高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙語(yǔ)交互式教學(xué)方法研究

摘 要： 針對(duì)高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)研究了雙語(yǔ)交互式教學(xué)方法。通過(guò)引進(jìn)英文教材，剖析研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，采用雙語(yǔ)交互式教學(xué)方法組織課堂教學(xué)和前沿報(bào)告；以及調(diào)整課程內(nèi)容、指導(dǎo)研究生做學(xué)術(shù)報(bào)告等一系列手段。有效提高了研究生的主動(dòng)研究能力，獲得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 雙語(yǔ)教學(xué)； 教學(xué)方法； 交互式教學(xué)； 高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：G40 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）03-56-04

Research on interactive bilingual education on advanced computer architecture

Pei Songwen

（School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： Because the great gap between the requirements of building top disciplines in Shanghai and the drawbacks of current situation at the University of Shanghai for Science and Technology， and the requirements of communication in the mixed class with Chinese and foreign students， we adopt interactive bilingual education on the course of advanced computer architecture. We organize the contents of course and the technical reports of emerging research topic， in terms of classical English textbook and the current research topics， and then optimize the contents of course and encourage students to do research actively， etc. Finally， we get the expected achievements of improving the graduate students' research capability， and gain great benefits for students through interactive bilingual education.

Key words： bilingual education； teaching method； interactive education； advanced computer architecture

0 引言

上海市教委推動(dòng)和落實(shí)國(guó)務(wù)院的《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》，在上海理工大學(xué)具體實(shí)施光學(xué)工程高峰學(xué)科建設(shè)計(jì)劃（2015-2017），優(yōu)化光學(xué)工程學(xué)科和計(jì)算機(jī)科學(xué)的協(xié)同發(fā)展，創(chuàng)新學(xué)科組織模式。在此背景下，上海理工大學(xué)研究生院建議為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)的研究生開(kāi)設(shè)高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的雙語(yǔ)課程。

據(jù)調(diào)查，美國(guó)的麻省理工學(xué)院、卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué) ，以及國(guó)內(nèi)的國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)等國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)都采用最新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)的權(quán)威教材，如David A. Patterson等人編寫的《Computer Architecture：A Quantitative Approach》。該教材的英文寫作通俗易懂、深入淺出、課程內(nèi)容組織嚴(yán)密、邏輯清晰，因此我校將其作為高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究生課程的教材?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，都是基于英語(yǔ)這個(gè)國(guó)際性通用語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，英語(yǔ)成為現(xiàn)代信息技術(shù)傳播的語(yǔ)言支撐。信息時(shí)代的今天，因特網(wǎng)上的信息90%是英語(yǔ)的；國(guó)際會(huì)議上的發(fā)言絕大多數(shù)是用英語(yǔ)。因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)的雙語(yǔ)教學(xué)顯迫切和重要。

從前幾年的教學(xué)情況來(lái)看，在該雙語(yǔ)課程設(shè)置上的主要需求體現(xiàn)在以下方面：①計(jì)算機(jī)領(lǐng)域各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展速度快，迭代周期短。特別是近年來(lái)急劇出現(xiàn)的新技術(shù)眾多，包括云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、類腦計(jì)算、異構(gòu)處理器、代數(shù)處理器、數(shù)據(jù)流處理器等；②研究生需要閱讀大量的英文文獻(xiàn)，才能保持跟國(guó)際前沿研究方向接軌，才有機(jī)會(huì)接觸和學(xué)習(xí)到最新的研究成果；③最近最新出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)大部分都是由英語(yǔ)國(guó)家的研究人員和研究機(jī)構(gòu)推進(jìn)和主導(dǎo)的，研究生學(xué)術(shù)交流需要使用熟練的英語(yǔ)口語(yǔ)才能與國(guó)際研究人員溝通；④近年到上海理工大學(xué)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的國(guó)外留學(xué)生日益增加，在他們漢語(yǔ)尚不流利的情況下，用英語(yǔ)教案是一個(gè)較好的輔助學(xué)習(xí)方法。采用英語(yǔ)教學(xué)課件，有助于中外學(xué)生無(wú)障礙的進(jìn)行技術(shù)交流和研討。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)課程中一門既難教又難學(xué)的課程，國(guó)內(nèi)外很多同行一直在通過(guò)各種方式提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)質(zhì)量[1]。開(kāi)設(shè)雙語(yǔ)教學(xué)，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)難上加難。

結(jié)合申請(qǐng)立項(xiàng)時(shí)的建設(shè)目標(biāo)和初步成果，統(tǒng)籌規(guī)劃，持續(xù)完善教學(xué)條件，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，切實(shí)改進(jìn)教學(xué)方法，注重新的教學(xué)手段的運(yùn)用，爭(zhēng)取通過(guò)1-2年的努力，把所承擔(dān)的課程建設(shè)成適合研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)、拓寬知識(shí)基礎(chǔ)、提高國(guó)際化能力的優(yōu)質(zhì)課程。

1 交互式教學(xué)

交互式教學(xué)法由美國(guó)教育心理學(xué)家于上世紀(jì)七十年代提出，其核心是通過(guò)教學(xué)互動(dòng)的方式調(diào)節(jié)教師與學(xué)生的關(guān)系。交互式教學(xué)模式的基本思路是將學(xué)習(xí)看作一個(gè)認(rèn)知交互的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)個(gè)體和環(huán)境之間的交互作用，將學(xué)生作為教學(xué)和活動(dòng)的主體納入到教學(xué)組織的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，讓學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)中的真正主角[2]。交互式教學(xué)是建構(gòu)主義和認(rèn)知學(xué)習(xí)理論所共同推崇的一種教學(xué)模式，其強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用，提倡小組討論和團(tuán)隊(duì)合作的任務(wù)型教學(xué)法。這種教學(xué)模式已在大學(xué)英語(yǔ)課程教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用[3-5]，而在工科類課程教學(xué)中嘗試不多。

交互式教學(xué)將傳統(tǒng)的以“教師為中心”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴耙詫W(xué)生為中心”的互動(dòng)性教學(xué)模式，給學(xué)生提供了更多的參與機(jī)會(huì)，提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。在交互式交流過(guò)程中，既加強(qiáng)了專業(yè)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，又潛移默化地提高了學(xué)生的英語(yǔ)表達(dá)能力。

2 雙語(yǔ)教學(xué)

教育的全球化趨勢(shì)使得雙語(yǔ)教學(xué)成為目前許多高校的一項(xiàng)戰(zhàn)略性工作。雙語(yǔ)教學(xué)作為實(shí)施多元文化教育的一種有效手段，符合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)[6]?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和Internet 網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，都是基于英語(yǔ)這個(gè)國(guó)際性通用語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，英語(yǔ)成為現(xiàn)代信息技術(shù)傳播的語(yǔ)言支撐。信息時(shí)代的今天，因特網(wǎng)上的信息90%是英語(yǔ)的；國(guó)際會(huì)議上的發(fā)言絕大多數(shù)是用英語(yǔ)。因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)的雙語(yǔ)教學(xué)更顯迫切和重要[7]。隨著各個(gè)學(xué)科交叉方向的發(fā)展以及軟件工程專業(yè)的完備與獨(dú)立，以“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者”的身份作為課程出發(fā)點(diǎn)難以滿足各方面的不同需求，因?yàn)閷?duì)于大部分學(xué)生而言，學(xué)習(xí)微體系結(jié)構(gòu)并不是為了設(shè)計(jì)處理器，而是為了了解處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理后能寫出性能更優(yōu)的程序[8]。

因此，基于上海理工大學(xué)當(dāng)前的教育教學(xué)現(xiàn)狀，采用英語(yǔ)和漢語(yǔ)雙語(yǔ)教學(xué)講授高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程是迫切的需求，為建設(shè)上海理工大學(xué)高峰學(xué)科奠定計(jì)算機(jī)專業(yè)英語(yǔ)教學(xué)和研究的理論基礎(chǔ)。

3 雙語(yǔ)交互式教學(xué)方法

3.1 交互式教學(xué)的基本要素

本課程基于研究生建立交互式教學(xué)是通過(guò)教學(xué)-反饋-教學(xué)的循環(huán)形式，構(gòu)建師生之間、學(xué)生之間的互動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)研究的能力，提高研究生研究學(xué)習(xí)的能力的同時(shí)，潛移默化地提高了研究生英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)讀寫的能力。主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。

⑴ 加強(qiáng)學(xué)生的主體地位

交互式教學(xué)法強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主題地位，非常適合具有一定自學(xué)能力和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的碩士研究生學(xué)習(xí)專業(yè)課程。由研究生針對(duì)教師設(shè)定的學(xué)習(xí)主題提出問(wèn)題、講解專題和小組討論，教師進(jìn)一步總結(jié)研究的主題。

強(qiáng)調(diào)研究生課后的英語(yǔ)閱讀能力、閱讀范圍和專業(yè)基礎(chǔ)，督促研究生自主研究，練習(xí)專題演說(shuō)和表達(dá)能力，進(jìn)一步進(jìn)行小組討論，培養(yǎng)研究生的協(xié)作能力和領(lǐng)導(dǎo)力。

⑵ 引導(dǎo)教師的主導(dǎo)地位

教師在交互式教學(xué)中配合學(xué)生的研究學(xué)習(xí)興趣，擬定學(xué)習(xí)主題，把握研究學(xué)習(xí)的方向。由于研究生對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的前沿研究和關(guān)鍵技術(shù)仍然存在模糊地帶、知識(shí)結(jié)構(gòu)還不完整，因此教師負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生的研究方向，提供建議和學(xué)習(xí)方法。

⑶ 團(tuán)隊(duì)協(xié)作的任務(wù)模型

基于高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的基本知識(shí)和前沿的研究方向，由教師擬定學(xué)習(xí)主題，設(shè)定學(xué)習(xí)任務(wù)，分配學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)。

3.2 高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程交互式教學(xué)設(shè)計(jì)

高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的研究生專業(yè)課。該課程技術(shù)融合性強(qiáng)，從軟硬件兩方面通盤考慮，設(shè)計(jì)和構(gòu)建合理的軟硬件界面，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件資源在整體上發(fā)揮最大效用。隨著各個(gè)學(xué)科交叉方向的發(fā)展以及軟件工程專業(yè)的完備與獨(dú)立，以“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者”的身份作為課程出發(fā)點(diǎn)難以滿足各方面的不同需求，對(duì)于大部分學(xué)生而言，學(xué)習(xí)微體系結(jié)構(gòu)并不是為了設(shè)計(jì)處理器，而是為了了解處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理后能寫出性能更優(yōu)的程序[5]。

基于交互式教學(xué)方法的三個(gè)重要方面如圖1所示，課程教學(xué)和課題討論的組織流程遵循這三方面的要求。

⑴ 加強(qiáng)學(xué)生的主體地位

前期講授完高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論知識(shí)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史、量化分析指標(biāo)和性能評(píng)價(jià)方法、指令流水線技術(shù)、分支指令調(diào)度策略、RISC指令集系統(tǒng)、分支預(yù)測(cè)技術(shù)、指令并行性的軟硬件方法、多處理器的Cache一致性、循環(huán)展開(kāi)和軟件流水技術(shù)。

在基礎(chǔ)理論內(nèi)容講授過(guò)程中，要求學(xué)生閱讀相關(guān)主題的經(jīng)典文獻(xiàn)，提前預(yù)習(xí)上課講授的內(nèi)容，帶著問(wèn)題來(lái)上課。在上課講授的過(guò)程中，采用全英文課件講授，師生互動(dòng)交流盡可能采用英語(yǔ)。

⑵ 引導(dǎo)教師的輔助作用

在前沿課題研究式學(xué)習(xí)階段，教師擬定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)若干個(gè)熱點(diǎn)研究方向，由研究生分三人一組選擇研究課題。要求做到有序分工，分別調(diào)研研究背景和當(dāng)前的熱點(diǎn)技術(shù)、提出創(chuàng)新點(diǎn)和解決方案并做可行性分析、實(shí)踐并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師在關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)檢查任務(wù)進(jìn)度和目標(biāo)完成情況，評(píng)價(jià)課題研究報(bào)告和課題完成效果，提出改進(jìn)思路和研究方向。

⑶ 提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

選定一名課題小組負(fù)責(zé)人，由學(xué)生自行討論，落實(shí)分工。訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)組織和協(xié)調(diào)能力。最后，選定一名學(xué)生作課題研究報(bào)告。

3.3 課程網(wǎng)站設(shè)計(jì)

課程網(wǎng)站建設(shè)是交互式雙語(yǔ)課程教學(xué)的關(guān)鍵部分。為了支持前面我們所規(guī)劃的三個(gè)學(xué)習(xí)層次，本文所建設(shè)的網(wǎng)站主要包含了7個(gè)模塊：課程簡(jiǎn)介、教學(xué)大綱、教學(xué)課件、教師隊(duì)伍、教學(xué)視頻、課程資料及課程互動(dòng)。如圖2所示。

課程簡(jiǎn)介部分描述了課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)大綱部分描述了課程的學(xué)時(shí)、學(xué)分、授課對(duì)象、先修課程、主要內(nèi)容、基本要求、參考書目及學(xué)時(shí)分配等；教學(xué)課件給出了該課程的全部多媒體教學(xué)課件；教師隊(duì)伍介紹了課題組所有成員的辦公地點(diǎn)、答疑時(shí)間及聯(lián)系方式等；教學(xué)視頻包含教師授課視頻和學(xué)生課題報(bào)告視頻；課程資料保存了該課程所提供的專題講座論文、前沿研究課題調(diào)研報(bào)告、整體解決方案和實(shí)驗(yàn)方法等。課程互動(dòng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上答疑功能，整理并發(fā)布出常見(jiàn)的學(xué)生提問(wèn)和教師釋疑，加強(qiáng)師生的交流和討論。

3.4 考核方法

考慮到中外學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)和語(yǔ)言基礎(chǔ)的差異性，將理論教學(xué)和研究教學(xué)單獨(dú)考核，并采用量化考核措施。對(duì)于理論教學(xué)環(huán)節(jié)主要考核學(xué)生的出勤率（10%）、作業(yè)完成情況（10%）、創(chuàng)新性思維（20%）、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)（20%）、研究課題答辯（20%）、期末考試成績(jī)（20%）。

⑴ 出勤成績(jī)D：按出勤次數(shù)計(jì)算，每次出勤計(jì)2分，總分10分。

⑵ 平時(shí)成績(jī)計(jì)算方法H：每學(xué)期安排5次作業(yè)，每次總分計(jì)4分。按作業(yè)繳納次數(shù)和作業(yè)評(píng)價(jià)結(jié)果記分，，每次繳納作業(yè)Ci=1，沒(méi)有繳納Ci=0；Si表示每次作業(yè)的成績(jī)，如表1所示。

⑶ 創(chuàng)新性思維成績(jī)I：研究生調(diào)研前沿研究課題，提交調(diào)研報(bào)告。選對(duì)研究方向的記5分，深入挖據(jù)出該課題的研究點(diǎn)的記5分、提出可行的、具有創(chuàng)新性的技術(shù)方案的記10分。

⑷ 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)的成績(jī)E：實(shí)現(xiàn)該研究課題經(jīng)典論文的技術(shù)方案記10分，實(shí)現(xiàn)自己提出的解決方案記10分。

⑸ 研究課題答辯的成績(jī)R：能正確回答答辯中提出的問(wèn)題記5分，與同學(xué)協(xié)商后正確回答問(wèn)題記3分，其他記2分。

⑹ 期末考試成績(jī)F占總成績(jī)的20%。

課程的最終成績(jī)G=（10%*D）+（10%*H）+（20%*I）+（20%*E）+（20%*R）+（20%*F）。

4 總結(jié)

通過(guò)雙語(yǔ)交互式教學(xué)方法，該課程獲得了較好的教學(xué)效果。將以教師為中心的理論教學(xué)模式更迭為以學(xué)生為中心的研究型教學(xué)模式，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，教學(xué)質(zhì)量得到了較大的提高。大部分研究生領(lǐng)會(huì)了主動(dòng)研究的重要性，基本掌握了自主研究的方法，提高了英語(yǔ)閱讀和口語(yǔ)交流的能力，激發(fā)了研究生從事計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)課題的研究興趣。

在雙語(yǔ)交互式教學(xué)過(guò)程中，仍然存在一些問(wèn)題。比如：研究生的自身定位和課程要求存在差距；中外學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)存在差異性；跟蹤國(guó)際研究前沿的能力欠缺等。下一步將鼓勵(lì)中外學(xué)生個(gè)性化研究和學(xué)習(xí)方法，盡可能兼得課程目標(biāo)和學(xué)生的個(gè)人興趣。幫助學(xué)生全面提高學(xué)習(xí)能力、提升研究水平，跟國(guó)際先進(jìn)研究機(jī)構(gòu)和高校的研究水平接軌，組織學(xué)生短期游學(xué)和開(kāi)展中外合作辦學(xué)，指導(dǎo)并組織研究生參加國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)學(xué)科研究的競(jìng)賽等。

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