面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的《計算機組成原理》課程教學改革

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程設(shè)置有其自身特點，如何根據(jù)此特點對“計算機組成原理”進行課程教學改革，以滿足物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案和人才培養(yǎng)目標，作者在教學過程中做了有益的探索和思考，提高了教學質(zhì)量，為學生后續(xù)課程的學習打下了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；物聯(lián)網(wǎng)工程；人才培養(yǎng)；教學探索

中圖分類號：TP3-05 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）12-0-02

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)工程是一門覆蓋范圍很廣的綜合性交叉學科，涉及計算機科學與技術(shù)、電子科學與技術(shù)、自動化、通信工程、信息安全等諸多學科領(lǐng)域，擁有廣闊的應(yīng)用前景。

自教育部2010年批準設(shè)置“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)以來，國內(nèi)很多高校陸續(xù)開設(shè)了“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)，我校于2013年也開設(shè)了此專業(yè)。

目前，高校的《計算機組成原理》課程主要是在計算機科學與技術(shù)、軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程等專業(yè)中開設(shè)，相關(guān)教學改革研究也主要針對上述計算機類專業(yè)展開。由于“物聯(lián)網(wǎng)工程”是一個新興專業(yè)，如何針對“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)展開《計算機組成原理》的課程教學改革，值得高校從事《計算機組成原理》教學的教師們思考和探索。

本文就如何結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的特點，針對新開設(shè)的“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的培養(yǎng)方案、人才培養(yǎng)目標及教學計劃，對《計算機組成原理》課程的教學改革展開了研究和探索，努力讓這門理論性較強的硬件核心課程和“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)人才培養(yǎng)模式相結(jié)合，為學生學習本專業(yè)后續(xù)其他硬件課程打下良好基礎(chǔ)，培養(yǎng)出高質(zhì)量的物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用人才。

1 《計算機組成原理》課程現(xiàn)狀

首先，《計算機組成原理》課程在“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)出現(xiàn)之前，主要是在“計算機科學與技術(shù)”“網(wǎng)絡(luò)工程”“軟件工程”等信息類專業(yè)中開設(shè)，這些專業(yè)以培養(yǎng)應(yīng)用軟件開發(fā)人才為主，所以《計算機組成原理》這門硬件類課程在這些專業(yè)的學生眼中就沒有那么重要，學生的學習心態(tài)普遍是能學多少算多少，大多數(shù)學生不會在教師講授之余，花更多時間和精力去學習這門課程。這些專業(yè)的學生更重視《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《數(shù)據(jù)庫原理》《操作系統(tǒng)》《計算機網(wǎng)絡(luò)》等課程。

其次，教師在講授這門課程時，教學重點一般都放在諸如計算機中的信息表示方法、馮·諾依曼機工作原理、運算器和運算方法、指令系統(tǒng)等與軟件開發(fā)相關(guān)的教學內(nèi)容上。對于輸入輸出設(shè)備、中斷系統(tǒng)、CPU和存儲器的連接等硬件設(shè)計相關(guān)知識進行弱化，不做重點講解。

最后，由于現(xiàn)在的計算機科學與技術(shù)以及相關(guān)專業(yè)的學生對自己未來的職業(yè)規(guī)劃更多地定位在相關(guān)應(yīng)用軟件的開發(fā)上，所以他們關(guān)心的重點是最新的軟件技術(shù)發(fā)展、最新的算法和信息處理方法等，對硬件技術(shù)的最新發(fā)展了解不多。同時，授課教師在講授《計算機組成原理》課程時并未將最新硬件技術(shù)與該課程緊密結(jié)合，很多仍以PC機為硬件實例，對“物聯(lián)網(wǎng)工程”中使用最多的嵌入式系統(tǒng)幾乎不做講解，包括指令系統(tǒng)也以CISC為主，對RISC只做簡單介紹。

綜合分析來看，傳統(tǒng)的《計算機組成原理》課程教學方法已經(jīng)不適應(yīng)“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的教學，必須做相應(yīng)的課程教學改革，以適應(yīng)“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的人才培養(yǎng)目標。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的《計算機組成原理》課程改革

2.1 教學內(nèi)容要適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)工程的特點

“物聯(lián)網(wǎng)工程”是一門多學科融合的專業(yè)，專業(yè)課程開設(shè)以硬件類課程居多，尤其側(cè)重計算機硬件底層設(shè)計，所以《計算機組成原理》課程必須把教學內(nèi)容重點放到與硬件相關(guān)的知識點上來，構(gòu)建適用于“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的《計算機組成原理》課程的教學內(nèi)容，以適應(yīng)“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的特點，使本課程能更好地為“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)學生后續(xù)課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)，滿足“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的人才培養(yǎng)方案與人才培養(yǎng)目標，滿足物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的整體發(fā)展趨勢和人才市場的需求。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用的計算機是嵌入式系統(tǒng)，常采用精簡指令系統(tǒng)計算機（RISC），在應(yīng)用過程中采用硬件裁剪技術(shù)，有大量I/O接口等，包含多核、并行、流水線等知識點。但這些內(nèi)容在傳統(tǒng)的《計算機組成原理》課程中很少涉及，在面向“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的《計算機組成原理》課程中必須進行教學內(nèi)容的調(diào)整與增加，并且將其作為重點講解內(nèi)容，結(jié)合“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的需要對教學內(nèi)容進行合理剪裁與組織。

2.2 教學方式要適應(yīng)“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的特點

“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)是工程實踐性很強的專業(yè)，所以在《計算機組成原理》教學過程中應(yīng)突出應(yīng)用和工程實踐的特點，把能力培養(yǎng)與理論知識的傳授結(jié)合起來。

從宏觀上看，幾乎任何一個物聯(lián)網(wǎng)工程的應(yīng)用產(chǎn)品都是一個計算機嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)品。所以在講授《計算機組成原理》課程時，必須以始終貫穿工程思維的方式來引領(lǐng)教學，教師要盡可能地結(jié)合實際的計算機嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品來講解理論知識，盡可能地要求學生站在一個工程師的角度思考：如何設(shè)計一個計算機嵌入式系統(tǒng)？在設(shè)計一個計算機嵌入式系統(tǒng)時應(yīng)包含哪些基本部件？各部件連接時需要解決哪些問題？把《計算機組成原理》中各章節(jié)的理論放到這一系列問題中講解。教師在學生積極思考后進行理論講解，使學生更好地掌握《計算機組成原理》相關(guān)知識點，學到相關(guān)理論和方法。這種以“工程思維”作為引領(lǐng)的教學方法能使學生帶著問題學習，真正激發(fā)學生的學習興趣，。

比如，在講解總線時，選擇嵌入式系統(tǒng)中用到的I2C、SPI、CAN等總線應(yīng)用作為實例來講解總線的工作原理；在講解中斷系統(tǒng)、I/O接口的工作原理時，使用相應(yīng)的EDA軟件仿真演示某些具體計算機應(yīng)用產(chǎn)品中的中斷系統(tǒng)和I/O設(shè)備，使抽象的理論具體化、生動化。

通過教學方式的改變，讓學生形成一種“工程思維”的方式，了解作為一名工程師的設(shè)計思路和設(shè)計理念，為學生今后成為合格的工程師打好基礎(chǔ)。

2.3 實踐教學環(huán)節(jié)要適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)工程的特點endprint

“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)設(shè)置的課程大多是強調(diào)動手能力的硬件課程，目的是培養(yǎng)以物聯(lián)網(wǎng)項目為開發(fā)目標的硬件工程師，所以實踐教學環(huán)節(jié)尤為重要?！队嬎銠C組成原理》課程實踐教學環(huán)節(jié)改革的主導(dǎo)思想是：通過實踐教學使學生進一步消化理解理論課程內(nèi)容，培養(yǎng)學生的實際動手能力，建立嵌入式計算機系統(tǒng)概念。

為實現(xiàn)這一目標，首先抓好基礎(chǔ)性、驗證性試驗如“數(shù)據(jù)通路”“存儲器實驗”“運算器實驗”等，為后續(xù)的設(shè)計性、綜合性實驗打下良好的基礎(chǔ)。

在“設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性”實踐環(huán)節(jié)中，強調(diào)學生以具體的實驗和工程項目設(shè)計為核心，堅持“做中學”的原則。在《計算機組成原理》具體實踐教學中，我們把實驗和工程項目的設(shè)計始終貫穿在整個教學活動中。在工程項目設(shè)計實踐中，我們要求學生以小組為單位設(shè)計完成一個簡單的計算機組成原理項目，要求學生能夠利用已掌握的知識獨立設(shè)計一個計算機最小系統(tǒng)，通過Proteus仿真軟件正確連接CPU、存儲器、I/O接口、輸入輸出設(shè)備，更好地發(fā)揮學生的主觀能動性和設(shè)計能力，真正把理論和實踐相結(jié)合，通過實踐教學透徹理解《計算機組成原理》的理論知識。

3 結(jié) 語

針對“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的特點和后續(xù)課程學習的需要，對《計算機組成原理》課程進行的教學改革，是一個需要不斷思考和探索的過程。通過總結(jié)經(jīng)驗，實現(xiàn)理論教學和實踐、創(chuàng)新能力并重的多方位教學模式，制定出符合“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)特色的《計算機組成原理》課程工程教育模式，盡力做到以工程項目設(shè)計和實驗為中心，完成教學目標，取得更好的教學效果，提高學生的學習興趣，為學生學習后續(xù)課程奠定扎實的理論和實踐基礎(chǔ)。

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