王海瑞，潘晟旻，李 亞，吳 蕾，孟順建

（1.昆明理工大學(xué) 信息工程與自動化學(xué)院；2.昆明理工大學(xué) 計算中心，云南 昆明 650500）

0 引言

計算機組成原理是計算機專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，它是計算機操作系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等課程的先導(dǎo)課程，同時也是數(shù)字邏輯的后續(xù)課程，與多門計算機課程有著緊密聯(lián)系，有助于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。它在計算機類課程中處于承上啟下、合縱連橫的關(guān)鍵位置，為構(gòu)建計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)知識框架提供基礎(chǔ)支撐［1］。

目前，我國應(yīng)用軟件、工具軟件、電腦終端、安全產(chǎn)品等國產(chǎn)化率較高，而芯片級基礎(chǔ)硬件、指令系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、虛擬化軟件等仍然主要依賴國外進口，嚴重限制了基礎(chǔ)技術(shù)上的自主知識產(chǎn)權(quán)擁有?？傊覈P(guān)鍵核心技術(shù)仍然受制于人，國產(chǎn)軟硬件的兼容性、可替代性、穩(wěn)定性及系統(tǒng)性仍待提高，國產(chǎn)化替代形勢嚴峻［2］。因此，必須實施國產(chǎn)化替代戰(zhàn)略，加強核心技術(shù)創(chuàng)新，推動關(guān)鍵領(lǐng)域自主可控，真正解決國家信息安全領(lǐng)域的核心問題。

高校承擔(dān)著為國家培養(yǎng)優(yōu)秀人才的義務(wù)，在國產(chǎn)化替代進程中起著至關(guān)重要的作用［3］。因此，高校要根據(jù)國產(chǎn)化替代的需求進行必要的教學(xué)改革，努力為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型和專業(yè)型人才。然而，經(jīng)過廣泛調(diào)研發(fā)現(xiàn)：多年來，我國大部分高校計算機組成原理課程的教學(xué)內(nèi)容都沒有太大的變化和調(diào)整；沒有對課程進行定位，特別是在硬件基礎(chǔ)設(shè)計、指令集設(shè)計等內(nèi)容上，沒有突出自主知識產(chǎn)權(quán)的要求；講解國外相關(guān)內(nèi)容，沒有突出國產(chǎn)化替代需求的CPU五大部件相關(guān)設(shè)計和指令集設(shè)計的重要性。因此，依據(jù)國家國產(chǎn)化替代的國家戰(zhàn)略要求，結(jié)合筆者近30多年的計算機組成原理教學(xué)經(jīng)驗，探討將國產(chǎn)化替代需求的內(nèi)容融合到計算機組成原理課程理論教學(xué)和實驗教學(xué)中。調(diào)整、優(yōu)化、合并重點教學(xué)內(nèi)容以適應(yīng)課程理論學(xué)時減少對課程造成的影響，進而提升課程教學(xué)質(zhì)量，為國產(chǎn)化替代儲備專業(yè)型和創(chuàng)新型人才。

1 相關(guān)研究

近年來，許多學(xué)者從不同層面、不同角度進行了計算機組成原理課程的教學(xué)改革探索。例如，文獻［1］基于CDIO教學(xué)理念，以構(gòu)建系統(tǒng)觀、培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計能力為教學(xué)改革目標，對計算機組成原理課程的教學(xué)內(nèi)容、實驗、教學(xué)模式等進行改革。文獻［4］將凝練問題、分析問題、解決問題的線索貫穿學(xué)習(xí)全過程，提出基于問題驅(qū)動法的計算機組成原理教學(xué)模式。文獻［5］提出構(gòu)建OBE理念下“以學(xué)生為中心”的互動課堂，通過調(diào)整教學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的最大化。文獻［6］針對計算機組成原理課程教學(xué)要解決的重要問題，提出線上與線下實踐相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計與案例實踐。文獻［7］結(jié)合計算機組成原理教學(xué)內(nèi)容深入挖掘和整合課程思政元素，做到點、線、面三重機構(gòu)有機結(jié)合，使專業(yè)知識和思政教育同向同行，實現(xiàn)立德樹人的根本目標。文獻［8］針對計算機組成原理實驗教學(xué)存在的一些問題，提出基于虛擬仿真與混合式教學(xué)模式的計算機組成原理實驗教學(xué)改革。文獻［9］探討了如何在計算機組成原理課程中融入思想政治教育，并介紹了預(yù)期的成效、課程思政實施的實踐及特色，最后指出課程思政持續(xù)改進的方向。文獻［10］結(jié)合網(wǎng)絡(luò)慕課資源，對計算機組成原理課程實驗教學(xué)作出一系列改革。文獻［11］針對現(xiàn)有計算機組成原理實驗教學(xué)中存在的問題，引入Logisim平臺以開展實驗教學(xué)。文獻［12］通過分析操作系統(tǒng)國產(chǎn)化在行業(yè)、教育、技術(shù)生態(tài)等方面存在的問題和特點，針對操作系統(tǒng)人才培養(yǎng)的不足，提出以思政教育培養(yǎng)學(xué)生價值觀，并多維度、多要素提升創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量。

目前，關(guān)于計算機組成原理的教學(xué)改革主要集中在挖掘思政元素、教學(xué)設(shè)計及實踐探索上，鮮有針對國產(chǎn)化替代的國家戰(zhàn)略需求進行教學(xué)改革。本文的創(chuàng)新之處在于針對國產(chǎn)化背景下計算機組成原理課程建設(shè)和改革需求，提出如何將國產(chǎn)化內(nèi)容增加到課程教學(xué)中，并隨著計算機技術(shù)的發(fā)展增減相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，從而進一步提升課程教學(xué)質(zhì)量，為國家培養(yǎng)專業(yè)型人才，推進關(guān)鍵核心技術(shù)的國產(chǎn)化替代進程。

2 目前教學(xué)內(nèi)容中存在的問題

計算機組成原理課程主要涉及數(shù)值表示方式、運算器、存儲器、控制器的邏輯設(shè)計、輸入和輸出設(shè)備的工作方式等內(nèi)容。

2.1 缺乏前導(dǎo)課程數(shù)字邏輯部分內(nèi)容

由于當(dāng)前課程調(diào)整，基本沒有對前導(dǎo)課程數(shù)字邏輯進行講授，學(xué)生缺乏對邏輯組合電路和時序電路工作原理的理解，從而對數(shù)據(jù)寄存器、移位器的工作方式，以及運算器、控制器、存儲器的工作方式和原理很難掌握，對教學(xué)效果達成造成了較大障礙。例如，學(xué)生很難理解和掌握組合電路的全加器構(gòu)成和補碼乘除法中應(yīng)用到的移位加數(shù)、時序電路中如何利用D型觸發(fā)器構(gòu)成寄存器等內(nèi)容。

2.2 不滿足國產(chǎn)化替代要求

計算機組成原理教材內(nèi)容中的技術(shù)基本都是國外技術(shù)，缺乏國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)介紹。并且，教師在教學(xué)過程中不能很好地引入國產(chǎn)化替代的相關(guān)內(nèi)容，無法為國產(chǎn)化替代服務(wù)。

在指令系統(tǒng)教學(xué)中，很多教材仍然用很老的機器作為例子，比如PDP-11等，而對目前市場上普遍應(yīng)用的ARM架構(gòu)和X86以及MIPS指令集卻缺乏介紹。目前，隨著智能手機的推廣應(yīng)用，ARM應(yīng)用迅速普及，特別是國產(chǎn)芯片大部分以ARM和X86為指令集，而教材內(nèi)容卻與實際應(yīng)用存在一定差距，不利于學(xué)生的學(xué)以致用。當(dāng)前課程體系仍然開設(shè)匯編語言課程，各學(xué)校開設(shè)的課程內(nèi)容不一致，有的開設(shè)8086匯編語言，有的開設(shè)8051、8096單片機語言，對于目前常用的ARM系統(tǒng)開設(shè)較少。這些課程內(nèi)容有很大一部分是屬于計算機組成原理課程的指令系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容，內(nèi)容重復(fù)較多。對于輸入輸出部分，很多技術(shù)已經(jīng)淘汰，比如CRT顯示器、軟盤等內(nèi)容，但仍然出現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容中，而新式的觸摸屏、LCD等內(nèi)容涉及很少，新式的輸入輸出技術(shù)介紹不足。

綜合而言，目前計算機組成原理課程教學(xué)內(nèi)容較為陳舊，其中不乏已經(jīng)淘汰的技術(shù)，而國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型技術(shù)在課程中體現(xiàn)較少，思政要素尚未融入課程。

3 改革對策

3.1 教學(xué)內(nèi)容

筆者一直在大學(xué)從事計算機組成原理課程教學(xué)工作，每年參加學(xué)習(xí)的學(xué)生人數(shù)在120人左右，牽頭的計算機組成原理課程組自主編制了《計算機組成原理》教材，由清華大學(xué)出版社出版。在內(nèi)容上，增加了“數(shù)字邏輯”的4部分內(nèi)容，分別是數(shù)據(jù)的表示方式、邏輯代數(shù)、組合邏輯設(shè)計、觸發(fā)器、同步時序電路和異步時序電路等內(nèi)容，將原組成原理的指令集調(diào)整為ARM指令集，重點通過前導(dǎo)課程X86匯編語言和ARM進行對比講解，使學(xué)生能準確把握CISC和RISC的特點、使用范圍等，能理解國產(chǎn)化替代的深遠意義。在總線內(nèi)容，增加講解USB、Fine Lighting、Type-c等新型外部總線的特點和應(yīng)用場景，將知識應(yīng)用到學(xué)生的日常生活中。在外部存儲器的講解中，刪除軟盤等內(nèi)容，增加Solid State Disk（SSD）的特點和應(yīng)用場景等，使學(xué)生能明確手機的存儲特性。具體改革對策包括如下方面：

3.1.1 數(shù)字邏輯

數(shù)字邏輯部分的內(nèi)容與計算機底層實現(xiàn)密切相關(guān)［13］，是理解運算器、存儲器、控制器等計算機基本部件工作原理的基礎(chǔ)。教師在上課時，重點講解計算機中數(shù)據(jù)的表示與運算，即原、反、補碼及其四則運算，并在其中穿插二進制與易經(jīng)的關(guān)系，增強學(xué)生的文化自信和民族自信。

著重講解邏輯代數(shù)，并使用摩根定律和卡諾圖等知識簡化電路，以此實現(xiàn)編碼器、譯碼器、計數(shù)器［14］等基本邏輯部件的功能，再通過觸發(fā)器、同步異步時序電路的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生更加深入地掌握計算機的存儲原理和控制邏輯。

數(shù)字邏輯既連接了計算機的底層實現(xiàn)，又抽象了底層物理部件，是理解計算機組成原理的基石。計算機的組成與實現(xiàn)都很復(fù)雜，但復(fù)雜的實現(xiàn)中隱含著簡單的原理，如計算機中的算術(shù)與邏輯運算都是通過高低電平結(jié)合二進制實現(xiàn)，其原理與中國伏羲八卦相契合；中斷、指令流水線與生活中的排隊、插隊現(xiàn)象息息相關(guān)，從細微處入手，在課程中融入以培養(yǎng)學(xué)生的洞察力和科學(xué)思維等。在國產(chǎn)化大背景下，與數(shù)字邏輯電路相關(guān)的產(chǎn)業(yè)——集成電路也得到了快速發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝和測試等方面。截至2020年，中國的芯片設(shè)計規(guī)模占比排名第一，為42.70%，國微集團也正全力打造國內(nèi)芯片設(shè)計全流程數(shù)字EDA平臺。因此，數(shù)字邏輯的實驗設(shè)計緊跟國產(chǎn)化步伐，采用國微、立創(chuàng)、華大九天等EDA公司的設(shè)計平臺，將數(shù)字邏輯實驗融入國產(chǎn)化進程中。

3.1.2 原計算機組成原理課程內(nèi)容

隨著技術(shù)的換代更新，原計算機組成原理課程中的很多內(nèi)容已經(jīng)過時，需要適當(dāng)作出調(diào)整。而如何將國產(chǎn)化的內(nèi)容增加到課程教學(xué)實驗中，以及隨著計算機技術(shù)的發(fā)展增減相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，是目前計算機組成原理課程教學(xué)改革面臨的首要任務(wù)。

在指令系統(tǒng)方面，由原來的X86指令集調(diào)整為ARM指令集，ARM指令集屬于精簡指令集（RISC），屬于load/store型指令集結(jié)構(gòu)［15］。選擇ARM指令集作為目前計算機組成原理課程的指令系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，主要有以下方面的原因：ARM指令集屬于RISC，RISC體積小、功耗低、成本低、性能高，并且被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，如Android手機等。

X86匯編語言是計算機組成原理課程的前導(dǎo)課程，X86屬于復(fù)雜指令集（CISC），RISC和CISC是當(dāng)前CPU的兩種不同的架構(gòu)。這里改變策略引入ARM精簡指令集是為了和Intel的X86指令集作對比講解，同時ARM和Intel也是全球芯片企業(yè)的巨頭，掌握著巨量資源，且技術(shù)對外封鎖，制約著我國多方面的技術(shù)發(fā)展。為了打破這種處處受制于人的局面，學(xué)習(xí)商業(yè)巨頭的核心技術(shù)，服務(wù)于國產(chǎn)化的進程尤為必要。師夷長技以制夷，只有充分學(xué)習(xí)別人的優(yōu)勢技術(shù)，并轉(zhuǎn)換為自己的東西，才能真正實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。

目前，國產(chǎn)自研的大部分指令集，如申威的SW64、龍芯的LoongArch等都是屬于RISC［16］，通過對ARM指令集原理與核心技術(shù)的介紹，讓學(xué)生從底層邏輯去理解指令系統(tǒng)，然后再結(jié)合申威、龍芯等我國自主研發(fā)的指令系統(tǒng)，全面對比講解精簡指令集，培養(yǎng)一批能解決我國芯片“卡脖子”問題的高技術(shù)、創(chuàng)新型的后備儲備人才。

此外，在存儲系統(tǒng)方面，增加固態(tài)硬盤等內(nèi)容，并介紹宏基SSD、致態(tài)SSD、芯佰微電子USB等國產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展及趨勢，讓學(xué)生認識到國產(chǎn)化替代方案的可行性。在輸入輸出系統(tǒng)方面，增加目前新式輸入輸出設(shè)備的功能介紹及其與CPU的連接方式，如分布式I/O系統(tǒng)、基于交換結(jié)構(gòu)的I/O系統(tǒng)等。

上述對計算機組成原理課程的調(diào)整上，刪減了陳舊、過時的內(nèi)容，增加了新的技術(shù)和產(chǎn)物，同時也融入了一些國產(chǎn)化的內(nèi)容，使得該課程既能順應(yīng)時代發(fā)展，又能服務(wù)于國產(chǎn)化替代進程，真正做到產(chǎn)、研、學(xué)三合一。

3.2 教學(xué)模式與教學(xué)方法

計算機組成原理課程的特點是綜合、抽象、理論性強。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是理論結(jié)合實驗教學(xué)，以理論教學(xué)為主，實驗教學(xué)為輔，枯燥無味，導(dǎo)致學(xué)生積極性不高。因此，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)模式和改進教學(xué)方法非常必要。結(jié)合筆者實踐教學(xué)經(jīng)驗提出如下改進建議：

（1）充分利用多媒體教學(xué)工具完善教學(xué)。計算機組成原理課程中涉及很多抽象的邏輯過程，單靠靜態(tài)的圖片和文字難以幫助學(xué)生理解和掌握。因此，教師可以利用多媒體工具、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等現(xiàn)代化教學(xué)工具，結(jié)合多媒體、板書講解等，幫助學(xué)生掌握抽象的工作原理和邏輯過程，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)變得深入淺出。如在對微程序控制器的工作原理進行講解時，采用PPT動畫方式，直觀地呈現(xiàn)出基于時序的計算機指令執(zhí)行和控制過程，使抽象的概念變得通俗易懂。

（2）采用線上+線下相結(jié)合的混合式教學(xué)［17］，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展和信息資源共享的背景下，智能設(shè)備在混合式教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用，依托豐富的線上教學(xué)資源，再加上線下講解，可以達到更好的教學(xué)效果。線上學(xué)習(xí)的主要目的是提前自主預(yù)習(xí)課程內(nèi)容和鞏固課程知識，教師可以充分利用優(yōu)質(zhì)MOOC資源，引領(lǐng)學(xué)生有計劃、有選擇地完成課前學(xué)習(xí)任務(wù)，自主掌握一些較簡單的基礎(chǔ)知識；再針對課程內(nèi)容中的重難點，如定點加法、乘除法、微程序控制器工作原理、典型指令系統(tǒng)設(shè)計等，教師可以有針對性地錄制微課，幫助學(xué)生更好地建立起整機概念。在此基礎(chǔ)上，教師在課堂上進行知識點的系統(tǒng)講解，為學(xué)生搭建好知識體系框架。例如，對于運算器部分，教師主要講解數(shù)的表示，浮點數(shù)的運算，補碼的加減法運算，原碼、補碼的定點乘除法運算，加法器、減法器的邏輯功能和74LS181的工作原理，并就運算器章節(jié)建立一個完整的模塊知識體系，方便學(xué)生理解運算器所包含的技術(shù)點。對于一些拓展知識如補碼兩位乘、陣列乘法器、原碼兩位除、陣列除法器等知識需要學(xué)生自己在線學(xué)習(xí)補充，完善知識體系。

（3）根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活調(diào)整教學(xué)方法。教學(xué)應(yīng)從“以教師、課堂為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為主體”，根據(jù)學(xué)生個性特點及教學(xué)內(nèi)容的不同，有針對性地靈活應(yīng)用教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，增強學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力。教師可采用任務(wù)驅(qū)動法、小組合作法、啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)等多種教學(xué)方法開展教學(xué)，幫助學(xué)生加深對所學(xué)知識的理解，調(diào)動他們討論交流的積極性，并培養(yǎng)其協(xié)作能力與實踐能力。

（4）關(guān)注課程內(nèi)容銜接，幫助學(xué)生建立整機概念［18］。針對課程特點，分模塊依次展開教學(xué)。教師在教學(xué)中應(yīng)注重知識的關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性，依據(jù)課程教學(xué)目標制定教學(xué)計劃、教學(xué)重難點，使課程內(nèi)容起到承上啟下的作用。如可以在講解運算器之前，先介紹數(shù)字電路相關(guān)知識點，為學(xué)生闡明二者之間的承接關(guān)系。教師在幫助學(xué)生熟悉計算機組成原理基本概念的基礎(chǔ)上，掌握計算機的工作過程及各部分之間的聯(lián)系，明確數(shù)據(jù)流和控制流在機內(nèi)的流動，從而建立起整機概念，為今后課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3.3 教材選擇與編寫

計算機組成原理教材有很多種，總體而言有三大類，即國家規(guī)劃類教材、非國家規(guī)劃類教材、引進教材，這三類教材各有優(yōu)缺點。但目前教材選擇應(yīng)立足于滿足《計算機核心課程規(guī)范》系列團體標準深度相符的教學(xué)內(nèi)容，緊跟《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，在美國蠻橫“卡脖子”的壓迫之下，中國2020年開始實質(zhì)推進國產(chǎn)化替代?，F(xiàn)階段，CPU、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫等核心基礎(chǔ)設(shè)施需要加速替代，國家相關(guān)部門也給出了時間表。相比之下，應(yīng)用層的緊迫度不高，國產(chǎn)化替代的傳導(dǎo)效應(yīng)相對滯后。但箭在弦上，不得不發(fā)，也給我國軟件企業(yè)提供了發(fā)展契機。首先要解決“無芯”的問題，這就要從教學(xué)理論開始，突出中國智慧，用教學(xué)理論去教育學(xué)生，從基礎(chǔ)做起，保證我們國產(chǎn)化后，有理論、有技術(shù)、有人才。國家規(guī)劃類教材雖然教學(xué)內(nèi)容豐富，但無法滿足國產(chǎn)化替代的要求，需要不斷加以完善。非國家規(guī)劃類教材多數(shù)屬于各學(xué)校任課教師根據(jù)自己的教學(xué)特點和課程體系編寫的教材，在內(nèi)容上就無法滿足《計算機核心課程規(guī)范》系列團體標準和計算機專業(yè)工程認證的實際要求。引進教材雖然在教學(xué)內(nèi)容上不斷更新，但不能體現(xiàn)我國自主知識的優(yōu)勢以及思政的融入?？傊?，這3類教材都不適合目前計算機組成原理的教學(xué)要求，應(yīng)結(jié)合當(dāng)前國家要求和計算機核心課程規(guī)范要求，對計算機組成原理課程教材內(nèi)容進行再次組織編寫。

3.4 教學(xué)實驗改革

在教材建設(shè)的同時，同步改進實驗教學(xué)內(nèi)容，以問題為導(dǎo)向，注重國產(chǎn)化內(nèi)容在實驗中的體現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生采用自底向上和自頂向下相結(jié)合的方法設(shè)計和建構(gòu)模型，培養(yǎng)學(xué)生樹立從理論到實踐完成計算機系統(tǒng)的信心，從而訓(xùn)練學(xué)生工程設(shè)計和自主創(chuàng)新的能力。筆者在注重國產(chǎn)化內(nèi)容的同時，增加數(shù)字邏輯電路實驗，并引入虛擬仿真設(shè)計實驗，各部分實驗相輔相成、層層遞進，逐步培養(yǎng)學(xué)生運用計算機組成原理知識實現(xiàn)綜合設(shè)計能力，階段性實驗流程如圖1所示。

Fig.1 Flow of phased experiments圖1 階段性實驗流程

4 教學(xué)改革實踐效果

4.1 教改成效

昆明理工大學(xué)的教學(xué)改革實踐表明，將國產(chǎn)化內(nèi)容融入計算機組成原理課程教學(xué)改革效果明顯。①有效加深學(xué)生對計算機組成原理課程中數(shù)字邏輯電路相關(guān)內(nèi)容的理解和把握，幫助學(xué)生形成對計算機硬件及其組織結(jié)構(gòu)的認識，建立整機概念；②在教學(xué)中引入思政元素，結(jié)合時代發(fā)展調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，著重講解國產(chǎn)化軟硬件知識，增強學(xué)生“四個自信”，培養(yǎng)學(xué)生愛國情懷；③采用“線上自主學(xué)習(xí)+線下深入研討”的混合式教學(xué)模式，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力，再結(jié)合任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方法，讓學(xué)生帶著問題和任務(wù)去學(xué)習(xí)，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深其對理論知識的理解；④引入虛擬仿真試驗，對傳統(tǒng)實驗內(nèi)容進行擴展，增加一些綜合型和設(shè)計型實驗，有效提高實驗教學(xué)效率，使學(xué)生不僅明白計算機硬件系統(tǒng)各組成部分的邏輯實現(xiàn)以及互聯(lián)成整機的技術(shù)，而且牢固樹立自主創(chuàng)新計算機系統(tǒng)的整機理念。

4.2 存在的問題及思考

雖然對課堂教學(xué)內(nèi)容進行了更新，但由于計算機組成原理課程具有工程性、抽象性、實踐性較強的特點，學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣、重視度依然不夠高。通過與學(xué)生交流、座談發(fā)現(xiàn)，主要原因在于：后續(xù)課程與該課程關(guān)聯(lián)度不大，學(xué)生將來從事的職業(yè)與該課程無關(guān)。這從側(cè)面反映出學(xué)生將來深造和就業(yè)從事硬件設(shè)計的工作相對較少，也反映出關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化替代勢在必行，必須提高學(xué)生對該課程的重視度及參與度。例如：如建立硬件課程群，合理優(yōu)化各課程教學(xué)內(nèi)容，加強教學(xué)團隊、教學(xué)梯度建設(shè)；推動高校計算機國產(chǎn)化課程建設(shè)及改革，加強核心技術(shù)人才培養(yǎng)；進一步優(yōu)化產(chǎn)、學(xué)、研合作，整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，共同設(shè)立產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟。

5 結(jié)語

本文通過分析當(dāng)前計算機組成原理教學(xué)存在的不足，結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展和國產(chǎn)化替代需求提出了幾點可行性建議，以期對國產(chǎn)化背景下的計算機組成原理課程建設(shè)提供參考。在昆明理工大學(xué)進行教學(xué)改革實踐，從總體上看，計算機組成原理課程教學(xué)改革效果明顯，但仍存在待完善之處。例如：課程內(nèi)容與實際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)度還有待加強、學(xué)生的主觀能動性還有待提高、針對國產(chǎn)化需求的“計算機組成原理”教材建設(shè)亟待解決等。因此，下一步工作將結(jié)合國產(chǎn)化替代需求，深入研究計算機組成原理課程教材建設(shè)與改革。