基于CDIO的《计算机组成原理》教学改革探讨与实践-精品文档

基于CDIO的《计算机组成原理》教学改革探讨与实践

一、引言

在过去的几十年中，人们对理想工程师特质进行了深刻的认识，开始强调改革的必要性。要培养学生能够在现代团队的环境下，构思（Conceive）――设计（Design）――实施

（Implement）――运行（Operate）具有复杂和高附加值的工程产品、过程和系统，由此产生的工程教育新方法称之为CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）。CDIO教学模式的主要特色在于它创造了能够深化学习技术基础和实际能力的二元学习经验。采用现代教学方法、创新教学方法和新的学习环境为学生提供真实世界的学习经验，与此相关的学习经验创建了一个与技术基础相关的学习抽象概念的认知框架，为学生提供了有助于理解和记忆的机会，提供掌握深厚基础知识的途径。CDIO主要体现在以下四方面：①具有国际先进性。②具有实践可操作性。③具有全面系统性。④具有广泛适应性。《计算机组成原理》是计算机科学与技术最重要的专业基础课之一，主要内容包括计算机硬件系统的基本组成原理和实现技术，理解计算机硬件系统工作原理、系统程序设计技术、硬件扩展方法等，主要涉及理论、方法、技术、实现和应用等方面的具体内容。CDIO对于改变昆明理工大学计算机专业在《计算机组成原理》课程教学中的重概

念、轻能力的问题，以及对计算机专业学生的技能和工程能力培养都具有重要意义。

二、《计算机组成原理》课程的教学现状

《计算机组成原理》课程的教学目标是：①要求计算机专业的学生掌握计算机硬件的基础知识，建立计算机系统完整的基础硬件理论体系，培养学生掌握初步的硬件系统设计与分析能力以及创新型思维和实践动手能力；②使学生从深层次了解计算机组成原理的结构组成、各个硬件模块的功能和作用，增强学生对硬件层面能力的提升，不断提高学生硬件技术素养，为以后参与硬件系统的开发奠定基础。由于计算机的升级换代周期越来越短，使得本课程所讲的内容跟不上硬件技术的发展，给老师教学和学生学习带来一定难度。目前在课堂教学过程中存在以下问题：①教学主要以教师在课堂中教授为主，学生被动接受抽象枯燥的知识，对内容难以理解。②与计算机的新技术结合不紧密，造成知识点孤立，学生感到此课程没有实际价值。③教学与实验都以一成不变的实验器材提供的简单实验为主，缺乏创新性的全方位技能训练。④本课程的考核测评方式单一，以笔试为主，不能在考核方法和体系上有新的突破。上述四个典型的问题，导致学生学习积极性不高，课程建设停滞不前。所以《计算机组成原理》在计算机专业本科教学中进行改革是非常必要的。 三、面向CDIO的教学改革实践

针对昆工计算机专业目前《计算机组成原理》教学存在的主

要问题，课程组以CDIO工程教育理念和教育大纲作为本课程教学改革指导思想，设计了面向CDIO工程教育的《计算机组成原理》教学模式，其主要思想是：①以基础性实验、设计性实验、综合性实验和项目设计为核心，采取基础、实践和创新并重的多元教学模式；②理论课堂教学中采用启发式的中英双语教学，课余通过互联网教学平台加强师生在线对课程基本原理和专业知识的交流和探讨；③实施案例化教学，通过代表性的案例讲解课程涉及的关键技术和技能实践方法，着重加强学生的硬件设计分析与解决问题能力，学生通过目前常用的PC计算机来提高探寻知识能力；④利用现有的硬件实验室条件，指导学生完成基于微程序和组合逻辑完整计算机硬件的实验和设计，培养学生的团队合作能力以及硬件系统分析、设计和实践的能力。所有教学模式都以实验和项目设计为核心，形成一个互相融合、互相影响的有机整体，从而达到CDIO大纲的教育要求。

1.以具体的实验和工程项目设计为核心。CDIO工程教育是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习”的具体体现。在《计算机组成原理》教学过程中，实验和工程项目的设计始终贯穿在整个教学活动中。基础性实验“数据通路”“存储器实验”“控制器实验”等，加深学生对本课程涉及的基本概念和核心知识的理解，为后续的实验打下良好的基础；技能实验“微程序控制器的组成”“微指令设计”等，进一步加强学生的硬件设计与分析问题、解决问题的能力，综合性实验要求学生对整个计

算机系统的硬件构成进行深入分析，对数据通路、加法器的构成、硬件的设计方法等部分进行分析和设计，培养学生的硬件设计能力以及在实验中获取知识、勇于创新的能力；工程项目设计以小组为单位设计完成一个简单的计算机组成原理项目，包括控制器的设计、存储器的扩展、运算器的设计、简单计算机指令系统的设计等，培养学生的团队合作精神，从而使学生养成具有计算机硬件系统的构思、设计、实施和运行的能力。

2.实施案例化教学。针对《计算机组成原理》的主要内容，在教学过程中采用案例化教学。一方面，从目前流行的计算机中挑选具有代表性的实例来作分析，如：pentium IV的体系结构和实现方式等；另一方面，将简单计算机组成原理作为实例教学，如介绍ALU的构成、多级存储体系、虚拟存储、控制器的实现原理等内容时，引导学生对各个功能模块进行深入的分析研究，为在综合性实验中对各个功能模块进行分析修改提供基础。通过特定案例的分析和“做中学”，使学生更加深刻地理解计算机组成原理中的思想和方法，进一步了解计算机组成原理的实现技术，培养学生对硬件系统进行分析、设计和开发能力。由浅入深、由基础到综合、由设计到实现、由验证到创新性地进行技能实践，多层次加强学生对理论知识的理解，不断增强学生的实践与创新能力。

3.建设计算机组成原理网络教学互动平台。计算机组成原理课程的教学资料，包括教学大纲、电子教案、课后练习、实验辅