計算機組成原理實驗教學改革探索

湖北民族學院科技學院 向麗萍 李曉艷 徐 建

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計算機組成原理實驗教學改革探索

湖北民族學院科技學院 向麗萍 李曉艷 徐 建

【摘要】針對計算機組成原理實驗課程存在的問題進行分析，提出了調整實驗教學平臺，建立新的實驗教學體系，改革考核方式等相應的改革措施。通過改革前后實驗教學模式的對比，證明改革后的實驗教學模式更合理，提高了學生的動手實踐能力。

【關鍵詞】計算機組成原理；實驗教學；改革

《計算機組成原理》這門課程是計算機專業的一門主干課程，屬于專業基礎必修課程。課程任務是使學生掌握計算機的邏輯組成、工作原理、設計方法和邏輯實現，熟悉通過數據通路將各部件連成整機的方法、建立起整機工作的概念，為培養學生對計算機系統的分析、開發、使用和設計能力打下基礎，在硬件范疇的課程體系中起承前啟后的作用。如何將這門課程的實驗和理論更好的結合，使學生通過實驗更好的理解理論知識，為學生今后的專業學習打下基礎，使學生具備一定的硬件設計和開發能力，培養高素質人才，是實驗教學改革需要探索和解決的問題。為此，我們分析《計算機組成原理》實驗課目前存在的問題，針對這些問題，提出相應的解決方法，讓《計算機組成原理》實驗課更好的發揮作用。

1.現有的問題

1.1實驗內容和實驗設備老化

計算機組成原理實驗課的開設是使學生能夠深入理解相應的理論知識，在此基礎上培養學生的硬件設計和開發能力，能有所創新。改革前安排的實驗內容多為驗證性實驗，僅僅是利用實驗箱完成簡單的硬件搭電路就可以過關。教學實驗的內容沒有深入底層，學生對實驗原理也沒有得到根本的理解，對理解相關的理論知識起到的作用也非常有限，脫離了理論聯系實際的原則。現在教學的過程中，都注重培養學生的創新精神，按照以前的實驗模式不便于學生做自主型實驗、綜合型實驗和創新型實驗。其次，基于計算模型的實驗系統不僅價格高昂，而且不便于維護和更新。

1.2實驗考核方法不合理

課程考核主要以理論成績為主，對實驗部分要求不高，且實驗的考核方法單一，主要以提交實驗報告為主，考核以實驗小組為單位進行，組內有些同學敷衍了事，考核結果不夠客觀、公正。

2.改革措施

2.1調整實驗教學平臺

現代電子設計，包括CPU和片上系統SOC（System On a Chip）的設計，技術的核心已經轉向基于計算機的電子設計自動化技術，即EDA （Electronic Design Automation）技術。設計者在EDA工具軟件平臺，對以硬件描述語言HDL為系統邏輯描述手段完成的設計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、布局布線以及邏輯優化和仿真測試，直至實現既定的電子線路系統功能。改革前使用的計算機組成原理實驗箱開設的設計型實驗有限，無法深入底層。為提高教學效果，培養學生創新能力，在現有計算機組成原理實驗設備的基礎上，引入EDA工具軟件QuartusⅡ。引入了QuartusⅡ平臺后，我們根據計算機組成原理實驗教學大綱對原來的實驗內容與實驗項目做了一些調整。一般的驗證性實驗還是采用老的實驗箱進行實驗，而新開發的設計型實驗則采用QuartusⅡ平臺進行實驗。

2.2建立新的實驗教學體系

根據實驗內容的特點，在實驗進度安排上采用循序漸進的學習方式，將實驗進度分為驗證型實驗、設計型實驗和綜合型實驗三個層次，形成從部分到整體、從基礎到提高的實驗教學體系。

首先是驗證型實驗。這類實驗是基礎，涉及課程的相關基礎知識點，實驗目的是使學生驗證組成原理課程中講授的內容，加深學生對基礎知識的理解。設計型實驗主要是培養學生的設計能力和獨立工作的能力。實驗以“任務”或“課題”形式提出實驗要求和具體的實驗成果，要求學生能夠明確任務，通過查閱有關資料，掌握實驗所設計的知識，并能綜合利用這些知識來設計、開發并完成實驗項目。第三個層次是綜合實驗，這類實驗的目的是培養學生綜合應用計算機知識與技術的能力，培養學生帶著問題自主學習的能力。在實驗過程中畫出必要的實驗原理圖，及時發現問題，主動解決問題。從原理、方法和使用工具等多方面提出完成實驗任務的依據及實驗步驟，并對結果進行評價、分析和總結。

2.3改革考核方式

為了保證實驗教學效果，避免改革前實驗考核方式的缺點，改革后對實驗流程進行規范化，制定比較嚴格的考核制度。實驗過程嚴格按照課前準備、實驗調試、驗收的順序進行。要求每個學生認真對待每個實驗，認真記錄實驗中碰到的問題和解決方法，回答實驗教材以及教師課堂上提出的思考題，記錄對實驗的心得和體會。最后綜合每位同學的實驗調試、驗收、實驗報告和實驗記錄綜合評定學生總成績。因為實驗對每位同學單獨驗收和考核，這種方式可以大大減少學生之間互相抄襲的現象。

3.總結

總體來看，改革后的組成原理實驗內容豐富，驗證型實驗、設計型實驗和綜合型實驗三個層次的實驗配置更加合理。采用新的實驗模式后，能明顯感受到學生對組成原理實驗課程的興趣增加了。在實驗課程中，學生不僅學到了計算機組成原理的基本知識，掌握了基本的性能分析方法，提高了分析問題的能力，加深了對計算機底層知識的理解，還有學生主動尋求和探討更有挑戰性的實驗項目，為以后的實驗創新打下基礎。

參考文獻

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基金項目：湖北民族學院科技學院教學研究項目（KY201111，KY201112，KYJY201507）。

通信作者：

向麗萍，女，講師。