武器装备计算机设备原理类课程教学研究

  武器装备计算机设备原理类课程教学研究

  狄 博,王晓丹,郭新鹏

  (空军工程大学 防空反导学院,陕西 西安710051)

  摘 要:针对目前武器装备计算机设备原理课程普遍存在的教学内容枯燥、编排难度大和逻辑性不强等问题,阐述武器装备计算机设备原理课程的目标与特点,探讨存在的问题内在原因,在计算机原理课程教学内容组织结构的基础上,分析两种计算机设备原理教学内容组织案例优缺点,结合教学实践经验,提出一种基于武器系统作战能力的计算机设备原理教学内容组织模式并介绍教学内容组织案例。

  教育期刊网 http://www.jyqkw.com关键词:武器装备;计算机设备原理;课程教学

  基金项目:教育部高等教育司项目“适应空军信息化建设人才培养需求的大学计算机系列课程改革研究”(2-1-ZXM-03)。

  第一作者简介:狄博,男,讲师,研究方向为信息安全,86311305@163.com。

  0引 言

  在武器装备设备原理教学中,计算机设备原理是重要的组成部分之一,占据着基础性、贯穿性的地位。尤其是对信息化、智能化程度较高的武器系统而言,更是发挥着举足轻重的作用。计算机设备原理课程目标是使学员掌握装备中计算机设备类型、功用、组成结构、工作原理等,理解计算机设备在装备战术技术性能中发挥的支撑作用,为学员分析和解决装备计算机系统相关问题打下牢固的基础。计算机设备原理本质上属于特定领域计算机类课程,但同时计算机设备原理课程又不同于一般的计算机专业课程,如计算机组成原理、体系结构、计算机网络等,而是这些课程内容在特定领域应用的集中体现。

  1课程特点与教学中存在的问题

  计算机设备原理课程的目标是使学员能够系统地掌握装备中计算机系统的功能、性能、软硬件组成、体系结构和工作原理,理解装备中不同计算机设备在实现装备战技术性能中起到的作用,掌握计算机设备和装备中其他设备之间的功能联系和接口,并着力培养学员具备一定的分析与解决实际问题的能力。

  1.1课程的特点

  计算机设备原理课程属于特定领域计算机类课程,是计算机科学与技术专业课程内容在特定领域应用的集中体现,不仅具有一般计算机专业课程的特点,还具有鲜明的领域特色。

  (1)领域性强,与装备结合紧密。计算机设备原理课程与特定领域密切相关,计算机设备的功能、性能和体系结构与领域应用要求是相适应的,如在很多应用中,要满足组件化、实时性、可靠性要求。

  (2)内容比较庞杂,涉及计算机种类多。目前大多数装备的信息化、智能化程度较高,在装备中不同的子系统内,根据需求采用了各种各样不同的计算机设备,有通用计算机设备、嵌入式计算机设备、实时计算机设备和网络计算机设备等。

  (3)专用计算机设备较多,结构复杂。装备中的很多计算机设备需要满足一些特殊的要求,因此采用了很多特殊的专用计算机设备,如专用的处理器设备,它的指令集和执行部件与一般的处理器均有较大差异,因这些设备并不常见,如何将这些设备的内容讲授清楚,也是面临的一大问题。

  1.2教学中存在的问题

  目前该类课程普遍存在的问题主要有3点。

  (1)计算机设备原理课程是计算机类课程,由于其具有鲜明的领域特色,内容上与领域知识结合非常紧密,只将计算机设备的内容隔离出来单独讲授,造成“知其然,不知其所以然”的教学效果,过多涉及领域知识,在学时有限的情况下,难以将计算机设备的内容讲解透彻。

  (2)因为计算机设备原理是在讲现成的计算机设备,课程内容庞杂,还涉及很多专用计算机设备,如果内容取舍不当、教材编排不深入,就容易出现在讲用户说明书或者操作的现象,违背了开设这门课程的目的,无法达到课程目标。

  (3)因各种客观条件制约,不像一般性计算机课程,拥有大量的素材、教具、实物和模型可以从不同角度展开讲解,计算机设备原理课堂讲授缺少必要的教具和实物,课堂内容讲授难以做到生动形象,学员学完本课程后对知识一知半解或者感受不深,因装备作为一个整体和完整的系统存在,即使组织学员参观操作装备也难以完全弥补这一缺陷,影响了教学效果。

  2计算机设备原理教学内容的组织

  计算机设备原理课程教学内容与领域相关,不同领域的计算机设备大不相同,没有普遍性,但不同领域计算机设备原理课程教学内容的组织,具有一般性的指导和借鉴意义。

  首先分析一般的计算机原理课程的教学内容组织,如表1所示。从表1可以看出,一般的计算机原理课程就教学内容组织是按照“总—分—总”的思路展开的。先从总体上介绍计算机系统的组成与结构,再按各组成部分逻辑顺序,由内到外逐一进行讲解,最后回归到更复杂的多处理机与机群系统。应该说这种组织方法是比较科学合理的,符合人的认知习惯。计算机设备原理能否采用这种教学内容组织模式?表2是按照表1的模式生成的一个计算机设备原理教学内容组织方式案例1,我们对这个案例分析如下。

  一般来说,武器装备计算机设备原理讲述的是武器系统主要部分的计算机设备,在这个案例第一章计算机设备概论中,将计算机设备进行总体介绍,包括功能、分类、组成与结构。在第二章中,对武器装备计算机设备涉及的主要相关理论基础进行介绍,这些理论基础与领域密切相关,除了计算机基础理论外,可能还会包含领域基础理论,如信息融合、目标识别等。从第三章到第九章,也是按各组成部分逻辑顺序,由内到外逐一对武器装备计算机设备具体型号进行讲解。第十章再从装备的角度对担负不同功能的计算机设备进行综述,如火力控制计算机,如果在第一章已经涉及这方面内容,也可以去掉第十章内容。

  仔细分析就会发现,这种组织方式有一个很大的问题,就是武器装备计算机设备原理讲述的是武器系统主要部分的计算机设备,这些计算机设备涉及一般的PC结构计算机、单板机、嵌入式计算机和片上计算机系统等,按照案例1的组织,第二章到第九章每一章的内容都可能会包含这些不同种类计算机的指令系统、控制器和存储系统等,同时割裂了各个不同计算机设备之间的功能联系,这显然是不合适的。

  为避免这个问题,这里再给出计算机设备原理教学内容组织案例2,如表3所示。

  案例2这种内容组织方法是“总—分”的组织思路,第一章计算机设备概论中,将这些计算机设备进行总体介绍,包括功能、分类、组成与结构,后续章节每章都讲述一个具体的计算机设备,这种方案避免了案例1不同类型计算机设备内容混合在一起讲解的问题,但同时仍然存在各计算机设备之间功能联系不清楚,没有形成一个系统的知识框架,各章之间逻辑关系不明显。

  为避免产生上述两种问题,我们提出一种基于武器系统作战能力的计算机设备原理教学内容组织模式。这种组织模式的核心思想就是以形成武器装备战斗力的各种作战能力为单位,以作战能力之间的支撑关系为逻辑纽带来组织教学内容,案例3如表4所示。

  第一章计算机设备概论先从总体上将武器系统功能、性能和体系结构进行介绍,将武器系统的体系结构从信息的角度转换成信息处理过程框架,实质上就是OODA循环过程,再根据OODA循环每一过程引入其中的计算机设备,这样就自然的在这些计算机设备中建立起之间的逻辑关系。第二章到第七章的组织依据的是从核心到外围,从前端到末端的双重组织原则,对信息化武器装备来说,指挥控制系统无疑是其中枢,负责将武器系统其他部分有机联系起来构成指挥控制回路,完成OODA循环过程,因此在第二章就引入指挥控制系统计算机。第三章到五章是从前端到末端的组织思路,与武器装备作战过程信息流动方向一致。第六章和第七章属于基础设施和保障内容等,安排在课程的最后自成一块较为独立的内容。

  从整体来看,这种课程内容组织案例条例清楚,符合武器装备作战过程与信息流动方向,极大减少了不同内容之间的混合,保留了很好的逻辑关系,同时又将领域内容与计算机设备原理的内容自然地结合起来,避免了知其然,不知其所以然的问题。

  3计算机设备原理课程教学应注意的几个问题

  有了好的教学内容组织,要把这门课教好学好,还需要把握以下3个问题。

  3.1教学方法问题

  由于武器装备计算机设备原理课程的特点,教学过程中要尽量避免造成在讲用户说明书或者操作这种现象。从第3部分教学内容组织可以看出,本课程采用启发式的教学方法是比较适宜的,课程教学目的不是为了学计算机而讲计算机内容,而是有着非常鲜明的领域特色,因此非常有利于以问题为导向的启发式教学法的运用。如第一章计算机设备概述的内容组织是从总体上将武器系统功能、性能和体系结构进行介绍,再将武器系统的体系结构从信息的角度转换成信息处理过程,同时根据OODA循环每一过程引入其中的计算机设备,这样就自然地在这些计算机设备中建立起逻辑关系。这一章的教学就可以从OODA循环出发,分析循环的每一步武器装备战技参数,提出为了完成这些战技参数应该需要什么样的计算机设备等问题,这样自然而然打开了学员的思路,引导学员主动运用以前学过的专业课知识来构建问题的答案,按照OODA循环环环相扣,推进教学内容展开。

  3.2授课教师问题

  计算机原理课程的第一个特点决定了授课教师不仅要有深厚的计算机专业知识,更需要扎实的领域知识背景,熟知相关武器装备的作战对象、功能、性能、组成结构、作战运用及与同类武器装备差异。只有达到这个层次,才能从全局掌控这门课程,做到讲解深入浅出、内容翔实准确,既能传授知识,又能培养学员分析解决问题能力,达到课程目标。

  3.3教材教具问题

  需要指出的是教材编排应尽量避免直接采用用户说明书或已有资料的编排结构,我们的教学内容组织案例3已经给出了一种教材内容编排参考模式。本门课程应尽可能采用相关的教具进行授课,有条件的院校可以采用专业教室进行授课,以达到形象生动的教学效果,仅武器装备的外部参观讲解和操作对于原理教学是不够的,需要对相关计算机设备进行拆卸,运行和演示才能起到良好的效果。对于像信息流动和信息处理等难以通过实物展示的内容也应尽可能通过动画来进行描述。

  笔者在教学实践中大量采用以问题为导向的启发式教学法,并将一些真实的计算机设备部件及研制的计算机设备工作原理仿真软件用于课堂演示,取得了良好的教学效果。

  4结 语

  武器装备计算机设备千差万别,但只要抓住支撑武器系统作战能力这条主线不放,并基于其逻辑关系来进行计算机设备原理教学内容组织与教材编排,采用基于作战能力问题的启发式教学方法,就一定能取得良好的教学效果。

  教育期刊网 http://www.jyqkw.com参考文献:

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  (编辑:郭田珍)

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