基于卓越計劃的“計算機體系結構”課程教學模式探討

摘要：“卓越工程師教育培養計劃”以“計算機體系結構”課程為例，從課程內容和教學方式兩個方面來創新課程教學模式，并提出，只有不斷改進課程教學，才能實現我國的“卓越工程師教育培養計劃”。

關鍵詞：計算機體系結構；教學方式；課程內容；卓越工程師

作者簡介：李旎（1978-），女，浙江溫州人，湖南城市學院信息科學與工程學院，講師；吳宏斌（1964-），男，湖南益陽人，湖南城市學院信息科學與工程學院院長，教授。（湖南 益陽 413000）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）31-0079-01

2010-2020年，中國“卓越工程師教育培養計劃”將用10年時間，培養百萬高素質各類型工程技術人才，為建設創新型國家、實現工業化和現代化奠定人力資源優勢?！白吭接媱潯本哂腥齻€特點：一是行業企業深度參與培養過程，二是學校按通用標準和行業標準培養工程技術人才，三是強化培養學生的工程能力和創新能力。本文就第三點，以“計算機體系結構”課程為例，提出了從課程內容與教學方式兩方面進行課程教學模式的創新，以提高學生工程能力與創新能力的一些探索。

“計算機體系結構”是計算機科學與技術專業的一門基礎和必修課程，覆蓋了計算機組成原理、操作系統、編譯原理、數據結構、數字電子技術、模擬電路基礎等方面的內容。課程的目的是幫助學生建立整機系統的概念，提高學生從總體結構的層次來理解和研究計算機系統的能力。

“計算機體系結構”不僅是計算機專業研究生入學考試的專業課程之一，也是其他計算機類考試的必選內容。目前的計算機類考試主要是以下兩種：軟件水平考試，分初級、中級和高級三個級別；IT認證考試。無論哪種考試都涉及計算機體系結構的內容。比如，系統分析師考試大綱就要求學生了解各種計算機體系結構的特點與應用（SMP、MPP等），構成計算機的各類部件功能及其相互關系；實現性能計算（響應時間、吞吐量、TAT），性能設計（系統調整、Amdahl解決方案、響應特性、負載均衡）和性能指標（SPEC-Int、SPEC-Fp、TPC、Gibson mix、響應時間）。這從一個側面說明，“計算機體系結構”是一門非常重要的計算機專業課程，對提高計算機專業學生的分析、計算和設計能力有很大的幫助。但是，在實踐教學中，發現這門課程存在內容抽象、語言枯燥、學生難以理解等問題，因此教學難度大，效果也不盡如人意。為了做好“計算機體系結構”課程的教學，培養出高素質的計算機專業學生，我們改變了傳統單一的教學模式，從教學方式和課程內容兩個方面來改進課程教學。

一、教學方式的改進

1.啟發式課程教學

啟發式教學是指教師在教學過程中根據教學任務和學習的客觀規律，從學生的實際出發，采用多種方式，以啟發學生的思維為核心，調動學生的學習主動性和積極性，促使他們生動活潑學習的一種教學方式。

在教學中，先給學生設置懸念，然后再討論需要講解的內容，從而提高學生的興趣。Nancy M.Dixon指出：我們能夠記住所聽到的10%，所看到的15%，邊看邊聽的20%，做的10%，積極去做并得到響應的80%，給他人講授的90%。所以，在常規教學中，學生能掌握的知識是有限的，需要創造情景，使學生積極地做并進行響應，若能轉換成學生自己也能講授的程度則更好。教師經常要求學生自問：如果自己是老師，會怎么講這些內容，并要求在學生之間互相扮演教師和學生的角色，講述課程內容。如在講述流水線技術的過程中，筆者先向學生提出：為什么要采用流水線技術，怎樣實現流水線，它與工程上的流水線有何相關。課堂中，首先以經典的五段式流水線為例，和學生一起探討這個問題；然后，鼓勵他們積極思考，踴躍發言；最后，由他們推出一位學生做總結性的發言?，F場氣氛活躍，課堂效果非常好。在期末考試中，關于流水線方面的知識，大部分學生均拿了滿分。

2.量化分析教學

培養從總體、系統的角度來分析和解決問題的能力以及自主創新能力，對學生的成長和未來發展有很大的影響，“計算機體系結構”特別強調培養學生的這一種能力?！坝嬎銠C體系結構”一般安排在大學四年級開始，需要學生在學完主要的軟硬件基礎課程后，從整體系統、總體設計的角度來理解和研究計算機系統，學習如何根據各種實際應用的需要，綜合考慮軟硬件，設計和構建合理的計算機系統結構?！坝嬎銠C體系結構”課程中多是抽象的概念和原理，這些內容不被學生理解，且有限的實驗環境也限制了學生自主創新能力的培養，但是，如果將研究對象轉換成可以運算的數據，并對這些數據進行分析是完全可行的，這就是量化分析方法。

前人對量化分析法的定義和特點闡述主要有：量化研究遵循的是實證主義，它應用量的方法以驗證假設；量的研究是指研究者事先建立假設并確定具有因果關系的各種變量，然后使用某些檢測工具對這些變量進行測量和分析，從而驗證預定的假設。“計算機體系結構”是從整體上研究由處理系統、指令系統、存儲系統、信息傳輸系統構成的有機系統，其目的是設法提高整個系統的性能。對性能的分析主要就是采用量化分析法，將問題簡化、精確化和客觀化，使抽象的知識也變得形象起來。如在探討計算機加速比S的過程中，以時間t為標準，比較計算機改進前與改進后的時間比值。實踐證明，這樣的效果非常好。

二、課程內容的改進

1.“計算機體系結構”課程和“計算機組成原理”課程有很多相似的地方

這兩門課程都講授輸入輸出系統、存儲部件、數據表示等，但“計算機組成原理”作為一門硬件課程主要強調其基本運行原理，而“計算機體系結構”強調性能優化方法；“計算機組成原理”強調其細節，而“計算機體系結構”則強調的是軟硬件的分配，及對性能的影響?，F在有些專業中，在“計算機組成原理”中涵蓋計算機體系結構的內容，有些專業則單獨開設這兩門課程。必須合理劃分兩門課的內容，組織教學內容和教學計劃?，F在，“計算機體系結構”課程主要講述內容為流水線技術和存儲技術，并對嵌入式系統方向的學生加強了存儲技術中虛擬存儲系統的講授。

2.強調知識的更新和發展

計算機技術是發展最快、應用最廣、影響最大的學科之一，“計算機體系結構”知識也在日新月異發展著。近年來多核技術、虛擬機、復雜存儲系統和先進互聯技術的發展使經典的計算機體系結構內容有了很大的更新。怎樣運用有限的課堂時間，使這些復雜技術與經典體系結構知識點融合，是教學內容改革的主要任務。

同時，就是同一門課程，不同的作者所編著的教材的內容和側重點都有很大的不同，如張晨曦所編著的《計算機系統結構》Catch部分，偏重于Catch性能的分析與優化，而李學干的《計算機體系結構》，則偏重于Catch系統的結構，且著重描述了虛擬存儲器的結構和功能。

所以，教學中既不能照本宣科，也不能脫離書本，根據專業方向的不同，有選擇性地進行講授，同時將一些新技術、新知識、新產品以及最新的發展動態，融入課堂教學中。

3.加強實驗教學環節

實驗是任何科學創新的源和本。在學校教學工作中，理論課和實驗課是教學體系中兩個互相有聯系的獨立環節，要重視實驗，決不能把實驗課看成是理論課的依附。

計算機專業作為一門應用型專業，需加大培養學生的動手能力，激發他們的創新潛能，通過實驗將課堂和實踐結合，改善理論教學枯燥、單調的情況?，F在“計算機體系結構”課程實驗學時僅8個學時，而很多著名的高等院校如同濟大學的實驗環節已增加到了24學時，很值得借鑒。

三、結束語

人才是一個國家發展最重要的資源，能否培養出有優秀工程能力和創新能力的人才，最后的關鍵還要看是否有一個科學的課程體系和教學內容。探索說明，只有不斷改進課程教學，才能培養出更多的高素質人才，實現我國的“卓越計劃”。

參考文獻：

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（責任編輯：劉輝）