計算機(jī)組成原理實驗教學(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

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計算機(jī)組成原理實驗教學(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】針對計算機(jī)組成原理實驗課程存在的問題進(jìn)行分析，提出了調(diào)整實驗教學(xué)平臺，建立新的實驗教學(xué)體系，改革考核方式等相應(yīng)的改革措施。通過改革前后實驗教學(xué)模式的對比，證明改革后的實驗教學(xué)模式更合理，提高了學(xué)生的動手實踐能力。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)組成原理；實驗教學(xué)；改革

《計算機(jī)組成原理》這門課程是計算機(jī)專業(yè)的一門主干課程，屬于專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。課程任務(wù)是使學(xué)生掌握計算機(jī)的邏輯組成、工作原理、設(shè)計方法和邏輯實現(xiàn)，熟悉通過數(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)生對計算機(jī)系統(tǒng)的分析、開發(fā)、使用和設(shè)計能力打下基礎(chǔ)，在硬件范疇的課程體系中起承前啟后的作用。如何將這門課程的實驗和理論更好的結(jié)合，使學(xué)生通過實驗更好的理解理論知識，為學(xué)生今后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，使學(xué)生具備一定的硬件設(shè)計和開發(fā)能力，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，是實驗教學(xué)改革需要探索和解決的問題。為此，我們分析《計算機(jī)組成原理》實驗課目前存在的問題，針對這些問題，提出相應(yīng)的解決方法，讓《計算機(jī)組成原理》實驗課更好的發(fā)揮作用。

1.現(xiàn)有的問題

1.1實驗內(nèi)容和實驗設(shè)備老化

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

1.2實驗考核方法不合理

課程考核主要以理論成績?yōu)橹?，對實驗部分要求不高，且實驗的考核方法單一，主要以提交實驗報告為主，考核以實驗小組為單位進(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)整實驗教學(xué)平臺

現(xiàn)代電子設(shè)計，包括CPU和片上系統(tǒng)SOC（System On a Chip）的設(shè)計，技術(shù)的核心已經(jīng)轉(zhuǎn)向基于計算機(jī)的電子設(shè)計自動化技術(shù)，即EDA （Electronic Design Automation）技術(shù)。設(shè)計者在EDA工具軟件平臺，對以硬件描述語言HDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、布局布線以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。改革前使用的計算機(jī)組成原理實驗箱開設(shè)的設(shè)計型實驗有限，無法深入底層。為提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，在現(xiàn)有計算機(jī)組成原理實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，引入EDA工具軟件QuartusⅡ。引入了QuartusⅡ平臺后，我們根據(jù)計算機(jī)組成原理實驗教學(xué)大綱對原來的實驗內(nèi)容與實驗項目做了一些調(diào)整。一般的驗證性實驗還是采用老的實驗箱進(jìn)行實驗，而新開發(fā)的設(shè)計型實驗則采用QuartusⅡ平臺進(jìn)行實驗。

2.2建立新的實驗教學(xué)體系

根據(jù)實驗內(nèi)容的特點，在實驗進(jìn)度安排上采用循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)方式，將實驗進(jìn)度分為驗證型實驗、設(shè)計型實驗和綜合型實驗三個層次，形成從部分到整體、從基礎(chǔ)到提高的實驗教學(xué)體系。

首先是驗證型實驗。這類實驗是基礎(chǔ)，涉及課程的相關(guān)基礎(chǔ)知識點，實驗?zāi)康氖鞘箤W(xué)生驗證組成原理課程中講授的內(nèi)容，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解。設(shè)計型實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和獨立工作的能力。實驗以“任務(wù)”或“課題”形式提出實驗要求和具體的實驗成果，要求學(xué)生能夠明確任務(wù)，通過查閱有關(guān)資料，掌握實驗所設(shè)計的知識，并能綜合利用這些知識來設(shè)計、開發(fā)并完成實驗項目。第三個層次是綜合實驗，這類實驗的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用計算機(jī)知識與技術(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生帶著問題自主學(xué)習(xí)的能力。在實驗過程中畫出必要的實驗原理圖，及時發(fā)現(xiàn)問題，主動解決問題。從原理、方法和使用工具等多方面提出完成實驗任務(wù)的依據(jù)及實驗步驟，并對結(jié)果進(jìn)行評價、分析和總結(jié)。

2.3改革考核方式

為了保證實驗教學(xué)效果，避免改革前實驗考核方式的缺點，改革后對實驗流程進(jìn)行規(guī)范化，制定比較嚴(yán)格的考核制度。實驗過程嚴(yán)格按照課前準(zhǔn)備、實驗調(diào)試、驗收的順序進(jìn)行。要求每個學(xué)生認(rèn)真對待每個實驗，認(rèn)真記錄實驗中碰到的問題和解決方法，回答實驗教材以及教師課堂上提出的思考題，記錄對實驗的心得和體會。最后綜合每位同學(xué)的實驗調(diào)試、驗收、實驗報告和實驗記錄綜合評定學(xué)生總成績。因為實驗對每位同學(xué)單獨驗收和考核，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)

總體來看，改革后的組成原理實驗內(nèi)容豐富，驗證型實驗、設(shè)計型實驗和綜合型實驗三個層次的實驗配置更加合理。采用新的實驗?zāi)Ｊ胶?，能明顯感受到學(xué)生對組成原理實驗課程的興趣增加了。在實驗課程中，學(xué)生不僅學(xué)到了計算機(jī)組成原理的基本知識，掌握了基本的性能分析方法，提高了分析問題的能力，加深了對計算機(jī)底層知識的理解，還有學(xué)生主動尋求和探討更有挑戰(zhàn)性的實驗項目，為以后的實驗創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。

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基金項目：湖北民族學(xué)院科技學(xué)院教學(xué)研究項目（KY201111，KY201112，KYJY201507）。

通信作者：

向麗萍，女，講師。