面向物聯網工程專業的《計算機組成原理》課程教學改革

摘 要：物聯網專業課程設置有其自身特點，如何根據此特點對“計算機組成原理”進行課程教學改革，以滿足物聯網專業的人才培養方案和人才培養目標，作者在教學過程中做了有益的探索和思考，提高了教學質量，為學生后續課程的學習打下了良好的基礎。

關鍵詞：計算機組成原理；物聯網工程；人才培養；教學探索

中圖分類號：TP3-05 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）12-0-02

0 引 言

物聯網工程是一門覆蓋范圍很廣的綜合性交叉學科，涉及計算機科學與技術、電子科學與技術、自動化、通信工程、信息安全等諸多學科領域，擁有廣闊的應用前景。

自教育部2010年批準設置“物聯網工程”專業以來，國內很多高校陸續開設了“物聯網工程”專業，我校于2013年也開設了此專業。

目前，高校的《計算機組成原理》課程主要是在計算機科學與技術、軟件工程和網絡工程等專業中開設，相關教學改革研究也主要針對上述計算機類專業展開。由于“物聯網工程”是一個新興專業，如何針對“物聯網工程”專業展開《計算機組成原理》的課程教學改革，值得高校從事《計算機組成原理》教學的教師們思考和探索。

本文就如何結合物聯網行業的特點，針對新開設的“物聯網工程”專業的培養方案、人才培養目標及教學計劃，對《計算機組成原理》課程的教學改革展開了研究和探索，努力讓這門理論性較強的硬件核心課程和“物聯網工程”專業人才培養模式相結合，為學生學習本專業后續其他硬件課程打下良好基礎，培養出高質量的物聯網工程應用人才。

1 《計算機組成原理》課程現狀

首先，《計算機組成原理》課程在“物聯網工程”專業出現之前，主要是在“計算機科學與技術”“網絡工程”“軟件工程”等信息類專業中開設，這些專業以培養應用軟件開發人才為主，所以《計算機組成原理》這門硬件類課程在這些專業的學生眼中就沒有那么重要，學生的學習心態普遍是能學多少算多少，大多數學生不會在教師講授之余，花更多時間和精力去學習這門課程。這些專業的學生更重視《數據結構》《數據庫原理》《操作系統》《計算機網絡》等課程。

其次，教師在講授這門課程時，教學重點一般都放在諸如計算機中的信息表示方法、馮·諾依曼機工作原理、運算器和運算方法、指令系統等與軟件開發相關的教學內容上。對于輸入輸出設備、中斷系統、CPU和存儲器的連接等硬件設計相關知識進行弱化，不做重點講解。

最后，由于現在的計算機科學與技術以及相關專業的學生對自己未來的職業規劃更多地定位在相關應用軟件的開發上，所以他們關心的重點是最新的軟件技術發展、最新的算法和信息處理方法等，對硬件技術的最新發展了解不多。同時，授課教師在講授《計算機組成原理》課程時并未將最新硬件技術與該課程緊密結合，很多仍以PC機為硬件實例，對“物聯網工程”中使用最多的嵌入式系統幾乎不做講解，包括指令系統也以CISC為主，對RISC只做簡單介紹。

綜合分析來看，傳統的《計算機組成原理》課程教學方法已經不適應“物聯網工程”專業的教學，必須做相應的課程教學改革，以適應“物聯網工程”專業的人才培養目標。

2 物聯網工程專業的《計算機組成原理》課程改革

2.1 教學內容要適應物聯網工程的特點

“物聯網工程”是一門多學科融合的專業，專業課程開設以硬件類課程居多，尤其側重計算機硬件底層設計，所以《計算機組成原理》課程必須把教學內容重點放到與硬件相關的知識點上來，構建適用于“物聯網工程”專業的《計算機組成原理》課程的教學內容，以適應“物聯網工程”專業的特點，使本課程能更好地為“物聯網工程”專業學生后續課程的學習打下堅實的基礎，滿足“物聯網工程”專業的人才培養方案與人才培養目標，滿足物聯網行業的整體發展趨勢和人才市場的需求。

物聯網技術使用的計算機是嵌入式系統，常采用精簡指令系統計算機（RISC），在應用過程中采用硬件裁剪技術，有大量I/O接口等，包含多核、并行、流水線等知識點。但這些內容在傳統的《計算機組成原理》課程中很少涉及，在面向“物聯網工程”專業的《計算機組成原理》課程中必須進行教學內容的調整與增加，并且將其作為重點講解內容，結合“物聯網工程”專業的需要對教學內容進行合理剪裁與組織。

2.2 教學方式要適應“物聯網工程”專業的特點

“物聯網工程”專業是工程實踐性很強的專業，所以在《計算機組成原理》教學過程中應突出應用和工程實踐的特點，把能力培養與理論知識的傳授結合起來。

從宏觀上看，幾乎任何一個物聯網工程的應用產品都是一個計算機嵌入式系統的應用產品。所以在講授《計算機組成原理》課程時，必須以始終貫穿工程思維的方式來引領教學，教師要盡可能地結合實際的計算機嵌入式系統產品來講解理論知識，盡可能地要求學生站在一個工程師的角度思考：如何設計一個計算機嵌入式系統？在設計一個計算機嵌入式系統時應包含哪些基本部件？各部件連接時需要解決哪些問題？把《計算機組成原理》中各章節的理論放到這一系列問題中講解。教師在學生積極思考后進行理論講解，使學生更好地掌握《計算機組成原理》相關知識點，學到相關理論和方法。這種以“工程思維”作為引領的教學方法能使學生帶著問題學習，真正激發學生的學習興趣，。

比如，在講解總線時，選擇嵌入式系統中用到的I2C、SPI、CAN等總線應用作為實例來講解總線的工作原理；在講解中斷系統、I/O接口的工作原理時，使用相應的EDA軟件仿真演示某些具體計算機應用產品中的中斷系統和I/O設備，使抽象的理論具體化、生動化。

通過教學方式的改變，讓學生形成一種“工程思維”的方式，了解作為一名工程師的設計思路和設計理念，為學生今后成為合格的工程師打好基礎。

2.3 實踐教學環節要適應物聯網工程的特點endprint

“物聯網工程”專業設置的課程大多是強調動手能力的硬件課程，目的是培養以物聯網項目為開發目標的硬件工程師，所以實踐教學環節尤為重要。《計算機組成原理》課程實踐教學環節改革的主導思想是：通過實踐教學使學生進一步消化理解理論課程內容，培養學生的實際動手能力，建立嵌入式計算機系統概念。

為實現這一目標，首先抓好基礎性、驗證性試驗如“數據通路”“存儲器實驗”“運算器實驗”等，為后續的設計性、綜合性實驗打下良好的基礎。

在“設計性、綜合性、創新性”實踐環節中，強調學生以具體的實驗和工程項目設計為核心，堅持“做中學”的原則。在《計算機組成原理》具體實踐教學中，我們把實驗和工程項目的設計始終貫穿在整個教學活動中。在工程項目設計實踐中，我們要求學生以小組為單位設計完成一個簡單的計算機組成原理項目，要求學生能夠利用已掌握的知識獨立設計一個計算機最小系統，通過Proteus仿真軟件正確連接CPU、存儲器、I/O接口、輸入輸出設備，更好地發揮學生的主觀能動性和設計能力，真正把理論和實踐相結合，通過實踐教學透徹理解《計算機組成原理》的理論知識。

3 結 語

針對“物聯網工程”專業的特點和后續課程學習的需要，對《計算機組成原理》課程進行的教學改革，是一個需要不斷思考和探索的過程。通過總結經驗，實現理論教學和實踐、創新能力并重的多方位教學模式，制定出符合“物聯網工程”專業特色的《計算機組成原理》課程工程教育模式，盡力做到以工程項目設計和實驗為中心，完成教學目標，取得更好的教學效果，提高學生的學習興趣，為學生學習后續課程奠定扎實的理論和實踐基礎。

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