一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系初探

高小鵬　龍　翔

摘要:本文在全面分析計(jì)算機(jī)學(xué)院核心課程體系存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上,提出了圍繞“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“編譯技術(shù)”、“操作系統(tǒng)”等核心課程的一體化教學(xué)與實(shí)驗(yàn)體系,從而建立一種基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與探索創(chuàng)新相結(jié)合、理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐相結(jié)合的新型培養(yǎng)模式。目前,該教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系部分內(nèi)容已在計(jì)算機(jī)學(xué)院試運(yùn)行,達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞:核心課程;教學(xué)與實(shí)驗(yàn)體系;一體化教學(xué)

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后,無(wú)論是萬(wàn)億次大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還是小型嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng),一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)成大致可以分為硬件、操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序三部分。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用中,為了構(gòu)造一個(gè)功能完備、性能優(yōu)良的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),設(shè)計(jì)人員必須綜合考慮應(yīng)用程序行為、編譯優(yōu)化、操作系統(tǒng)、處理器等各個(gè)環(huán)節(jié),特別是這些環(huán)節(jié)之間的相互作用關(guān)系。與此相對(duì)應(yīng),編譯器、操作系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)硬件(尤其是處理器)三部分已經(jīng)形成了如圖1所示的密切配合、相互影響、彼此滲透的緊密關(guān)系。為此,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須掌握軟硬件一體化設(shè)計(jì)方法。

有鑒于此,我們認(rèn)為合格的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才應(yīng)能夠深刻理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各組成要素及其工作原理,初步掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的新方法與新工具,建立軟硬件一體化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)觀,掌握計(jì)算機(jī)整體結(jié)構(gòu),并具備一定的工程能力和團(tuán)隊(duì)精神。

1背景及存在的問(wèn)題

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及,越來(lái)越多的高校畢業(yè)生進(jìn)入IT領(lǐng)域工作。這些人中不僅有計(jì)算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生,也有大量其他非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員。在與這些非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員的競(jìng)爭(zhēng)中,計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生并未表現(xiàn)出明顯的專業(yè)優(yōu)勢(shì)。

造成這一現(xiàn)象的原因是什么?帶著這個(gè)問(wèn)題,我們對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科核心課程,包括“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“計(jì)算機(jī)接口與通訊”、“EDA技術(shù)”、“編譯技術(shù)”、“操作系統(tǒng)”、“軟件工程”及“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等,重點(diǎn)在教學(xué)內(nèi)容及課程之間的銜接關(guān)系兩個(gè)方面進(jìn)行了全面深入的分析,同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外20多所研究型大學(xué)特別是Berkeley、MIT、CMU等幾所著名高校的課程設(shè)計(jì)和清華、北大的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)研。文章內(nèi)容：

調(diào)研結(jié)果表明,當(dāng)前我院本科課程體系所面臨的主要問(wèn)題是各門(mén)課程各自獨(dú)立、封閉、完備,各課程知識(shí)體系間缺乏相互承接,不具備足夠的完整性。具體體現(xiàn)在:

(1) 不同課程知識(shí)內(nèi)容難以建立相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。當(dāng)前課程數(shù)量較多,涉及的知識(shí)內(nèi)容廣泛。但由于整個(gè)課程體系缺乏一體化設(shè)計(jì)的思想,因此各門(mén)課程知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立、各成體系,缺乏良好的銜接,部分課程在知識(shí)內(nèi)容講授上甚至存在一定的重復(fù)。

(2) 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先是缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)深度即現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)體系中外特性體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)偏多,而功能設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)不足;其次由于部分課程的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)工具未能及時(shí)更新,因此學(xué)生無(wú)法掌握當(dāng)前流行的設(shè)計(jì)方法和工具,不利于今后的工作和學(xué)習(xí)。

(3) 學(xué)生難以掌握計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)軟件整體核心概念。受教學(xué)內(nèi)容的影響,核心課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互間缺乏足夠的連貫性,致使學(xué)生無(wú)法形成完整的整機(jī)概念,難以理解軟硬件一體化設(shè)計(jì)思想。此外課程門(mén)數(shù)過(guò)多占用了過(guò)多的課時(shí),導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)缺乏足夠的課時(shí)。

因此,完善課程體系建設(shè),加大課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的深度和難度,構(gòu)建一體化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系,將更多的工程實(shí)際問(wèn)題引入教學(xué)實(shí)驗(yàn),成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

2指導(dǎo)思想

在計(jì)算機(jī)學(xué)院的支持下,經(jīng)過(guò)相關(guān)教師的多次討論,形成了一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系改革的總體思路:

(1) 簡(jiǎn)化課程門(mén)數(shù),突出課程教學(xué)深度。通過(guò)簡(jiǎn)化課程門(mén)數(shù),增加核心課程的課時(shí)數(shù)(尤其是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)所需的課內(nèi)課外時(shí)數(shù)),從而進(jìn)一步突出教學(xué)深度,使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各組成要素能夠更加深入透徹的理解。

(2) 理論與實(shí)踐相結(jié)合,突出實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)密切配合,通過(guò)配置各類不同難度的實(shí)驗(yàn),以及在實(shí)驗(yàn)中使用流行的工具設(shè)計(jì)軟件與硬件環(huán)境,不僅使得學(xué)生掌握新方法與新工具,更為重要的是使得學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)得到增強(qiáng)與提高。

(3) 通過(guò)小組實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)能力。通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)(每組成員3人為宜),培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)代以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的工作環(huán)境中能夠完成一個(gè)復(fù)雜工程系統(tǒng)包括構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)行的全流程,初步具備實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工程系統(tǒng)所需要的工程能力。

本次教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系改革共涉及5門(mén)基礎(chǔ)核心課程,包括:“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“編譯技術(shù)”、“操作系統(tǒng)”。我們擬以MIPS指令系統(tǒng)為基礎(chǔ),讓學(xué)生在本科學(xué)習(xí)過(guò)程中自主開(kāi)發(fā)一個(gè)可實(shí)際運(yùn)行操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的小計(jì)算機(jī)系統(tǒng),使學(xué)生能夠掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各組成要素,深刻理解其工作原理,學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的新方法與新工具,具備計(jì)算機(jī)專業(yè)人員的基本素質(zhì)。

3目標(biāo)及規(guī)劃

3.1總體目標(biāo)

通過(guò)對(duì)5門(mén)基礎(chǔ)核心課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的一體化設(shè)計(jì),綜合設(shè)計(jì)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,構(gòu)建系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)體系,使得學(xué)生有能力設(shè)計(jì)一臺(tái)功能型計(jì)算機(jī)、研發(fā)一套編譯器和一套操作系統(tǒng),最終形成一個(gè)相對(duì)完整的功能型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

我們期望通過(guò)本實(shí)驗(yàn)體系的系統(tǒng)化訓(xùn)練后,學(xué)生不僅能夠建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀,而且能夠培養(yǎng)工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和能力,并錘煉團(tuán)隊(duì)合作精神。

3.2以一體化實(shí)驗(yàn)體系為核心的基礎(chǔ)核心課程體系

為了本次教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的指導(dǎo)思想,形成一體化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。具體方法是,圍繞完成一個(gè)功能型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所必需核心知識(shí),突出重點(diǎn),將目前開(kāi)設(shè)的“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“計(jì)算機(jī)接口與通訊”、“EDA技術(shù)”、“編譯技術(shù)”、“操作系統(tǒng)”、“軟件工程”及“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等課程綜合出“數(shù)理邏輯”、“數(shù)字邏輯”、“計(jì)算機(jī)組成原理”、“編譯技術(shù)”及“操作系統(tǒng)”等5門(mén)基礎(chǔ)核心課程,并形成基礎(chǔ)核心課程體系。其他課程則以此為基礎(chǔ),分別形成面向計(jì)算機(jī)軟件與理論、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用三個(gè)方向的專業(yè)課程體系。計(jì)算機(jī)學(xué)院全體本科生必須學(xué)習(xí)全部5門(mén)基礎(chǔ)核心課程,并根據(jù)各自的方向研修相應(yīng)的方向課程體系。

通過(guò)5門(mén)基礎(chǔ)核心課程的學(xué)習(xí),計(jì)算機(jī)學(xué)院本科生將能夠深入的理解計(jì)算機(jī)各組成要素的構(gòu)成及其工作機(jī)理,建立正確的整機(jī)觀念,樹(shù)立軟硬件一體化設(shè)計(jì)思想,初步具備從事工程設(shè)計(jì)的能力和團(tuán)隊(duì)精神,為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)各方向課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在5門(mén)基礎(chǔ)核心課程體系中,“數(shù)理邏輯”以布爾邏輯為基礎(chǔ),使學(xué)生掌握根據(jù)需求采用邏輯描述的方法和能力;“數(shù)字邏輯”講授了數(shù)字電路的基本知識(shí)、基本概念,以及數(shù)字系統(tǒng)常規(guī)基礎(chǔ)部件的基本原理;“計(jì)算機(jī)組成原理”講授了包括處理器、指令系統(tǒng)在內(nèi)的計(jì)算機(jī)硬件基本組成及其工作原理,系統(tǒng)介紹計(jì)算機(jī)組織的設(shè)計(jì)和基本框架;“操作系統(tǒng)”講授了操作系統(tǒng)的4大組成及其工作原理,以及并發(fā)性、共享性、虛擬性等操作系統(tǒng)的基本特性;“編譯技術(shù)”講授了編譯器設(shè)計(jì)的主要主題,包括詞法分析、語(yǔ)法分析、中間代碼生成、代碼生成、代碼優(yōu)化等。

4教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系規(guī)劃

本規(guī)劃不僅對(duì)基礎(chǔ)核心課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一體化整合,更為重要的是對(duì)其實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)5門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互銜接、密切配合,形成前后關(guān)聯(lián)、有機(jī)聯(lián)系的系統(tǒng)化教學(xué)與實(shí)驗(yàn)體系。5門(mén)基礎(chǔ)核心課程的依賴關(guān)系以及實(shí)驗(yàn)體系關(guān)系如圖2所示。

從上圖可以看出,此方案涉及的5門(mén)基礎(chǔ)核心課程在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上形成緊密銜接關(guān)系:“數(shù)理邏輯”與“數(shù)字邏輯”通過(guò)布爾代數(shù)形成知識(shí)關(guān)聯(lián);“數(shù)字邏輯”中所講授的數(shù)字系統(tǒng)基本知識(shí)和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的硬件基礎(chǔ)組件將成為“計(jì)算機(jī)組成原理”教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ);“計(jì)算機(jī)組成原理”課程開(kāi)發(fā)的包括CPU在內(nèi)的計(jì)算機(jī)硬件將為“編譯技術(shù)”提供真實(shí)的目標(biāo)指令系統(tǒng),為“操作系統(tǒng)”提供真實(shí)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)。在基礎(chǔ)核心課程體系的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中,硬件描述語(yǔ)言和EDA工具也有機(jī)的貫穿到整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系中,并且伴隨課程難度和實(shí)驗(yàn)難度的不斷深化,硬件描述語(yǔ)言和EDA工具的應(yīng)用也隨之不斷深化、循序漸進(jìn)。

為實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)一臺(tái)相對(duì)完整的功能型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)這一基本目標(biāo),本項(xiàng)目關(guān)于5門(mén)基礎(chǔ)核心課程實(shí)驗(yàn)體系的基本思路是:

? 以數(shù)理邏輯中的命題邏輯為理論基礎(chǔ),描述數(shù)字電路的功能部件;

? 以為布爾代數(shù)基礎(chǔ),借助EDA工具設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)數(shù)字邏輯部件;

? 以MIPS指令系統(tǒng)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)核心系統(tǒng);

? 以MIPS指令系統(tǒng)為目標(biāo)語(yǔ)言,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)編譯系統(tǒng);

? 以自己研發(fā)計(jì)算機(jī)為環(huán)境,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)。

上述基本思路貫穿5門(mén)基礎(chǔ)核心課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),每門(mén)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的具體思路是:

? “數(shù)理邏輯”:側(cè)重布爾代數(shù)課堂教學(xué),通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)使得學(xué)生掌握根據(jù)需求建立邏輯描述的方法和能力,包括布爾邏輯及其變換、真值表的邏輯表示以及邏輯范式表示。

? “數(shù)字邏輯”:使得學(xué)生基于“數(shù)理邏輯”所建立邏輯描述,借助于HDL(硬件描述語(yǔ)言)和EDA軟件工具,完成包括寄存器、加法器、狀態(tài)機(jī)等在內(nèi)的一系列計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)硬件組件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),為構(gòu)造更加復(fù)雜的計(jì)算機(jī)硬件功能部件打下良好的基礎(chǔ)。

? “計(jì)算機(jī)組成原理”:在“數(shù)字邏輯”實(shí)驗(yàn)環(huán)境所完成的各類硬件基礎(chǔ)組件的基礎(chǔ)上,同時(shí)利用軟件模擬器和HDL作為主要的實(shí)驗(yàn)手段,使得學(xué)生深入理解處理器內(nèi)部工作機(jī)理,掌握匯編級(jí)程序設(shè)計(jì)技術(shù)及技巧,并以此為基礎(chǔ)利用HDL實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)的子集及部分相應(yīng)的計(jì)算機(jī)功能部件,完成一個(gè)功能型計(jì)算機(jī)硬件的核心部分,并能在其上運(yùn)行簡(jiǎn)單的匯編程序。

? “編譯技術(shù)”:通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),一方面豐富“計(jì)算機(jī)組成原理”中所完成功能型計(jì)算機(jī)硬件的指令系統(tǒng),進(jìn)一步完善該計(jì)算機(jī)硬件功能;另一方面為讓學(xué)生了解編譯器的構(gòu)造技術(shù),以及如何在裸機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的支持,最終能在自行開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的程序。

? “操作系統(tǒng)”:通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),一方面進(jìn)一步豐富和完善該功能型計(jì)算機(jī)的硬件功能,另一方面學(xué)習(xí)系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方法和工具鏈,開(kāi)發(fā)和移植一個(gè)簡(jiǎn)化的操作系統(tǒng),最終構(gòu)造出一個(gè)相對(duì)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

我們認(rèn)為,學(xué)生在經(jīng)過(guò)5門(mén)核心課程實(shí)驗(yàn)體系的系統(tǒng)化訓(xùn)練后,不僅將具備能夠設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的綜合知識(shí)和綜合能力,而且能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神,同時(shí)豐富工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和能力,從而使得我院培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)生具有足夠的核心競(jìng)爭(zhēng)力,為今后的工作和深造打下深厚的基礎(chǔ)。

由于開(kāi)發(fā)一個(gè)實(shí)際的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)難度大和工作量多,為了保證教學(xué)效果,我們采取了循序漸進(jìn)、層次化、模塊化的設(shè)計(jì)思想。首先為學(xué)生提供一個(gè)基礎(chǔ)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)方案實(shí)施所需的最重要及最基本的部分。在此基礎(chǔ)上,學(xué)生可以再進(jìn)一步擴(kuò)充其他功能,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的系統(tǒng)。這種新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆诒ＷC教學(xué)效果的基礎(chǔ)上,有利于充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新潛能。

5教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系的特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)5門(mén)基礎(chǔ)核心課程進(jìn)行綜合設(shè)計(jì),構(gòu)建知識(shí)內(nèi)容前后銜接、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)密切配合的一體化教學(xué)與實(shí)驗(yàn)體系。通過(guò)深化課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn),使學(xué)生深刻理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各構(gòu)成要素及其工作機(jī)理,加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解,建立軟硬件一體化整機(jī)概念;并在參與工程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,學(xué)習(xí)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)思路,基本掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具。本方案的特點(diǎn)如下:

? 一體化設(shè)計(jì)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)體系。綜合考慮、統(tǒng)籌設(shè)計(jì)5門(mén)基礎(chǔ)核心課程的教學(xué)及實(shí)驗(yàn)體系,使各門(mén)課程知識(shí)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)相互銜接、密切配合。

? 統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,不僅可以為各門(mén)基礎(chǔ)核心課程獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),而且可以以各基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),形成綜合集成實(shí)驗(yàn),最終實(shí)現(xiàn)一臺(tái)完整的功能型計(jì)算機(jī)。

? 新型培養(yǎng)模式。在一體化設(shè)計(jì)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)體系框架范圍內(nèi),允許教師與學(xué)生在完成基礎(chǔ)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)前提下,開(kāi)展提高性知識(shí)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性科學(xué)實(shí)驗(yàn),并通過(guò)參與實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)建立工程實(shí)施能力,從而建立一種知識(shí)學(xué)習(xí)與探索創(chuàng)新相結(jié)合、理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐相結(jié)合的新型培養(yǎng)模式。

6教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系實(shí)踐

綜合多種前提因素后,我們有選擇性地在“數(shù)字邏輯”、“編譯技術(shù)”兩門(mén)課程中實(shí)施了新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的試運(yùn)行,并取得了較好的教學(xué)效果。

2008年秋季對(duì)“數(shù)字邏輯”課程及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了全面改革,設(shè)置了17個(gè)實(shí)驗(yàn),分為基本實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分。以硬件描述語(yǔ)言、EDA工具、FPGA芯片為設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)手段,學(xué)生在完成數(shù)字邏輯基本器件的設(shè)計(jì)和仿真,然后下載到FPGA芯片中進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),學(xué)生完成了包括譯碼器、加法器、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、寄存器、狀態(tài)機(jī)等在內(nèi)的CPU主要功能部件的基礎(chǔ)組件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),為后續(xù)“計(jì)算機(jī)組成原理”實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用這些基礎(chǔ)組件構(gòu)造CPU奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

目前“編譯技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課已全部按照新實(shí)驗(yàn)大綱的要求進(jìn)行。2008年45%共計(jì)91名同學(xué)選取了本次教改新增內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),其中達(dá)到優(yōu)秀程度10人。另有30名同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自愿降低難度,按照原實(shí)驗(yàn)大綱要求完成實(shí)驗(yàn)。2009年65%年共計(jì)120名同學(xué)選取了本次教改新增內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

以新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系為指導(dǎo),上述兩門(mén)課程還分別形成了《數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)教程》與《編譯技術(shù)課程設(shè)計(jì)》兩本實(shí)驗(yàn)教材,并將很快正式出版。

7結(jié)束語(yǔ)

雖然只在“數(shù)字邏輯”和“編譯技術(shù)”兩門(mén)課程上實(shí)施了新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系,但通過(guò)上述兩門(mén)課程實(shí)踐結(jié)果的調(diào)查來(lái)看,我們認(rèn)為改革是合理的。新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系加深了學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí),培養(yǎng)鍛煉了學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的工程實(shí)施能力,為構(gòu)造更加復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。

我們將在已有理論及實(shí)踐工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入總結(jié),進(jìn)一步完善一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)方案細(xì)節(jié),使之盡早全面服務(wù)于本科教學(xué)。

在本文發(fā)表之際,一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系的第二版實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(包括MIPS功能型計(jì)算機(jī)及其模擬器、編譯器、操作系統(tǒng)及實(shí)用工具等)已在教師的指導(dǎo)下由本科生設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成,很快將投入教學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中。

最后,作者衷心感謝所有為新教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系貢獻(xiàn)了智慧和汗水的教師們。