計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程非標(biāo)準(zhǔn)答案考試方法改革與實(shí)踐

張顯 鄧紹偉 屈太國(guó) 劉毅文 印東

摘要：為培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力，本文對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革與實(shí)踐。非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革主要從項(xiàng)目化、層次化、全過(guò)程化等三個(gè)方面進(jìn)行，項(xiàng)目化是把考核知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)項(xiàng)目;層次化是考慮學(xué)生學(xué)習(xí)能力的層次不同，把項(xiàng)目設(shè)計(jì)成難易程度不同的項(xiàng)目;全過(guò)程化是從課堂到項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證各階段進(jìn)行全過(guò)程化考核。通過(guò)非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革對(duì)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)產(chǎn)生了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用創(chuàng)新能力;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì);非標(biāo)準(zhǔn)答案;項(xiàng)目化;全過(guò)程

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）31-0112-03

1概述

計(jì)算機(jī)組成原理是高校計(jì)算機(jī)類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)、電子信息類(lèi)等專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，也是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)全國(guó)考研統(tǒng)考的4門(mén)課程之一。計(jì)算機(jī)組成原理這門(mén)課程給學(xué)生的普

遍感覺(jué)就是內(nèi)容抽象難學(xué)。因此在大部分高等院校中開(kāi)設(shè)這門(mén)課程都增加了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幫助學(xué)生了解計(jì)算機(jī)各組成部分的工作原理，建立計(jì)算機(jī)模型機(jī)整機(jī)與計(jì)算機(jī)內(nèi)部指令運(yùn)行的過(guò)程和關(guān)系，同時(shí)也加深對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力和動(dòng)手創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。尤其是在當(dāng)前以美國(guó)為首的西方國(guó)家對(duì)中國(guó)的高新技術(shù)封鎖的形勢(shì)下，學(xué)校更應(yīng)該重視高等院校學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力，一是可以從課程設(shè)置上下功夫，課程設(shè)置重視創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐;一是從考核方式下功夫，課程考核督促應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)?？己瞬呗允侵笓]棒，對(duì)課堂質(zhì)量和課程培養(yǎng)目標(biāo)起重要保障作用。因此大學(xué)課程評(píng)價(jià)方式的合理性、有效性直接決定了學(xué)生學(xué)習(xí)的達(dá)成度和人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成度。

考試是目前高等院校課程行之有效的考核手段，一直以來(lái)考試成績(jī)都是各學(xué)校檢驗(yàn)教師課程教學(xué)質(zhì)量，衡量學(xué)生課程知識(shí)掌握水平的重要依據(jù)，是檢驗(yàn)教與學(xué)效果的主要手段。目前，大部分學(xué)校課程考試實(shí)行的都是標(biāo)準(zhǔn)化考試，即嚴(yán)格按課程大綱要求的比例、特定的題型、科學(xué)的程序進(jìn)行命題和實(shí)施考試，使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行閱卷。然而，標(biāo)準(zhǔn)化考試仍然不同程度地存在著各種各樣的問(wèn)題。其中較突出的問(wèn)題有：考試形式單一化、內(nèi)容教材化、題型標(biāo)準(zhǔn)化、評(píng)分過(guò)于剛性等，尤其是在應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)和實(shí)踐等方面無(wú)法充分體現(xiàn)和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。為了改善標(biāo)準(zhǔn)答案考試的不足，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)課程非標(biāo)準(zhǔn)答案考試的探索是很必要的。非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革不是不進(jìn)行考試，而是充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造性進(jìn)行沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案的考試。采用非標(biāo)準(zhǔn)答案考試主要是調(diào)動(dòng)學(xué)生把更多的精力放在平時(shí)的課堂上，而不是應(yīng)試最后考試上面，這樣才算是回歸教育的初衷，即讓學(xué)生真正地掌握并理解學(xué)科知識(shí)，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力，消除“高分低能”的弊端，達(dá)到應(yīng)用創(chuàng)新人才的培養(yǎng)的目標(biāo)。

2能力培養(yǎng)與考查要求

計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生具有分析和設(shè)計(jì)一定規(guī)模的復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)是通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理等核心課程群進(jìn)行融匯貫通。而當(dāng)前高校學(xué)生大多重軟輕硬，對(duì)計(jì)算機(jī)底層設(shè)計(jì)重視不夠。自從2018年美國(guó)對(duì)中國(guó)進(jìn)行貿(mào)易戰(zhàn)開(kāi)始，美國(guó)對(duì)中國(guó)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)封鎖以遏制中國(guó)高新科技的發(fā)展和創(chuàng)新，如美國(guó)限制給中興公司提供CPU等核心技術(shù)，給了我們當(dāng)頭一棒。對(duì)于芯片等高新技術(shù)讓我們意識(shí)到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的重要性。

計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)非標(biāo)準(zhǔn)化答案考試改革就是以基于應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造性為出發(fā)點(diǎn)的。基于創(chuàng)新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)必須發(fā)揮學(xué)生的主觀創(chuàng)新能動(dòng)性，因此非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革方案要體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新思維的鍛煉、要體現(xiàn)學(xué)生的差異性發(fā)展。對(duì)于計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程的非標(biāo)準(zhǔn)答案考試方案要堅(jiān)持項(xiàng)目設(shè)計(jì)、差異性和創(chuàng)新性協(xié)同發(fā)展。

基于項(xiàng)目化的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革必須進(jìn)行過(guò)程化考核改革，不能以傳統(tǒng)的試卷考核為主。項(xiàng)目化要體現(xiàn)一個(gè)過(guò)程，從功能需求，到原理圖、源程序的設(shè)計(jì)，到功能驗(yàn)證（硬件仿真和軟件仿真），仿真驗(yàn)證測(cè)試如果功能不滿(mǎn)足要求再返回修改原理圖和源程序，這些都是一個(gè)過(guò)程，能真正體現(xiàn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，只有有了不斷思考問(wèn)題并找到解決問(wèn)題的能力，才可能有創(chuàng)新應(yīng)用的舉動(dòng)和成果。

計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程作為計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)非常重要的硬件類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在計(jì)算能力培養(yǎng)中起著承上啟下的作用，因此對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行考試方法改革是非常重要的。計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革方案需建立合理的考評(píng)體系，將項(xiàng)目過(guò)程化考核與平時(shí)考核相結(jié)合，總成績(jī)有項(xiàng)目成績(jī)、平時(shí)成績(jī)兩部分構(gòu)成。其中平時(shí)成績(jī)占40%，由考勤、課堂表現(xiàn)、筆記、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等幾部分組成考勤10%、課堂表現(xiàn)、筆記15%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告15%）;項(xiàng)目過(guò)程化考核成績(jī)占60%，制定多個(gè)層級(jí)的項(xiàng)目，細(xì)化考核項(xiàng)目及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)方案、完成項(xiàng)目度情況、項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告等分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，以真正考核學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全過(guò)程。

非標(biāo)準(zhǔn)答案試題考試方案還要兼顧個(gè)性化差異考核方法，學(xué)生存在個(gè)體差異，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核中采用相同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)統(tǒng)一要求所有學(xué)生是不客觀的。因此，為保證每個(gè)學(xué)生個(gè)性化充分發(fā)揮，都能在原有基礎(chǔ)上得到能力的提高，我們采用差異化考核方式，分層次對(duì)學(xué)生提出要求。實(shí)驗(yàn)考核的基本要求都是統(tǒng)一的，但是對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生，會(huì)要求其在完成基本實(shí)驗(yàn)功能的基礎(chǔ)上，給出更多的功能設(shè)計(jì)與方案，用不同的方法印證或?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求，充分發(fā)揮學(xué)生的應(yīng)用設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

3考查題目?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)

針對(duì)應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)與非標(biāo)準(zhǔn)答案考查要求，要堅(jiān)持項(xiàng)目化、過(guò)程化、差異化、層次化的原則。因此非標(biāo)準(zhǔn)答案試題考試項(xiàng)目的選定與完善是非標(biāo)準(zhǔn)答案考試方法改革的一個(gè)重中之重，前面的過(guò)程化項(xiàng)目考核和差異化考核都離不開(kāi)一個(gè)最重要的點(diǎn)，就是考試項(xiàng)目的設(shè)定。

為了充分考慮學(xué)生層次能力不同，體現(xiàn)學(xué)生差異化考核，把非標(biāo)準(zhǔn)答案考試試題劃分為三個(gè)等級(jí)的題目，簡(jiǎn)單的、中等的、稍有難度的。但是每個(gè)層級(jí)的考試題目都要學(xué)生體現(xiàn)項(xiàng)目過(guò)程化的考試要求，即考試要體現(xiàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方案。就是要讓學(xué)生知道其所以然，為什么是這樣設(shè)計(jì)，才能完成項(xiàng)目的功能，同時(shí)要把設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法都寫(xiě)出來(lái)。

簡(jiǎn)單層級(jí)的考查項(xiàng)目：

（1）簡(jiǎn)單的四選一選擇器;（2）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路;

（3）8位的加法器;（4）半整數(shù)與奇數(shù)分頻器。

中等層級(jí)的考查項(xiàng)目：

（1）帶有算術(shù)功能的運(yùn)算器;

（2）移位相加型8位硬件乘法器;

（3）帶有多種移位運(yùn)算的運(yùn)算器;

（4）8位基本模型機(jī)CPU設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

稍有難度的考查題目：

（1）8位帶移位運(yùn)算的模型機(jī)CPU設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);

（2）8位帶16條指令的模型機(jī)CPU設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);

（3）16位基本模型機(jī)CPU設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

上面這里列出的簡(jiǎn)單層級(jí)、中等層級(jí)、稍有難度層級(jí)的題目只是部分，還可以根據(jù)創(chuàng)新性和實(shí)際情況再增加相關(guān)內(nèi)容的考查題目。

4考查實(shí)施與效果

非標(biāo)準(zhǔn)答案考試方法改革有兩個(gè)重點(diǎn)，一個(gè)是考查項(xiàng)目?jī)?nèi)容的設(shè)計(jì);一個(gè)是考核實(shí)施過(guò)程?？疾轫?xiàng)目設(shè)計(jì)要充分考慮各個(gè)層次的學(xué)生、題目難易程度不同，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的目的?？己藢?shí)施過(guò)程要實(shí)現(xiàn)全過(guò)程化，全過(guò)程化不只要體現(xiàn)課程全過(guò)程化，也要體現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全過(guò)程化，項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全過(guò)程化項(xiàng)目的需求、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)改進(jìn)、設(shè)計(jì)報(bào)告等多個(gè)階段，同時(shí)要對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行考核評(píng)分。

我們計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證平臺(tái)是康芯現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱，試驗(yàn)箱上的主CPU是FPGA CycloneIII系列。因此學(xué)生考核設(shè)計(jì)的模塊或系統(tǒng)就可以在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行仿真驗(yàn)證。通過(guò)分層次、項(xiàng)目化、全過(guò)程的實(shí)施計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)非標(biāo)準(zhǔn)化答案考試改革，將在以下幾個(gè)方面取得較好的教學(xué)改革效果。

（1）加深理論的全面理解和理論知識(shí)的具體實(shí)踐應(yīng)用。通過(guò)項(xiàng)目化的實(shí)驗(yàn)考核改革使學(xué)生深入理解CPU系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的相結(jié)合，理論為項(xiàng)目實(shí)踐提供支持，項(xiàng)目實(shí)踐考核鞏固和應(yīng)用理論知識(shí)。

（2）提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力和創(chuàng)新能力。本非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革設(shè)有帶有8/16位多條指令的模型機(jī)CPU的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，而且要求從需求分析、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)改進(jìn)、設(shè)計(jì)報(bào)告等全過(guò)程進(jìn)行考核。基于FPGA+VHDL+微指令的方式自主開(kāi)發(fā)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不僅使學(xué)生要自主的查找學(xué)習(xí)一些內(nèi)容，分析問(wèn)題、以及在驗(yàn)證過(guò)程中解決問(wèn)題，文檔報(bào)告的編寫(xiě)能力，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的綜合開(kāi)發(fā)能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力。

（3）兼顧了各個(gè)層級(jí)的學(xué)生以提高學(xué)生興趣?？己隧?xiàng)目設(shè)計(jì)不同難易程度的充分考慮不同學(xué)習(xí)能力層次的學(xué)生，以充分發(fā)揮學(xué)生的能力;同時(shí)不同層次難度的項(xiàng)目掛鉤及格、良好、優(yōu)秀等不同層級(jí)的成績(jī)，又可以滿(mǎn)足學(xué)生對(duì)課程成績(jī)不同的需求。

此外，我們還對(duì)所教班級(jí)采用匿名方式投票收集了有關(guān)非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革的調(diào)查反饋數(shù)據(jù)。匿名投票收集主要是包括對(duì)考核題目層級(jí)設(shè)計(jì)滿(mǎn)意度、對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)答案考核方式設(shè)計(jì)滿(mǎn)意度。從匿名收集的這兩個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)看，滿(mǎn)意度都到達(dá)90%以上。可見(jiàn)在計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)這門(mén)課程上采用層次化、項(xiàng)目化、全過(guò)程化的非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革取得了較好的效果，對(duì)應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有較好的促進(jìn)作用。

5總結(jié)

為培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力，本文對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革與實(shí)踐?？荚嚥辉偈且郧暗囊豢级ǔ煽?jī)，非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革更加注重課程學(xué)習(xí)的全過(guò)程和對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐創(chuàng)新能力。針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)這門(mén)課程采用非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革主要實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目化、層次化、全過(guò)程化等幾個(gè)特點(diǎn)。項(xiàng)目化是把考核知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)項(xiàng)目;層次化是考慮學(xué)生學(xué)習(xí)能力的層次不一樣，把項(xiàng)目設(shè)計(jì)難易程度不同的項(xiàng)目，充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性;全過(guò)程是包括整個(gè)課程課堂的考核，也包括項(xiàng)目從需求分析、方案設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)改進(jìn)、設(shè)計(jì)報(bào)告等多個(gè)階段進(jìn)行考核。最后對(duì)所教班級(jí)通過(guò)匿名投票收集了本課程非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革的反饋意見(jiàn)，對(duì)考核題目層級(jí)設(shè)計(jì)滿(mǎn)意度、對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)答案考核方式設(shè)計(jì)滿(mǎn)意度都達(dá)到90%以上。因此對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)這門(mén)課程上采用層次化、項(xiàng)目化、全過(guò)程化的非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革取得了較好的效果，對(duì)應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有較好的促進(jìn)作用，對(duì)于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)具有重要作用。