计算机组成原理实验课程非标准答案考试方法改革与实践

张显 邓绍伟 屈太国 刘毅文 印东

摘要：为培养学生的计算机系统设计能力和应用创新能力，本文对计算机组成原理实验课程进行了非标准答案考试改革与实践。非标准答案考试改革主要从项目化、层次化、全过程化等三个方面进行，项目化是把考核知识点设计成一个个项目;层次化是考虑学生学习能力的层次不同，把项目设计成难易程度不同的项目;全过程化是从课堂到项目的设计与验证各阶段进行全过程化考核。通过非标准答案考试改革对学生应用创新能力和计算机系统设计能力培养产生了较好的教学效果。

关键词：应用创新能力;计算机系统设计;非标准答案;项目化;全过程

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）31-0112-03

1概述

计算机组成原理是高校计算机类、自动化类、电子信息类等专业重要的专业基础课程，也是计算机类专业全国考研统考的4门课程之一。计算机组成原理这门课程给学生的普

遍感觉就是内容抽象难学。因此在大部分高等院校中开设这门课程都增加了实验课程教学，通过实验教学，帮助学生了解计算机各组成部分的工作原理，建立计算机模型机整机与计算机内部指令运行的过程和关系，同时也加深对学生应用能力和动手创新设计实践能力的培养。尤其是在当前以美国为首的西方国家对中国的高新技术封锁的形势下，学校更应该重视高等院校学生创新应用能力和计算机系统设计能力的培养。

培养学生创新应用能力，一是可以从课程设置上下功夫，课程设置重视创新应用实践;一是从考核方式下功夫，课程考核督促应用创新能力培养。考核策略是指挥棒，对课堂质量和课程培养目标起重要保障作用。因此大学课程评价方式的合理性、有效性直接决定了学生学习的达成度和人才培养目标的达成度。

考试是目前高等院校课程行之有效的考核手段，一直以来考试成绩都是各学校检验教师课程教学质量，衡量学生课程知识掌握水平的重要依据，是检验教与学效果的主要手段。目前，大部分学校课程考试实行的都是标准化考试，即严格按课程大纲要求的比例、特定的题型、科学的程序进行命题和实施考试，使用统一的标准答案进行阅卷。然而，标准化考试仍然不同程度地存在着各种各样的问题。其中较突出的问题有：考试形式单一化、内容教材化、题型标准化、评分过于刚性等，尤其是在应用创新能力培养和实践等方面无法充分体现和发挥学生的主观能动性。为了改善标准答案考试的不足，培养学生的实践能力和创新创造能力，计算机组成实验课程非标准答案考试的探索是很必要的。非标准答案考试改革不是不进行考试，而是充分发挥学生创新创造性进行没有标准答案的考试。采用非标准答案考试主要是调动学生把更多的精力放在平时的课堂上，而不是应试最后考试上面，这样才算是回归教育的初衷，即让学生真正地掌握并理解学科知识，开发学生的创新能力和创造能力，消除“高分低能”的弊端，达到应用创新人才的培养的目标。

2能力培养与考查要求

计算机组成原理实验课程的主要目的是培养学生具有分析和设计一定规模的复杂计算机系统能力。计算机系统能力培养是通过对计算机组成原理、操作系统、编译原理等核心课程群进行融汇贯通。而当前高校学生大多重软轻硬，对计算机底层设计重视不够。自从2018年美国对中国进行贸易战开始，美国对中国企业进行技术封锁以遏制中国高新科技的发展和创新，如美国限制给中兴公司提供CPU等核心技术，给了我们当头一棒。对于芯片等高新技術让我们意识到计算机系统设计能力的重要性。

计算机组成原理实验非标准化答案考试改革就是以基于应用创新能力培养，充分调动学生平时的学习主动性，发挥学生的创新创造性为出发点的。基于创新型应用型人才培养必须发挥学生的主观创新能动性，因此非标准答案考试改革方案要体现学生的创新思维的锻炼、要体现学生的差异性发展。对于计算机组成原理实验课程的非标准答案考试方案要坚持项目设计、差异性和创新性协同发展。

基于项目化的计算机组成原理实验非标准答案考试改革必须进行过程化考核改革，不能以传统的试卷考核为主。项目化要体现一个过程，从功能需求，到原理图、源程序的设计，到功能验证（硬件仿真和软件仿真），仿真验证测试如果功能不满足要求再返回修改原理图和源程序，这些都是一个过程，能真正体现学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，只有有了不断思考问题并找到解决问题的能力，才可能有创新应用的举动和成果。

计算机组成原理实验课程作为计算机类专业一门非常重要的硬件类专业基础课，在计算能力培养中起着承上启下的作用，因此对计算机组成原理实验课程进行考试方法改革是非常重要的。计算机组成原理实验课程非标准答案考试改革方案需建立合理的考评体系，将项目过程化考核与平时考核相结合，总成绩有项目成绩、平时成绩两部分构成。其中平时成绩占40%，由考勤、课堂表现、笔记、实验报告等几部分组成考勤10%、课堂表现、笔记15%、实验报告15%）;项目过程化考核成绩占60%，制定多个层级的项目，细化考核项目及评价标准，对项目的设计过程、设计方法、设计方案、完成项目度情况、项目设计报告等分别进行评价，以真正考核学生项目设计的全过程。

非标准答案试题考试方案还要兼顾个性化差异考核方法，学生存在个体差异，在实验项目考核中采用相同的标准来统一要求所有学生是不客观的。因此，为保证每个学生个性化充分发挥，都能在原有基础上得到能力的提高，我们采用差异化考核方式，分层次对学生提出要求。实验考核的基本要求都是统一的，但是对于能力较强的学生，会要求其在完成基本实验功能的基础上，给出更多的功能设计与方案，用不同的方法印证或实现实验项目要求，充分发挥学生的应用设计能力、创新思维和创新能力。

3考查题目内容设计

针对应用创新能力培养与非标准答案考查要求，要坚持项目化、过程化、差异化、层次化的原则。因此非标准答案试题考试项目的选定与完善是非标准答案考试方法改革的一个重中之重，前面的过程化项目考核和差异化考核都离不开一个最重要的点，就是考试项目的设定。

为了充分考虑学生层次能力不同，体现学生差异化考核，把非标准答案考试试题划分为三个等级的题目，简单的、中等的、稍有难度的。但是每个层级的考试题目都要学生体现项目过程化的考试要求，即考试要体现项目的设计过程、设计方法、设计思路和设计方案。就是要让学生知道其所以然，为什么是这样设计，才能完成项目的功能，同时要把设计过程中遇到问题和解决问题的方法都写出来。

简单层级的考查项目：

（1）简单的四选一选择器;（2）计数译码显示电路;

（3）8位的加法器;（4）半整数与奇数分频器。

中等层级的考查项目：

（1）带有算术功能的运算器;

（2）移位相加型8位硬件乘法器;

（3）带有多种移位运算的运算器;

（4）8位基本模型机CPU设计与实现。

稍有难度的考查题目：

（1）8位带移位运算的模型机CPU设计与实现;

（2）8位带16条指令的模型机CPU设计与实现;

（3）16位基本模型机CPU设计与实现。

上面这里列出的简单层级、中等层级、稍有难度层级的题目只是部分，还可以根据创新性和实际情况再增加相关内容的考查题目。

4考查实施与效果

非标准答案考试方法改革有两个重点，一个是考查项目内容的设计;一个是考核实施过程。考查项目设计要充分考虑各个层次的学生、题目难易程度不同，以充分调动学生的能动性，达到培养学生创新应用能力和计算机系统设计能力的目的。考核实施过程要实现全过程化，全过程化不只要体现课程全过程化，也要体现项目设计的全过程化，项目设计的全过程化项目的需求、设计思路、设计方法、设计方案、设计验证、设计改进、设计报告等多个阶段，同时要对各个阶段进行考核评分。

我们计算机组成原理实验的设计与验证平台是康芯现代计算机组成原理实验箱，试验箱上的主CPU是FPGA CycloneIII系列。因此学生考核设计的模块或系统就可以在实验箱上进行仿真验证。通过分层次、项目化、全过程的实施计算机组成原理实验非标准化答案考试改革，将在以下几个方面取得较好的教学改革效果。

（1）加深理论的全面理解和理论知识的具体实践应用。通过项目化的实验考核改革使学生深入理解CPU系统内部结构及工作原理，实现理论与实践的相结合，理论为项目实践提供支持，项目实践考核巩固和应用理论知识。

（2）提高了计算机系统综合设计开发能力和创新能力。本非标准答案考试改革设有带有8/16位多条指令的模型机CPU的设计和实现，而且要求从需求分析、设计思路、设计方法、设计方案、设计验证、设计改进、设计报告等全过程进行考核。基于FPGA+VHDL+微指令的方式自主开发一个计算机系统，不仅使学生要自主的查找学习一些内容，分析问题、以及在验证过程中解决问题，文档报告的编写能力，增强了学生对复杂计算机系统的综合开发能力和应用创新能力。

（3）兼顾了各个层级的学生以提高学生兴趣。考核项目设计不同难易程度的充分考虑不同学习能力层次的学生，以充分发挥学生的能力;同时不同层次难度的项目挂钩及格、良好、优秀等不同层级的成绩，又可以满足学生对课程成绩不同的需求。

此外，我们还对所教班级采用匿名方式投票收集了有关非标准答案考试改革的调查反馈数据。匿名投票收集主要是包括对考核题目层级设计满意度、对非标准答案考核方式设计满意度。从匿名收集的这两个数据来看，滿意度都到达90%以上。可见在计算机组成原理实验这门课程上采用层次化、项目化、全过程化的非标准答案考试改革取得了较好的效果，对应用创新能力培养具有较好的促进作用。

5总结

为培养学生的计算机系统设计能力和应用创新能力，本文对计算机组成原理实验课程进行了非标准答案考试改革与实践。考试不再是以前的一考定成绩，非标准答案考试改革更加注重课程学习的全过程和对理论知识的应用实践创新能力。针对计算机组成原理实验这门课程采用非标准答案考试改革主要实现项目化、层次化、全过程化等几个特点。项目化是把考核知识点设计成一个个项目;层次化是考虑学生学习能力的层次不一样，把项目设计难易程度不同的项目，充分发挥学生的能动性;全过程是包括整个课程课堂的考核，也包括项目从需求分析、方案设计、设计验证、设计改进、设计报告等多个阶段进行考核。最后对所教班级通过匿名投票收集了本课程非标准答案考试改革的反馈意见，对考核题目层级设计满意度、对非标准答案考核方式设计满意度都达到90%以上。因此对计算机组成原理实验这门课程上采用层次化、项目化、全过程化的非标准答案考试改革取得了较好的效果，对应用创新能力培养具有较好的促进作用，对于计算机专业人才的计算机系统设计能力培养具有重要作用。