王曉莉

摘要：《計算機組成原理與結(jié)構(gòu)》課程是一門理論性強并與實踐相結(jié)合的課程，應(yīng)將學生實踐能力、系統(tǒng)觀的培養(yǎng)作為課程培養(yǎng)的重點。本文提出在CDIO教學理念下改進課程效果的教學改革方案，從幾個方面討論了課程教學和實踐的改革措施，能夠有效的提高教學效果。

關(guān)鍵字：CDIO；教學改革；能力培養(yǎng)

一、引言

當今世界，經(jīng)濟、科技飛速發(fā)展，計算機技術(shù)是信息化社會的重要工具和組成部分，計算機科學領(lǐng)域的變革對我國高校計算機專業(yè)教學改革提出了新的挑戰(zhàn)，計算機教育專業(yè)委員會（CCF）指出：計算機專業(yè)學生需要更多地關(guān)心計算系統(tǒng)的整體特性，培養(yǎng)自身計算機系統(tǒng)能力，這也是工程教育的特征。CDIO理念滿足培養(yǎng)“研究型+實踐型”的面向一線的應(yīng)用型工程人員的需要?！队嬎銠C組成原理與結(jié)構(gòu)》課程為以微結(jié)構(gòu)設(shè)計者角度來認識計算機系統(tǒng)，涵蓋了計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從Conceive （ 構(gòu)思）、Design （ 設(shè)計）、Implement （ 實現(xiàn)）、Operate （ 運作） 的整個過程，是CDIO理念的集中體現(xiàn)，CDIO強調(diào) “做中學”和 “基于項目教育和學習”，以CDIO理念方式開展《計算機組成原理與結(jié)構(gòu)》課程的教學改革可以達到讓學生基本理解掌握系統(tǒng)運行原理和初步具備系統(tǒng)開發(fā)能力的目的，極大地改善了《計算機組成原理與結(jié)構(gòu)》課程的教學效果，對培養(yǎng)學生的系統(tǒng)能力、對知識的運用能力、解決實際問題的能力，以及團隊協(xié)作精神起著重要的作用。

二、教學現(xiàn)狀

《計算機組成原理與結(jié)構(gòu)》課程的教學目標是以微結(jié)構(gòu)設(shè)計者角度來認識計算機系統(tǒng)，建立單處理器計算機系統(tǒng)的整機概念，并能夠構(gòu)造出完整的計算機系統(tǒng)的基本框架，學生在理解高級語言程序與機器級代碼之間對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，進一步理解機器級代碼如何在具體硬件系統(tǒng)中執(zhí)行的過程。課程立足于培養(yǎng)學生的系統(tǒng)認知、系統(tǒng)設(shè)計能力。

目前《計算機組成原理與結(jié)構(gòu)》課程在教學中存在以下問題：①教學與實踐脫離，理論教學教師在課堂主要教授理論知識，實驗教師使用實驗臺指導(dǎo)學生實驗，二者缺乏溝通和聯(lián)系，學生被動接受抽象枯燥的知識，難以對知識點產(chǎn)生實際認知，知識結(jié)構(gòu)相對固定，難以理解，導(dǎo)致學生對課程興趣低。 ②課程教學知識范圍相對獨立，缺乏與其他相關(guān)課程知識的聯(lián)系，造成知識點孤立，學生不能很好地建立計算機系統(tǒng)完整概念，缺乏系統(tǒng)觀，難以形成對計算機系統(tǒng)的全面認識。 ③教學實驗大部分以驗證型實驗為主，實驗內(nèi)容、過程相對固定，缺乏系統(tǒng)性的綜合實踐環(huán)節(jié)和綜合設(shè)計環(huán)節(jié)，也使得學生理論上一知半解，動手能力弱。 ④本課程的考核測評方式單一，以筆試為主，以理論知識題為主，學生通過短期的突擊，死記硬背就能通過，導(dǎo)致學生對于很多核心內(nèi)容通常只知其然不知其所以然，因而綜合分析、設(shè)計和應(yīng)用能力也較差，對于需要綜合運用多個跨課程的概念才能解決的問題一籌莫展。上述四個典型的問題，導(dǎo)致學生學習積極性不高，課程建設(shè)效果不理想。

三、基于CDIO的改革措施

課程教學將結(jié)合CDIO的教學理念，結(jié)合我國實施的卓越工程師人才培養(yǎng)計劃，將學生動手能力的培養(yǎng)作為課程培養(yǎng)的重點之一，使學生從深層次了解計算機組成原理的結(jié)構(gòu)組成、各個硬件模塊的功能和作用，增強學生對硬件層面能力的提升，從硬件系統(tǒng)功能設(shè)計和軟件怎樣驅(qū)動硬件工作并使硬件有更高的效率兩方面開展教學活動。

主要有以下幾個方面的措施：

1 教學內(nèi)容要有系統(tǒng)觀

計算機技術(shù)的發(fā)展是飛速的，課程內(nèi)容在保證基礎(chǔ)知識不能減少的同時及時更新新技術(shù)，給老師教學和學生學習帶來一定難度。因此在教學內(nèi)容的設(shè)計上應(yīng)基于自頂向下的教學思路，建立一種從整體功能推進到局部組成、從宏觀結(jié)構(gòu)到微觀實現(xiàn)的層次化課程內(nèi)容設(shè)計模式，從而幫助學生建立計算機硬件系統(tǒng)的整體把握。首先從系統(tǒng)整體角度將計算機進行大體的剖析，從主機到主板，從主板到集成電路，再到門電路，讓學生對計算機系統(tǒng)有一個整體概念；然后以分析問題、解決問題的思路，對構(gòu)成系統(tǒng)的功能模塊從簡單到復(fù)雜，從設(shè)計到實現(xiàn)，從構(gòu)思到運作進行講解，在每部分學習過程中，及時補充相關(guān)新技術(shù)、新應(yīng)用的內(nèi)容，調(diào)動學生的求知欲，提高學生學習興趣。

2 教學手段、教學方法

在課堂教學中多種教學方法靈活使用，可以使用案例化教學，通過特定案例的分析使學生更加深刻地理解計算機組成原理中的思想和方法，如pentium IV的體系結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方式等，多層次加強學生的實踐與創(chuàng)新能力 。使用實物教學，在講解計算機各部件的時候，可以把實物（ 例如內(nèi)存條、CPU、硬盤等）帶到課堂上，變抽象為形象，讓學生真正體會到計算機組成原理不是空洞的理論，而存在于日常生活之中。使用動畫演示教學，在電子教學課件中插入動畫演示，將模糊抽象的概念變得直觀形象，例如在“Cache的置換策略”這一教學環(huán)節(jié)中，利用 CAI可以讓學生更清楚地理解Cache和主存的信息交換過程。多種教學手段的使用更能提高學生的學習興趣，提高教學效率。

3 實踐環(huán)節(jié)的改進

改變實踐方式，改進實驗內(nèi)容。盡可能使用EDA技術(shù)，設(shè)計虛擬實驗，減小了對實際實驗設(shè)備的依賴性，給學生創(chuàng)造有更方便、更靈活的實踐環(huán)境。優(yōu)化實驗內(nèi)容，增加綜合設(shè)計實驗。實踐教學可分為“基礎(chǔ)實驗”、“綜合設(shè)計實驗”和“課程設(shè)計項目”三部分。“基礎(chǔ)實驗”主要指驗證型實驗，通常在學校安排的實驗課時內(nèi)用實驗箱完成。 “綜合設(shè)計實驗”由綜合型實驗和基于部件的設(shè)計型實驗組成，要求學生編寫一定的程序，可以在虛擬實驗環(huán)境下設(shè)計，實際實驗儀器中完成?！罢n程設(shè)計項目”是學生完成的一個完整項目，分小組完成。內(nèi)容涉及本課程和其它課程尤其是軟件應(yīng)用類課程有一定的的交叉知識點或隱性知識，以訓練學生對項目設(shè)計的認識、團隊精神和作為工程師的思維模式是主要目的，它對激發(fā)學生對本專業(yè)的興趣起到至關(guān)重要的作用。

4 考核方式的改進

建設(shè)符合課程大綱的題庫，筆試部分可以從題庫抽取，避免了試卷知識點覆蓋面不全面，學生押題的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的考核方式主要側(cè)重于原理性知識點，使得很多學生不注重知識的整合和實踐環(huán)節(jié)，學生通過臨時突擊的考前復(fù)習和死記硬背就能通過考試。參考CDIO模式，采用多種方式評價學生的能力。課程總成績由三部分組成 。其中理論測試側(cè)重于原理性知識的理解掌握，平時成績考慮學生在學習過程中的表現(xiàn) 、參與小組討論的積極程度 ，實踐成績不僅只看實驗結(jié)果還要考慮預(yù)習、設(shè)計、排錯等幾方面能力。多方面考核因素的組合有利于引導(dǎo)學生既認真學習專業(yè)知識又注重知識的積累和綜合運用，還鍛煉了動手能力。

5 課程教學中的反思

課程教學中的反思是指就課程授課、實踐教學與實施過程中遇到的問題進行回顧與討論。反思是一種互動式的教學活動，是課程教學中極其重要的一個環(huán)節(jié)。教師通過反思，對教學方案、教學方法、教學態(tài)度不斷重新設(shè)計與改進，提高了教學效果和自身教育教學水平。學生通過反思更好的理解和掌握課程知識，達到了能力培養(yǎng)的目的。

四、結(jié)語

《計算機組成原理與結(jié)構(gòu)》課程是計算機專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程的課程，應(yīng)將學生實踐能力、系統(tǒng)觀的培養(yǎng)作為課程培養(yǎng)的重點。本教學改革在CDIO的教學理念下，針對《計算機組成原理與結(jié)構(gòu)》課程的特點，結(jié)合社會對“研究型+實踐型”的面向一線的應(yīng)用型工程人員的需要，改進教學實踐的方式方法，能夠提高教學效果。

參考文獻

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