湖北民族學(xué)院科技學(xué)院 向麗萍 李曉艷 徐 建

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計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

湖北民族學(xué)院科技學(xué)院 向麗萍 李曉艷 徐 建

【摘要】針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，建立新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，改革考核方式等相應(yīng)的改革措施。通過(guò)改革前后實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的對(duì)比，證明改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式更合理，提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)組成原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革

《計(jì)算機(jī)組成原理》這門(mén)課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干課程，屬于專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課程。課程任務(wù)是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的邏輯組成、工作原理、設(shè)計(jì)方法和邏輯實(shí)現(xiàn)，熟悉通過(guò)數(shù)據(jù)通路將各部件連成整機(jī)的方法、建立起整機(jī)工作的概念，為培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析、開(kāi)發(fā)、使用和設(shè)計(jì)能力打下基礎(chǔ)，在硬件范疇的課程體系中起承前啟后的作用。如何將這門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)和理論更好的結(jié)合，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)更好的理解理論知識(shí)，為學(xué)生今后的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，使學(xué)生具備一定的硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革需要探索和解決的問(wèn)題。為此，我們分析《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)課目前存在的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決方法，讓《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)課更好的發(fā)揮作用。

1.現(xiàn)有的問(wèn)題

1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化

計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)是使學(xué)生能夠深入理解相應(yīng)的理論知識(shí)，在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，能有所創(chuàng)新。改革前安排的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，僅僅是利用實(shí)驗(yàn)箱完成簡(jiǎn)單的硬件搭電路就可以過(guò)關(guān)。教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容沒(méi)有深入底層，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理也沒(méi)有得到根本的理解，對(duì)理解相關(guān)的理論知識(shí)起到的作用也非常有限，脫離了理論聯(lián)系實(shí)際的原則。現(xiàn)在教學(xué)的過(guò)程中，都注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，按照以前的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲槐阌趯W(xué)生做自主型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。其次，基于計(jì)算模型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅價(jià)格高昂，而且不便于維護(hù)和更新。

1.2實(shí)驗(yàn)考核方法不合理

課程考核主要以理論成績(jī)?yōu)橹?，?duì)實(shí)驗(yàn)部分要求不高，且實(shí)驗(yàn)的考核方法單一，主要以提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，考核以實(shí)驗(yàn)小組為單位進(jìn)行，組內(nèi)有些同學(xué)敷衍了事，考核結(jié)果不夠客觀、公正。

2.改革措施

2.1調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)，包括CPU和片上系統(tǒng)SOC（System On a Chip）的設(shè)計(jì)，技術(shù)的核心已經(jīng)轉(zhuǎn)向基于計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，即EDA （Electronic Design Automation）技術(shù)。設(shè)計(jì)者在EDA工具軟件平臺(tái)，對(duì)以硬件描述語(yǔ)言HDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、布局布線以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。改革前使用的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱開(kāi)設(shè)的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)有限，無(wú)法深入底層。為提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，引入EDA工具軟件QuartusⅡ。引入了QuartusⅡ平臺(tái)后，我們根據(jù)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱對(duì)原來(lái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做了一些調(diào)整。一般的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是采用老的實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而新開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)則采用QuartusⅡ平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2建立新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排上采用循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)方式，將實(shí)驗(yàn)進(jìn)度分為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次，形成從部分到整體、從基礎(chǔ)到提高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

首先是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)，涉及課程的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤W(xué)生驗(yàn)證組成原理課程中講授的內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)主要是培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立工作的能力。實(shí)驗(yàn)以“任務(wù)”或“課題”形式提出實(shí)驗(yàn)要求和具體的實(shí)驗(yàn)成果，要求學(xué)生能夠明確任務(wù)，通過(guò)查閱有關(guān)資料，掌握實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的知識(shí)，并能綜合利用這些知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)并完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。第三個(gè)層次是綜合實(shí)驗(yàn)，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)知識(shí)與技術(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生帶著問(wèn)題自主學(xué)習(xí)的能力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中畫(huà)出必要的實(shí)驗(yàn)原理圖，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，主動(dòng)解決問(wèn)題。從原理、方法和使用工具等多方面提出完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的依據(jù)及實(shí)驗(yàn)步驟，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析和總結(jié)。

2.3改革考核方式

為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，避免改革前實(shí)驗(yàn)考核方式的缺點(diǎn)，改革后對(duì)實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行規(guī)范化，制定比較嚴(yán)格的考核制度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照課前準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)調(diào)試、驗(yàn)收的順序進(jìn)行。要求每個(gè)學(xué)生認(rèn)真對(duì)待每個(gè)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)中碰到的問(wèn)題和解決方法，回答實(shí)驗(yàn)教材以及教師課堂上提出的思考題，記錄對(duì)實(shí)驗(yàn)的心得和體會(huì)。最后綜合每位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試、驗(yàn)收、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)記錄綜合評(píng)定學(xué)生總成績(jī)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)對(duì)每位同學(xué)單獨(dú)驗(yàn)收和考核，這種方式可以大大減少學(xué)生之間互相抄襲的現(xiàn)象。

3.總結(jié)

總體來(lái)看，改革后的組成原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)配置更加合理。采用新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶?，能明顯感受到學(xué)生對(duì)組成原理實(shí)驗(yàn)課程的興趣增加了。在實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生不僅學(xué)到了計(jì)算機(jī)組成原理的基本知識(shí)，掌握了基本的性能分析方法，提高了分析問(wèn)題的能力，加深了對(duì)計(jì)算機(jī)底層知識(shí)的理解，還有學(xué)生主動(dòng)尋求和探討更有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為以后的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。

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通信作者：

向麗萍，女，講師。