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計(jì)算機(jī)組成原理基本知識(shí)范文1
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-2851（2012）05-0150-01
《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)類碩士研究生全國(guó)統(tǒng)考課程之一。該課程主要講授信息的表示方法、運(yùn)算方法、CPU與外部的信息交換、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等。通過(guò)這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)字計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成，特別是硬件線路的組成和工作原理，對(duì)計(jì)算機(jī)有個(gè)較全面的了解，建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，為后續(xù)的各門硬件和軟件課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
一、現(xiàn)狀分析
目前出版的《計(jì)算機(jī)組成原理》教材版本有很多種，各有許多長(zhǎng)處，又存在許多不足。例如，教材中某些章節(jié)與前面課內(nèi)容重復(fù)；教材中各計(jì)算機(jī)組成部分之間的聯(lián)系闡述不夠，特別是控制器作為全機(jī)的控制中心，是怎樣指揮全機(jī)各部分之間協(xié)調(diào)一致地工作的論述不夠，也就是說(shuō)沒有把控制器的指揮中樞作用突出出來(lái)。
歷屆學(xué)生反映：
1.覺得控制器抽象難學(xué)，雖然知曉控制器是全機(jī)的指揮中心，是各種操作命令的機(jī)構(gòu)。但是再一研究，控制器到底是怎樣指揮各部件有條不紊地工作的，就不很清楚。
2.對(duì)指令的執(zhí)行過(guò)程和計(jì)算機(jī)工作理解不深。
3.感到學(xué)到的知識(shí)零碎散亂，缺乏系統(tǒng)性。
由于以上原因，致使學(xué)生學(xué)完計(jì)算機(jī)原理之后，尚不清楚計(jì)算機(jī)組成原理和工作原理。建立不起計(jì)算機(jī)整機(jī)概念。
鑒于上述分析，我們認(rèn)真編寫了《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)大綱，整合教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。
二、改進(jìn)措施
（一）修改和補(bǔ)充教材內(nèi)容。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有一些計(jì)算機(jī)組成原理教材各具特色。我們認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，博采眾教材之長(zhǎng)，避各教材之短。對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真的整合，以滿足教學(xué)需求，具體做法如下：
1.刪除與前面的課程重復(fù)的內(nèi)容。例如，數(shù)制和碼制、邏輯代數(shù)、基本邏輯單元電路和邏輯部件部分。補(bǔ)充必要的新內(nèi)容。
2.注意各章節(jié)的內(nèi)容銜接。在講清楚計(jì)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備各部件的組成原理和工作原理的基礎(chǔ)上，注意各部分內(nèi)容的銜接和配合，加強(qiáng)知識(shí)的系統(tǒng)性。
3.改進(jìn)和充實(shí)控制器一章的內(nèi)容。我們知道，控制器線路的邏輯關(guān)系和各種信號(hào)時(shí)序關(guān)系異常復(fù)雜，發(fā)出各種信號(hào)很多，不易敘述清楚。也是改進(jìn)的重點(diǎn)。我們認(rèn)為控制器這一章應(yīng)把控制器發(fā)出的各種控制信號(hào)對(duì)機(jī)器各部分控制作用論述透徹，由控制器把全機(jī)各部分之間的關(guān)系有機(jī)結(jié)合起來(lái)。這樣就會(huì)使學(xué)生感到脈絡(luò)清晰，前后呼應(yīng)，融為一體，便于掌握。
（二）改進(jìn)教學(xué)方法
1.明確要點(diǎn)、抓住三基、掌握方法，培養(yǎng)能力
要點(diǎn)即主要之點(diǎn)，計(jì)算機(jī)是信息處理的自動(dòng)機(jī)，就必須研究信息表達(dá)方法、信息組織方法、信息加工方法、信息變換方法、信息存儲(chǔ)方法、信息控制方法和信息傳送方法。還必須研究程序存儲(chǔ)技術(shù)、程序控制技術(shù)和程序中斷技術(shù)。這些方法和技術(shù)即關(guān)鍵所在，要點(diǎn)所在。
三基就是計(jì)算機(jī)的基本組成、基本原理和基本方法。把基本東西學(xué)會(huì)、學(xué)透，就能舉一反三。
教學(xué)中采用啟發(fā)式、互動(dòng)式、討論式、案例式等教學(xué)方法。
堅(jiān)持培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基本知識(shí)觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
2.教師在講授指令執(zhí)行過(guò)程和計(jì)算機(jī)工作過(guò)程時(shí)，要把指令的流程，數(shù)據(jù)通路和微操作信號(hào)三者有機(jī)結(jié)合起來(lái)。指令流程能把指令的執(zhí)行周期、節(jié)拍等時(shí)間關(guān)系清楚地表示出來(lái)；從數(shù)據(jù)通路可以看出從何處取操作數(shù)，取出操作數(shù)經(jīng)過(guò)哪些路徑送往運(yùn)算器的哪個(gè)部件進(jìn)行加工。其操作結(jié)果又經(jīng)怎樣的路徑送往何處保存；在指令執(zhí)行過(guò)程中發(fā)出哪些微操作信號(hào)，對(duì)這些信號(hào)的作用怎樣，他們之間的時(shí)序關(guān)系怎樣，是怎樣控制數(shù)據(jù)通路的形成和數(shù)據(jù)加工的？這些問(wèn)題闡述清楚了，主機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)信息和控制信息流動(dòng)和作用的過(guò)程也就清楚了。
（三）加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。電子計(jì)算機(jī)是十分復(fù)雜的電子機(jī)器，計(jì)算機(jī)組成原理課工程性比較強(qiáng)，只有通過(guò)必要的實(shí)驗(yàn)才能較好的掌握它。許多問(wèn)題，雖然在課堂上很難真正的理解而通過(guò)實(shí)驗(yàn)也就理解了。比如說(shuō)，在課堂上教師強(qiáng)調(diào)：控制信息處于主動(dòng)地位，數(shù)據(jù)信息處于被動(dòng)地位，數(shù)據(jù)信息是在控制信息的控制下實(shí)現(xiàn)傳遞、加工并產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果。學(xué)生理解的還不十分深刻，而學(xué)生帶著問(wèn)題，親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證所學(xué)的知識(shí)，問(wèn)題也就解決了。在實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)顯示器進(jìn)行觀察，用儀器進(jìn)行檢測(cè)，并且可以斷開某個(gè)控制信號(hào)，觀察前后有什么不同，數(shù)據(jù)傳遞到什么地方終止了，為什么沒有形成正確的數(shù)據(jù)通路和產(chǎn)生正確結(jié)果？通過(guò)學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)、觀察、分析和整理，就會(huì)得出正確的結(jié)論，就能比較牢固地掌握兩種信息流動(dòng)和作用的基本原理，消化和鞏固所學(xué)知識(shí)。
以上僅是本人在教學(xué)實(shí)踐中具體做法和粗淺體會(huì)，有錯(cuò)誤和不當(dāng)之處，望批評(píng)指正。
參考文獻(xiàn)
計(jì)算機(jī)組成原理基本知識(shí)范文2
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)組成原理;EDA技術(shù);課程設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
1背景
“計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)階段的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程“計(jì)算機(jī)組成原理”的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其先修課有“數(shù)字邏輯”及其實(shí)驗(yàn),其后繼課程有“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”,“編譯技術(shù)”,“接口與通訊技術(shù)”等。
本課程起著承上啟下的重要作用,通過(guò)本課程的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn),使同學(xué)進(jìn)一步掌握計(jì)算機(jī)各部件的基本原理和結(jié)構(gòu),掌握計(jì)算機(jī)各部件的基本設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)方法,幫助同學(xué)建立計(jì)算機(jī)時(shí)間―空間的整體概念,鞏固課堂知識(shí),初步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和分析解決問(wèn)題能力。
但是以前的教學(xué)實(shí)踐中在CPU硬件設(shè)計(jì)這一重要內(nèi)容方面存在不足。CPU、DSP處理器乃至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)及相關(guān)課程隨著新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該成為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中重要的組成部分,計(jì)算機(jī)專業(yè)對(duì)于軟硬件綜合設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)是責(zé)無(wú)旁貸的,也是本專業(yè)的特色與亮點(diǎn)。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員,如果只會(huì)使用計(jì)算機(jī)而不會(huì)設(shè)計(jì)CPU 和計(jì)算機(jī),那么和其他專業(yè)比較就沒有優(yōu)勢(shì),不符合計(jì)算機(jī)專業(yè)的辦學(xué)宗旨而缺失市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。
調(diào)研表明,國(guó)內(nèi)大多高校僅將“計(jì)算機(jī)組成原理”定位為“計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論”和計(jì)算機(jī)模型認(rèn)知的層面上;而在實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐方面,“計(jì)算機(jī)組成原理”的實(shí)驗(yàn)則主要是在一些由分離元件構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,完成簡(jiǎn)單模型CPU的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),基本談不上設(shè)計(jì)。這顯然難以滿足教育部在《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作,提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中關(guān)于“高等學(xué)校要重視本科教學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),保證實(shí)驗(yàn)課的開出率達(dá)到本科教學(xué)合格評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),并開出一批新的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”的要求。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,核心技術(shù)已經(jīng)愈來(lái)愈集中在集成電路芯片和軟件這兩項(xiàng)之中,其中CPU 和OS設(shè)計(jì)技術(shù)是最核心的兩項(xiàng)技術(shù),特別是高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)一直是衡量國(guó)家實(shí)力的一個(gè)重要標(biāo)志。美國(guó)、日本和西歐等國(guó)都作為一種國(guó)家行為,不斷加大這方面的資助力度。美國(guó)的許多高校本科計(jì)算機(jī)專業(yè)中也都安排了CPU 設(shè)計(jì)方面的課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,例如麻省理工學(xué)院的一門相關(guān)課程是“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中,須自主完成(即自行設(shè)計(jì))ALU、單指令周期CPU、多指令周期CPU,乃至實(shí)現(xiàn)流水線32位MIPS CPU和Cache的設(shè)計(jì)。斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)系的本科生也有相似的課程和實(shí)驗(yàn),即“計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)”課,實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生以各自獨(dú)立的形式,用VHDL語(yǔ)言自主實(shí)現(xiàn)CPU、VGA顯示控制模塊等接口,并最后實(shí)現(xiàn)于FPGA中,及完成軟硬件調(diào)試。此外,如加利福尼亞大學(xué)和伯克利大學(xué)等學(xué)校在基于FPGA 的超級(jí)計(jì)算機(jī)研制方面都實(shí)現(xiàn)了大量成果。因此我們有必要向國(guó)外的先進(jìn)教學(xué)實(shí)踐學(xué)習(xí),應(yīng)用EDA技術(shù)改革“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。
2改革目標(biāo)
基于以上問(wèn)題的考慮,學(xué)院計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教學(xué)組經(jīng)過(guò)調(diào)查研究,深入討論,決定改變基于小型模擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,采用基于硬件描述語(yǔ)言方式,通過(guò)讓學(xué)生實(shí)際進(jìn)行計(jì)算機(jī)各個(gè)組成部件的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。
為了更好地貫徹學(xué)院的本科教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃,培養(yǎng)出基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí),具有創(chuàng)新意識(shí),善于自主學(xué)習(xí),實(shí)踐能力較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)高級(jí)專門人才,我們提出了“計(jì)算機(jī)組成原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的下列改革目標(biāo)。
2.1與基于EDA的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)接軌
首先,在“計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)”中增加向工程實(shí)際轉(zhuǎn)化的符合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范的硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街须m也有“設(shè)計(jì)”內(nèi)容,但主要是根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各自規(guī)定的方法,用既定的分離元件和接口器件進(jìn)行拼裝搭接而成,學(xué)生無(wú)法從這樣的“設(shè)計(jì)”過(guò)程中了解真實(shí)的現(xiàn)代實(shí)用CPU基本設(shè)計(jì)技術(shù)。
其次,使學(xué)生在了解計(jì)算機(jī)組成原理和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)的同時(shí),學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)技術(shù)。計(jì)算機(jī)的軟硬件設(shè)計(jì)技能是一個(gè)合格的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生本應(yīng)具備的基本知識(shí),離開了硬件設(shè)計(jì),自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)便無(wú)從談起。以前不少計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生只將注意力和興趣集中在各種編程環(huán)境、開發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)上面,對(duì)于硬件技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用研究不感興趣或忘而生畏,培養(yǎng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)技術(shù),能從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。
2.2培養(yǎng)創(chuàng)造能力
從創(chuàng)造能力培養(yǎng)的角度看,軟件設(shè)計(jì)人員只須擁有邏輯上的單向一維思維能力就能保證軟件設(shè)計(jì)的成功,即過(guò)量單純的軟件設(shè)計(jì),不斷強(qiáng)化設(shè)計(jì)者純邏輯性思維和收斂性思維。顯然,這與培養(yǎng)植根于多維多向的發(fā)散性思維方式和非邏輯思維方式的創(chuàng)造能力是相違背的。因此,多數(shù)純軟件設(shè)計(jì)訓(xùn)練只能歸類為技能性和知識(shí)性訓(xùn)練。
硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)則不同。首先,硬件系統(tǒng)可以有許多相關(guān)或互為獨(dú)立的模塊組成,相關(guān)模塊的關(guān)系可以是同步,也可以是異步。其次,硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身并不能離開軟件設(shè)計(jì),因此硬件系統(tǒng)的構(gòu)建是一個(gè)軟硬綜合的并發(fā)系統(tǒng),設(shè)計(jì)和把握它自然必須擁有并發(fā)和多維的思想方法。例如在時(shí)序問(wèn)題和競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)問(wèn)題的解決上有時(shí)還可能用上非邏輯思維方法。而Verilog HDL語(yǔ)言正是描述和設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,它的語(yǔ)句都是并發(fā)的,甚至包括進(jìn)程中的順序語(yǔ)句。基于EDA技術(shù)和Verilog的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)訓(xùn)練無(wú)疑十分有利于強(qiáng)化發(fā)散性思維和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3實(shí)施方案
3.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革
計(jì)算機(jī)專業(yè)的硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課多年來(lái)一直采用傳統(tǒng)的芯片搭電路的方法,此方法過(guò)于陳舊,限制了學(xué)生能動(dòng)性的發(fā)揮。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入現(xiàn)代EDA技術(shù)是必然趨勢(shì)。
在計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)中我們引入該技術(shù),采用先進(jìn)的虛擬設(shè)計(jì)及仿真軟件工具quartusII,結(jié)合GW48_SOPC實(shí)驗(yàn)箱,可以設(shè)計(jì)、仿真與硬件下載驗(yàn)證計(jì)算機(jī)的各功能部件。
3.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟硬件設(shè)備及教材的建設(shè)
EDA技術(shù)的發(fā)展已從根本上改變了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)模式,我們必須適應(yīng)這一趨勢(shì)。為此,在學(xué)院的大力支持下,我們建設(shè)了一個(gè)可以容納65人的計(jì)算機(jī)組成原理專用實(shí)驗(yàn)室,新購(gòu)置了65臺(tái)高性能的PC機(jī)及終端桌椅。另外,學(xué)院還將采購(gòu)65臺(tái)新型的基于FPGA芯片和EDA環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái),該平臺(tái)已被國(guó)內(nèi)數(shù)十所大學(xué)采用。學(xué)院的EDA課程實(shí)驗(yàn)即采用類似平臺(tái),兩年多的運(yùn)行證明性能良好。在實(shí)驗(yàn)軟件工具方面,我們緊跟國(guó)際步伐,引入了高級(jí)的虛擬設(shè)計(jì)與仿真軟件工具quartusII。
在教材的建設(shè)方面,我們經(jīng)過(guò)兩年的教學(xué)實(shí)踐,在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方面有了一定的積累,但距離改革目標(biāo)還有很大的距離。為了促進(jìn)教學(xué)改革的進(jìn)一步深入開展,我們將在原有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)的基礎(chǔ)上,增加新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,并系統(tǒng)整理與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL,quartusII使用手冊(cè)及實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)手冊(cè)。在此工作的基礎(chǔ)上,將形成“計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)”正式出版的配套教材。另外,我們還將結(jié)合多媒體技術(shù)開發(fā)新的教學(xué)課件,并建設(shè)相應(yīng)的課程網(wǎng)站,作為教學(xué)強(qiáng)有力的輔助手段。
3.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容根據(jù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)計(jì)劃大綱要求,結(jié)合工程實(shí)際來(lái)確實(shí),充分考慮了可操作性與可行性。計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的最終目的是讓學(xué)生能夠設(shè)計(jì)出CPU,但首先,學(xué)生必須初步掌握Verilog HDL硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言,學(xué)會(huì)使用quartusII設(shè)計(jì)工具,知道CPU的各個(gè)功能部件如何工作,以及相互之間是如何配合構(gòu)成CPU的。
因此,為滿足教學(xué)需要,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容將采用由基本到綜合的方式逐層開展,“必修實(shí)驗(yàn)+選修實(shí)驗(yàn)+綜合實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的方式。首先,設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的CPU實(shí)驗(yàn)方案,然后再將這個(gè)CPU分解出一套功能部件實(shí)驗(yàn),包括:總線傳輸實(shí)驗(yàn)、運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)、時(shí)序電路的組成、控制原理實(shí)驗(yàn)、微程序控制器實(shí)驗(yàn)等。必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要由這些功能部件實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ),同時(shí)增加大量相關(guān)的其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為選修實(shí)驗(yàn)以供學(xué)生選擇,滿足不同層次的需要。必修實(shí)驗(yàn)完成的功能部件在綜合實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行組裝,形成一個(gè)完整的CPU。
3.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織方式
培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰驮O(shè)計(jì)創(chuàng)新能力是我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)。為了貫徹這一指導(dǎo)思想,根據(jù)該實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn),課堂上教師只是啟發(fā)性地講解實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn),其余部分全部由學(xué)生獨(dú)立完成。每位學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際能力在完成必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,還可選做選修實(shí)驗(yàn)以擴(kuò)大知識(shí)面加深理解,完成選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目者可適當(dāng)加分。
由于課程的學(xué)時(shí)數(shù)十分有限,因此我們要鼓勵(lì)學(xué)生在課后自己動(dòng)手完成大量的選修實(shí)驗(yàn),任課教師除上課時(shí)間外,每周還可以安排一次集中答疑時(shí)間,以解決學(xué)生在課外實(shí)踐中遇到的困難。
實(shí)驗(yàn)中的模塊我們只給出框圖,其具體內(nèi)容要求學(xué)生自己用電路圖或Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言完成。在編譯調(diào)試過(guò)程中遇到困難盡量由學(xué)生根據(jù)理論所學(xué)內(nèi)容自己解決,并記錄在實(shí)驗(yàn)日志中,讓教師充分了解每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況。另外每個(gè)模塊可以設(shè)計(jì)一些障礙讓學(xué)生修改,提高他們的實(shí)驗(yàn)興趣。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排遵循驗(yàn)證與設(shè)計(jì)相結(jié)合,注重基礎(chǔ),突出應(yīng)用的原則。
課程嚴(yán)格遵循課前預(yù)習(xí)和設(shè)計(jì)(電路圖和Verilog程序)、課上調(diào)試(實(shí)驗(yàn)日志記錄)和驗(yàn)收、課后完成報(bào)告的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。其中實(shí)驗(yàn)日志記錄是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié),它將貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段,體現(xiàn)學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)的情況,是學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要證明。實(shí)驗(yàn)日志按時(shí)間順序主要記錄:實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中遇到的問(wèn)題及解答;回答實(shí)驗(yàn)教材中以及教師課堂上提出的問(wèn)題。
3.5實(shí)施效果和亟待改進(jìn)的問(wèn)題
實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案從2007年春季開始,已經(jīng)實(shí)施了兩個(gè)學(xué)期。總的來(lái)說(shuō),實(shí)施效果令人滿意,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1) 加深了學(xué)生對(duì)理論課的理解和學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)課中,通過(guò)啟發(fā)性地講解實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn),使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撜n上學(xué)到的知識(shí)和具體的實(shí)驗(yàn)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。學(xué)生在理論課上學(xué)到的主要原理都能應(yīng)用于具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中。而具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程反過(guò)來(lái)又能加深對(duì)原理的理解和認(rèn)識(shí)。兩者之間相輔相成,極大地促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(2) 調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的主觀能動(dòng)性。在實(shí)驗(yàn)課中,一方面教師只講解關(guān)鍵點(diǎn),這樣要完成實(shí)驗(yàn),學(xué)生就必須要自己去主動(dòng)的查閱相關(guān)資料;另一方面實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置了綜合性實(shí)驗(yàn)和選做性實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)點(diǎn)較多,教材中給的提示相對(duì)較少,學(xué)生往往需要費(fèi)一番周折,克服一些障礙,才可能完成實(shí)驗(yàn)。
(3) 大大減少抄襲作業(yè)的現(xiàn)象。以前經(jīng)常出現(xiàn)的抄襲作業(yè)現(xiàn)象,由于實(shí)驗(yàn)日志的出現(xiàn)而大大減少。實(shí)驗(yàn)日志記錄是實(shí)驗(yàn)完成過(guò)程的一個(gè)詳細(xì)記錄,是學(xué)生和教師共同完成的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)日志是沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的,每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)日志也不可能雷同,因而能有效地減少抄襲的出現(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一個(gè)不斷深入和發(fā)展的過(guò)程。在方案的實(shí)施過(guò)程中,也發(fā)現(xiàn)了不少亟待改進(jìn)的問(wèn)題,其中如何組織好教學(xué)內(nèi)容是至關(guān)重要的。一方面要在有限的課時(shí)內(nèi)將理論課中的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)融入到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中,另一方面為了配合好先行和后續(xù)課程的教學(xué)內(nèi)容,還要將一些新的知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容融入進(jìn)來(lái)。這樣如何在不增加學(xué)時(shí)的前提下,將這兩部分內(nèi)容更加有機(jī)的組織起來(lái)是日后必須要解決的問(wèn)題。
4結(jié)束語(yǔ)
“計(jì)算機(jī)組成原理”課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革經(jīng)過(guò)兩學(xué)期的實(shí)踐摸索,已基本明確了今后進(jìn)一步展開深入教學(xué)改革的方向和目標(biāo)。下一步將根據(jù)規(guī)劃好的改革方案,繼續(xù)實(shí)施各項(xiàng)改革內(nèi)容,朝著預(yù)期目標(biāo)邁進(jìn)。
相信在對(duì)課程進(jìn)行了上述改革后,必將極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,啟發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣,為培養(yǎng)出基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí),具有創(chuàng)新意識(shí),善于自主學(xué)習(xí),實(shí)踐能力較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)高級(jí)專門人才奠定基礎(chǔ)。
科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)更是日新月異。因此,“計(jì)算機(jī)組成原理”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方式、方法也需不斷更新變化。改革是一個(gè)持續(xù)不斷的過(guò)程,需要我們不斷地研究與探索。
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計(jì)算機(jī)組成原理基本知識(shí)范文3
摘 要：本文介紹了筆者自己在“計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)”研究性教學(xué)實(shí)施過(guò)程中的體會(huì)，同時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)不足，以便逐步完善和推廣研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；研究性教學(xué)；創(chuàng)新人才
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
研究性教學(xué)是教師以課程內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際知識(shí)架構(gòu)為基礎(chǔ)，以轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式為目的，使其由要我學(xué)，變?yōu)槲乙獙W(xué)，從而引導(dǎo)學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題。在此過(guò)程中使其積累知識(shí)并強(qiáng)調(diào)一種主動(dòng)探索和創(chuàng)新實(shí)踐的精神，著眼于傳授給學(xué)生終身受用的學(xué)習(xí)能力。但是，開展研究型教學(xué)受辦學(xué)條件、生源質(zhì)量、師資水平、考核改革、院校政策、教師待遇等諸多條件的影響，不同院校、院系、專業(yè)、課程、年級(jí)的差異往往較大。因此，如何從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，以學(xué)生為本，依據(jù)課程特點(diǎn)開展研究性教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量，讓每個(gè)學(xué)生都有所收獲，是我們高校教師值得探索的問(wèn)題。
本期學(xué)校首次舉行了研究性教學(xué)比賽，比賽程序是首先參賽教師上報(bào)教學(xué)實(shí)施方案；方案通過(guò)后經(jīng)學(xué)校督導(dǎo)團(tuán)教師現(xiàn)場(chǎng)聽課4次；學(xué)生填寫調(diào)查表；召開學(xué)生座談會(huì)聽取學(xué)生的反饋意見；召開教師座談會(huì)，參賽教師進(jìn)行匯報(bào)總結(jié)；最后，督導(dǎo)團(tuán)教師匯總經(jīng)綜合評(píng)定給出結(jié)果。筆者是全校22名參賽教師中唯一上實(shí)驗(yàn)課的，經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的努力，所上的“計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)”課獲得了督導(dǎo)團(tuán)和學(xué)生的好評(píng)，排名第一。下面筆者從6個(gè)方面談?wù)勛约旱捏w會(huì)，借此機(jī)會(huì)與教師們共同探討研究性教學(xué)的實(shí)施；同時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐步完善和推廣研究性教學(xué)，讓更多的學(xué)生受益。
1 “計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)”研究性教學(xué)的實(shí)施體會(huì)
(1) 課前準(zhǔn)備充足，制定詳盡的教學(xué)方案
研究性教學(xué)的重要特征是改變學(xué)習(xí)方法，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)。它更多注重的是教學(xué)的組織。因此教師在開課之前必須做好充分準(zhǔn)備，考慮教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，制定詳盡的教學(xué)組織方案。
計(jì)算機(jī)組成原理是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在計(jì)算機(jī)整個(gè)課程體系中起著舉足輕重的作用。具有知識(shí)面廣、內(nèi)容多、抽象、枯燥、難理解等特點(diǎn)，而我們開設(shè)的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課就是針對(duì)這些來(lái)幫助學(xué)生解決問(wèn)題的。我們要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)本期實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握以下技能：理解CPU的組成及各組成部分的工作原理，牢固建立整機(jī)概念；CPU的設(shè)計(jì)調(diào)試方法；EDA工具軟件的使用；軟件仿真的技能；文檔資料的總結(jié)及論文的寫作技能。
依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，開課前我們制定了詳盡的教學(xué)方案并建立了相應(yīng)文檔資料庫(kù)，內(nèi)容包括：教學(xué)大綱、課程運(yùn)行圖、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表、課表、實(shí)驗(yàn)組織管理辦法、考核方式、各模塊的講稿(部分含F(xiàn)LASH演示案例、PPT等)、實(shí)驗(yàn)中學(xué)生遇到的問(wèn)題(暫時(shí)空，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)及時(shí)記錄并整理)、每次實(shí)驗(yàn)總結(jié)(暫時(shí)空，每個(gè)實(shí)驗(yàn)完后及時(shí)總結(jié))、測(cè)試安排、學(xué)生反饋意見調(diào)查表(全部實(shí)驗(yàn)完后學(xué)生填寫，從中聽取學(xué)生意見，以便下次改進(jìn))、教學(xué)總結(jié)(課程完后及時(shí)總結(jié))。有句話說(shuō)得好：“不打無(wú)準(zhǔn)備的仗。”只有準(zhǔn)備充分了，我們才有可能上好一門課，特別是實(shí)驗(yàn)課。
(2) 改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，自編教材
實(shí)驗(yàn)方法的研究是研究性教學(xué)的一個(gè)重要部分，實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中不斷探索，要及時(shí)把最新技術(shù)傳授給學(xué)生。先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法能吸引學(xué)生，使學(xué)生緊跟時(shí)代步伐，掌握最新知識(shí)。在計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，傳統(tǒng)的方法是利用已經(jīng)全部做好的CPU各個(gè)組成部件的計(jì)算機(jī)模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)實(shí)驗(yàn)的。學(xué)生只需按要求連線，撥動(dòng)開關(guān)就能完成實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)方法使得很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不求甚解，只求結(jié)果，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)思考的能力，這樣做實(shí)驗(yàn)無(wú)法達(dá)到我們的預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。
隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法必須改進(jìn)。是否可以通過(guò)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握最新的技術(shù)呢？基于以上考慮，我們研制并動(dòng)手制作了DDA-I型實(shí)驗(yàn)箱，并開發(fā)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，編寫并出版了教材。自己研制的實(shí)驗(yàn)箱是依據(jù)課程實(shí)驗(yàn)的要求而設(shè)計(jì)的，簡(jiǎn)單明了，只需花幾分鐘的時(shí)間就能讓學(xué)生掌握它的使用方法，實(shí)驗(yàn)的開設(shè)具有自己的特色，能吸引學(xué)生，設(shè)備維護(hù)也簡(jiǎn)單方便，總體來(lái)說(shuō)能達(dá)到我們的教學(xué)目標(biāo)。
(3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排及對(duì)學(xué)生的要求體現(xiàn)層次性，給通才定規(guī)則，給天才留空間
研究性教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)于不同層次的學(xué)生提出不同的要求，也就是說(shuō)給通才定規(guī)則，給天才留空間。在教學(xué)過(guò)程中，我們會(huì)在第一次的課堂上把實(shí)驗(yàn)課的相關(guān)事宜(內(nèi)容、組織方法、要求、考核等)告之學(xué)生。對(duì)于教學(xué)內(nèi)容要求學(xué)生分為三個(gè)層次掌握：一般基本要求，較高要求，以及更高要求。其中基本要求是讓學(xué)生掌握一個(gè)簡(jiǎn)單的模型機(jī)的工作原理及設(shè)計(jì)；較高要求是實(shí)現(xiàn)教材中給定的模型機(jī)，并在此基礎(chǔ)上有所改進(jìn)(如增加指令等)；更高要求是用多種方法實(shí)現(xiàn)并改進(jìn)模型機(jī)的功能。我們會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生提前完成基本內(nèi)容并依據(jù)自己能力實(shí)現(xiàn)較高要求或更高要求，并對(duì)于這些同學(xué)有相應(yīng)鼓勵(lì)機(jī)制(免測(cè)試、最后實(shí)驗(yàn)成績(jī)加分、推薦參加SIT、競(jìng)賽等)，以此帶動(dòng)全班同學(xué)對(duì)該門實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的氣氛。這樣的安排，能讓各層次的學(xué)生依據(jù)各自的興趣與能力完成實(shí)驗(yàn)，讓每個(gè)學(xué)生都有成就感，樹立學(xué)生的信心，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。
(4) 改變教學(xué)觀念，堅(jiān)持“以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的原則
研究性教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在掌握基本知識(shí)的同時(shí)，要挖掘其研究與創(chuàng)新的潛力。教師作為引導(dǎo)者應(yīng)尊重學(xué)生，精心發(fā)現(xiàn)學(xué)生的潛在能力。要做到這一點(diǎn)，教師要充分了解每個(gè)班的每位學(xué)生。可以通過(guò)多接觸、多談心、多融洽的方式了解學(xué)生的興趣，學(xué)習(xí)習(xí)慣，接受能力，理解水平，個(gè)別差異，弄清每個(gè)班的整體差異和特點(diǎn)，然后才能“以學(xué)論教”和“因材施教”。例如針對(duì)不同層次的班有不同的教學(xué)方法，對(duì)不同學(xué)生準(zhǔn)備不同問(wèn)題等。這樣才能讓學(xué)生對(duì)你有信任感，并讓學(xué)生從思想上認(rèn)識(shí)到努力學(xué)習(xí)的重要性，從而引導(dǎo)他們立足于為自身的發(fā)展而學(xué)，使其從要我學(xué)，變?yōu)槲乙獙W(xué)。
本期上了3個(gè)班的課，學(xué)生層次有很大差別。其中一個(gè)班是成教生。成教生普遍基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)態(tài)度也不是很認(rèn)真。對(duì)待這樣的學(xué)生一定要有耐心，適當(dāng)把要求降低。特別是第一次的實(shí)驗(yàn)不能太難，在教師的指導(dǎo)下大多數(shù)同學(xué)應(yīng)能做出來(lái)，并讓做出來(lái)的學(xué)生充當(dāng)小老師去指導(dǎo)其他學(xué)生。這樣，對(duì)前者是鼓勵(lì)而對(duì)后者來(lái)說(shuō)也不會(huì)有畏懼感。完成實(shí)驗(yàn)后教師要及時(shí)表?yè)P(yáng)學(xué)生，讓每位同學(xué)都有成就感，認(rèn)為自己還行，不是太差，這樣他們就會(huì)對(duì)以后的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生興趣，以便我們能順利指導(dǎo)他們完成以后的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)目的。另外2個(gè)班是計(jì)算機(jī)通信專業(yè)的本科生，而通1班(19名同學(xué)選修此課)學(xué)習(xí)積極性高，每次實(shí)驗(yàn)總有6、7位同學(xué)能提前驗(yàn)收。對(duì)這些學(xué)生，我們?cè)谡n堂上及時(shí)表?yè)P(yáng)，并要求他們最后的模型機(jī)實(shí)驗(yàn)中機(jī)器指令集要改，而且要用不同的方法實(shí)現(xiàn)。及時(shí)的表?yè)P(yáng)以及對(duì)他們提出的更高要求更加激勵(lì)了他們的學(xué)習(xí)興趣，課余時(shí)間經(jīng)常見他們泡在實(shí)驗(yàn)室，有時(shí)忘記了吃飯。在他們的帶動(dòng)下，全班同學(xué)你追我趕，學(xué)習(xí)氣氛相當(dāng)濃厚。最后實(shí)驗(yàn)中班上大多數(shù)同學(xué)達(dá)到較高要求，全班三分之一的同學(xué)用兩種或兩種以上的方法實(shí)現(xiàn)了CPU。這次教學(xué)給我感觸很深，學(xué)生的潛力是相當(dāng)大的，看我們教師怎樣去挖掘，用心去教總會(huì)讓你很感動(dòng)。
總之，教學(xué)中堅(jiān)持以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的原則，通過(guò)研究性教學(xué)，提高學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)的能力，為以后的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在此過(guò)程中，作為教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)不斷體味、不斷探索，從而獲取新知識(shí)，培養(yǎng)科學(xué)研究的精神。
(5) 教學(xué)過(guò)程的摸索，推行開放與半開放相結(jié)合的教學(xué)模式
開展研究性教學(xué)的目的就是要提高教學(xué)質(zhì)量，讓更多的學(xué)生收獲更多。如何達(dá)到目標(biāo)這需要每位教師在自己的教學(xué)中主動(dòng)摸索，積累經(jīng)驗(yàn)，找出最有效、最適用的方法。依據(jù)“計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)目的以及該課程的特點(diǎn)我們采用了半開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式：課堂上教師只是啟發(fā)性的講解組成CPU的各模快的工作原理，其余部分全部由學(xué)生獨(dú)立完成，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求他們把自己實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及對(duì)這些問(wèn)題的思考、解決方法及時(shí)記錄在實(shí)驗(yàn)日志中，培養(yǎng)學(xué)生自主的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、獨(dú)立思考、獨(dú)立研究的習(xí)慣。學(xué)生每人一組獨(dú)立實(shí)驗(yàn)并根據(jù)自己的實(shí)際能力除在規(guī)定的上課時(shí)間內(nèi)完成必做的14個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，還有9個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可供選做，完成選做項(xiàng)目者可適當(dāng)加分。實(shí)驗(yàn)室全天開放，學(xué)生除上課時(shí)間外可自由來(lái)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。任課教師除上課時(shí)間外，每周還安排了多次答疑時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)中的模塊我們只給出框圖，其具體內(nèi)容要求自己用電路圖或VHDL硬件描述語(yǔ)言完成。另外，學(xué)生也可以完全拋開所給的框圖全部重新設(shè)計(jì)。在編譯調(diào)試過(guò)程中遇到困難盡量由學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)自己解決，并記錄在實(shí)驗(yàn)日志中，讓教師充分了解每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況。在每個(gè)模塊部分我們還安排了障礙讓學(xué)生修改，提高他們的實(shí)驗(yàn)興趣。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排遵循驗(yàn)證與設(shè)計(jì)相結(jié)合、注重基礎(chǔ)、突出應(yīng)用的原則。實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格遵循課前預(yù)習(xí)、課堂訓(xùn)練、課后準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)調(diào)試(實(shí)驗(yàn)日志記錄)、驗(yàn)收、測(cè)試的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。做到課上課下相結(jié)合，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。
在教學(xué)實(shí)際操作過(guò)程中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力的差異較大，我們的宗旨是讓所有同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，各自的實(shí)踐與動(dòng)手能力都有所提高。不能只注重對(duì)好學(xué)生的培養(yǎng)，還應(yīng)注重學(xué)習(xí)接受能力差一點(diǎn)的學(xué)生，半開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能顧及到各個(gè)層面的學(xué)生。課堂上我們針對(duì)多數(shù)同學(xué)講解基本知識(shí)要點(diǎn)，要求多數(shù)學(xué)生完成指定任務(wù)。接受能力差一點(diǎn)的學(xué)生可在課余時(shí)間內(nèi)來(lái)實(shí)驗(yàn)室，老師會(huì)耐心給予個(gè)別輔導(dǎo)，使他們能夠完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這樣也會(huì)有成就感，樹立自信心。對(duì)于優(yōu)秀學(xué)生，課余時(shí)間也可以來(lái)實(shí)驗(yàn)室，教師會(huì)給他們提供一個(gè)最大限度的能力發(fā)揮空間，對(duì)學(xué)生提出更高的設(shè)計(jì)要求，并在考核中給予適當(dāng)加分以資鼓勵(lì)，增進(jìn)實(shí)驗(yàn)興趣。
(6) 依據(jù)教學(xué)目的，制定多元化的考核方式
考核是檢查和評(píng)價(jià)教學(xué)質(zhì)量的重要手段，采取何種考核方式是研究性教學(xué)的一個(gè)重要組成部分。相對(duì)理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課的評(píng)價(jià)有其特殊性。對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核，單純的操作考試與單純的筆試(口試)都有其片面性。前者盡管能直接檢測(cè)學(xué)生的實(shí)際操作能力，但畢竟考試時(shí)只能涉及到一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，考核評(píng)分很難把握，主觀因素不可避免；后者考試內(nèi)容雖然廣泛，但有可能導(dǎo)致學(xué)生死記硬背實(shí)驗(yàn)原理及相關(guān)內(nèi)容，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｒ虼耍瑸榱藢?duì)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生成績(jī)有一個(gè)真實(shí)的評(píng)價(jià)，我們要因課制宜，依據(jù)不同實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)以及我們的教學(xué)目的制定多元化的綜合考核方式。
“計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)”的成績(jī)?cè)u(píng)定貫穿于課程開始直至課程結(jié)束全過(guò)程，每個(gè)環(huán)節(jié)我們都有跟蹤記錄。考核成績(jī)由每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的課堂訓(xùn)練(電路的軟件設(shè)計(jì)及仿真)、硬件調(diào)試、實(shí)驗(yàn)文檔(預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)日志、實(shí)驗(yàn)報(bào)告)、平時(shí)開放時(shí)間的實(shí)驗(yàn)情況和兩次測(cè)試等部分組成。具體如下：
① 實(shí)驗(yàn)總成績(jī)(100%)=平時(shí)成績(jī)1{實(shí)踐操作總成績(jī)(綜合考查課堂訓(xùn)練+實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)收，含驗(yàn)收時(shí)的答辯)40%}+平時(shí)成績(jī)2{預(yù)習(xí)報(bào)告總成績(jī)10%+實(shí)驗(yàn)日志及實(shí)驗(yàn)報(bào)告總成績(jī)30%}+測(cè)試成績(jī)(20%)
其中實(shí)踐操作總成績(jī)、預(yù)習(xí)報(bào)告總成績(jī)、實(shí)驗(yàn)日志及報(bào)告總成績(jī)(下全簡(jiǎn)寫為總成績(jī))計(jì)算公式如下：
總成績(jī)= 第I次實(shí)驗(yàn)成績(jī)=
說(shuō)明：
：占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的比。即“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收操作總成績(jī)”為40%；“預(yù)習(xí)報(bào)告總成績(jī)”為10%；“實(shí)驗(yàn)日志總成績(jī)”為30%。
：第I次實(shí)驗(yàn)比重(百分比)。即：
：第I次實(shí)驗(yàn)成績(jī)(百分制)。ABCD等級(jí)制需要折算成百分制。
實(shí)驗(yàn)考核表格中的項(xiàng)目設(shè)置：
課堂訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收：等級(jí)法表示，例：A等=0.9, B等=0.8，C等=0.7, D等=0.6。
預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)日志及實(shí)驗(yàn)報(bào)告、測(cè)試成績(jī)：百分制。
每次實(shí)驗(yàn)完，我們及時(shí)將跟蹤記錄的各項(xiàng)成績(jī)登陸到下表，圖1為一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，各模塊實(shí)驗(yàn)以及測(cè)試結(jié)束后得出學(xué)生最終成績(jī)，圖2為最后的總成績(jī)：
圖1
圖2
② 文檔資料的總結(jié)以及論文寫作能力的培養(yǎng)是我們的教學(xué)目的之一。引導(dǎo)學(xué)生重視寫好報(bào)告，訓(xùn)練學(xué)生掌握論文、研究報(bào)告和寫作要求，使得總結(jié)材料具有條理性和科學(xué)邏輯性。為了達(dá)到目標(biāo)，我們提高了實(shí)驗(yàn)文檔資料整理在考核中所占比例，由原來(lái)的30%提升為40%，并采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。具體措施是“預(yù)習(xí)―日志―報(bào)告”三環(huán)相接。
實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)順利完成的前提條件，我們要求學(xué)生的預(yù)習(xí)工作包括實(shí)驗(yàn)原理部分的敘述，要求用自己的語(yǔ)言簡(jiǎn)要說(shuō)明原理知識(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)，學(xué)生必須多花時(shí)間認(rèn)真思考，才能對(duì)書本上的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行加工處理，寫出簡(jiǎn)明扼要的原理說(shuō)明。
實(shí)驗(yàn)日志是我們實(shí)行的新舉措。記實(shí)驗(yàn)日志能很好地反映實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，對(duì)學(xué)生順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)起了很大的作用，對(duì)提高分析和解決問(wèn)題的能力也很有幫助。在調(diào)試中，不斷地回頭動(dòng)手找原因并把這一過(guò)程記錄下來(lái)，不僅培養(yǎng)了同學(xué)的耐心和相互之間的溝通能力，也培養(yǎng)了他們嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、堅(jiān)持不懈的科學(xué)態(tài)度和良好的科研習(xí)慣。我們要求學(xué)生按時(shí)間順序主要記錄：實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中(包括課上與課后)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題、遇到的問(wèn)題、解決方法(必做)；回答實(shí)驗(yàn)教材中以及教師課堂上提出的思考題(必做)；學(xué)生由實(shí)驗(yàn)中的某部分引申開去，結(jié)合背景知識(shí)提出的一些看法(選做，老師視情況給予加分)；最后是實(shí)驗(yàn)感受和體會(huì)(必做)。實(shí)驗(yàn)日志是實(shí)驗(yàn)成功的咽喉，它將貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段，體現(xiàn)學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)的情況，是學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要證明。我們要求學(xué)生認(rèn)真對(duì)待，并給出手寫稿。這樣，一方面，學(xué)生課內(nèi)課外動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，就會(huì)主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，主動(dòng)去解決問(wèn)題，并經(jīng)過(guò)思考，及時(shí)記錄下來(lái)，有利于實(shí)驗(yàn)特別是大型設(shè)計(jì)的順利完成。這一舉措吸引了學(xué)生主動(dòng)走入實(shí)驗(yàn)室，并帶動(dòng)了同學(xué)之間相互討論問(wèn)題的濃厚的學(xué)習(xí)氣氛。另一方面，也讓教師更多地了解每位同學(xué)的真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情況，給出更加真實(shí)的考核成績(jī)。
③ 實(shí)驗(yàn)測(cè)試的安排是為了督促并讓全體同學(xué)都能掌握基本知識(shí)點(diǎn)與基本技能。其中一次測(cè)試安排在綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目微程序控制器中，要求學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)中每條微指令的代碼，因?yàn)榇a如何形成是本次也是整個(gè)CPU實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。第二次實(shí)驗(yàn)測(cè)試是一個(gè)綜合性的測(cè)試，安排在最后的模型機(jī)實(shí)驗(yàn)中，具體要求如下：對(duì)每位同學(xué)給出不同的題目，學(xué)生必須依據(jù)所給題目稍稍修改電路、編寫測(cè)試程序、最后下載到實(shí)驗(yàn)箱調(diào)試出正確的結(jié)果，演示并附加說(shuō)明講解給教師聽。這種方式的測(cè)試大大減少了學(xué)生之間抄襲實(shí)驗(yàn)的惡習(xí)。其中對(duì)于每位同學(xué)所給的不同題目是題庫(kù)自動(dòng)生成的，而題庫(kù)的設(shè)計(jì)者則是上屆實(shí)驗(yàn)做得好的并推薦進(jìn)行SIT計(jì)劃的同學(xué)。本期實(shí)驗(yàn)測(cè)試正式啟用，效果良好，減輕了教師出題的負(fù)擔(dān)，提高了效率。
④ 對(duì)于能提前完成規(guī)定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或能完成較高要求、更高要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以及有一定創(chuàng)新思想的學(xué)生，給予適當(dāng)加分或免實(shí)驗(yàn)測(cè)試等鼓勵(lì)措施，并以實(shí)驗(yàn)綜合成績(jī)作為課程學(xué)成績(jī)。
由于“計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目環(huán)環(huán)相扣，外加嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)考核，引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視，前面沒做好會(huì)影響到后面的實(shí)驗(yàn)效果。多元化的考核方式使得學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)變主動(dòng)，同時(shí)學(xué)生的實(shí)踐能力得到良好的培訓(xùn)和鍛煉，綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神也有很大提高。
2 總結(jié)與改進(jìn)
課程結(jié)束后，我們分發(fā)了問(wèn)卷調(diào)查表，書面征求學(xué)生們的建議和想法。學(xué)生普遍認(rèn)為這門實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容安排由淺入深、系統(tǒng)性較強(qiáng)、各模塊環(huán)環(huán)相扣，使得初學(xué)者能夠
一步一步在清晰的思路下完成，同時(shí)又能吸引他們繼續(xù)深入，最終完成CPU的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。當(dāng)他們看到每一步指令的執(zhí)行結(jié)果在數(shù)碼管上顯示出來(lái)時(shí)，那種喜悅的心情無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)。有位學(xué)生在他的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中寫過(guò)這樣的體會(huì)：計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)是我進(jìn)大學(xué)后做過(guò)的“最痛苦”、“最耗時(shí)”、“最快樂(lè)”、“最難忘”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中我們采用的“預(yù)習(xí)―日志―報(bào)告”三環(huán)相接的方法以及手寫日志、報(bào)告及實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法便于讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)理解得更加透徹，很大程度上減少了實(shí)驗(yàn)抄襲現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)室的開放又極大地方便了同學(xué)細(xì)心鉆研實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。很多學(xué)生反映這門課的實(shí)驗(yàn)方法鍛煉了獨(dú)立思考的能力，使他們能夠自主地查找資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，特別是教師先讓他們嘗試如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，最后才為他們講解。這種實(shí)驗(yàn)的方法是值得肯定的，大學(xué)正是要培養(yǎng)這種自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力。
通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，我們也發(fā)現(xiàn)了不足之處，下面對(duì)此進(jìn)行總結(jié)，希望以后的教學(xué)中能有所改進(jìn)。
① 排課時(shí)間安排不合理：本期由于計(jì)算機(jī)通信專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程較多，實(shí)驗(yàn)課因?yàn)槭侨?jié)連上，部分班級(jí)只能安排在早上7：30-9：40，導(dǎo)致遲到現(xiàn)象常有發(fā)生；而排在中午的課12：50-15：10，學(xué)生和教師的精神都不是很好，特別是夏天；
② 有部分學(xué)生反映寫報(bào)告花的時(shí)間太多；這個(gè)問(wèn)題我們考慮過(guò)，鑒于計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是完成一個(gè)大型的CPU設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，它的系統(tǒng)性、連貫性較強(qiáng)，因此決定下期實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)生子模塊報(bào)告可簡(jiǎn)化，即省略目的、實(shí)驗(yàn)器材等，原理部分用語(yǔ)言簡(jiǎn)單總結(jié)即可，步驟可濃縮在波形仿真說(shuō)明中。最后的模型機(jī)調(diào)試實(shí)驗(yàn)再要求學(xué)生寫份完整的報(bào)告。實(shí)驗(yàn)日志部分不能缺少，這樣可以適當(dāng)減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)。
③ 由于學(xué)院改革，部分理論課程的相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)安排在實(shí)驗(yàn)室上，占用了較多實(shí)驗(yàn)室資源，使得開放的時(shí)間相對(duì)少了些。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)預(yù)約系統(tǒng)，希望系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能有效利用實(shí)驗(yàn)室資源。
④ 近期實(shí)驗(yàn)室又研制了DDA-III型實(shí)驗(yàn)箱，準(zhǔn)備新安裝QUARTUS軟件。下期計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課準(zhǔn)備讓部分學(xué)生用新軟件和新實(shí)驗(yàn)箱完成實(shí)驗(yàn)，讓他們掌握更多的知識(shí)。
3 結(jié)束語(yǔ)
研究性教學(xué)的開展促使教師主動(dòng)去探索并關(guān)注教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，更重要的是改變了傳統(tǒng)的教學(xué)理念。實(shí)踐教育的一個(gè)非常重要的特征是學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，教師傳授給學(xué)生的是方法，是終身受用的學(xué)習(xí)能力。我們還將繼續(xù)對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的研究性教學(xué)以及它的“軟件、硬件”進(jìn)行進(jìn)一步探索，和廣大的教師、學(xué)生一起共同探討，完善和推廣研究性教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生收獲更多。
參考文獻(xiàn)
[1] 方愷晴．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，(3):97-100.
計(jì)算機(jī)組成原理基本知識(shí)范文4
關(guān)鍵詞：系統(tǒng)觀；能力培養(yǎng)；教學(xué)改革；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
從1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）誕生到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)過(guò)了大型機(jī)時(shí)代（Mainframe Era： 1950s-1960s）、小型機(jī)時(shí)代（Minicomputer Era： 1970s）、個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代（PC Era： Mid 1980s-Mid 2000s）和后PC時(shí)代（PostPC Era： Late 2000s）。計(jì)算機(jī)教學(xué)模型機(jī)也經(jīng)歷了從大型機(jī)、小型機(jī)到PC的過(guò)程。通常，課堂教學(xué)內(nèi)容比業(yè)界技術(shù)要滯后幾年。20世紀(jì)80年代初，基本以IBM 360/370或DJS 200系列等大型系列機(jī)為模型機(jī)；20世紀(jì)80年代中后期開始，則以VAX 11/780等小型機(jī)為模型機(jī)，并同時(shí)開設(shè)以IBM PC為模型機(jī)的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程，到21世紀(jì)開始，基本上都轉(zhuǎn)入了以Intel x86或PowerPC或MIPS等微處理器為模型的教學(xué)模式。
隨著多核/眾核處理器、嵌入式和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，以及大規(guī)模數(shù)據(jù)中心（WSC）的建立和個(gè)人移動(dòng)設(shè)備（PMD）的大量普及使用，計(jì)算機(jī)發(fā)展進(jìn)入了后PC時(shí)代。呈現(xiàn)出“人與信息世界及物理世界融合”的趨勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化、普適化和智能化的鮮明特征[1]。
那么，后PC時(shí)代的計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)應(yīng)該如何改革？計(jì)算機(jī)專業(yè)教育的核心應(yīng)該是什么？計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該如何調(diào)整以適應(yīng)新的發(fā)展需求？這些都是我們從事計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的大學(xué)老師們應(yīng)該思考的問(wèn)題。本文將從計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)、目前我國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育存在的問(wèn)題、南京大學(xué)在學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)方面的新舉措等幾個(gè)方面闡述筆者的思考及初步探索。
一、計(jì)算機(jī)專業(yè)人才“系統(tǒng)觀”培養(yǎng)的重要性
圖1描述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)抽象層的轉(zhuǎn)換。從圖1可以看出，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由不同的抽象層構(gòu)成，“計(jì)算”的過(guò)程就是不同抽象層轉(zhuǎn)換的過(guò)程，上層是下層的抽象，而下層則是上層的具體實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)學(xué)科主要研究的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)不同抽象層的實(shí)現(xiàn)及其相互轉(zhuǎn)換的機(jī)制，計(jì)算機(jī)學(xué)科培養(yǎng)的應(yīng)該主要是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或在系統(tǒng)某些層次上從事相關(guān)工作的人才。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由各種硬件和各類軟件采用層次化方式構(gòu)建，不同用戶工作在不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層，如圖2所示。
從圖2可看出，計(jì)算機(jī)用戶有最終用戶、系統(tǒng)管理員、應(yīng)用程序員和系統(tǒng)程序員。顯然，計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)的主要應(yīng)該是設(shè)計(jì)和研制計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)工程技術(shù)人員以及系統(tǒng)程序員、應(yīng)用程序員和系統(tǒng)管理員。不管培養(yǎng)哪個(gè)層面的計(jì)算機(jī)技術(shù)人才，計(jì)算機(jī)專業(yè)教育都要重視學(xué)生“系統(tǒng)觀”的培養(yǎng)。
所謂“系統(tǒng)觀”，筆者認(rèn)為，就是指對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的深刻理解。具有“系統(tǒng)觀”的人才，能夠站在系統(tǒng)的高度考慮和解決應(yīng)用問(wèn)題，具有系統(tǒng)層面的認(rèn)知和設(shè)計(jì)能力，包括對(duì)軟、硬件功能進(jìn)行合理劃分、對(duì)系統(tǒng)不同層次進(jìn)行抽象和封裝、對(duì)系統(tǒng)整體性能進(jìn)行分析和調(diào)優(yōu)、對(duì)系統(tǒng)各層面的錯(cuò)誤進(jìn)行調(diào)試和修正、對(duì)用戶程序進(jìn)行準(zhǔn)確的性能評(píng)估和優(yōu)化，以及根據(jù)不同的應(yīng)用要求合理構(gòu)建系統(tǒng)框架等能力。
圖2 計(jì)算機(jī)各類用戶所在層次
特別是在后PC時(shí)代，并行成為重要主題，培養(yǎng)具有系統(tǒng)觀的、能夠進(jìn)行軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的軟/硬件貫通人才是關(guān)鍵。而且，后PC時(shí)代對(duì)于大量從事應(yīng)用開發(fā)的應(yīng)用程序員的要求也變得更高。首先，后PC時(shí)代的應(yīng)用問(wèn)題更復(fù)雜、應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛；其次，要想編寫出適合各類不同平臺(tái)的高效程序，應(yīng)用開發(fā)人員必須對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有全面的認(rèn)識(shí)，必須了解不同系統(tǒng)平臺(tái)的底層結(jié)構(gòu)，并掌握并行程序設(shè)計(jì)技術(shù)和工具。
只有具備“系統(tǒng)觀”，計(jì)算機(jī)工程技術(shù)人員才能夠設(shè)計(jì)研制出性價(jià)比高的適合特定應(yīng)用需求或通用的計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)程序員才能編寫出適合于底層硬件架構(gòu)的易于上層應(yīng)用程序員或系統(tǒng)管理員使用的系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序員才能最合理地利用底層硬件實(shí)現(xiàn)機(jī)制和系統(tǒng)軟件提供的相應(yīng)功能編寫出性能最優(yōu)的應(yīng)用軟件，系統(tǒng)管理員才能配置出最佳的系統(tǒng)環(huán)境并提供最好的系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)管理等方面的服務(wù)。
二、我國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)人才“系統(tǒng)觀”培養(yǎng)的現(xiàn)狀
為了更好地了解國(guó)外大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的情況，筆者對(duì)MIT、UC Berkeley、Stanford和CMU等4所美國(guó)一流大學(xué)在相關(guān)課程方面教學(xué)情況進(jìn)行了跟蹤調(diào)查[2]。我們發(fā)現(xiàn)，中美大學(xué)在計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)及課程教學(xué)方面存在許多不同。
首先，從課程設(shè)置上來(lái)說(shuō)，上述美國(guó)四校在學(xué)完編程語(yǔ)言及其程序設(shè)計(jì)課程后都開設(shè)了一門關(guān)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)課程，而且在課程內(nèi)容上特別注重在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)抽象層上的縱向關(guān)聯(lián)，沿著一條主線，把每個(gè)抽象層都串起來(lái)，從而使學(xué)生形成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念。而國(guó)內(nèi)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程設(shè)置，基本上是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向切分，自下而上分解成數(shù)字邏輯電路、計(jì)算機(jī)組成原理、匯編程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、編譯原理、程序設(shè)計(jì)等課程，而且每門課程都僅局限在本抽象層，相互之間幾乎沒有關(guān)聯(lián)，學(xué)生對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程就像“盲人摸象”一樣，很難形成一個(gè)對(duì)完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全面認(rèn)識(shí)。雖然國(guó)內(nèi)高校也有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)入門或?qū)д撝惖恼n程，但內(nèi)容廣而不深，什么都講一點(diǎn)，什么都講不透，基本上是計(jì)算機(jī)課程概論，而不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論。
其次，美國(guó)四校都采用了分流培養(yǎng)模式，都設(shè)置了偏硬件或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的專業(yè)或方向。例如，有電子工程（EE）、電子與計(jì)算機(jī)工程（ECE）、計(jì)算機(jī)工程（CE）和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等專業(yè)或方向。而目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校都只有一個(gè)專業(yè)，即計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，專門分出ECE、CE和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向進(jìn)行人才培養(yǎng)的學(xué)校很少。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)高校只能培養(yǎng)應(yīng)用程序員，而且是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)底層知之甚少的應(yīng)用程序員。
最后，美國(guó)四校在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)入門課后面都開設(shè)了關(guān)于數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課程，課程內(nèi)容涵蓋了數(shù)字邏輯電路和組成原理兩門課的基本內(nèi)容，并要求學(xué)生用EDA方式設(shè)計(jì)相對(duì)完整的流水線CPU，而且都是由EE（ECE）部門開設(shè)，但并不要求所有學(xué)生都學(xué)，通常是偏硬件類的EE、ECE、CE和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向的學(xué)生必學(xué)，其他方向?qū)W生選修。反觀國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)高校，基本上都是先上數(shù)字邏輯電路（有些合并了一些模電內(nèi)容）課程，然后上組成原理課程（有些組成原理課程上的是微機(jī)原理與接口的內(nèi)容），而且這兩門課程基本上都是所有學(xué)生的必修課程，并沒有考慮不同方向?qū)W生對(duì)于計(jì)算機(jī)底層硬件知識(shí)和硬件設(shè)計(jì)能力的不同需求。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)學(xué)校的組成原理課程教學(xué)基本上還是沿用傳統(tǒng)的教學(xué)理念，教學(xué)內(nèi)容還停留在計(jì)算機(jī)硬件的基本構(gòu)成和基本設(shè)計(jì)原理層面，既不像國(guó)外的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)那種硬件設(shè)計(jì)課程，能夠讓學(xué)生真正了解如何用硬件描述語(yǔ)言通過(guò)FPGA來(lái)設(shè)計(jì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)；也不是一門關(guān)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的入門課程，能夠讓學(xué)生全面地理解整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理。因此，目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)高校的組成原理課程的教學(xué)，既沒能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代化工具進(jìn)行實(shí)際硬件設(shè)計(jì)的能力，也沒有讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用機(jī)器底層硬件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知識(shí)來(lái)增強(qiáng)高效軟件開發(fā)和程序調(diào)試的能力，更沒有通過(guò)該課程讓學(xué)生建立起計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的整體概念。
總之，國(guó)內(nèi)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育在“系統(tǒng)觀”培養(yǎng)方面還存在一些問(wèn)題，這點(diǎn)從近五年來(lái)全國(guó)計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生入學(xué)考試的抽樣結(jié)果可以得到印證。2009年開始，計(jì)算機(jī)專業(yè)的研究生入學(xué)考試采用全國(guó)統(tǒng)考方式，計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)綜合統(tǒng)考科目包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、組成原理、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)四門課程，總分為150分。五年來(lái)的抽樣結(jié)果顯示，全卷平均分每年僅在60～78之間，試題統(tǒng)計(jì)難度（單選題的試題難度指答對(duì)人數(shù)/總?cè)藬?shù)，綜合應(yīng)用題的試題難度指樣本平均分/該題總分，最終難度為加權(quán)平均值）僅在0.41～0.52之間，其中組成原理最低，特別是其綜合應(yīng)用題的難度僅在0.181～0.440之間，五年共10個(gè)綜合應(yīng)用題，只有兩題的難度達(dá)到了0.4以上，說(shuō)明所有考生平均僅掌握所考內(nèi)容的大約30%左右，有的方面只有20%不到，也即考生們對(duì)絕大部分綜合應(yīng)用能力考核內(nèi)容都沒有掌握。從抽樣省份來(lái)看，前三年抽樣的大多是高等教育水平比較高的地區(qū)，可想而知，全國(guó)的抽樣數(shù)據(jù)應(yīng)該更差。近五年的綜合應(yīng)用題抽樣數(shù)據(jù)表明，試題統(tǒng)計(jì)難度與解題涉及的知識(shí)點(diǎn)個(gè)數(shù)相關(guān)性較大，通常涉及的知識(shí)點(diǎn)越多得分越差，說(shuō)明學(xué)生的綜合應(yīng)用能力較弱，平時(shí)缺乏對(duì)相關(guān)知識(shí)和概念關(guān)聯(lián)性的思考。
根據(jù)近年來(lái)對(duì)全國(guó)研究生計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)綜合統(tǒng)考科目考試成績(jī)的抽樣調(diào)查結(jié)果，可以看出國(guó)內(nèi)大學(xué)計(jì)算機(jī)本科專業(yè)存在“輕應(yīng)用、缺關(guān)聯(lián)、少綜合、無(wú)系統(tǒng)觀”的問(wèn)題[3]。
三、國(guó)內(nèi)大學(xué)相關(guān)教學(xué)改革概況
目前，越來(lái)越多的高校發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的一些問(wèn)題，開始注重學(xué)生的系統(tǒng)能力培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生的“系統(tǒng)觀”。
目前為止，已經(jīng)有一些高校以MIPS為模型機(jī)，對(duì)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了深入的講解和實(shí)踐，也有一些高校同時(shí)把CPU設(shè)計(jì)與操作系統(tǒng)和編譯的內(nèi)容融合起來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)。浙江大學(xué)多年來(lái)每年在暑假都會(huì)開設(shè)有關(guān)CPU及其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選修課；東南大學(xué)也專門開設(shè)了面向所有學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)課程；北京航空航天大學(xué)從2006年開始籌劃，花了5年時(shí)間實(shí)現(xiàn)了突破，在相關(guān)的數(shù)電和組原、OS及編譯原理課程中逐步讓學(xué)生完成一個(gè)完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；清華大學(xué)目前也已經(jīng)完成了計(jì)算機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的所有軟、硬件部分的開發(fā)，準(zhǔn)備在所有本科生中開設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)課程。此外，中科大和國(guó)防科大等高校也一直在實(shí)施本科生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)計(jì)劃。可喜的是，一些非重點(diǎn)高校的任課老師也在組成原理課程的教學(xué)及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，引入了以MIPS為模型機(jī)的 CPU設(shè)計(jì)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
另一方面，像復(fù)旦大學(xué)軟件學(xué)院和上海交大軟件學(xué)院等則開設(shè)了與CMU的CS 213類似的課程[4]，北京大學(xué)也在去年全盤引入了CMU的CS 213課程教學(xué)內(nèi)容。但是，總的來(lái)說(shuō)，目前在國(guó)內(nèi)全面開展像CMU的CS 213那樣的課程教學(xué)困難還不小，對(duì)任課教師和學(xué)生來(lái)說(shuō)都是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
四、南京大學(xué)相關(guān)教學(xué)改革思路和做法
根據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域目前發(fā)展情況的分析以及對(duì)國(guó)外一流大學(xué)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)情況的調(diào)查，我系在新的2013版教學(xué)計(jì)劃中，實(shí)施分流培養(yǎng)機(jī)制，提供了計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、軟件工程和信息安全五個(gè)方向。
在“系統(tǒng)觀”培養(yǎng)方面，其基本培養(yǎng)目標(biāo)為：建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完整概念，深刻理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)。包括：理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各個(gè)抽象層之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，了解計(jì)算機(jī)指令集體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)原理，具備使用HDL進(jìn)行計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)的基本能力，深刻理解OS和硬件之間的分工和銜接關(guān)系，理解掌握從硬件角度出發(fā)進(jìn)行編譯優(yōu)化的基本技術(shù)，深刻理解從硬件角度出發(fā)編制高效程序的基本原理，提高利用硬件知識(shí)進(jìn)行程序調(diào)試的能力。特別對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向的學(xué)生，在系統(tǒng)能力方面則要求更高，在CPU設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯技術(shù)和并行處理技術(shù)等方面都有相應(yīng)的實(shí)踐要求。
在2013版教學(xué)計(jì)劃中，重新規(guī)劃了相關(guān)的一系列課程，并采用以下思路對(duì)相關(guān)課程進(jìn)行重新建設(shè)：（1）根據(jù)系統(tǒng)能力培養(yǎng)總體目標(biāo)，規(guī)劃好相關(guān)課程各自涵蓋的知識(shí)結(jié)構(gòu)和框架體系，合理定位各門課程的教學(xué)目標(biāo)，把每個(gè)知識(shí)點(diǎn)落實(shí)到具體課程中。（2）根據(jù)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)總體框架，擬定各個(gè)相關(guān)課程之間知識(shí)點(diǎn)銜接方案，并且在教學(xué)過(guò)程中明確各知識(shí)點(diǎn)在不同課程之間的關(guān)系。（3）根據(jù)規(guī)劃分頭編寫或修訂教材及教案，并在統(tǒng)一的框架下建設(shè)相關(guān)課程。（4）在保留各課程獨(dú)立實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的同時(shí)，構(gòu)建一個(gè)公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照一定的關(guān)系有機(jī)聯(lián)系起來(lái)。
2013版教學(xué)計(jì)劃中有一組課程是所有方向?qū)W生都必修的學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)入和學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)出課程。學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)入課程是指轉(zhuǎn)系學(xué)生只有選讀并考試合格后才有資格轉(zhuǎn)入我系學(xué)習(xí)的最低門檻課程；學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)出課程是指學(xué)生只有修讀合格后才能從我系畢業(yè)的最低門檻課程。
與系統(tǒng)能力培養(yǎng)密切相關(guān)的準(zhǔn)入課程是“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”和“數(shù)字邏輯電路”；而與系統(tǒng)能力培養(yǎng)密切相關(guān)的準(zhǔn)出課程是“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)”、“操作系統(tǒng)”和“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”。
每個(gè)方向有幾門方向必修課程和方向指選課程。方向必修課程是該方向?qū)W生必選的方向基礎(chǔ)課程，方向指選課程是為該方向?qū)W生指定的選課范圍內(nèi)的方向相關(guān)課程。例如，對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向，其方向必修課程是“計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”和“編譯原理”；而在方向指選課程中，與系統(tǒng)能力密切相關(guān)有“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)”、“并行處理技術(shù)”、“LINUX分析”、“微機(jī)原理與接口”和“嵌入式系統(tǒng)”等課程，也即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生必須在這些課程中選修一定數(shù)量的課程。
圖3給出了整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中與“系統(tǒng)觀”培養(yǎng)密切相關(guān)的課程設(shè)置，圖中箭頭描述了課程的先后依賴關(guān)系。
從圖3可看出，所有相關(guān)課程中，“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)”是最核心的課程，其先行課程是“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”和“數(shù)字邏輯電路”，與其相關(guān)的后續(xù)課程有“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”、“操作系統(tǒng)”、“計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”、“編譯原理”、“并行處理技術(shù)”、“微機(jī)原理與接口”、“嵌入式系統(tǒng)”、“LINUX分析”和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)”。
課程設(shè)置基本思路是“從兩頭到中間、從框架到細(xì)節(jié)”，即先開設(shè)頂層的程序設(shè)計(jì)課程和最底層的數(shù)字邏輯電路課程；然后再在“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)”課程中，從兩頭到中間，把頂層程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容和底層電路的內(nèi)容，按照程序員視角串起來(lái)，以形成對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全面的和系統(tǒng)的框架性整體認(rèn)識(shí)；在此基礎(chǔ)上，再分別在其他后續(xù)課程中，介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)底層的硬件以及操作系統(tǒng)和編譯器等層次的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
圍繞系統(tǒng)能力培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)課程之間的相互關(guān)系，我們確立了各課程定位如下：
（1）程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。該課程是學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)入課程，所有學(xué)生必修。它主要介紹高級(jí)語(yǔ)言編程技術(shù)的基礎(chǔ)內(nèi)容，讓學(xué)生初步理解高級(jí)語(yǔ)言及高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)涉及的概念，初步理解圖1所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最上面三個(gè)抽象層（問(wèn)題、算法和程序）及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。學(xué)完該課程后，學(xué)生能夠了解到計(jì)算機(jī)解決應(yīng)用問(wèn)題首先必須將其轉(zhuǎn)換為算法，然后用某種編程語(yǔ)言將算法編寫成程序才能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。因而，學(xué)完本課程后，應(yīng)該希望進(jìn)一步了解為什么計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行程序、計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行程序等問(wèn)題。
（2）數(shù)字邏輯電路。該課程是學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)入課程，所有學(xué)生必修。它主要圍繞組合邏輯和時(shí)序邏輯兩大核心內(nèi)容，在邏輯門到功能部件這兩個(gè)層次展開，以后續(xù)課程中用到的功能部件（如半加器、全加器、加法器、比較器、編碼器、譯碼器、觸發(fā)器、寄存器、移位器、內(nèi)存儲(chǔ)器等）作為數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行介紹，初步掌握?qǐng)D1所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最下面的三層（功能部件、門電路和器件）相關(guān)內(nèi)容。學(xué)完該課程后，學(xué)生能夠了解到目前主流計(jì)算機(jī)解決所有問(wèn)題的最根本的基礎(chǔ)是布爾代數(shù)和數(shù)字邏輯電路，并了解到利用數(shù)字邏輯電路可以構(gòu)建執(zhí)行程序所需的所有功能部件。
（3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)。該課程是學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)出課程，所有學(xué)生必修。它是一門新開設(shè)課程，主要介紹高級(jí)語(yǔ)言程序中的數(shù)據(jù)類型及其運(yùn)算、語(yǔ)句和過(guò)程調(diào)用等是如何在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的，從宏觀上介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)涉及的各個(gè)層次，使學(xué)生從整體上了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)全貌和相關(guān)知識(shí)體系，初步理解圖1所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的每一個(gè)抽象層及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。學(xué)完該課程后，學(xué)生能從程序員角度認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；能夠建立高級(jí)語(yǔ)言程序、ISA、OS、編譯器、鏈接器等之間的相互關(guān)聯(lián)；對(duì)指令在硬件上的執(zhí)行過(guò)程和指令的底層硬件執(zhí)行機(jī)制有一定的認(rèn)識(shí)和理解。從而增強(qiáng)學(xué)生在程序調(diào)試、性能提升、程序移植和健壯性等方面的能力，并為后續(xù)的“計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)”、“操作系統(tǒng)”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”等課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。由此可見，該課程可以作為“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的深入內(nèi)容，能起到為其解惑答疑的作用，學(xué)完該課程，學(xué)生完全應(yīng)該能夠回答為何計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行程序以及計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行程序等問(wèn)題。
（4）操作系統(tǒng)。該課程是學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)出課程，所有學(xué)生必修。它將系統(tǒng)地講解操作系統(tǒng)的基本概念和方法、設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。主要內(nèi)容包括：處理器管理，同步、通信和死鎖，存儲(chǔ)管理，設(shè)備管理，文件管理，操作系統(tǒng)安全和保護(hù)，分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。既闡述經(jīng)典內(nèi)容，又以當(dāng)代主流操作系統(tǒng)作為實(shí)例介紹最新發(fā)展；既注重操作系統(tǒng)的理論知識(shí)，又重視操作系統(tǒng)的實(shí)踐和應(yīng)用。操作系統(tǒng)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)這門課程必須動(dòng)手實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)將配合原理教學(xué)同步進(jìn)行，課程實(shí)驗(yàn)以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主，進(jìn)行模擬類操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生能夠基于虛擬機(jī)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可運(yùn)行的操作系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)操作系統(tǒng)原理的剖析，輔助學(xué)生深入理解抽象原理，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的理解和認(rèn)知，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，并幫助學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)建立起理性、全面、完整和準(zhǔn)確的概念。
（5）計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)。該課程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生的必修課程。它主要從寄存器傳送級(jí)以上層次介紹單處理器計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的基本原理和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，重點(diǎn)在CPU設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)方面，使學(xué)生在理解高級(jí)語(yǔ)言程序與機(jī)器級(jí)代碼之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步理解機(jī)器級(jí)代碼如何在具體硬件系統(tǒng)中執(zhí)行的過(guò)程以及如何構(gòu)造計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。因而，該課程主要涉及圖1中的第5層（指令集體系結(jié)構(gòu)）和第6層（微體系結(jié)構(gòu)），并通過(guò)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)介紹這兩個(gè)層次與上層的操作系統(tǒng)/虛擬機(jī)以及與下層的功能部件/RTL之間的關(guān)系。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠利用硬件描述語(yǔ)言和FPGA開發(fā)板來(lái)設(shè)計(jì)基本的功能部件以及單周期CPU和流水線CPU。因而，在課程內(nèi)容組織方面應(yīng)該細(xì)化通用寄存器組、ALU和桶形移位器等功能部件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，細(xì)化單周期CPU和流水線CPU設(shè)計(jì)的內(nèi)容，并講透流水線CPU設(shè)計(jì)中的各種冒險(xiǎn)處理機(jī)制和基本的指令級(jí)并行處理的內(nèi)容。
（6）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。該課程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生的必修課程。學(xué)生在完成單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)該課程進(jìn)行多核處理器、眾核處理器、多處理機(jī)系統(tǒng)、集群系統(tǒng)等不同粒度和規(guī)模的并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理、實(shí)現(xiàn)方式及其應(yīng)用方面的深入學(xué)習(xí)。因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)建立了單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的完整概念，因而該課程重點(diǎn)應(yīng)該更多地轉(zhuǎn)移到超標(biāo)量流水線、多核/眾核系統(tǒng)、多處理器系統(tǒng)、多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等并行處理系統(tǒng)方面。此外，該課程還涵蓋了數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算系統(tǒng)和虛擬機(jī)/虛擬化方面的部分內(nèi)容。
（7）編譯原理。該課程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生的必修課程。學(xué)生在掌握了程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)與分析、組成原理和操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)編譯器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。它主要包括有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)理論、形式語(yǔ)言分類以及詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析、中間代碼生成、中間代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成的作用和方法，還介紹屬性文法的基本概念和半形式化的中間代碼生成方法。該課程的各個(gè)知識(shí)模塊綜合起來(lái)對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo)，是使每位學(xué)生掌握和編譯器設(shè)計(jì)相關(guān)的形式語(yǔ)言理論基礎(chǔ)、了解編譯器生成工具的使用方式以及實(shí)踐一個(gè)簡(jiǎn)單編譯器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。該課程的學(xué)習(xí)能為后續(xù)的形式語(yǔ)言和自動(dòng)機(jī)等課程以及在軟件工程和自然語(yǔ)言處理等方面的研究工作打下良好的基礎(chǔ)。
（8）并行處理技術(shù)。該課程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生的指選課程。其主要內(nèi)容包括并行環(huán)境、并行算法、并行程序設(shè)計(jì)、并行性能評(píng)價(jià)等部分的內(nèi)容。課程總目標(biāo)是通過(guò)并行計(jì)算和并行處理的基本概念、基本原理、基本方法與基本知識(shí)的講授與實(shí)踐，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生打下并行算法與并行處理方面的研究與應(yīng)用基礎(chǔ)。通過(guò)簡(jiǎn)單介紹并行計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、并行計(jì)算模型與并行算法的性能評(píng)價(jià)方法，掌握并行算法設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)與性能評(píng)價(jià)時(shí)涉及的基本知識(shí)與基本概念；通過(guò)介紹任務(wù)分解、任務(wù)調(diào)度、負(fù)載平衡、設(shè)計(jì)模式、設(shè)計(jì)技巧等知識(shí)，掌握并行算法設(shè)計(jì)的基本原理、基本方法與基本技術(shù)；通過(guò)對(duì)MPI與OpenMP等編程語(yǔ)言或編程模型的簡(jiǎn)單介紹，使學(xué)生掌握并行算法程序?qū)崿F(xiàn)的基本知識(shí)；通過(guò)幾類典型的數(shù)值與非數(shù)值并行算法介紹，加深學(xué)生對(duì)并行算法設(shè)計(jì)基本原理與常用方法的理解，并為實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的并行算法設(shè)計(jì)與并行處理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
（9）微機(jī)原理與接口。該課程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生的指選課程。主要定位為在PC上的實(shí)例化教學(xué)課程，以目前流行的基于IA-32體系結(jié)構(gòu)的PC為實(shí)例，主要介紹IA-32提供的存儲(chǔ)管理機(jī)制、異常/中斷機(jī)制以及總線和接口技術(shù)。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)內(nèi)容在PC的I/O接口技術(shù)，包括在FPGA實(shí)驗(yàn)板上利用CPU軟核進(jìn)行總線、中斷和DMA實(shí)驗(yàn)，利用硬件描述語(yǔ)言（HDL）進(jìn)行UART等I/O接口設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)等。
（10）嵌入式系統(tǒng)。該課程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生的指選課程。主要定位為在嵌入式系統(tǒng)方面的實(shí)例化教學(xué)課程。主要介紹嵌入式系統(tǒng)概論、嵌入式處理器、存儲(chǔ)器及其總線互連，嵌入式系統(tǒng)集成接口，嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式硬件與軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方法與工具，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)及其工具，嵌入式系統(tǒng)功耗分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)內(nèi)容是基于ARM處理器和μCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)單嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)。
（11）LINUX分析。該課程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生的指選課程。它是操作系統(tǒng)的后續(xù)課程，以剖析Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)技術(shù)為切入點(diǎn)，結(jié)合Linux內(nèi)核代碼，從用戶層及內(nèi)核層兩個(gè)層面，圍繞“原理、技術(shù)、應(yīng)用”三個(gè)角度剖析Linux的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與內(nèi)核實(shí)現(xiàn)機(jī)制，幫助學(xué)生從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)角度理解現(xiàn)代操作系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)。課程以“技術(shù)專題”形式組織教學(xué)內(nèi)容，每個(gè)專題由知識(shí)講授與課程實(shí)驗(yàn)組成。核心知識(shí)模塊包括進(jìn)程管理、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程通信、存儲(chǔ)管理、系統(tǒng)調(diào)用與中斷處理、文件管理。每個(gè)知識(shí)模塊按“原理設(shè)計(jì)基本思想―實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題―Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)途徑―用戶系統(tǒng)編程體驗(yàn)”為主線組織具體內(nèi)容。
（12）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)。該課程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向?qū)W生的指選課程。主要目的在于將本科計(jì)算機(jī)教學(xué)中的基礎(chǔ)課程，如程序設(shè)計(jì)、數(shù)字邏輯電路、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)等課程融會(huì)貫通，使學(xué)生從系統(tǒng)的角度對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和了解，并能夠設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)別于一般的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程從單個(gè)層面出發(fā)的設(shè)計(jì)局限性，它要求學(xué)生把計(jì)算機(jī)軟件和硬件相結(jié)合，并強(qiáng)調(diào)各個(gè)基礎(chǔ)課程之間的銜接與聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能夠?qū)τ趶母呒?jí)程序語(yǔ)言開發(fā)到程序的系統(tǒng)管理、編譯與代碼轉(zhuǎn)換以及硬件運(yùn)行的選擇與實(shí)現(xiàn)等有一個(gè)全面的掌握。實(shí)驗(yàn)還強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)能夠獨(dú)立開發(fā)一套簡(jiǎn)單系統(tǒng)并能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化的能力。
當(dāng)然，除了上述課程以外，其他課程對(duì)學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)也有一定的作用。除了學(xué)科平臺(tái)準(zhǔn)入和準(zhǔn)出課程以外，其他方向的學(xué)生還可以選修上述其他課程，有些課程還可能是某個(gè)方向的必修課和方向指選課，而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向的學(xué)生除了上述給出的必修課和指選課以外，也還可以選擇一些偏理論或偏應(yīng)用的課程進(jìn)行修讀。
后PC時(shí)代WSC、PMD和PC等共存，使得原先基于PC而建立起來(lái)的專業(yè)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能反映現(xiàn)代社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)要求，原先計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)“程序”設(shè)計(jì)也變?yōu)楦鼜?qiáng)調(diào)“系統(tǒng)”設(shè)計(jì)。這需要我們重新規(guī)劃教學(xué)體系，調(diào)整教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)，使學(xué)生能夠深刻理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體概念，更好地掌握軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)和程序開發(fā)技術(shù)，從而更多地培養(yǎng)出滿足業(yè)界需求的各類計(jì)算機(jī)專業(yè)人才。
參考文獻(xiàn)：
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計(jì)算機(jī)組成原理基本知識(shí)范文5
關(guān)鍵詞：課程體系：核心課程；核心知識(shí)體系
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科雖然很年輕，但它已經(jīng)成為一個(gè)基礎(chǔ)技術(shù)學(xué)科，在科學(xué)研究、生產(chǎn)、生活等方面都占有重要地位。近50年來(lái)，我國(guó)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教育在國(guó)家建設(shè)需求的推動(dòng)下，從無(wú)到有，逐漸壯大，尤其是從20世紀(jì)90年代以來(lái)，更是高速發(fā)展，已經(jīng)成為理工科第一大專業(yè)。
針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生量大，社會(huì)需求面寬的現(xiàn)實(shí)，“十五”期間，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制了《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范(試行)》(高等教育出版社出版，2006年9月第一版，以下簡(jiǎn)稱為《規(guī)范》)。其中，“戰(zhàn)略研究報(bào)告”建議改變當(dāng)前我國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教育的趨同性，鼓勵(lì)辦學(xué)單位對(duì)畢業(yè)生的分類培養(yǎng)，取4個(gè)可能的方向，即計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程以及信息技術(shù)。《規(guī)范》參照Computing Curricula 2005，分別詳細(xì)給出了四個(gè)方向的核心知識(shí)體系，以及覆蓋它們的必修課程組示例。
《規(guī)范》體現(xiàn)出的“分類培養(yǎng)”精神得到了廣泛認(rèn)同，人們普遍認(rèn)為中國(guó)800個(gè)左右的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)點(diǎn)，按同一種模式或者培養(yǎng)方案進(jìn)行教學(xué)是難以滿足廣泛的社會(huì)需求的，許多學(xué)校也希望得到分類培養(yǎng)的具體指導(dǎo)。但是，如何理解和實(shí)現(xiàn)“信息技術(shù)”等新的專業(yè)方向的教育，如何利用已有的基礎(chǔ)，更好地實(shí)踐《規(guī)范》，成為大家關(guān)注的問(wèn)題。
為了能更好地利用現(xiàn)已建成的國(guó)家、省部級(jí)精品課程、精品教材等優(yōu)質(zhì)資源，希望能夠按照4個(gè)專業(yè)方向公共要求來(lái)構(gòu)建一些基本課程，每一個(gè)方向都可以通過(guò)在這一組課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展來(lái)形成符合《規(guī)范》的完整的專業(yè)方向教學(xué)計(jì)劃。這一組課程是“耳熟能詳”的，無(wú)論是從師資還是教材的角度，在開始走向規(guī)格分類實(shí)踐時(shí)，也是一種現(xiàn)實(shí)做法。
一、核心課程選取的原則
本項(xiàng)研究的基本目的是要推薦一組課程，當(dāng)辦學(xué)單位希望按照《規(guī)范》描述的知識(shí)結(jié)構(gòu)制定自己的教學(xué)計(jì)劃時(shí)，無(wú)論四個(gè)方向中的哪一個(gè)，都能夠比較方便地在這組課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充而實(shí)現(xiàn)。顯然，符合這個(gè)要求的一組課程不是惟一的，我們著重考慮了如下幾點(diǎn)原則。
1．體現(xiàn)公共要求
《規(guī)范》將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)劃分成4個(gè)專業(yè)方向，雖然他們有著不同的問(wèn)題空間、能力要求、知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程體系，但還是有共性的部分，這也是作為同一個(gè)專業(yè)的不同方向所決定的。公共核心課程應(yīng)該能夠?qū)⑦@些公共的要求涵蓋進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)在課程層面上對(duì)公共知識(shí)體系、專業(yè)培養(yǎng)公共要求和基本特征的體現(xiàn)。
2．有利于構(gòu)成優(yōu)化的課程體系
公共核心課程需要與其他相關(guān)課程一起才能構(gòu)成完整的教學(xué)計(jì)劃，所以，這些課程需要易于與相關(guān)課程結(jié)合，構(gòu)成不同專業(yè)方向的課程體系。
同時(shí)我們注意到，近些年來(lái)，許多學(xué)校在制定新的教學(xué)計(jì)劃中，采用了設(shè)置分級(jí)平臺(tái)的基本框架。例如，要求教學(xué)計(jì)劃由公共基礎(chǔ)、學(xué)科基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)等組成。考慮到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)對(duì)應(yīng)到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科，這些課程可以適當(dāng)照顧到學(xué)科的要求，構(gòu)成一個(gè)既照顧到學(xué)科，又照顧到專業(yè)的基礎(chǔ)平臺(tái)，給人們制定有特色的教學(xué)計(jì)劃提供一定的基礎(chǔ)，使得人們能夠方便地構(gòu)建完整的、全局優(yōu)化的專業(yè)教育課程體系。
3．充分考慮學(xué)時(shí)的限制
由于公共核心課程相當(dāng)于學(xué)科、專業(yè)平臺(tái)的基本內(nèi)容，所以，只能做一個(gè)較小集合，而且課程的學(xué)時(shí)數(shù)要盡可能小，目標(biāo)在于體現(xiàn)專業(yè)教育的最基礎(chǔ)要求，同時(shí)給具有特色的完整的教學(xué)計(jì)劃的制定留有足夠的空間。特別是近些年來(lái)，不少學(xué)校已經(jīng)將教學(xué)的總學(xué)時(shí)數(shù)降到2500學(xué)時(shí)以下。所以按照20％計(jì)算，將公共核心課程的總學(xué)時(shí)控制在500學(xué)時(shí)以內(nèi)。
4．盡可能成熟的課程
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開辦50余年來(lái)，積累了豐富的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，一些課程的建設(shè)取得了很好的成果，已經(jīng)具備良好的基礎(chǔ)，這些課程將在專業(yè)教育中起到核心、骨干作用，將這些課程進(jìn)行適當(dāng)改造后構(gòu)成公共核心課程，有利于充分利用已有的優(yōu)質(zhì)資源，迅速提高整體辦學(xué)水平。所以選取的課程應(yīng)該是“耳熟能詳”的成熟課程。
5．體現(xiàn)本專業(yè)教育基本特征
課程要體現(xiàn)學(xué)科教育的一些基本特點(diǎn)。例如，雖然計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科涉及到計(jì)算機(jī)理、工程實(shí)現(xiàn)和開發(fā)利用，但對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是一個(gè)以技術(shù)為主的學(xué)科，特別是在本科教育層面上更是如此。所以課程要對(duì)技術(shù)和學(xué)生的技能訓(xùn)練有較好的體現(xiàn)。除了學(xué)科抽象、理論兩大形態(tài)使得初學(xué)者在理解上有一定的困難，需要通過(guò)實(shí)踐去深入體會(huì)外，還要考慮社會(huì)要求本專業(yè)的學(xué)生能夠更好地去實(shí)現(xiàn)一些系統(tǒng)的研究、構(gòu)建和維護(hù)。因此，選擇的課程應(yīng)該在加強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力的培養(yǎng)上有引領(lǐng)作用。此外，在本學(xué)科發(fā)展異常快速的時(shí)候，這些課程相關(guān)的內(nèi)容應(yīng)該是成熟的、基礎(chǔ)的，有利于學(xué)生可持續(xù)發(fā)展能力培養(yǎng)的。
二、核心知識(shí)體系
這里給出計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)公共核心知識(shí)體系，力求從不同專業(yè)方向的公共需求出發(fā)，給出該專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該具備的一些基本知識(shí)，我們并不試圖包括各個(gè)專業(yè)方向教育要求的全部知識(shí)，每個(gè)專業(yè)方向都需要在此基礎(chǔ)上按照專業(yè)方向的教育需要增加所需要的知識(shí)，以構(gòu)成完整的專業(yè)方向知識(shí)體系，其具體內(nèi)容可以參考《規(guī)范》。由于是基本知識(shí)，是學(xué)生必須掌握的，所以，沒有包含推薦的選修知識(shí)。該知識(shí)體系共包括8個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，39個(gè)知識(shí)單元，共342個(gè)核心學(xué)時(shí)。其中，
(1)離散結(jié)構(gòu)(DS)60核心學(xué)時(shí)，包括函數(shù)、關(guān)系與集合、基本邏輯、證明技巧、圖與樹。
(2)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(PF)67核心學(xué)時(shí)，包括程序基本結(jié)構(gòu)、算法與問(wèn)題求解、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、遞歸、事件驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。
(3)算法(AL)28核心學(xué)時(shí)，包括基本算法和分布式。算法。
(4)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與組織(AR)60核心學(xué)時(shí)，包括數(shù)據(jù)的機(jī)器級(jí)表示、匯編級(jí)機(jī)器組織、存儲(chǔ)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)、接口和通信、功能組織。
(5)操作系統(tǒng)(OS)32核心學(xué)時(shí)，包括操作系統(tǒng)概述、操作系統(tǒng)原理、并發(fā)性、調(diào)度與分派、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、安全與保護(hù)、文件系統(tǒng)。
(6)網(wǎng)絡(luò)及其計(jì)算(NC)48核心學(xué)時(shí)，包括網(wǎng)絡(luò)及其計(jì)算介紹、通信與網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、客戶，服務(wù)器計(jì)算舉例、構(gòu)建Web應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)管理。
(7)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(PL)13核心學(xué)時(shí)，包括程序設(shè)計(jì)
語(yǔ)言概論和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。
(8)信息管理(IM)34核心學(xué)時(shí)，包括信息模型與信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)建模、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、事務(wù)處理、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。
按照各個(gè)方向核心知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求，公共核心知識(shí)體系覆蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)341核心學(xué)時(shí)的內(nèi)容，覆蓋率為60.9％，覆蓋計(jì)算機(jī)工程246核心學(xué)時(shí)的內(nèi)容，覆蓋率為44.7％：覆蓋軟件工程199核心學(xué)時(shí)的內(nèi)容，覆蓋率為40.3％覆蓋信息技術(shù)136個(gè)核心學(xué)時(shí)，覆蓋率為48.4％。
三、核心課程
公共核心課程共包括程序設(shè)計(jì)、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等7門，這些課程的名稱都采用了盡量一般化的處理，即后面沒有諸如“基礎(chǔ)”，“原理”或者“技術(shù)”之類的字樣，為學(xué)校開設(shè)具體課程留有空間，學(xué)校可以根據(jù)自己課程的特點(diǎn)添上適當(dāng)?shù)南薅ǎM(jìn)一步體現(xiàn)自己的辦學(xué)特色。
表1給出了各門課程所含的必修知識(shí)單元和所需要的學(xué)時(shí)數(shù)，和各個(gè)學(xué)校相應(yīng)課程的實(shí)際教學(xué)時(shí)數(shù)相比，其中有的課程必修學(xué)時(shí)數(shù)多一點(diǎn)，有的少一點(diǎn)。所需要的總課時(shí)為448。希望各個(gè)學(xué)校在滿足教學(xué)基本要求的前提下，根據(jù)本校的具體情況，做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以通過(guò)強(qiáng)調(diào)某些內(nèi)容來(lái)體現(xiàn)自己的特色。
四、專業(yè)方向必修課程示例
按照各個(gè)專業(yè)方向必修知識(shí)體系的要求，以7門公共核心課程為基礎(chǔ)，構(gòu)建相應(yīng)方向的必修課程。特別需要強(qiáng)調(diào)的是，這里給出的仍然只是“示例”，各個(gè)辦學(xué)單位可以根據(jù)自己的情況設(shè)計(jì)出更具特色的必修課程，并制定出恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)計(jì)劃。
計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)方向的必修課程示例：計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、離散結(jié)構(gòu)、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理、編譯原理、軟件工程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、數(shù)字邏輯、社會(huì)與職業(yè)道德。15門課程共計(jì)776學(xué)時(shí)。
計(jì)算機(jī)工程專業(yè)方向的必修課程示例：計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、電路與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、社會(huì)與職業(yè)道德。16門課程共計(jì)理論學(xué)時(shí)920學(xué)時(shí)。
軟件工程方向必修課程示例：軟件工程專業(yè)導(dǎo)論、程序設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、離散數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)組成、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、軟件工程、軟件代碼開發(fā)技術(shù)、人機(jī)交互的軟件工程方法、軟件設(shè)計(jì)與體系結(jié)構(gòu)、軟件質(zhì)量保證與測(cè)試、軟件需求分析、軟件項(xiàng)目管理。16門課程共計(jì)920學(xué)時(shí)。
信息技術(shù)方向必修課程示例：信息技術(shù)導(dǎo)論、離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、應(yīng)用集成原理與工具、Web系統(tǒng)與技術(shù)、人機(jī)交互、面向?qū)ο蠓椒ā⑿畔⒈Ｕ虾桶踩⑿畔⑾到y(tǒng)工程與實(shí)踐、系統(tǒng)管理與維護(hù)、社會(huì)與職業(yè)道德。17門課程總計(jì)920學(xué)時(shí)。
五、結(jié)語(yǔ)
《規(guī)范》將“核心知識(shí)結(jié)構(gòu)”作為開辦相應(yīng)專業(yè)方向必須的要求，可以用不同的課程組合來(lái)覆蓋，《規(guī)范》中給出的“核心課程”只是這種覆蓋的一個(gè)“示例”，這里給出的是另一個(gè)“示例”。事實(shí)上，這也是《規(guī)范》所鼓勵(lì)的。這里的“公共核心課程”并不是《規(guī)范》中四個(gè)“核心課程”集合的簡(jiǎn)單交集，而是根據(jù)對(duì)四個(gè)方向的理解，對(duì)它們公共核心知識(shí)單元的一個(gè)課程覆蓋。是每個(gè)專業(yè)方向公共的必修課程，而不是任何一個(gè)方向完整的必修課程集合。
計(jì)算機(jī)組成原理基本知識(shí)范文6
關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；計(jì)算機(jī)硬件課程；教學(xué)模式
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）13-0125-03
Abstract： The cultivation of college students' computational thinking ability is the consensus of the computer education in colleges and universities. A method to improve the teaching mode of computer hardware courses is put forward by combining with the basic principles of computational thinking and analyzing the existing problems in the teaching mode of computer hardware courses， which provides a new way for the teaching reform of computer hardware courses.
Key words： Computational Thinking； Computer Hardware Course； Teaching Mode
1 引言
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，不同的高校開設(shè)計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程有很大的差異，因而許多高校教師面臨一些困惑。如，快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，使專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容面臨取舍問(wèn)題、教學(xué)內(nèi)容選擇問(wèn)題、學(xué)時(shí)數(shù)問(wèn)題、教學(xué)與實(shí)踐的學(xué)時(shí)分配問(wèn)題等。2006年周以真[1]提出了“計(jì)算思維”的概念，給國(guó)內(nèi)外教育工作者指明了計(jì)算機(jī)教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。隨后計(jì)算思維在國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)界引起廣泛關(guān)注，計(jì)算思維迅速成為了計(jì)算機(jī)教育研究的重要問(wèn)題[2-5]。2011年四川師范大學(xué)的牟琴和譚良[6]對(duì)計(jì)算思維的研究情況做了較為詳細(xì)的闡述和總結(jié)，并進(jìn)一步提出展望。總體看來(lái)，教育工作者們對(duì)計(jì)算思維的理解不盡相同，甚至差別較大，但普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)教育的核心任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，是業(yè)已形成的共識(shí)[7]。然而如何將這種共識(shí)變成完整的行之有效的方法體系，仍然需要繼續(xù)探討和堅(jiān)持不懈的實(shí)踐。
面對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的“知識(shí)空間”，戰(zhàn)德臣、聶蘭順[8]從宏觀上提出了“計(jì)算之樹”描述計(jì)算技術(shù)和計(jì)算系統(tǒng)，并給出了一個(gè)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革方案。朱亞宗[9]提出了計(jì)算思維的基本原理，包括三點(diǎn)：一是可計(jì)算性原理，二是形理算一體原理，三是機(jī)算設(shè)計(jì)原理。我們認(rèn)為這至少?gòu)挠?jì)算機(jī)的產(chǎn)生過(guò)程方面對(duì)計(jì)算思維的基本原理有了較為深刻的理解。本文試圖結(jié)合文獻(xiàn)[9]的計(jì)算思維的基本原理，根據(jù)計(jì)算機(jī)硬件課程的特點(diǎn)，提出計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)改革的模式。
2 計(jì)算思維的基本原理
2.1 可計(jì)算性原理的核心是遞歸
計(jì)算在人類社會(huì)發(fā)展中是必不可少的工具。不過(guò)，人們一直較為直觀認(rèn)為：計(jì)算就是按照預(yù)定的規(guī)則，將一些原始數(shù)據(jù)變換成另一些需要的數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。那么，按照確定的規(guī)則，將給定類型問(wèn)題中的任何具體問(wèn)題在有限步內(nèi)完成求解，便稱為這類問(wèn)題是可計(jì)算的。但進(jìn)入20世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題找不到算法，例如：半群的字的問(wèn)題，希爾伯特第10問(wèn)題等。這時(shí)人們反思，盡管通過(guò)構(gòu)造出的方法能夠解決一些問(wèn)題，但對(duì)計(jì)算的理解依然不明確。
美國(guó)數(shù)學(xué)家Kurt Godel于1934年提出了一般遞歸函數(shù)的概念，并給出了重要論斷：凡算法可計(jì)算的函數(shù)都是一般遞歸函數(shù)，反之亦然。1936年，著名的“丘奇論點(diǎn)”指出算法可計(jì)算函數(shù)等同于一般遞歸函數(shù)或λ可定義函數(shù)。就這樣，經(jīng)歷數(shù)學(xué)教們的努力，可計(jì)算函數(shù)有了嚴(yán)格數(shù)學(xué)定義，但對(duì)具體的某一步運(yùn)算，選用什么初始函數(shù)和基本運(yùn)算仍有不確定性。為此，Turing在“論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用”一文中，全面分析了人的計(jì)算過(guò)程，把計(jì)算歸結(jié)為最簡(jiǎn)單、最基本、最確定的操作動(dòng)作，并使任何機(jī)械的程序都可以歸約為這些操作動(dòng)作。這種方法以一種“自動(dòng)機(jī)”為基礎(chǔ)，算法可計(jì)算函數(shù)即是這種自動(dòng)機(jī)能計(jì)算的函數(shù)。后來(lái)人們將這種“自動(dòng)機(jī)”稱為“圖靈機(jī)”。
因此，“遞歸”的思維是可計(jì)算性原理的核心。采用一個(gè)或多個(gè)前導(dǎo)元素運(yùn)算后續(xù)元素，從而實(shí)現(xiàn)求解一系列元素。周以真教授也指出遞歸是計(jì)算機(jī)技術(shù)的典型特征，遞歸使無(wú)限的功能在有限步驟內(nèi)可以描述或運(yùn)行。
2.2 物理機(jī)制與計(jì)算方法對(duì)應(yīng)是形理算一體關(guān)鍵
數(shù)學(xué)能夠充分地表達(dá)各種物理規(guī)律，對(duì)物理規(guī)律有明確表達(dá)，但是同一物理規(guī)律可能有多種數(shù)學(xué)表達(dá)方法，如我們?cè)诘芽栕鴺?biāo)和極坐標(biāo)下描述橢圓，就可以形成不同的表達(dá)式，這樣在計(jì)算上就不等效。因此，要使數(shù)學(xué)物理的離散計(jì)算步驟完全可以上溯到形象思維層次的物理模型，計(jì)算思維必須與形象思維及抽象思維融合為一體。
2.3 機(jī)算設(shè)計(jì)原理的根本是“0-1”和“程序”思維
電子計(jì)算機(jī)的基本模型應(yīng)該是計(jì)算思維的根基。眾所周知，計(jì)算機(jī)的根本特征是程序存儲(chǔ)和程序的自動(dòng)執(zhí)行。馮?諾依曼提出的計(jì)算機(jī)的基本機(jī)構(gòu)為：計(jì)算器、邏輯控制裝置、存儲(chǔ)器、輸入和輸出5個(gè)構(gòu)成部分，并確定了采用二進(jìn)制和存儲(chǔ)程序，自動(dòng)執(zhí)行指令，這樣就充分利用了邏輯學(xué)家和電子工程師的智慧。因此，計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)原理離不開“0-1”思維和“程序”思維。計(jì)算機(jī)的硬件電路由晶體管等元器件實(shí)現(xiàn)，再進(jìn)一步組合形成邏輯門電路，然后再構(gòu)造復(fù)雜的電路，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的復(fù)雜功能。正是硬件能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行邏輯值，0和1就是邏輯值的符號(hào)，通過(guò)0和1，把所有的操作或處理都符號(hào)化為0-1序列。這就是“0-1”思維。計(jì)算機(jī)的各種復(fù)雜的操作都是由基本操作構(gòu)成的，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)僅僅需要若干基本操作進(jìn)行組合，形成基本動(dòng)作的次序，也就是程序，即是“程序”思維。
3 計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)模式存在的問(wèn)題
計(jì)算機(jī)硬件課程主要由模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)6門課程。這些是計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的重要部分，多數(shù)院校都對(duì)這些課程比較重視，但大多數(shù)學(xué)生都反映對(duì)硬件知識(shí)掌握不牢，動(dòng)手實(shí)踐能力不強(qiáng)，幾乎不能理解簡(jiǎn)單硬件系統(tǒng)的原理，更談不上硬件系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)等等問(wèn)題。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因與教學(xué)模式有很重要的關(guān)系。
3.1 課堂教學(xué)內(nèi)容無(wú)新意，難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
如果計(jì)算機(jī)硬件課程僅僅按照教材的組織授課，整個(gè)知識(shí)的過(guò)程是填鴨式，一灌到底，最終只能是知識(shí)堆積，給學(xué)生感到內(nèi)容繁雜，難以理解，學(xué)生會(huì)漸漸失去學(xué)習(xí)興趣。
3.2 強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)，不重視實(shí)踐訓(xùn)練，難提升思維方式
很多院校對(duì)課時(shí)量壓縮，教學(xué)內(nèi)容大大減少，教師在課堂上只講解基本原理，使學(xué)生的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力較弱。另外，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容以驗(yàn)證型居多，致使學(xué)生對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系不清楚，缺乏獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，難以建立連續(xù)的、漸進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和提升計(jì)算思維能力。
4 新型教學(xué)模式構(gòu)建
結(jié)合目前計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)上存在的問(wèn)題，我們希望通過(guò)具體教學(xué)模式改革，使學(xué)生在潛移默化中將計(jì)算思維能力融入到個(gè)人解決問(wèn)題的備選思考方式庫(kù)中。經(jīng)過(guò)四年的熏陶，會(huì)主動(dòng)甚至無(wú)意中運(yùn)用計(jì)算思維去解決實(shí)際問(wèn)題。為此，進(jìn)行如下改革。
4.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容組織
以計(jì)算思維為指導(dǎo)，保持原有的教學(xué)內(nèi)容，挖掘知識(shí)模塊之間的聯(lián)系，重新組織和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，理出教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)體系，找出知識(shí)脈絡(luò)。這里給出模塊化和系統(tǒng)化的教學(xué)內(nèi)容組織方式。
模塊化，一些具有計(jì)算思維特征的教學(xué)內(nèi)容可設(shè)為知識(shí)模塊。如，“0-1”模塊、“存儲(chǔ)程序”模塊、并行模塊、遞歸模塊等。數(shù)字邏輯的邏輯部分和計(jì)算機(jī)組成原理的數(shù)據(jù)表示方法等內(nèi)容設(shè)為“0-1”模塊，數(shù)字邏輯的存儲(chǔ)電路部分、計(jì)算機(jī)組成原理的多層次存期器系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和微機(jī)原理與接口技術(shù)的存儲(chǔ)器部分可視為“存儲(chǔ)程序”模塊等。同時(shí)，內(nèi)容組織可以與社會(huì)環(huán)境中場(chǎng)景類比，使學(xué)生由淺入深地理解計(jì)算思維，豐富其聯(lián)想能力，促進(jìn)學(xué)生形成復(fù)合型思維。
系統(tǒng)化，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式組織系統(tǒng)化的教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生建立知識(shí)模塊之間的聯(lián)系，提高學(xué)生對(duì)計(jì)算技術(shù)與計(jì)算系統(tǒng)的宏觀認(rèn)識(shí)和理解。由項(xiàng)目的問(wèn)題為導(dǎo)向，逐步探尋知識(shí)結(jié)論的思維軌跡和模式，改變陳舊的教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)型教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生的思維過(guò)程為重點(diǎn)，加強(qiáng)教學(xué)深度，達(dá)到訓(xùn)練計(jì)算思維的目的。譬如：在講授數(shù)字邏輯課程中，以設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)為例，為完成給定的系統(tǒng)，首先需要進(jìn)行系統(tǒng)總體功能分析設(shè)計(jì)和各個(gè)部件的設(shè)計(jì)，然后分析數(shù)制與碼制、邏輯門、邏輯電路設(shè)計(jì)及優(yōu)化等相關(guān)主題，最后再總結(jié)歸納設(shè)計(jì)思想。
4.2 改進(jìn)教學(xué)方法
教學(xué)模式改革，不僅是教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和更新，更重要的是采用怎樣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，即是教學(xué)方法上改革。下面是我們已經(jīng)過(guò)在實(shí)踐應(yīng)用的兩種教學(xué)方法。
4.2.1 加強(qiáng)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)能力
當(dāng)今，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及，網(wǎng)絡(luò)上的學(xué)習(xí)資源已經(jīng)相當(dāng)豐富，大學(xué)生有能力利用網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)習(xí)并理解一部分知識(shí)。同時(shí)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是當(dāng)前較好的教學(xué)方法，高校教師也應(yīng)當(dāng)合理地借鑒，將其融入自主探究式學(xué)習(xí)中。首先讓學(xué)生提前在網(wǎng)絡(luò)上學(xué)習(xí)一些課前的基本知識(shí)，在課堂教學(xué)中不再重復(fù)學(xué)生可以方便獲取、自學(xué)的東西，多留出時(shí)間讓師生交流。這樣，一方面，教師可以充分發(fā)揮學(xué)生的自學(xué)能力，讓學(xué)生自主完成部分學(xué)習(xí)任務(wù)；另一方面，教師可以通過(guò)課堂師生交流，使學(xué)生掌握知識(shí)的全面性和系統(tǒng)性，引導(dǎo)學(xué)生形成計(jì)算思維能力。
4.2.2 促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革
當(dāng)今的教育理念都倡導(dǎo)學(xué)生做課堂的主人，充分給學(xué)生動(dòng)腦和動(dòng)手機(jī)會(huì)，讓他們主動(dòng)獲取知識(shí)；而教師的作用主要是引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，幫助學(xué)生梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生計(jì)算思維能力。為此，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行如下改革：
⑴實(shí)驗(yàn)進(jìn)課堂。計(jì)算機(jī)硬件課程的共性是實(shí)踐性強(qiáng)，如果單純地以理論課的形式授課，學(xué)生會(huì)感到抽象，無(wú)法完全理解。如果能將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在課堂上演示（如：計(jì)算機(jī)組成原理的存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)、微機(jī)原理與接口技術(shù)的定時(shí)器、數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)等），不僅解決了學(xué)生的疑問(wèn)，還活躍了課堂氣氛。
⑵實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自行設(shè)計(jì)。目前，多數(shù)院校采用購(gòu)置的實(shí)驗(yàn)儀安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，且安排相對(duì)固定，學(xué)生只需要插入少數(shù)連線，就可以將實(shí)驗(yàn)做完。這樣，教師無(wú)法靈活安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，難以提高學(xué)生的實(shí)踐能力，更談不上系統(tǒng)掌握知識(shí)，提高思維能力。為此，購(gòu)買一些最小系統(tǒng)開發(fā)板，自制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有較多好處。一是，可以選擇最適合本校學(xué)生的軟硬件資源，編制難度適中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；二是，有利于鍛煉教師能力，改善教師專業(yè)素質(zhì)，自制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以教師主導(dǎo)，學(xué)生參與，共同提高；三是，成本低，功能全；四是，方便維護(hù)，改變實(shí)驗(yàn)儀維護(hù)周期長(zhǎng)的問(wèn)題。
4.3 改進(jìn)綜合評(píng)價(jià)體系
考核是評(píng)估教學(xué)目標(biāo)完成程度的一種手段。通常，大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的評(píng)價(jià)體系由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分組成。平時(shí)成績(jī)是學(xué)生課堂出缺勤情況，占30%，而期末成績(jī)則以測(cè)試記憶性的知識(shí)考核為主，占70%。但是，在計(jì)算機(jī)硬件課程中，這樣的評(píng)價(jià)體系不僅不能全面反映學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度，更不可能有效地反映學(xué)生的計(jì)算思維能力，原因在于計(jì)算機(jī)硬件課程帶有一定的綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力，試卷成績(jī)根本無(wú)法體現(xiàn)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力，更談不上提高計(jì)算思維的能力和創(chuàng)新能力。
我們對(duì)計(jì)算機(jī)硬件課程采用綜合的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，一門課程的評(píng)價(jià)應(yīng)由平時(shí)成績(jī)（占10%）、平時(shí)實(shí)踐成績(jī)（體現(xiàn)運(yùn)用和創(chuàng)新能力，占50%）和期末成績(jī)（占40%）。這樣不僅考慮到學(xué)生出勤情況和記憶知識(shí)的考核，更重要的是體現(xiàn)了學(xué)生的平時(shí)實(shí)踐創(chuàng)新能力，這樣，實(shí)踐考核成績(jī)不僅容易判別學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的理解以及其運(yùn)用能力，還能反映問(wèn)題求解過(guò)程或方式方法的多樣性，從而鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新。
5 總結(jié)
本文根據(jù)計(jì)算機(jī)硬件課程的特點(diǎn)，分析了當(dāng)前計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)模式存在的問(wèn)題，提出了計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)模式改革的方法，解決了培養(yǎng)計(jì)算思維能力難以落實(shí)到具體課程的難題，為計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)改革提供重要參考。
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