基于TRIZ-CDIO理念的计算机组成原理教学改革探讨

李 珏 秦礼章

（兴义民族师范学院， 贵州 兴义 562400）

基于TRIZ-CDIO理念的计算机组成原理教学改革探讨

李 珏 秦礼章

（兴义民族师范学院， 贵州 兴义 562400）

针对目前计算机组成原理课程教学中存在的问题，引入TR IZ-CDIO教育理念，将其运用于该课程的教学改革中，通过实践可以有效地培养学生的动手能力、团队精神、创新意识等。

TR IZ-CDIO；教学改革；创新能力

麻省理工学院联合几所高校开发的全新教育理念和实施体系——CDIO教育模式，它代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作((Operate))，体现了计算机专业人才应具备的从构思到运作的全过程所必须拥有的基本能力。实践证明，运用该模式能使学生得到全面的训练和提高，为教学改革提供参考。

一、TRIZ-CDIO教育理念

TRIZ是俄文单词“解决创新性问题的理论”首字母的缩写，是阿奇舒勒历经50多年，对250万件高水平的发明专利文献加以整理、归纳、提炼和重组，建立起的一整套实用的理论方法体系。TRIZ理论指出对于问题中存在的矛盾和冲突的解决是技术系统化的根本推动力。TRIZ-CDIO教育理念是利用TRIZ创新理论，结合CDIO工程教育理念，解决好传统的教育培养模式弊端的一种创新模式，它倡导以项目为中心、学生自主学习的教学，通过校企合作，给予学生更多解决实际工程问题的机会，因材施教地培养学生的实际动手能力。

计算机组成原理是一门公认的难度大、内容多、范围广和枯燥的专业必修课程，主要讲解计算机的构成和实现原理，要求学生从深层次了解计算机的结构组成，各个硬件模块的功能和作用，为以后的硬件系统开发奠定基础。针对计算机组成原理课程知识点多且分散这一特点，可以将TRIZ-CDIO教育理念应用于教学中，有助于培养学生成为既有扎实的专业技能，又有良好的团队协作能力和创新能力的技能型人才。

二、传统的计算机组成原理教学中存在的问题

1.教学内容陈旧，与计算机的新技术结合不紧密

部分教师仍以16位8086CPU介绍计算机结构和存储原理，很少涉及32位或64位CPU，实用性差。学生觉得此课程跟现实脱节，没有实际价值，学生的学习积极性较差。

2.课程难学、难懂，概念抽象

该课程涉及I/O设备、存储器的组成结构，这些控制电路被封装在芯片中，芯片采用大规模集成电路。学生无法直接观察内部结构，只能凭想象构造，感性认识差。

3.实验内容的综合设计性实验较少，缺乏创新性的技能训练

实验内容大多为简单的验证性实验，如运算器的工作原理，存储器存取方式验证等综合设计性实验较少，学生对关键技术理解不透彻。

三、TRIZ-CDIO理念在计算机组成原理教学改革中的应用

图1为TRIZ-CDIO教学模式设计图，每个实训项目都可以分为五个阶段来实现。

图1 TRIZ-CDIO教学模式

1.培养学生的构思能力(Conceive)

教师根据教学内容布置一些综合性较强的实训项目，一是增加数据通路实验，将运算器、寄存器、存储器和输入输出部件综合起来实验，使学生能够理解简单计算机主机的数据流。二是要求学生在指导教师的指导下自行设计、组装、调试一台8位模型机，让学生理解计算机硬件系统结构、指令系统和控制器的设计方法和工作原理，形成整机概念，培养学生的综合分析、设计、开发能力。兴义民族师范学院计算机科学与技术专业2011级学生组成6人一组的团队，共7个团队。在项目详细设计时，教师可以有意识地提出一些问题引导学生思考。如怎样节省变量存储更多的数据；CPU和外设如何沟通，哪种方式较好等，团队成员各抒己见、集思广益，最终提出完成实训项目的最佳方案。

2.培养学生的设计能力（Design）

确定项目方案后，进入项目的具体设计阶段，可以使用仿真软件参与设计。例如处理器的时序图和电路图非常复杂，很多工作过程都发生在芯片内部，学生无法直接观察，教师在学生弄懂处理器内部操作的基础上，指导团队自行设计出仿真处理器的关键元器件，深刻认识这一关键技术。

3.培养学生的实现能力(Implement)

实验项目的开展需要良好的实验设备和平台，目前我院已有的实验箱为早期的箱式结构，难以进行综合性较强的设计性实验。教师可以引入先进的数字系统设计方法EDA，要求各团队结合EDA实验平台进行设计。这就要求学生首先必须掌握EDA这一新技术，才能实现系统编程和硬件逻辑设计的软件化，最终完成项目。

4.培养学生的运作能力(Operate)

项目实现后，教师要抓好项目的展示环节，项目团队推选组长针对项目的设计思路、关键技术、工作过程等内容进行汇报。这一环节要求将任务分解到每个团队成员，各成员共同参与。如汇报指令中使用了哪种寻址方式，则要求该成员使用Flash制作出取操作数的完整过程，在锻炼动手能力的同时，还让该成员更清楚地了解了执行指令时的信息流动过程。

5.培养学生的创新能力

在完成基本验证性实验的基础上，教师可对团队提出一个不同的创意设计性实验题目，要求学生运用已有知识发挥创造性思维，选用不同电路和编程方法，启发学生从不同的角度掌握知识，加强学生创新能力的培养。

四、教学改革的实施效果

本院对2011级和2012级两个班进行了改革探索，2010级采用传统讲授方法授课，在他们的积极参与下，取得了较好的教学效果。图1和图2分别是3个班（2010级、2011级、2012级）学生的平均分和及格率对比图。由图中可知，由于对课程进行了有效的教学改革，学生的成绩逐年提高，教学质量明显变好。

图1 平均分对比图

图2 及格率对比图

实践中，除个别组未能完成任务外，其余组基本完成任务。在项目汇报中发现，学生对CPU和存储器的工作流程有了充分的认识，对各个组件的工作原理掌握程度比2010级传统讲授的教学效果好。

[1]Craw ley,E.F.,J.,Ostlund,S.,etc.Rethinking Engineering Education:The CDIO Approach[M].Berlin:Springer,2007.

[2]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006(11).

[3]马春梅，高仲合.CDIO模式下ASP.NET课程，教学改革与实践 [J].电子世界，2012(10)：166-167.

[4]张玉波，毕洪波.基于TRIZ—CDIO的信息类专业教学改革研究 [J].科技视界，2013(3)：21,33.

[5]杨学颖，薛素静.计算机组成原理课程教学改革与实践[J].信息教育，2013(8):145-149.

[6]邹琦萍，阮忠.微机原理及接口技术的教学改革探讨[J].福建电脑，2012(3)：198-199.

Based on the Concept of TRIZ-CDIO Teaching Reform of Com puter Com position Principle

LIJue QIN Li-zhang
（Xingyi Normal University for Nationalities,Xingyi,Guizhou 562400,China）

Aiming at the problems existing in the teachingof computer constitute principle,Introduction of TRIZ-CDIO education concept,Applied in the teaching reform of this course,Through practice can effectively cultivate students'practical ability,team spirit and innovation consciousness,etc.

TRIZ-CDIO；The teaching reform；The innovation ability

1009—0673（2015）02—0077—03

G642

A

2015—02—27

贵州省科学技术基金项目（黔科合LH字[2014]7409号）；兴义民族师范学院产学研基地支持项目（13XYCY02）。

李珏（1976— ）,男，贵州兴义人，兴义民族师范学院信息技术学院副教授，研究方向：计算机教育改革与研究、现代教育技术。

责任编辑：吕泉