面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系建設(shè)實(shí)踐

劉衛(wèi)東等

摘 要：系統(tǒng)能力培養(yǎng)是提高計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量和水平的一個重要方向。本文提出了系統(tǒng)能力培養(yǎng)的基本概念和內(nèi)涵，介紹了清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)方面所做的工作和實(shí)踐效果，討論了課程體系建設(shè)和改革的關(guān)鍵內(nèi)容，給出了一種加強(qiáng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)的教學(xué)方案。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)能力；課程體系；計(jì)算機(jī)專業(yè)

2006年，國務(wù)院發(fā)布《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，將“核高基”列入國家重大科技專項(xiàng)?！昂烁呋笔呛诵碾娮悠骷⒏叨送ㄓ眯酒盎A(chǔ)軟件產(chǎn)品的簡稱，其被列入國家重大科技專項(xiàng)，一方面體現(xiàn)了它們在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重大作用，另一方面也折射出我國在這一領(lǐng)域內(nèi)與世界先進(jìn)水平存在較大差距。人才培養(yǎng)是科技進(jìn)步的基礎(chǔ)，反思我們在該領(lǐng)域基礎(chǔ)知識教學(xué)中的不足，改進(jìn)我們的培養(yǎng)手段和方法，培養(yǎng)出具備創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，是值得教育界探討的話題。

“核高基”是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。盡管我國在計(jì)算機(jī)教學(xué)領(lǐng)域取得了長足的進(jìn)步，但主要體現(xiàn)在大規(guī)模的應(yīng)用型人才的養(yǎng)成，沒有規(guī)?；囵B(yǎng)出能夠深入理解并掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心、具備引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展能力的人才。因此，建設(shè)新的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系，著重培養(yǎng)具備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的高素質(zhì)人才是我們的任務(wù)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力是指能自覺運(yùn)用系統(tǒng)觀，理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動態(tài)性和開放性，并用系統(tǒng)化方法，掌握計(jì)算機(jī)硬軟件協(xié)同工作及相互作用機(jī)制的能力。系統(tǒng)能力包括系統(tǒng)分析能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和系統(tǒng)驗(yàn)證能力三個方面。系統(tǒng)分析能力就是給定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和輸入，分析系統(tǒng)輸出的能力；系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力就是給定系統(tǒng)輸入和輸出，綜合出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的能力；系統(tǒng)驗(yàn)證能力就是給定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能符合的能力。三個方面相輔相成，共同構(gòu)成計(jì)算機(jī)專業(yè)本科畢業(yè)生的基本能力和專業(yè)素養(yǎng)。

一、課程體系現(xiàn)狀分析

計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中，設(shè)置了大量與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的課程，如數(shù)字邏輯電路、匯編語言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)、微計(jì)算機(jī)接口、嵌入式系統(tǒng)等。這些課程的總體目標(biāo)，是建立起完整的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，在課程體系中占有重要的地位。

然而，大量的系統(tǒng)類課程的學(xué)習(xí)，并沒有給學(xué)生帶來計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的全面提升。同學(xué)們普遍反映，對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還處于“只見樹木，不見森林”的狀態(tài)，對于計(jì)算機(jī)各個子系統(tǒng)有比較深入的了解，但對各子系統(tǒng)之間的相互作用的關(guān)系則了解不深，也不清楚各子系統(tǒng)間的銜接機(jī)制。

深入剖析這一現(xiàn)象，我們認(rèn)為，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)中，普遍存在以下幾個方面的問題。

（1）教學(xué)內(nèi)容上，各門課程獨(dú)立規(guī)劃、獨(dú)立教學(xué)，造成了知識體系中知識點(diǎn)冗余和銜接關(guān)系脫節(jié)。一方面，每門課程強(qiáng)調(diào)自身知識體系的完整性和系統(tǒng)性，造成一些知識重復(fù)講述；另一方面，各課程之間知識點(diǎn)缺乏前后銜接和有效整合，難以形成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識體系。

（2）教學(xué)方法上，各課程采取分析式教學(xué)方法較多，突出系統(tǒng)原理的講解，而限于條件的不足，缺乏對基本完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)較為全面的說明。造成的結(jié)果是學(xué)生掌握了基本概念，但難以轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本能力。

（3）實(shí)驗(yàn)手段上，基本側(cè)重于對原理的簡單驗(yàn)證，而缺乏對復(fù)雜系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐。雖然小規(guī)模實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到讓學(xué)生基本理解掌握系統(tǒng)運(yùn)行原理和初步具備系統(tǒng)開發(fā)能力的目的，但由于缺乏足夠的工程工作量，使得復(fù)雜系統(tǒng)中存在的較為深刻的問題難以暴露。因而，學(xué)生雖然經(jīng)過了訓(xùn)練，但卻因訓(xùn)練強(qiáng)度不足，不能對系統(tǒng)有較為深刻的認(rèn)識和完成具有工程規(guī)模的系統(tǒng)級開發(fā)，甚至是對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有“盲人摸象”的感覺。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身具有整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動態(tài)性和開放性等特點(diǎn)，但由于其復(fù)雜性，如果課程體系中各課程之間缺乏有效溝通和相互協(xié)作機(jī)制，就會造成學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)和訓(xùn)練上的不足。因此，對課程體系改革勢在必行。

二、面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的課程體系建設(shè)

為了彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)中存在的這一不足，加強(qiáng)專業(yè)課程中的系統(tǒng)能力培養(yǎng)，結(jié)合計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)的相關(guān)要求，有必要對計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系進(jìn)行改革。其目標(biāo)確定為：將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類課程在教學(xué)理念上統(tǒng)一貫徹“注重系統(tǒng)、強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)能力”三個方面；將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，為同學(xué)們構(gòu)建完整系統(tǒng)的知識體系和知識結(jié)構(gòu)；并從工程教育的角度，探索一體化設(shè)計(jì)課程體系，以及原理性與工程性結(jié)合、分析式與綜合式互動的教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)手段上注重教學(xué)載體和實(shí)驗(yàn)平臺的統(tǒng)一，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生能夠基于一個指令集系統(tǒng)，自主設(shè)計(jì)一臺功能計(jì)算機(jī)、一個操作系統(tǒng)核心、一個編譯系統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)，切實(shí)使學(xué)生全面掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的知識點(diǎn)，并能融會貫通，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

為達(dá)成改革目標(biāo)，我們在教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)等方面開展了一系列的工作。

1.統(tǒng)一規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

根據(jù)課程體系改革目標(biāo)，我們首先選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類課程中的數(shù)字邏輯電路、匯編語言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理5門核心課程，組建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類課程群。以ACM發(fā)布的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程知識體系為藍(lán)本，對照我系課程體系中的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，查找各課程知識點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容的不足，各課程進(jìn)行補(bǔ)充和完善，注意各課程教學(xué)內(nèi)容間的銜接。具體調(diào)整內(nèi)容如下表所示。

課組內(nèi)容調(diào)整與優(yōu)化表

課程名稱 主要調(diào)整/優(yōu)化內(nèi)容

數(shù)字邏輯電路 使用可編程芯片的入門級以上到部件級以下的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（包括多路選擇器、基本組合電路/時(shí)序電路以及綜合實(shí)驗(yàn)），以及相應(yīng)的EDA工具訓(xùn)練，為處理器實(shí)驗(yàn)奠定部件設(shè)計(jì)與工具應(yīng)用基礎(chǔ)

匯編語言程序設(shè)計(jì) （1）強(qiáng)化了匯編語言作為處理器軟硬件接口、作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)規(guī)格的內(nèi)容講解

（2）增加了MIPS32指令集部分，以及相應(yīng)的中斷/異常處理、虛存管理等內(nèi)容（包括其在匯編層面的表示）

（3）增加了典型C代碼在匯編層面的表示以及反匯編等內(nèi)容

計(jì)算機(jī)組成原理 （1）MIPS32指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析

（2）簡單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的CPU至少能夠支持MIPS指令集的一個子集，具體實(shí)現(xiàn)可以是多周期或者是指令流水方式，CPU必須能夠支持中斷，包括軟中斷和硬中斷，完成中斷請求、中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)及返回的全過程

（3）虛擬存儲管理中TLB的作用及組成

操作系統(tǒng) （1）以X86和MIPS32指令集/處理器作為操作系統(tǒng)的目標(biāo)平臺

（2）強(qiáng)調(diào)操作系統(tǒng)原理與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，要求在實(shí)驗(yàn)中完成一個簡化但必須是在真實(shí)硬件上能工作的小操作系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的核心算法，從而加深對原理的理解

（3）強(qiáng)調(diào)各個實(shí)驗(yàn)的核心算法形成一個有機(jī)整體，后面的實(shí)驗(yàn)會用到前面實(shí)驗(yàn)的代碼，并最終形成一個完整的小操作系統(tǒng)

編譯原理 （1）以MIPS32指令集/處理器作為編譯器的目標(biāo)平臺

（2）強(qiáng)調(diào)編譯技術(shù)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整機(jī)的關(guān)聯(lián)，從編譯程序能發(fā)揮的作用及它在整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置等角度，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整機(jī)概念貫穿起來，充分理解編譯程序/系統(tǒng)與其他系統(tǒng)類程序或工具之間的聯(lián)系

（3）強(qiáng)調(diào)編譯技術(shù)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的關(guān)聯(lián)，充分理解通過編譯優(yōu)化可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)揮更有效的作用（與操作系統(tǒng)的角度不同），也要理解編譯技術(shù)在這方面的局限性

在理順教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，各課程以完成基本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為教學(xué)目標(biāo)，改進(jìn)教學(xué)方法。在加強(qiáng)原理性知識講解的同時(shí)，強(qiáng)化工程化實(shí)現(xiàn)方法的訓(xùn)練，力求學(xué)生在系統(tǒng)原理和工程實(shí)現(xiàn)方法兩方面均有收獲。

2.統(tǒng)一規(guī)劃課程實(shí)驗(yàn)體系

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)中，實(shí)踐占有很大的比重，是學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的原理知識，解決實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的過程，更是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段。然而，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，要讓學(xué)生在有限的時(shí)間下完成教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容，需要我們精心設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，圍繞教學(xué)改革目標(biāo)設(shè)置各課程的階段子目標(biāo)和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完成模塊設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)后，再通過綜合實(shí)驗(yàn)來最終集成，形成一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)這一思路，我們在各相關(guān)課程中調(diào)整原有的實(shí)驗(yàn)體系和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。將課程實(shí)驗(yàn)作為最終綜合實(shí)驗(yàn)的模塊或基礎(chǔ)，既能鞏固課程中學(xué)習(xí)的原理性知識，又能作為整體綜合實(shí)驗(yàn)的模塊使用，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)體系的遞進(jìn)化。

我們以操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)體系為例介紹其設(shè)計(jì)思想。在清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系操作系統(tǒng)課程中，安排了8個教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過精心安排和組織，8個實(shí)驗(yàn)由基礎(chǔ)到全面，最終構(gòu)成了一個基本完整的教學(xué)操作系統(tǒng)。

（1）實(shí)驗(yàn)0（操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和工具）的目的在于了解和熟悉操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的編譯方法和流程、基于硬件模擬器的操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)試方法以及OS啟動前方的基本功能，并復(fù)習(xí)了C語言和匯編語言，為基于ucore的后續(xù)實(shí)驗(yàn)打下實(shí)驗(yàn)方法上的基礎(chǔ)。

（2）實(shí)驗(yàn)1（系統(tǒng)軟件啟動過程）的目的是實(shí)現(xiàn)bootloader加載和運(yùn)行操作系統(tǒng)軟件的工作過程，從而理解啟動bootloader的過程、bootloader的文件組成、ucore OS的啟動過程、中斷處理機(jī)制、通過串口/并口/CGA輸出字符的方法。讓同學(xué)能夠運(yùn)用多種工具來開始操作系統(tǒng)功能。

（3）實(shí)驗(yàn)2（物理內(nèi)存管理）與實(shí)驗(yàn)3（虛擬內(nèi)存管理）的目的是了解系統(tǒng)如何管理內(nèi)存，深入理解軟硬件的分頁模式，頁表的建立和使用方法，缺頁中斷的處理等基本處理方法與管理方法。需要實(shí)現(xiàn)缺頁異常處理和頁替換算法，支持虛擬存儲管理，為應(yīng)用提供大于物理內(nèi)存的虛擬地址空間。二者在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上形成循序漸進(jìn)的關(guān)系。

（4）實(shí)驗(yàn)4（內(nèi)核線程管理）、實(shí)驗(yàn)5（用戶進(jìn)程管理）、實(shí)驗(yàn)6（調(diào)度器）、實(shí)驗(yàn)7（同步互斥）幫助學(xué)生了解操作系統(tǒng)中內(nèi)核線程創(chuàng)建和執(zhí)行的過程、了解上下文切換是如何具體實(shí)現(xiàn)的，并進(jìn)一步了解操作系統(tǒng)中用戶進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)以及操作系統(tǒng)的調(diào)度管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基于管程的條件變量機(jī)制。四者在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上形成循序漸進(jìn)的關(guān)系。

（5）實(shí)驗(yàn)8（文件系統(tǒng)）要求學(xué)生了解基本的文件系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)方法，掌握基于索引節(jié)點(diǎn)的文件系統(tǒng)和虛擬文件系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，能夠完成讀文件操作和基于文件系統(tǒng)的執(zhí)行程序機(jī)制，擴(kuò)展基本文件系統(tǒng)，以支持目錄、軟鏈接等，擴(kuò)展緩存機(jī)制，提高緩存的效率和性能。

3.建設(shè)統(tǒng)一的教學(xué)實(shí)驗(yàn)支撐平臺

為配合統(tǒng)一規(guī)劃后的教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并為綜合實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)，統(tǒng)一各課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)支撐平臺十分重要。教學(xué)實(shí)驗(yàn)支撐平臺應(yīng)能完成各課程規(guī)劃和調(diào)整后的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，至少應(yīng)包括硬件系統(tǒng)平臺及開發(fā)調(diào)試工具、指令級模擬器、匯編器、編譯器、教學(xué)操作系統(tǒng)模擬器及調(diào)試工具等，還應(yīng)包括上位機(jī)和實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的通信程序等。所有平臺應(yīng)支持一個簡單、規(guī)范、基本完整的統(tǒng)一的指令系統(tǒng)。為此，我們開發(fā)完成了支持50條左右MIPS32指令的硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)THINPAD，作為硬件開發(fā)平臺。同時(shí)，為它配套開發(fā)了指令系統(tǒng)模擬器、匯編器、編譯器、數(shù)據(jù)通信程序、終端程序等一系列軟件系統(tǒng)和調(diào)試工具，并且完成了教學(xué)操作系統(tǒng)Ucore的移植，使其能在該硬件平臺上運(yùn)行。另外，開發(fā)了編譯系統(tǒng)，使編譯生成的代碼能在操作系統(tǒng)調(diào)用下運(yùn)行，基本完成了教學(xué)實(shí)驗(yàn)支撐平臺的建設(shè)，并在實(shí)際教學(xué)中得到了檢驗(yàn)。

（1）硬件系統(tǒng)平臺組成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要給學(xué)生提供基本的硬件平臺?？紤]到硬件設(shè)計(jì)的主流技術(shù)和教學(xué)基本要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用可編程硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)。因此，整個硬件平臺以大規(guī)模可編程邏輯器件為中心，通過總線連接SRAM存儲器和Flash存儲器，再配合以外圍各種接口。下圖是硬件平臺的基本組成。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)硬件平臺組成圖

（2）MIPS指令系統(tǒng)模擬器。指令系統(tǒng)模擬器可幫助學(xué)生完成簡單的機(jī)器語言程序的軟件模擬和調(diào)試，避免直接在不可靠的硬件平臺上調(diào)試帶來的困難。指令系統(tǒng)模擬器可采用通用的MIPS指令系統(tǒng)模擬器，也可以有針對性地開發(fā)。

（3）MIPS指令系統(tǒng)匯編器。匯編器可完成匯編語言到機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換，并幫助學(xué)生理解程序。給學(xué)生提供一個方便的、有針對性的匯編器，對完成實(shí)驗(yàn)是有幫助的。

（4）仿真終端程序。完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要配置一定的外部設(shè)備。最常用、最簡單的外部設(shè)備就是計(jì)算機(jī)終端。因此，配置一個具備一定功能的仿真終端程序，可以幫助學(xué)生提高調(diào)試效率，降低硬件實(shí)現(xiàn)的難度。

（5）數(shù)據(jù)通信程序。硬件調(diào)試所需要的程序和數(shù)據(jù)應(yīng)裝入到硬件平臺的非電易失性存儲器中，需要為實(shí)驗(yàn)提供一個通信程序完成這一功能。

（6）監(jiān)控程序。在完成能運(yùn)行操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之前，可以采取運(yùn)行一個相對簡單但具備一定功能的監(jiān)控程序作為檢驗(yàn)初步硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的手段，也可以作為計(jì)算機(jī)組成課程的階段性成果。

（7）GCC編譯器。由于建議的操作系統(tǒng)由C語言編寫，故需要有一個能將操作系統(tǒng)編譯到指定的指令系統(tǒng)的編譯器。由學(xué)生自行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能編譯操作系統(tǒng)的編譯器規(guī)模太大，難度也很高，故建議使用GCC編譯器并對其進(jìn)行一些調(diào)整后完成此項(xiàng)任務(wù)。

（8）匯編與鏈接工具。要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)的編譯器能完成對應(yīng)用程序的編譯，實(shí)現(xiàn)從高級語言（C0、Decaf……）到匯編代碼的轉(zhuǎn)換，最終完成機(jī)器語言的生成，也可采用GNU的匯編器GAS和鏈接器LD，減輕實(shí)驗(yàn)的工作量。

4.建設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)開放式課程

作為課程體系改革的核心，我們建設(shè)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)開放式課程。該課程在學(xué)生完成相關(guān)課程學(xué)習(xí)后，綜合利用數(shù)字邏輯電路、匯編語言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)和編譯原理中所學(xué)習(xí)的知識，獨(dú)立設(shè)計(jì)和完成一個完整、簡單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的成果，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用課程知識解決問題的能力。

三、改革成效與總結(jié)

課程體系各項(xiàng)改革措施已在清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系本科教學(xué)中逐步實(shí)施。教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺已基本開發(fā)完成，并已在課程實(shí)驗(yàn)中使用；各課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)體系基本調(diào)整到位；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)課程雖尚未全面開設(shè)，但已以興趣小組的方式在小范圍進(jìn)行了三輪實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)具備全面開設(shè)課程的基礎(chǔ)，即將在本學(xué)年夏季學(xué)期面向全系學(xué)生開設(shè)。

同學(xué)們普遍反映，改革后各門課程之間教學(xué)內(nèi)容銜接良好，教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系完整，對理解教學(xué)內(nèi)容有很好的幫助。各課程統(tǒng)一了教學(xué)實(shí)驗(yàn)支撐平臺，也使同學(xué)實(shí)驗(yàn)更為方便，減少了對熟悉實(shí)驗(yàn)平臺的負(fù)擔(dān)。參加過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)的同學(xué)則覺得收獲更大，更加深刻領(lǐng)會了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的原理和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的機(jī)制，真正設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了人生的第一臺計(jì)算機(jī)，給了他們一個充分展示自己能力的舞臺。

系統(tǒng)能力培養(yǎng)是提高計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)水平的重要抓手，其中，重要的是教師能轉(zhuǎn)變觀念，提高認(rèn)識，并設(shè)計(jì)出適合本校學(xué)生的課程體系和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會高度重視系統(tǒng)能力培養(yǎng)，成立了兩個專門小組進(jìn)行研究和推廣，希望我們的實(shí)踐能起到拋磚引玉的作用。

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