“計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成”全英文課程改革探索

房 芳，錢

(東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京210096)

0 引言

目前許多高校開(kāi)設(shè)了全英文教學(xué)課程[1]。全英文教學(xué)不僅能滿足高校學(xué)生教育的需求，還會(huì)推動(dòng)高校教學(xué)質(zhì)量的提高，為高等院校的國(guó)際化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為此國(guó)內(nèi)許多高校紛紛從國(guó)外大學(xué)聘請(qǐng)知名教授和學(xué)者來(lái)華講授各種全英文課程，借鑒西方教學(xué)方法，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)開(kāi)拓性的教育環(huán)境，增加學(xué)生與教師之間的互動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生多問(wèn)問(wèn)題，特別是一些有創(chuàng)意的問(wèn)題。此外，全英文課程還專門提供課堂討論時(shí)間，因?yàn)檎n堂教學(xué)決不僅僅是指學(xué)生聽(tīng)教師講課，更強(qiáng)調(diào)的是師生之間進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)的交流和互動(dòng)，這樣有助于創(chuàng)造師生互動(dòng)的課堂氣氛、提高英語(yǔ)表達(dá)和思維能力。但是，目前的全英文課程建設(shè)仍面臨著很多問(wèn)題。

我校自動(dòng)化學(xué)院和電子科學(xué)與工程學(xué)院越來(lái)越重視國(guó)際化人才的培養(yǎng)，積極開(kāi)展國(guó)際化教育合作項(xiàng)目，以提升學(xué)院的教育層次和質(zhì)量，聯(lián)合引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的教育理念、教學(xué)模式和教學(xué)方法，并結(jié)合我國(guó)學(xué)生的特點(diǎn)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，構(gòu)建研究型和互動(dòng)型教學(xué)新模式。建立并完善“計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成”(Computer Architecture and Organization)課程教學(xué)系統(tǒng)，使學(xué)生在計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)方面既具有較好的理論基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力[2-4]。實(shí)驗(yàn)方面采用全英文和開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以ALTERA DE1為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[5]。全面研究探索并改進(jìn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的體系結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，確定面向國(guó)內(nèi)學(xué)生和開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)環(huán)境的新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和考核方式;研究面向新的人才培養(yǎng)計(jì)劃的綜合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，完成相關(guān)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工作。

1 引進(jìn)國(guó)外優(yōu)秀資源

我校自動(dòng)化學(xué)院和電子科學(xué)與工程學(xué)院，聯(lián)合面向本科三年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)了全英文“計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成”課程，特邀澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)(RMIT)著名教授和其助教共同主講此門課程。該課程在總結(jié)以往電子信息技術(shù)類課程的基礎(chǔ)上，針對(duì)我國(guó)學(xué)生特點(diǎn)將教學(xué)體系進(jìn)行了重新計(jì)劃和調(diào)整，改革了教學(xué)方法和教學(xué)手段。學(xué)生以英語(yǔ)為語(yǔ)言媒介，通過(guò)對(duì)英文原版教材與文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)、思考和研究，了解學(xué)科發(fā)展的前沿方向與最新動(dòng)態(tài)，熟悉所學(xué)的專業(yè)學(xué)科，加深對(duì)本學(xué)科知識(shí)的理解，從中獲取該領(lǐng)域的新信息和先進(jìn)技術(shù)。

同時(shí)，我們?cè)谝M(jìn)國(guó)外實(shí)踐課程教學(xué)人員和教學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)國(guó)內(nèi)學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)提高，建立了綜合性、研究性和探索性強(qiáng)的配套實(shí)驗(yàn)和綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)，使學(xué)生能夠在觀察現(xiàn)象、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題方面得到能力上的培養(yǎng)和鍛煉。學(xué)生籍此實(shí)現(xiàn)實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和綜合能力，達(dá)到新的國(guó)際人才培養(yǎng)要求。從目前的資料顯示，國(guó)內(nèi)尚無(wú)其它高校開(kāi)展共同引進(jìn)國(guó)外知名大學(xué)教授和助教開(kāi)設(shè)理論和實(shí)驗(yàn)課程的先例，我們這一教學(xué)改革舉措在國(guó)內(nèi)尚屬首例。

2 實(shí)驗(yàn)課程改革

2.1 實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容

我們?nèi)P引進(jìn)國(guó)外配套實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)人員和教學(xué)模式，以全英文的授課模式和全開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)管理體制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的講授。我們以ALTERA DE1為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并將其發(fā)放給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生利用課后時(shí)間進(jìn)行資料查找、相關(guān)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生能夠利用有限的課上時(shí)間進(jìn)行和教師的探討和設(shè)計(jì)提高，最大限度地提高實(shí)驗(yàn)課程的效率和質(zhì)量，提高學(xué)生實(shí)踐和動(dòng)手能力。

2.2 三個(gè)實(shí)驗(yàn)階段

實(shí)驗(yàn)主要由助教引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件以及后期實(shí)踐項(xiàng)目所需要的系統(tǒng)與功能單元知識(shí)。

第一階段為單元實(shí)驗(yàn)部分，具體包括以下三個(gè)小實(shí)驗(yàn):①學(xué)習(xí)建立簡(jiǎn)單累加器結(jié)構(gòu)，以PC為基礎(chǔ)，要求實(shí)現(xiàn)功能仿真、以及下載到DE1運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)LED debug，完成正確數(shù)碼管顯示;②學(xué)習(xí)基礎(chǔ)微程序控制并實(shí)現(xiàn)功能仿真和時(shí)序仿真;③學(xué)習(xí)建立ALU架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)寄存器讀出運(yùn)算寫(xiě)回，并實(shí)現(xiàn)功能仿真和時(shí)序仿真。

第二階段為作業(yè)部分，要求學(xué)生在指定的九種微處理器中選擇兩種，自學(xué)其匯編語(yǔ)言并完成簡(jiǎn)單算法程序的編寫(xiě)(如冒泡算法等)、性能分析、計(jì)算和比較，最終完成作業(yè)報(bào)告。

第三階段為完成實(shí)踐項(xiàng)目由學(xué)生從兩種任務(wù)目標(biāo)中二選一，兩人一組提交報(bào)告。報(bào)告要求詳細(xì)并真實(shí)地記錄MCU設(shè)計(jì)的過(guò)程，設(shè)計(jì)思路，結(jié)構(gòu)，以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。任務(wù)目標(biāo)一:在ALU設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展，增加解碼，制定位置寫(xiě)回等功能使得程序可以在DE1板上自動(dòng)運(yùn)行并進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)算;任務(wù)目標(biāo)二:在期中作業(yè)使用過(guò)的MCU的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)制作CPU，通過(guò)寫(xiě)入機(jī)器碼實(shí)現(xiàn)冒泡排序或同等難度的功能。

2.3 課程考核方式改革

我們引入了國(guó)外實(shí)驗(yàn)課程的考核方式，采用理論課考試成績(jī)占40%，實(shí)驗(yàn)課程考核成績(jī)占60%的考核方式。期中實(shí)驗(yàn)課程考核包括三部分:平時(shí)小實(shí)驗(yàn)部分(取三次成績(jī)的平均值)占20%，作業(yè)部分占10%，實(shí)踐項(xiàng)目部分占30%。

3 結(jié)語(yǔ)

我校開(kāi)設(shè)的全英文“計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成”課程改革，引進(jìn)消化吸收全英文的配套實(shí)驗(yàn)和完全開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑⑨槍?duì)國(guó)內(nèi)高校學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力普遍偏弱的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)和提高。這種英文和開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，將理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，去獲取知識(shí)、增強(qiáng)能力、提高素質(zhì)。這樣做的結(jié)果，不僅提高了教學(xué)層次，還促進(jìn)了學(xué)生科研和開(kāi)發(fā)水平的提高，最大限度提高實(shí)驗(yàn)課程的效率和質(zhì)量，最終為日后解決計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]田慧，聞躍，杜普選.“電路分析”全英文課堂教學(xué)探索[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，35(5):37-38，2013.

[2]David A.Patterson，John L.Hennessy.Computer Organization and Design[M]，Morgan Kaufmann，2013.

[3]白中英.計(jì)算機(jī)組成原理[M]，北京:科學(xué)出版社，2008.

[4]蔣本珊.計(jì)算機(jī)組成原理[M]，北京:清華大學(xué)出版社，2008.

[5]ALTERA Corporation.DE1 Development and Education Board User Manual.2006.