計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)的實(shí)踐課程體系建設(shè)研究

劉曉曼，趙　姝，陳　潔，張燕平，王鈺龍

(安徽大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 合肥 安徽 230039)

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計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)的實(shí)踐課程體系建設(shè)研究

劉曉曼，趙姝*，陳潔，張燕平，王鈺龍

(安徽大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 合肥 安徽 230039)

[摘要]《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》是我校計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，在專業(yè)課程中起著承上啟下的作用。該課程的實(shí)踐課程是一門具有計(jì)算機(jī)專業(yè)特色的硬件基礎(chǔ)課程，實(shí)踐課程的開展可以加深學(xué)生對(duì)該課程理論知識(shí)的理解，讓學(xué)生邊學(xué)邊做，培養(yǎng)學(xué)生能夠?qū)W以致用的實(shí)踐技能。完善的實(shí)踐課程體系不僅能夠進(jìn)一步完善該課程群的建設(shè)，而且能夠提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，增強(qiáng)學(xué)生提出問題并解決問題的能力，因此實(shí)踐課程體系的建設(shè)具有十分重要的實(shí)際意義，良好的實(shí)踐課程體系是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能的重要基礎(chǔ)。《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的實(shí)踐課程在計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件類實(shí)驗(yàn)課程中占有重要的地位，本文結(jié)合多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革、實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)和虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境建設(shè)三個(gè)方面為重點(diǎn)，研究計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)的實(shí)踐課程體系的建設(shè)。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)；實(shí)踐課程；課程體系建設(shè)

1引言

我校《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，在計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)課程中起著承上啟下的作用。目前，社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)人才的需求更偏重于應(yīng)用型的技術(shù)人才[1]，這就要求高校在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)中不僅要重視理論知識(shí)的教學(xué)，更應(yīng)該重視實(shí)踐課程的教學(xué)，良好的實(shí)踐課程體系是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能的重要基礎(chǔ)[2-3]。《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心課程，多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，只有理論與實(shí)踐相結(jié)合才能更好地提升教學(xué)質(zhì)量，因此，我們不僅要保質(zhì)保量的完成該課程的理論教學(xué)，還要更加重視該課程實(shí)踐課程體系的建設(shè)，只有這樣才能完成培養(yǎng)出應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》是一門具有計(jì)算機(jī)專業(yè)特色的硬件基礎(chǔ)課，該課程的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。首先，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既要有分離性，又要有系統(tǒng)性，也就是說，不僅要有能夠體現(xiàn)計(jì)算機(jī)各部件的基本硬件組成及其內(nèi)部運(yùn)行原理的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，而且要有能體現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)部協(xié)同工作機(jī)制的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，尤其是軟硬件協(xié)同工作的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，甚至還需要一些能結(jié)合編譯系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等課程內(nèi)容的綜合性實(shí)驗(yàn)供學(xué)有余力的學(xué)生選做。另外，在實(shí)驗(yàn)方法上，既要滿足硬件系列課程基礎(chǔ)性的要求，又要采用當(dāng)前主流的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，以提高學(xué)生的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試能力。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)要注重體現(xiàn)系統(tǒng)觀點(diǎn)，提供軟硬件系統(tǒng)框架，以承載實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并滿足實(shí)驗(yàn)方法上的要求。實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)還受硬件條件的限制，需要在硬件條件允許的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

本文結(jié)合我校目前的實(shí)踐課程的現(xiàn)狀，分析我校《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》實(shí)踐課程存在的問題，針對(duì)這些問題，以實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革、實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)和虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境建設(shè)三個(gè)方面為出發(fā)點(diǎn)，提出《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》實(shí)踐課程體系建設(shè)的具體方法。

2我校《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》實(shí)踐課程的現(xiàn)狀與存在的問題

實(shí)踐課程主要包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和課外開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，目前，我校的《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》實(shí)驗(yàn)以及課程設(shè)計(jì)均獨(dú)立設(shè)課，單獨(dú)計(jì)學(xué)分，而由于硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺，學(xué)生人數(shù)過多，進(jìn)行《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程研究的畢業(yè)設(shè)計(jì)和開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目非常少。實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)基本采用計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱和PC機(jī)仿真終端共同完成的方式。

近年來, 任課教師對(duì)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方式進(jìn)行過多次更新和改進(jìn), 不斷減少原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比重, 增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的比重, 但是由于沒有完全突破傳統(tǒng)的組成原理實(shí)驗(yàn)方案的束縛, 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與工程實(shí)際相差較遠(yuǎn), 再加上客觀條件的限制, 實(shí)驗(yàn)效果不太盡如人意。

2.1理論課與實(shí)踐課脫離

一方面，由于理論課講述內(nèi)容與實(shí)踐時(shí)所用實(shí)驗(yàn)箱的工作原理不一致，往往會(huì)造成學(xué)生的困擾。例如在理論課上講述移位運(yùn)算有多種移位方式，每種方式的特點(diǎn)同學(xué)們掌握得也很好，但是所用實(shí)驗(yàn)箱受硬件條件的限制，和理論介紹不一致，雖然教師在實(shí)踐課上不斷強(qiáng)調(diào)硬件實(shí)驗(yàn)箱的種種自身特征，同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)理論值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致時(shí)卻無法分析。

另一方面，造成理論與實(shí)踐課脫離的原因是實(shí)踐課程單獨(dú)設(shè)課，從理論課到課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)，可能由不同的教師教授，這對(duì)實(shí)踐效果產(chǎn)生了巨大的影響，尤其體現(xiàn)在延續(xù)性和效果反饋上。

2.2硬件設(shè)備的可維護(hù)性不好

實(shí)驗(yàn)課上課學(xué)生較多，次數(shù)也很頻繁，數(shù)據(jù)線不停地插拔，對(duì)接口和數(shù)據(jù)線的損害很大。大多數(shù)學(xué)生都不能熟練的操作實(shí)驗(yàn)箱，難以避免的會(huì)損壞芯片，而且一旦芯片損壞整個(gè)實(shí)驗(yàn)箱就可能報(bào)廢。實(shí)驗(yàn)箱維修不能及時(shí)，給學(xué)生上課帶來很多不便。另外，這些實(shí)驗(yàn)箱購買時(shí)間較早，已經(jīng)超過了設(shè)備保修期，使得設(shè)備維護(hù)成本增加。

2.3實(shí)驗(yàn)的交互性不足

由于目前使用的實(shí)驗(yàn)箱很多模塊在底層已經(jīng)設(shè)計(jì)好，無論是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是綜合性實(shí)驗(yàn)，甚至是課程設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)的內(nèi)容很少，通過實(shí)驗(yàn)箱可獲取的反饋信息很少，造成交交互性不足，通過實(shí)驗(yàn)很難對(duì)所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證、理解和進(jìn)一步研究。

2.4實(shí)踐課程間缺乏聯(lián)系

《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的實(shí)踐課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的主干硬件課程，《數(shù)字邏輯》等一些先導(dǎo)的硬件類實(shí)踐課程在一定程度上會(huì)幫助學(xué)生更好地理解和完成《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的實(shí)踐課程，但是由于各類硬件實(shí)踐課程使用的實(shí)驗(yàn)箱并不一致，將這些實(shí)踐課程間存在的聯(lián)系基本鏨斷，如果不能對(duì)所學(xué)內(nèi)容有較為深入的理解，《數(shù)字邏輯》等先導(dǎo)課程的實(shí)踐課程并不能對(duì)《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的實(shí)踐課程產(chǎn)生積極影響，從而阻礙了學(xué)生對(duì)相關(guān)課程之間在理解上的融會(huì)貫通。

3《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》實(shí)踐課程體系的建設(shè)

3.1實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

課程實(shí)驗(yàn)：與理論課程對(duì)應(yīng)，在完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)。

課程設(shè)計(jì)：一門課程為主，多門課程為輔。

畢業(yè)設(shè)計(jì)：多門課程綜合，設(shè)計(jì)出自己的簡單模型機(jī)。

課外開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：面向一些實(shí)踐能力較強(qiáng)的學(xué)生，完成具有研究型、設(shè)計(jì)型和綜合性實(shí)驗(yàn)特征的項(xiàng)目，從而培養(yǎng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新意識(shí)。

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革是實(shí)踐課程體系建設(shè)的核心，內(nèi)容豐富又合理的實(shí)踐教學(xué)可以在增強(qiáng)學(xué)生興趣的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。根據(jù)課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和課外開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目這四個(gè)模塊的自身特點(diǎn)，進(jìn)行具有針對(duì)性的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革，全面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，從總體上解決該實(shí)踐課程存在的問題，特別是畢業(yè)設(shè)計(jì)部分采用多門課程綜合的形式，可以解決實(shí)踐課程間缺乏聯(lián)系的問題，設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)增加可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和開拓創(chuàng)新的能力。

3.2實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)

教師是課程教學(xué)的組織者與實(shí)施者, 教師的素質(zhì)決定課程的教學(xué)質(zhì)量[4]。因此，建立并完善《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》實(shí)踐課程組意義重大。實(shí)踐課程主要包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和課外開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四類，這就需要課程組的師資配備從數(shù)量與質(zhì)量上都應(yīng)該達(dá)到一定的要求。一門課程配備至少兩位教師，足夠數(shù)量的教師才能形成梯隊(duì)，有利于取長補(bǔ)短，提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量；教師素質(zhì)上，高職稱高學(xué)歷教師應(yīng)占有一定的比例。課程組的教師應(yīng)積極主動(dòng)地與不同學(xué)校相關(guān)專業(yè)的教師進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，提高自身素質(zhì)。建立實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍，更重要的是形成課程組，理論課與實(shí)踐課由同一教師授課，由多位教師擔(dān)任，并對(duì)所授課程進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，擔(dān)任同一課程理論與實(shí)踐教學(xué)的教師之間進(jìn)行定期交流等，從而克服理論與實(shí)踐脫離的問題。

3.3虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境建設(shè)

目前，電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)正在獲得廣泛應(yīng)用[5]。為了適應(yīng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)手段的變革，在研究性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，選擇部分內(nèi)容，將計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)的實(shí)際實(shí)驗(yàn)有機(jī)融合、虛實(shí)合一、一一對(duì)應(yīng)，這樣既可以讓學(xué)生掌握現(xiàn)代先進(jìn)的電子實(shí)驗(yàn)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法，又可以通過實(shí)際的軟、硬件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和分析解決實(shí)際問題的能力[6]。同時(shí)將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，逐步淘汰演示性實(shí)驗(yàn)、減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、增開“三性”( 綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性) 實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正成為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的主要手段[7]。同時(shí)，通過建設(shè)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境，還可以克服該課程理論與實(shí)踐脫離，硬件設(shè)備的可維護(hù)性不好，實(shí)驗(yàn)的交互性不好，以及實(shí)踐課程間缺乏聯(lián)系等問題。

4結(jié)論

我校《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心課程，是一門主干硬件課程，多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，單純的理論知識(shí)教學(xué)并不能讓學(xué)生真正的掌握這門課程的知識(shí)，只有邊學(xué)邊做，才能讓學(xué)生更加深入的理解并掌握這門課程的知識(shí)，才能培養(yǎng)出理論知識(shí)扎實(shí)，實(shí)踐能力過硬的高科技人才，因此，該課程的實(shí)踐體系的建設(shè)具有十分重要的實(shí)際意義。《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的實(shí)踐課程主要包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和課外開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，經(jīng)過多年的不斷探索與改進(jìn)，該課程的實(shí)踐課程已經(jīng)形成一定的規(guī)模，但是仍存在一些亟待解決的問題，我們需要通過實(shí)踐課程體系的建設(shè)來解決這些問題。本文首先分析了我校《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》實(shí)踐課程存在的問題，指出該課程的實(shí)踐課程與理論課程脫離，實(shí)踐課程使用的硬件設(shè)備可維護(hù)性差，實(shí)驗(yàn)的交互性不足，實(shí)踐課程間缺乏聯(lián)系三個(gè)主要問題。然后以克服這些問題為目標(biāo)，結(jié)合實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革、實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)和虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境建設(shè)三個(gè)方面對(duì)我校《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的實(shí)踐課程體系建設(shè)提出了具體的建設(shè)方法，試圖從根本上解決該實(shí)踐課程存在的問題，培養(yǎng)出理論知識(shí)扎實(shí)，實(shí)踐能力過硬，創(chuàng)新能力較強(qiáng)的應(yīng)用型人才[8]。

《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》實(shí)踐課程體系的建設(shè)是一次挑戰(zhàn)，也是一場(chǎng)機(jī)遇。通過該課程的實(shí)踐課程體系的建設(shè)，結(jié)合以往的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，充分提高學(xué)生的實(shí)踐技能，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，也為其他相關(guān)課程提供有力的參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1]侯宏霞, 松云. 計(jì)算機(jī)組成原理精品課程建設(shè)的實(shí)踐與探索 [J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2010, 2: 119-121.

[2]張磊, 鄭榕, 田軍峰. 《 計(jì)算機(jī)組成原理》 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2013, 11(2): 107-110.

[3]方愷晴, 張洪杰, 方紅. 關(guān)于提升 “計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)” 課程教學(xué)質(zhì)量的探討[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2008, 27(3): 97-100.

[4]李彩虹, 屈志毅, 劉剛, 等. “計(jì)算機(jī)組成原理” 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式探討與實(shí)踐[J]. 高等理科教育, 2006 (2): 74-75.

[5]肖娟, 張?chǎng)╈F, 王嵩, 等. 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2014 (014): 33-36.

[6]趙妹，劉曉曼，陳潔，等.面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程建設(shè)研究[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015(3)：88-90.

[7]陳潔，趙姝，劉曉曼，等.計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的啟發(fā)式教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育，2015，13：006.

[8]李輝.應(yīng)用型自動(dòng)化專業(yè)計(jì)算機(jī)課程體系建設(shè)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，32(11)：166-169.

Research on Construction of Practical Teaching Curriculum of Computer Organization and System

LIU Xiaoman, ZHAO Shu， CHEN Jie, ZHANG Yanping, Wang Yulong

(SchoolofComputerScienceandTechnology,AnhuiUniversity,Hefei230601,China)

Abstract：Computer Organization and System is a core curriculum in our school, it plays a role to connect the preceding and carry on the following. The practical teaching of this course is the foundation course of hardware with characteristics of computer specialty, which will help to deepen students' understanding of its theoretical knowledge, and to develop students' practical skill to apply the theory to practice. To perfect practical teaching system will not only develop students' ability of questions raising and problem solving, therefore, construction of practical teaching is of greatly realistic significance.

Key words：Computer Organization and System; practical teaching; curriculum construction system

[收稿日期]2016-01-20

[基金項(xiàng)目]安徽大學(xué)2015年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510357045)，安徽大學(xué)2014年“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目(XJZYGG1402),信息安全振興計(jì)劃專業(yè)改造與新專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目(J05201380)

[第一作者簡介]劉曉曼(1989-)，女，安徽懷遠(yuǎn)人，安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院助理實(shí)驗(yàn)師。

[通訊作者簡介] 趙姝(1979-)女，安徽巢湖人，安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，博導(dǎo)。

[中圖分類號(hào)]G61

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1674-2273(2016)03-0071-03