摘要：為培養(yǎng)高素質(zhì)人才，全面提升高等教育教學(xué)質(zhì)量，必須積極推進(jìn)和實(shí)施計(jì)算機(jī)組成原理精品課程建設(shè)及其建設(shè)目標(biāo)。本文從精品教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)、教學(xué)方法與手段改革和教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐。
　　關(guān)鍵詞：精品課程；課程建設(shè)；教學(xué)方法
　　
　　2007年6月，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)規(guī)范研究小組在對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程和信息技術(shù)知識(shí)體系和CC2005核心課程進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，確定了我國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)專(zhuān)業(yè)的15門(mén)核心課程、計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)的16門(mén)核心課程、軟件工程專(zhuān)業(yè)的24門(mén)核心課程和信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)的15門(mén)核心課程，并給出了各專(zhuān)業(yè)包括的知識(shí)領(lǐng)域及知識(shí)單元。按照各個(gè)專(zhuān)業(yè)方向核心知識(shí)體系的要求，給出了程序設(shè)計(jì)、離散結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等7門(mén)課程作為這四個(gè)專(zhuān)業(yè)的公共核心基礎(chǔ)課程。2008年4月國(guó)家教育部公布，從2009年起，計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)考研中的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)行全國(guó)統(tǒng)一命題，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(占45分)、計(jì)算機(jī)組成原理(占45分)、操作系統(tǒng)(占35分)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(占25分)四個(gè)部分組成，并于2008年8月公布了統(tǒng)一的考試大綱。
　　計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生接觸的第一門(mén)較全面地介紹計(jì)算機(jī)組成及工作原理的硬件課程，它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、微機(jī)接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等計(jì)算機(jī)學(xué)科核心課程關(guān)系緊密。要建設(shè)一門(mén)既符合CC2005核心課程知識(shí)體系，又符合研究生入學(xué)考試全國(guó)統(tǒng)考大綱要求的計(jì)算機(jī)組成原理精品課程就顯得格外重要。為此，本文從課程建設(shè)的定位與目標(biāo)出發(fā)，從精品教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)、教學(xué)方法與手段改革和教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐。
　　
　　1　課程的定位與目標(biāo)
　　
　　計(jì)算機(jī)組成原理課程的定位是以基礎(chǔ)理論知識(shí)為本、實(shí)踐以及應(yīng)用并重、反映學(xué)科最新成果、兼顧不同層次對(duì)象，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、工程應(yīng)用以及創(chuàng)新能力的精品課程。
　　課程的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)的組成和工作原理，掌握計(jì)算機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)的思想和方法，以及提高計(jì)算機(jī)整機(jī)性能所采用的核心技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生整機(jī)調(diào)試、故障分析、故障檢測(cè)與故障排除的能力，為今后學(xué)習(xí)微機(jī)接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、并行與分布式處理等課程及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　
　　2　課程的內(nèi)容和過(guò)程
　　
　　2.1　建設(shè)精品教材，滿足專(zhuān)業(yè)規(guī)范和考研大綱要求
　　通過(guò)分析CC2005、高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專(zhuān)業(yè)規(guī)范(試行)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)研究生入學(xué)考試專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課全國(guó)統(tǒng)一命題考試大綱對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理知識(shí)點(diǎn)的要求，我們新編了《計(jì)算機(jī)組成原理》教材，并于2009年2月由西安電子科技大學(xué)出版社正式出版。該教材在系統(tǒng)地講述計(jì)算機(jī)最基本的組成和工作原理、分析方法和設(shè)計(jì)技術(shù)的同時(shí)，還介紹了有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)在計(jì)算機(jī)組成方面的最新進(jìn)展。教材具有基礎(chǔ)性強(qiáng)、內(nèi)容組織合理、取材先進(jìn)、注重實(shí)踐、便于自學(xué)等特色。實(shí)踐證明，新教材的使用加深了學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)組成和工作原理的理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獨(dú)立思考的能力，收到了良好的學(xué)習(xí)效果。
　　
　　2.2　合理規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，注重基礎(chǔ)理論知識(shí)與新技術(shù)的結(jié)合
　　根據(jù)計(jì)算機(jī)組成原理的定位和教學(xué)目標(biāo)，以及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)給出的專(zhuān)業(yè)規(guī)范和研究生全國(guó)統(tǒng)考大綱的要求，我院將此課程規(guī)劃為72學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)占12學(xué)時(shí)，講授占60學(xué)時(shí)，課程設(shè)計(jì)單獨(dú)占32學(xué)時(shí)?；A(chǔ)理論知識(shí)及講授學(xué)時(shí)規(guī)劃如下。
　　1)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論部分占4學(xué)時(shí)，主要講授計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成，計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程，計(jì)算機(jī)性能，計(jì)算機(jī)的典型分類(lèi)方式。
　　2)運(yùn)算方法和運(yùn)算器部分占12學(xué)時(shí)，主要講授數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法，定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法和運(yùn)算器，浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法和運(yùn)算器，數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼。
　　3)存儲(chǔ)系統(tǒng)部分占10學(xué)時(shí)，主要講授存儲(chǔ)器的基本概念，半導(dǎo)體隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器和半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器的組成及工作原理，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)展，雙端口RAM，多模塊交叉存儲(chǔ)器，相聯(lián)存儲(chǔ)器，Cache存儲(chǔ)器，虛擬存儲(chǔ)器。
　　4)指令系統(tǒng)部分占8學(xué)時(shí)，主要講授指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求，指令格式，指令和數(shù)據(jù)的尋址方式，指令格式的分析與設(shè)計(jì)，CISC、RISC、退耦CISC／RISC和后RISC的基本概念。
　　5)中央處理器部分占12學(xué)時(shí)，主要講授CPU的功能和組成，指令周期，時(shí)序產(chǎn)生器，微程序控制器，硬連線控制器，流水線技術(shù)。
　　6)總線結(jié)構(gòu)部分占6學(xué)時(shí)，主要講授總線的基本概念，總線標(biāo)準(zhǔn)，總線仲裁和總線通信。
　　7)輸入／輸出設(shè)備部分占4學(xué)時(shí)，主要講授典型輸入／輸出設(shè)備的工作原理和常見(jiàn)的性能指標(biāo)。
　　8)輸入／輸出系統(tǒng)部分占4學(xué)時(shí)，主要講授I／O系統(tǒng)的基本概念，I／O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)，I／O端口及其編址，以及I／O設(shè)備數(shù)據(jù)傳送控制方式。
　　為了讓學(xué)生了解理論知識(shí)在新一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，我們?cè)谟?jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)、計(jì)算機(jī)的典型應(yīng)用、指令系統(tǒng)的發(fā)展、提高單機(jī)系統(tǒng)指令級(jí)并行性的措施、總線標(biāo)準(zhǔn)舉例等知識(shí)點(diǎn)中引入了近幾年來(lái)較新的計(jì)算機(jī)技術(shù)。例如在“提高單機(jī)系統(tǒng)指令級(jí)并行性的措施”這一知識(shí)點(diǎn)中，我們分別補(bǔ)充介紹了在單機(jī)系統(tǒng)中目前比較廣泛使用的五種技術(shù)，即超標(biāo)量、VLIW、超流水、超標(biāo)量超流水、EPIC技術(shù)，并簡(jiǎn)要介紹了這些技術(shù)在現(xiàn)代微處理器中的具體應(yīng)用。
　　
　　2.3　加強(qiáng)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力
　　計(jì)算機(jī)組成原理課程不僅是一門(mén)理論性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，而且也是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的實(shí)踐課程。要清楚地理解計(jì)算機(jī)組成原理的精髓，親自動(dòng)手進(jìn)行計(jì)算機(jī)各部件和模型機(jī)設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的。我們通過(guò)加強(qiáng)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)，不僅讓學(xué)生理解了抽象的概念及原理，而且也提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，以及實(shí)際動(dòng)手的能力。
　　這門(mén)課程的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)、操作控制器實(shí)驗(yàn)、高速ALU設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和浮點(diǎn)運(yùn)算器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，其目的是為了讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)運(yùn)算部件、控制部件的組成和工作原理，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的融會(huì)貫通與理解，鍛煉運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)的能力和硬件調(diào)試的能力。
　　創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)單獨(dú)安排為一個(gè)課程設(shè)計(jì)，其內(nèi)容是運(yùn)用理論知識(shí)、硬件描述語(yǔ)言和EDA軟件QuartusII進(jìn)行模型機(jī)的設(shè)計(jì)。盡管在理論教學(xué)時(shí)，已分章節(jié)介紹了計(jì)算機(jī)的組成、指令的解釋過(guò)程、指令周期、微指令格式、微程序的設(shè)計(jì)方法，以及時(shí)序控制方式和微處理器的設(shè)計(jì)步驟，但是實(shí)現(xiàn)相同的功能，在微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)方法也是多種多樣，比如微處理器內(nèi)部寄存器的個(gè)數(shù)設(shè)置、是否采用片內(nèi)指令Cache和數(shù)據(jù)Cache，采用什么樣的指令格式和尋址方式、設(shè)計(jì)哪些指令、指令如何解釋、采用微程序操作控制器還是硬連線控制器、是否采用流水線技術(shù)等。創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)涉及的知識(shí)面廣、設(shè)計(jì)方案多樣、設(shè)計(jì)方法靈活，有利于提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。
　　
　　2.4　科學(xué)合理地改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果
　　教學(xué)內(nèi)容的組織采用了整體“自頂向下”、細(xì)節(jié)“自底向上”的教學(xué)方法，從計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)入手到分別介紹計(jì)算機(jī)硬件的五大部件及相互聯(lián)系，再將內(nèi)容的展開(kāi)，分別講授每一個(gè)部分的組成和工作原理。在涉及到各組成部分具體細(xì)節(jié)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，采用了“自底向上”的教學(xué)方法，講授內(nèi)容由淺入深、循序漸進(jìn)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，在講清基本概念和基本原理的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。這種教學(xué)方法既讓學(xué)生正確理解和掌握了各部件的組成及工作原理，讓學(xué)生掌握了計(jì)算機(jī)中各部件的設(shè)計(jì)方法和相互之間的聯(lián)系，建立了整機(jī)的概念。
　　教學(xué)任務(wù)的安排是將不同的專(zhuān)業(yè)分別定為一個(gè)教學(xué)班，以小班上課的方式進(jìn)行，促進(jìn)了講授、提問(wèn)、討論、練習(xí)等多種教學(xué)方式的開(kāi)展。同時(shí)要求每個(gè)教學(xué)班的主講教師必須參加理論課的輔導(dǎo)工作，并要求每個(gè)實(shí)驗(yàn)必須參加一批實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)。青年教師必須先經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)和理論課輔導(dǎo)兩年后，才能根據(jù)試講情況確定其是否能勝任主講教師資格。理論課輔導(dǎo)教師主要負(fù)責(zé)作業(yè)批閱、答疑、上習(xí)題課、網(wǎng)上教學(xué)交流等工作，實(shí)驗(yàn)課輔導(dǎo)教師主要負(fù)責(zé)講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟，并指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。
　　教學(xué)方法的改進(jìn)，有助于各專(zhuān)業(yè)主講教師根據(jù)本專(zhuān)業(yè)的課程結(jié)構(gòu)和學(xué)生能力水平，以及課堂交流、作業(yè)和輔導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)操作等情況的反饋信息，及時(shí)將出現(xiàn)的問(wèn)題與所有學(xué)生溝通，以便隨時(shí)調(diào)整教學(xué)方法、教學(xué)進(jìn)度和補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。
　　
　　2.5　利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性
　　利用課件教學(xué)，使得計(jì)算機(jī)各部件抽象的工作原理直觀地展示在學(xué)生面前，大大地增加了課堂教學(xué)的信息量，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬機(jī)器指令的取指和執(zhí)行過(guò)程，來(lái)解釋中央處理器的組成和工作原理，讓學(xué)生更直觀地了解CPU內(nèi)部控制信號(hào)的產(chǎn)生、指令和數(shù)據(jù)的流動(dòng)過(guò)程、在指令執(zhí)行過(guò)程中CPU內(nèi)部各寄存器的變化情況等。通過(guò)使用QuartusII仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，可以清楚地理解CPU的組成和詳細(xì)設(shè)計(jì)，可以將CPU的頂層電路圖逐層解剖，看到CPU內(nèi)部的各組成部分及VHDL描述。通過(guò)微處理器執(zhí)行某一個(gè)具體功能的機(jī)器語(yǔ)言程序，調(diào)出仿真波形，可以讓學(xué)生清楚地看到CPU內(nèi)部程序計(jì)數(shù)器、地址寄存器、指令寄存器、微地址寄存器、通用寄存器、數(shù)據(jù)暫存器、狀態(tài)條件寄存器、主存儲(chǔ)器、輸出總線的內(nèi)容隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化的情況，將理論教學(xué)與實(shí)際設(shè)計(jì)充分結(jié)合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　通過(guò)課程網(wǎng)站輔助教學(xué)，豐富的教學(xué)資源和交互式教學(xué)平臺(tái)提高了學(xué)生的學(xué)生主動(dòng)性，促進(jìn)了師生之問(wèn)的互動(dòng)。課程網(wǎng)站采用Dreamweaver MX、Flash MX、Photoshop、ASP和SQL Server等軟件開(kāi)發(fā)，為學(xué)生提供了全方位的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)支持，包括教學(xué)大綱、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、教學(xué)視頻、課件下載、在線測(cè)試、難點(diǎn)解析、動(dòng)畫(huà)演示、虛擬實(shí)驗(yàn)室、在線答疑、學(xué)生論壇等。這些內(nèi)容可以幫助學(xué)生全面地理解和掌握計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)內(nèi)容，了解該課程涉及的新知識(shí)和新技術(shù)。
　　
　　2.6　建設(shè)合理的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，重視對(duì)青年教師的培養(yǎng)
　　建設(shè)由課程負(fù)責(zé)人、主講教師、輔導(dǎo)老師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師組成的教學(xué)團(tuán)隊(duì)是極其必要的。我們的計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)由8名教師組成，主要成員均長(zhǎng)期從事本課程及相關(guān)課程教學(xué)和相關(guān)課程的教學(xué)和學(xué)術(shù)研究，其中教授1人、副教授3人、博士1人、碩士6人；35～45歲年齡段的中青年教師占75％，具有計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)教育背景7人、通信相關(guān)專(zhuān)業(yè)教育背景1人，所學(xué)專(zhuān)業(yè)涵蓋了計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、通信與信息工程、自動(dòng)控制等。教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員分別來(lái)自上海理工大學(xué)、中山大學(xué)、桂林電子科技大學(xué)。在知識(shí)結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、職稱(chēng)結(jié)構(gòu)、學(xué)緣結(jié)構(gòu)等方面形成了較合理的結(jié)構(gòu)配置，教師隊(duì)伍在理論教學(xué)、教學(xué)研究和學(xué)術(shù)研究等方面已開(kāi)展了較多卓有成效的工作。
　　課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮高學(xué)術(shù)水平和高教學(xué)水平骨干成員的傳、幫、帶作用，通過(guò)合理規(guī)劃、創(chuàng)造條件、培育環(huán)境、嚴(yán)格要求等多種機(jī)制，實(shí)施青年教師的培養(yǎng)，具體措施包括選派青年教師到國(guó)內(nèi)知名大學(xué)參加培訓(xùn)、實(shí)行骨干成員為核心的導(dǎo)師制、組織開(kāi)展教研討論和科研活動(dòng)。
　　通過(guò)以上措施，青年教師得到迅速成長(zhǎng)、能夠很好地勝任本課程的教學(xué)任務(wù)。在近幾年的學(xué)生評(píng)教中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)的學(xué)生評(píng)教成績(jī)一直保持在優(yōu)良以上，深受學(xué)生歡迎。近五年來(lái)，課程組承擔(dān)和完成了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣西自然科學(xué)基金和橫向科研項(xiàng)目16項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文24篇(EI、ISTP收錄10篇)，出版專(zhuān)著／教材4部，獲得計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)4個(gè)；承擔(dān)教學(xué)改革與教學(xué)研究項(xiàng)目10項(xiàng)，發(fā)表教學(xué)研究論文16篇，獲得教學(xué)改革與研究成果7項(xiàng)。
　　
　　3　結(jié)語(yǔ)
　　
　　精品課程建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱苦的工作，它貫穿于教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。在計(jì)算機(jī)組成原理課程建設(shè)的歷程中取得了上述一些成果，主要得益于有一支素質(zhì)優(yōu)良的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。只要我們堅(jiān)持教育教學(xué)改革，不斷更新和整合教學(xué)內(nèi)容，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，努力加強(qiáng)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的有效結(jié)合，就能使教學(xué)水平不斷提高。
　　
　　
　　(編輯：白