《计算机组成原理》实验教学改革的研究与实践

王冬

（塔里木大学信息工程学院，阿拉尔 843300）

《计算机组成原理》实验教学改革的研究与实践

王冬

（塔里木大学信息工程学院，阿拉尔 843300）

针对计算机科学与技术专业的硬件核心课程——《计算机组成原理》的实验教学设置情况，从当前实验教学过程中所遇到的问题出发，归纳在传统的实验教学存在的一些不足方面，从如何提高《计算机组成原理》实验课的教学质量、提高学生的理论与实践结合能力、创新能力及综合素质的方法和途径等方面进行研究与探索。探讨利用EDA技术在《计算机组成原理》实验课程教学中的应用。

计算机组成原理；教学模式改革；教学实施

0 引言

《计算机组成原理》是计算机专业的核心专业基础课程之一，也是一门理论与实践结合很强的专业基础课，是学习计算机硬件系统的关键课程。传统的教学模式往往以理论学习为主，实验教学只是为验证理论课的某些内容而设立，因此无论是实践教学的学时，还是教师和学生的重视程度，都无法与理论教学相比。随着教学对实践动手能力的要求越来越高，要求实验课的指导教师主动通过实验课教学模式改革，提高学生理论与实践结合的能力[1]。因此，我们需要分析《计算机组成原理》实践课目前所存在的问题，并且针对这些问题，提出较好的解决方法，让《计算机组成原理》实践课更好地发挥作用，以提高学生理论与实践结合的能力。

1 存在问题

以往的《计算机组成原理》实验课的教学虽然开展顺利，但是还是有几点不足的地方。

（1）教材和实验设施落后。处理器技术、存储技术的发展很难及时反映到教材和实验设备上，实践教学内容与计算机相关行业的需求有一定差距的问题。实验设备大多由实验箱构成，不能很好地体现硬件的设计性，导致学生硬件设计能力不足。

（2）理论教学和实践教学通常较为独立，缺乏系统性和连续性。课程之间重复内容较多，很少考虑相互关联的问题。学生常常由于孤立知识点的学习而难以达到较好的学习效果，实验只是对特定部分知识或技能的理解和应用，很难形成综合性的系统开发和创新能力。

（3）大多数学生没有认清到实践教学在整个课程教学过程中的重要作用，存在“轻实验”的思想[2]。在实际的实验课中，大多数学生往往不是很清楚该实验所要达到的目的，对实验原理、实验内容认识模糊，只是机械地按实验指导书的步骤完成电路连接、填写实验报告，往往把所有实验同等对待，实验过程不求甚解，使得真正的实验目的并未达到。

2 改革思路与实践

2.1 建立新的实验教学体系

根据该课程实验系统结构的模块化特点，在实验进度安排上采用循序渐进的学习方式，将实验进度分为基础验证型实验、设计应用型实验和综合设计型实验三个层次（如表1所示），形成从部分到整体、使学生从接受知识型到综合能力型逐级提高的实验体系，形成新的《计算机组成原理》实验教学体系[3]。

表1 三层实验教学体系

首先是基础验证型实验，该类实验主要涉及课程的相关基础知识点，实验目的是使学生验证、理解、巩固，培养学生对设备、开发工具的操作能力，加深对基本教学内容的理解。

其次是设计应用型实验。该类实验主要是培养学生的设计能力和独立工作的能力。实验以“任务”或“课题”形式提出实验要求和具体的实验成果，要求学生能够明确任务，通过查阅有关资料，掌握实验所涉及的知识，并能综合利用这些知识来设计、开发并最终完成实验项目。

最后是综合创新型实验。该类实验旨在培养学生综合应用计算机知识与技术的能力，培养学生带着问题自主学习的能力。在实验过程中画出必要的实验原理图，寻求各种解决问题的方法。从原理、方法和使用工具等多方面提出完成实验任务的依据及实验步骤，并对结果进行评价、分析和总结。

2.2 EDA、MCAI技术与实验教学相结合

随着VHDL语言硬件类语言工具性能的提高，以及EDA技术、多媒体技术的发展，在《计算机组成原理》实验教学中结合虚拟现实和多媒体，利用EDA实现《计算机组成原理》虚拟实验平台，通过软件技术模拟出真实的实验仪器和实验场景，可有效解决传统实验受到实验设备易损坏，实验的空间、时间等因素的限制。利用MCAI技术，能够创设形象、生动和直观的实验教学情景，有利于沟通知识之间、图形之间的联系，增强趣味性，吸引学生的注意力，并及时反馈学习信息，真正做到实验教学与学生学习之间信息的交流[4]。例如，在移位运算实验中，利用虚拟实验平台可以模拟传统实验箱上通过拨动按键开关完成的数据输入、状态设置的操作，并直接通过软件界面直接查看运行结果，而不是再在实验箱的LED灯查看结果，如图1所示。

图1 虚拟实验平台实例

3 教学实施

为保证实验教学的实际效果，在实验过程中，采用启发式、引导式、探讨式的互动教学，强调实验环节和过程，注重基础知识和动手能力的培养，加强综合能力和创新设计能力的训练，使学生对基础理论知识和实验内容能够较好地联系起来，并加深理解[5]。同时实验成绩的评定方法包括实验操作能力及原始记录（50%）、预习及回答提问（20%）、实验报告（20%）、实验考勤（10%）作为最后实验成绩的考核依据。

在《计算机组成原理》实验教学中，必须加强教师的实验指导，规范实验教学，学生可根据本专业特点选择实验设计内容，增加实验的灵活性、自由性，突出学生计算机硬件设计能力的培养。通过工程实训或者毕业设计等相关活动，从而使学生进一步掌握计算机硬件设计的方法和思想，激发了学生学习兴趣和学习动力；在学校学院的支持下组成团队引导学生参加计算机软件大赛、电子设计大赛、嵌入式设计大赛等创新活动中，提高在校学生的团队协作精神和创新设计能力。

4 结语

我们通过对《计算机组成原理》实验教学的改革与实践，使得学生进一步理解了计算机整机的概念，并增强了学生的实际动手能力，调动了学生学习的积极性，通过改进实验的教学实施以及和虚拟技术的“软”/“硬”结合，保证了实验教学改革的实际效果。

[1] 刘全利，黄贤英，杨宏雨.计算机组成原理课程群建设的探讨[J].科技信息，2008（4）：9,47

[2] 郑均辉赵凯.《计算机组成原理》课程实验教学模式研究[J].黑龙江科技信息，2011（33）：250

[3] 李彩虹，等．《计算机组成原理》实验课教学模式探讨与实践[J]．高等理科教育，2006（2）：74～75

[4] 王冬.计算机辅助教学在《计算机组成原理》课程教学改革中的应用[J].科教导刊2014（9）：119～121

[5] 李宜芳,王元元.基础化学实验独立设课考核体系的改革与实践[J].广州化工，2010，38（7）：278～279

Research and Practice of Teaching Reformation of Principle of Computer Composition Experiment

WANG Dong
（College of Information Engineering,Tarim University,Alar 843300）

Aiming at the setting up of the computer science and technology professional hardware core curriculum，Principles of Computer Composition experimental teaching,starts from the experimental teaching process encountered problems in current,inductive in some disadvantages of traditional experiment teaching,from how to improve the study and exploration of Principle of Computer Composition experiment teaching quality,theory and practice of improving the students with methods and ways of ability,innovation ability and comprehensive quality etc..Discusses the application of Principle of Computer Composition experiment teaching of computer by using EDA technology.

Principlesof Computer Composition;Reformation of Teaching Mode;Teaching Practice

1007-1423（2015）06-0050-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.06.012

王冬（1980-），男，四川南充人，研究生，讲师，研究方向为嵌入式系统开发

2015-01-04

2015-02-01

塔里木大学高等教育教学研究课题（No.TDGJ1308）