计算机组成与体系结构的实践课程体系建设研究

刘晓曼，赵　姝，陈　洁，张燕平，王钰龙

(安徽大学 计算机科学与技术学院 合肥 安徽 230039)



计算机组成与体系结构的实践课程体系建设研究

刘晓曼，赵姝*，陈洁，张燕平，王钰龙

(安徽大学 计算机科学与技术学院 合肥 安徽 230039)

[摘要]《计算机组成与体系结构》是我校计算机专业的核心课程，在专业课程中起着承上启下的作用。该课程的实践课程是一门具有计算机专业特色的硬件基础课程，实践课程的开展可以加深学生对该课程理论知识的理解，让学生边学边做，培养学生能够学以致用的实践技能。完善的实践课程体系不仅能够进一步完善该课程群的建设，而且能够提高教学质量，培养学生的创新实践能力，增强学生提出问题并解决问题的能力，因此实践课程体系的建设具有十分重要的实际意义，良好的实践课程体系是培养学生实践技能的重要基础。《计算机组成与体系结构》的实践课程在计算机专业硬件类实验课程中占有重要的地位，本文结合多年的实践教学经验，以实践教学内容改革、实践教学团队建设和虚实结合的实践环境建设三个方面为重点，研究计算机组成与体系结构的实践课程体系的建设。

[关键词]计算机组成与体系结构；实践课程；课程体系建设

1引言

我校《计算机组成与体系结构》是计算机专业的核心课程，在计算机专业的专业课程中起着承上启下的作用。目前，社会对计算机相关专业人才的需求更偏重于应用型的技术人才[1]，这就要求高校在计算机相关专业的教学中不仅要重视理论知识的教学，更应该重视实践课程的教学，良好的实践课程体系是培养学生实践技能的重要基础[2-3]。《计算机组成与体系结构》作为计算机专业的一门核心课程，多年的教学经验告诉我们，只有理论与实践相结合才能更好地提升教学质量，因此，我们不仅要保质保量的完成该课程的理论教学，还要更加重视该课程实践课程体系的建设，只有这样才能完成培养出应用型技术人才的培养目标。

《计算机组成与体系结构》是一门具有计算机专业特色的硬件基础课，该课程的实践教学设计是一项具有挑战性的工作。首先，实验内容既要有分离性，又要有系统性，也就是说，不仅要有能够体现计算机各部件的基本硬件组成及其内部运行原理的基础性实验，而且要有能体现计算机内部协同工作机制的系统实验，尤其是软硬件协同工作的系统实验，甚至还需要一些能结合编译系统、操作系统等课程内容的综合性实验供学有余力的学生选做。另外，在实验方法上，既要满足硬件系列课程基础性的要求，又要采用当前主流的硬件系统设计和实现方法，以提高学生的硬件系统设计和调试能力。实验平台设计要注重体现系统观点，提供软硬件系统框架，以承载实验内容并满足实验方法上的要求。实践教学设计还受硬件条件的限制，需要在硬件条件允许的范围内设计学生实验。

本文结合我校目前的实践课程的现状，分析我校《计算机组成与体系结构》实践课程存在的问题，针对这些问题，以实践教学内容改革、实践教学团队建设和虚实结合的实践环境建设三个方面为出发点，提出《计算机组成与体系结构》实践课程体系建设的具体方法。

2我校《计算机组成与体系结构》实践课程的现状与存在的问题

实践课程主要包括课程实验、课程设计、毕业设计和课外开放性实验项目，目前，我校的《计算机组成与体系结构》实验以及课程设计均独立设课，单独计学分，而由于硬件实验设备短缺，学生人数过多，进行《计算机组成与体系结构》课程研究的毕业设计和开放性实验项目非常少。实验和课程设计基本采用计算机组成原理实验箱和PC机仿真终端共同完成的方式。

近年来, 任课教师对实验及课程设计的内容和方式进行过多次更新和改进, 不断减少原理验证性实验的比重, 增加学生自主设计实验的比重, 但是由于没有完全突破传统的组成原理实验方案的束缚, 实验内容与工程实际相差较远, 再加上客观条件的限制, 实验效果不太尽如人意。

2.1理论课与实践课脱离

一方面，由于理论课讲述内容与实践时所用实验箱的工作原理不一致，往往会造成学生的困扰。例如在理论课上讲述移位运算有多种移位方式，每种方式的特点同学们掌握得也很好，但是所用实验箱受硬件条件的限制，和理论介绍不一致，虽然教师在实践课上不断强调硬件实验箱的种种自身特征，同学们在实验时发现理论值和实验结果不一致时却无法分析。

另一方面，造成理论与实践课脱离的原因是实践课程单独设课，从理论课到课程实验、课程设计，可能由不同的教师教授，这对实践效果产生了巨大的影响，尤其体现在延续性和效果反馈上。

2.2硬件设备的可维护性不好

实验课上课学生较多，次数也很频繁，数据线不停地插拔，对接口和数据线的损害很大。大多数学生都不能熟练的操作实验箱，难以避免的会损坏芯片，而且一旦芯片损坏整个实验箱就可能报废。实验箱维修不能及时，给学生上课带来很多不便。另外，这些实验箱购买时间较早，已经超过了设备保修期，使得设备维护成本增加。

2.3实验的交互性不足

由于目前使用的实验箱很多模块在底层已经设计好，无论是验证性实验还是综合性实验，甚至是课程设计，可设计的内容很少，通过实验箱可获取的反馈信息很少，造成交交互性不足，通过实验很难对所学理论知识进行验证、理解和进一步研究。

2.4实践课程间缺乏联系

《计算机组成与体系结构》的实践课程是计算机专业的主干硬件课程，《数字逻辑》等一些先导的硬件类实践课程在一定程度上会帮助学生更好地理解和完成《计算机组成与体系结构》的实践课程，但是由于各类硬件实践课程使用的实验箱并不一致，将这些实践课程间存在的联系基本錾断，如果不能对所学内容有较为深入的理解，《数字逻辑》等先导课程的实践课程并不能对《计算机组成与体系结构》的实践课程产生积极影响，从而阻碍了学生对相关课程之间在理解上的融会贯通。

3《计算机组成与体系结构》实践课程体系的建设

3.1实践教学内容改革

课程实验：与理论课程对应，在完成验证性实验的基础上，增加设计性、综合性的实验。

课程设计：一门课程为主，多门课程为辅。

毕业设计：多门课程综合，设计出自己的简单模型机。

课外开放性实验项目：面向一些实践能力较强的学生，完成具有研究型、设计型和综合性实验特征的项目，从而培养学生的开拓创新意识。

实践教学内容改革是实践课程体系建设的核心，内容丰富又合理的实践教学可以在增强学生兴趣的基础上培养学生的实践能力。根据课程实验、课程设计、毕业设计和课外开放性实验项目这四个模块的自身特点，进行具有针对性的实践教学内容改革，全面培养学生的实践能力，从总体上解决该实践课程存在的问题，特别是毕业设计部分采用多门课程综合的形式，可以解决实践课程间缺乏联系的问题，设计性、综合性的实验增加可以培养学生解决实际问题的能力和开拓创新的能力。

3.2实践教学队伍建设

教师是课程教学的组织者与实施者, 教师的素质决定课程的教学质量[4]。因此，建立并完善《计算机组成与体系结构》实践课程组意义重大。实践课程主要包括课程实验、课程设计、毕业设计和课外开放性实验项目四类，这就需要课程组的师资配备从数量与质量上都应该达到一定的要求。一门课程配备至少两位教师，足够数量的教师才能形成梯队，有利于取长补短，提升实践教学质量；教师素质上，高职称高学历教师应占有一定的比例。课程组的教师应积极主动地与不同学校相关专业的教师进行交流学习，提高自身素质。建立实践教学队伍，更重要的是形成课程组，理论课与实践课由同一教师授课，由多位教师担任，并对所授课程进行统一规范，担任同一课程理论与实践教学的教师之间进行定期交流等，从而克服理论与实践脱离的问题。

3.3虚实结合的实践环境建设

目前，电子技术虚拟实验正在获得广泛应用[5]。为了适应电子技术实验手段的变革，在研究性实验和综合设计性实验中，选择部分内容，将计算机虚拟实验和传统的实际实验有机融合、虚实合一、一一对应，这样既可以让学生掌握现代先进的电子实验技术和设计方法，又可以通过实际的软、硬件系统实验培养学生的工程能力和分析解决实际问题的能力[6]。同时将科研成果转化为实验项目，逐步淘汰演示性实验、减少验证性实验、增开“三性”( 综合性、设计性、创新性) 实验，使实验教学真正成为培养学生实践能力和创新能力的主要手段[7]。同时，通过建设虚实结合的实践环境，还可以克服该课程理论与实践脱离，硬件设备的可维护性不好，实验的交互性不好，以及实践课程间缺乏联系等问题。

4结论

我校《计算机组成与体系结构》是计算机专业的一门核心课程，是一门主干硬件课程，多年的教学经验告诉我们，单纯的理论知识教学并不能让学生真正的掌握这门课程的知识，只有边学边做，才能让学生更加深入的理解并掌握这门课程的知识，才能培养出理论知识扎实，实践能力过硬的高科技人才，因此，该课程的实践体系的建设具有十分重要的实际意义。《计算机组成与体系结构》的实践课程主要包括课程实验、课程设计、毕业设计和课外开放性实验项目，经过多年的不断探索与改进，该课程的实践课程已经形成一定的规模，但是仍存在一些亟待解决的问题，我们需要通过实践课程体系的建设来解决这些问题。本文首先分析了我校《计算机组成与体系结构》实践课程存在的问题，指出该课程的实践课程与理论课程脱离，实践课程使用的硬件设备可维护性差，实验的交互性不足，实践课程间缺乏联系三个主要问题。然后以克服这些问题为目标，结合实践教学经验，从实践教学内容改革、实践教学队伍建设和虚实结合的实践环境建设三个方面对我校《计算机组成与体系结构》的实践课程体系建设提出了具体的建设方法，试图从根本上解决该实践课程存在的问题，培养出理论知识扎实，实践能力过硬，创新能力较强的应用型人才[8]。

《计算机组成与体系结构》实践课程体系的建设是一次挑战，也是一场机遇。通过该课程的实践课程体系的建设，结合以往的实践教学经验，充分提高学生的实践技能，提高该课程的教学质量，也为其他相关课程提供有力的参考。

[参考文献]

[1]侯宏霞, 松云. 计算机组成原理精品课程建设的实践与探索 [J]. 计算机教育, 2010, 2: 119-121.

[2]张磊, 郑榕, 田军峰. 《 计算机组成原理》 实验教学改革[J]. 实验科学与技术, 2013, 11(2): 107-110.

[3]方恺晴, 张洪杰, 方红. 关于提升 “计算机组成原理实验” 课程教学质量的探讨[J]. 实验室研究与探索, 2008, 27(3): 97-100.

[4]李彩虹, 屈志毅, 刘刚, 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.

[5]肖娟, 张雯雾, 王嵩, 等. 虚拟实验系统在计算机组成原理实验教学改革中的应用[J]. 计算机教育, 2014 (014): 33-36.

[6]赵妹，刘晓曼，陈洁，等.面向工程教育专业认证的《计算机组成与体系结构》课程建设研究[J].合肥师范学院学报，2015(3)：88-90.

[7]陈洁，赵姝，刘晓曼，等.计算机组成与体系结构课程设计的启发式教学[J].计算机教育，2015，13：006.

[8]李辉.应用型自动化专业计算机课程体系建设与实践[J].实验技术与管理，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

[基金项目]安徽大学2015年大学生创新创业训练计划项目(201510357045)，安徽大学2014年“专业综合改革试点”项目(XJZYGG1402),信息安全振兴计划专业改造与新专业建设项目(J05201380)

[第一作者简介]刘晓曼(1989-)，女，安徽怀远人，安徽大学计算机科学技术学院助理实验师。

[通讯作者简介] 赵姝(1979-)女，安徽巢湖人，安徽大学计算机科学与技术学院教授，博导。

[中图分类号]G61

[文献标识码]B

[文章编号]1674-2273(2016)03-0071-03