计算机组成原理实验教学改革探索

湖北民族学院科技学院 向丽萍 李晓艳 徐 建



计算机组成原理实验教学改革探索

湖北民族学院科技学院 向丽萍 李晓艳 徐 建

【摘要】针对计算机组成原理实验课程存在的问题进行分析，提出了调整实验教学平台，建立新的实验教学体系，改革考核方式等相应的改革措施。通过改革前后实验教学模式的对比，证明改革后的实验教学模式更合理，提高了学生的动手实践能力。

【关键词】计算机组成原理；实验教学；改革

《计算机组成原理》这门课程是计算机专业的一门主干课程，属于专业基础必修课程。课程任务是使学生掌握计算机的逻辑组成、工作原理、设计方法和逻辑实现，熟悉通过数据通路将各部件连成整机的方法、建立起整机工作的概念，为培养学生对计算机系统的分析、开发、使用和设计能力打下基础，在硬件范畴的课程体系中起承前启后的作用。如何将这门课程的实验和理论更好的结合，使学生通过实验更好的理解理论知识，为学生今后的专业学习打下基础，使学生具备一定的硬件设计和开发能力，培养高素质人才，是实验教学改革需要探索和解决的问题。为此，我们分析《计算机组成原理》实验课目前存在的问题，针对这些问题，提出相应的解决方法，让《计算机组成原理》实验课更好的发挥作用。

1.现有的问题

1.1实验内容和实验设备老化

计算机组成原理实验课的开设是使学生能够深入理解相应的理论知识，在此基础上培养学生的硬件设计和开发能力，能有所创新。改革前安排的实验内容多为验证性实验，仅仅是利用实验箱完成简单的硬件搭电路就可以过关。教学实验的内容没有深入底层，学生对实验原理也没有得到根本的理解，对理解相关的理论知识起到的作用也非常有限，脱离了理论联系实际的原则。现在教学的过程中，都注重培养学生的创新精神，按照以前的实验模式不便于学生做自主型实验、综合型实验和创新型实验。其次，基于计算模型的实验系统不仅价格高昂，而且不便于维护和更新。

1.2实验考核方法不合理

课程考核主要以理论成绩为主，对实验部分要求不高，且实验的考核方法单一，主要以提交实验报告为主，考核以实验小组为单位进行，组内有些同学敷衍了事，考核结果不够客观、公正。

2.改革措施

2.1调整实验教学平台

现代电子设计，包括CPU和片上系统SOC（System On a Chip）的设计，技术的核心已经转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA （Electronic Design Automation）技术。设计者在EDA工具软件平台，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。改革前使用的计算机组成原理实验箱开设的设计型实验有限，无法深入底层。为提高教学效果，培养学生创新能力，在现有计算机组成原理实验设备的基础上，引入EDA工具软件QuartusⅡ。引入了QuartusⅡ平台后，我们根据计算机组成原理实验教学大纲对原来的实验内容与实验项目做了一些调整。一般的验证性实验还是采用老的实验箱进行实验，而新开发的设计型实验则采用QuartusⅡ平台进行实验。

2.2建立新的实验教学体系

根据实验内容的特点，在实验进度安排上采用循序渐进的学习方式，将实验进度分为验证型实验、设计型实验和综合型实验三个层次，形成从部分到整体、从基础到提高的实验教学体系。

首先是验证型实验。这类实验是基础，涉及课程的相关基础知识点，实验目的是使学生验证组成原理课程中讲授的内容，加深学生对基础知识的理解。设计型实验主要是培养学生的设计能力和独立工作的能力。实验以“任务”或“课题”形式提出实验要求和具体的实验成果，要求学生能够明确任务，通过查阅有关资料，掌握实验所设计的知识，并能综合利用这些知识来设计、开发并完成实验项目。第三个层次是综合实验，这类实验的目的是培养学生综合应用计算机知识与技术的能力，培养学生带着问题自主学习的能力。在实验过程中画出必要的实验原理图，及时发现问题，主动解决问题。从原理、方法和使用工具等多方面提出完成实验任务的依据及实验步骤，并对结果进行评价、分析和总结。

2.3改革考核方式

为了保证实验教学效果，避免改革前实验考核方式的缺点，改革后对实验流程进行规范化，制定比较严格的考核制度。实验过程严格按照课前准备、实验调试、验收的顺序进行。要求每个学生认真对待每个实验，认真记录实验中碰到的问题和解决方法，回答实验教材以及教师课堂上提出的思考题，记录对实验的心得和体会。最后综合每位同学的实验调试、验收、实验报告和实验记录综合评定学生总成绩。因为实验对每位同学单独验收和考核，这种方式可以大大减少学生之间互相抄袭的现象。

3.总结

总体来看，改革后的组成原理实验内容丰富，验证型实验、设计型实验和综合型实验三个层次的实验配置更加合理。采用新的实验模式后，能明显感受到学生对组成原理实验课程的兴趣增加了。在实验课程中，学生不仅学到了计算机组成原理的基本知识，掌握了基本的性能分析方法，提高了分析问题的能力，加深了对计算机底层知识的理解，还有学生主动寻求和探讨更有挑战性的实验项目，为以后的实验创新打下基础。

参考文献

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［6］潘松，潘明，黄继业.现代计算机组成原理［M］.北京：科学出版社，2013.

基金项目：湖北民族学院科技学院教学研究项目（KY201111，KY201112，KYJY201507）。

通信作者：

向丽萍，女，讲师。