各个小组再进行相互比较，找出相同点和差异，分析其中的原因。只有这样，学生对整个实验过程才能有清晰的认识和了解。除此之外，教师应该为学生介绍当前主要的统计学软件的使用方法。仅仅依靠计算器和笔算，不仅枯燥乏味，也不能满足当前科学试验对数据处理的要求。在实验课上可为学生介绍SPSS、SAS等常用统计学软件，这样不仅能使学生了解和认识这些常用统计软件的使用方法，还能使学生进一步理解数据结构与统计结果的相互联系，进一步加深学生对这些统计原理的理解。让学生认识到这些统计学软件在科研工作中的重要性。统计分析结果的可靠性往往与试验设计方法、数据的转换等紧密相关，因此，学生亲自操作统计学软件的过程，也能够对理论课堂上所学到的知识进行吸收和理解。同时，这些统计软件也可以作为学生检验自己课后作业正确性的工具，通过比较自己演算的结果和统计软件运行的结果，找出容易出错的地方，从而再次加深对统计原理与方法的理解。
第三，创新考核方式。考试是衡量教学效果和学生学习情况的重要工具。笔者调查了同类型院校该课程的考核方式，结果表明，针对该门课程的考核，大部分院校仍以闭卷笔试为主，试题一般只注重于对概念、原理和公式的背诵和记忆，而缺乏一些推理性的主观试题。此外，该门课程的总评成绩主要取决于期末考试成绩。这在一定程度上导致学生不重视平时的积累，每逢期末考试，便开始突击复习，应付考试的现象非常普遍。这起不到考试应有的作用，更不利于学生对该门课程的掌握和应用。为此，笔者在教学过程中对考核方式进行了改革探索。首先，考试试题要更注重解决实际问题，而不仅仅局限于对概念和原理的理解。其次，学生的总评成绩不仅仅由期末考试成绩来决定，还包括对平时表现和实验过程的考察。平时表现主要包括出勤情况、回答问题的情况和随机的课堂小测验。实验成绩主要由实践课上学生的表现来评定，例如学生自己设计试验的积极性，调查抽样方法的正确性，数据分析结果的准确性和可靠性等。这种考核方式势必会引导学生在平时加强对知识的积累和运用，也可以让学生认识到该门课程在科学研究过程中的重要性。
综上所述，生物统计与田间试验设计课程作为植物保护、农学和生命科学领域中重要的基础课程，对学生的毕业设计和专业研究具有重要影响。教师应该重视教学内容之间的逻辑和衔接，优化课程设置，加强实践教学，建立合理的考核机制，引导学生注重解决实际问题的能力，培养学生独立和严谨的科学精神，这样才能营造该门课程良好的学习氛围，从而提升教学效果。
参考文献：
[1]盖钧镒.试验统计方法[M].北京：中国农业出版社，2000.
