关于提高“计算机组成原理实验”课程教学质量的探讨

付小晶　武俊鹏　程旭辉

文章编号：1672-5913(2009)08-0096-03

摘要：本文结合实际教学经验，从实验内容、教学方法、实验结果验收、成绩考核和实验教师队伍建设等方面，对提升“计算机组成原理实验”教学质量做了一些研究与探索。

关键词：计算机组成原理实验；实验教学；教学质量

中图分类号：G642

文献标识码：B

1引言

“计算机组成原理”是大学计算机专业的一门专业基础课，在整个课程体系中占有重要的地位。该课具有综合性强、知识面广、抽象性较强和学习难度大等特点。因此，该课的实验教学环节非常重要。近年来，随着高校实验教学改革的不断推进，“计算机组成原理”的实验教学在实验课程体系、实验内容、实验手段和教学方法等方面都得到了很大的改进。我院在“计算机组成原理”的实验教学环节中，单独开设了2门实验课：“计算机部件实验”和“计算机组成实验”，分别为32学时。前者主要完成计算机单个部件的设计与调试，后者主要在部件实验的基础上完成模型机系统整体设计和测试。两门实验课是一个有机的整体，后者以前者为基础，共同构成“计算机组成原理”课程的实验教学内容。本文结合这两门实验课程(在本文中统一称为“计算机组成原理实验”)实际教学过程中取得的一些成功经验，从以下几个方面来探讨如何提高“计算机组成原理实验”课程的教学质量。

2实验内容与方法

“计算机组成原理实验”课程的内容主要包括：运算器、存储器、控制器、时序电路、总线传输控制和模型机系统设计。实验类型以验证性实验为主，保证设计性和综合性实验的比例。实验项目安排遵循由浅入深，先局部后整体的原则，符合学生接受知识的习惯。实验引入EDA技术，采用基于FPGA的实验开发系统，不但提高了实验效率，也丰富了实验手段。每个实验项目的内容、步骤和具体要求需要根据自身特点来设计，并且根据实际教学效果和学生反馈意见逐步进行完善。目前，计算机组成原理实验项目具有以下特点：

(1) 实验内容灵活性。为了满足不同层次学生的要求，实验项目内容尽可能有可选性。例如，存储器实验要求在完成基本的ROM和RAM实验外，可以选择双端口RAM实验。总线控制实验允许学生自行选择设计总线上的部件和数据通路。

(2) 实验方法多样性。一些验证性实验中，我们在参考代码上故意设置一些错误，要求学生分析查找并更正错误。有能力的学生可以发挥自主设计能力完善设计方案，这样既达到了验证性实验的目的，又弥补了验证性实验“照抄照搬”的不足。

(3) 设计方法多样性。逻辑电路设计可以采用硬件描述语言或者框图输入。部分实验项目要求学生分别采用二种方式实现。例如运算器实验和时序电路实验。对于模型机系统设计，可以采用二者相结合的方法。

3实验教学方法

“计算机组成原理实验”课程是一个难度比较大，耗时比较多的实验课。学生们的能力有所差异。为了满足不同层次学生的要求，保证每个学生能够得到充分的实践锻炼，在教学过程中必须采用多种方法，充分发挥教师的指导作用和学生的主观能动性。我们在实验教学过程中主要采用了以下几种方法：

3.1集中讲解与个别辅导相结合

实验理论讲解是“计算机组成原理实验”课程的重要组成部分。每次实验课不仅要说明实验目的和实验要求，还要引导学生如何将理论知识和实际电路结合起来，把计算机部件和模型机系统的设计思想深入浅出地灌输给学生。另外，实验过程中针对共性问题的集中讲解也是非常必要的。例如，在基本模型机系统设计实验中，总共安排了4个学时的实验理论学习，主要讲解模型机的设计思想和实验方法，复习实验过程用到的基本理论知识。大部分理论学时穿插在实验过程中，根据实验进度，在适当的阶段统一讲解重点难点问题。这样分阶段讲解比一次性全部讲完所有实验理论效果好。例如，当大部分学生都提出关于微程序设计的问题时，可以集中讲解学生提出的问题。借助多媒体课件和展台，通过实例以及实际操作来讲解实验理论，可以显著提高讲解效果。在实验过程中，教师还要针对个别学生进行单独辅导。例如，有些学生在实验中遇到困难，经自己长时间努力也无法解决时。指导教师要耐心的帮助他发现问题解决问题，鼓励学生增强自信心，使其能够继续认真做实验。对于一些思维活跃的学生，应该对其提出的设计想法给予正确引导。并鼓励其通过实践检验自己的设计方案。

3.2重视“个性化”培养，锻炼学生创新能力

“个性化”教育是创新教育的组成部分。由于学生能力的个体差异，应该对他们提出不同要求，因材施教。在实验大纲允许的范围内。适当调整实验要求和难度。鼓励学生根据自己的能力，提出多种设计方案并优化设计。在实际教学过程中发现，有些实践能力突出的学生在教师的指导下完成的实验远远超出了实验要求。例如有些学生完成了实现多条指令的复杂模型机。还有的学生自行设计指令，增加了堆栈操作等指令。指导教师应该注意发现优秀或有特长的学生，开展“个性化”培养，鼓励他们培养设计能力和创新能力。组织他们参加各种科研训练和电子设计竞赛。

3.3严肃实验课堂纪律，保证学生独立完成实验

计算机组成原理实验引入了EDA技术，提高了实验效率，但所有电路设计文件都在PC机中完成，文件拷贝非常容易，这给实验作弊提供了方便。在以往的实验教学过程中，发现有少数学生作弊。作弊情况主要有：

(1) 不喜欢做实验，验收实验时，拷贝别人的工程，希望能蒙混过关。

(2) 实验进度慢，为了提高实验速度，拷贝进度较快的学生的实验工程。

(3) 对自己的实验仿真结果不满意，拷贝实验结果优秀学生的仿真设计文件。

作弊不但使学生个人失去了实践的机会，而且如果不及时发现，会导致了考核的不公平，甚至影响整体的实验风气。因此，必须严肃实验课堂纪律。根据实际经验，采用了以下有效措施：

(1) 发现作弊，给与扣分。作弊严重者，此次实验成绩为不及格。

(2) 实验中的工程名称、实体名称、信号名称等需要命名的地方，尽量保持名称的唯一性，例如以自己学号后两位结尾。由于文件互相关联，修改名字比较麻烦，并且容易产生错误。这样避免了学生由于未完成实验而临时拷贝他人实验工程进行验收的情况。

(3) 实验验收阶段，通过提问以及现场提出要求进行操作等方式，发现独立性较差的学生，并进一步确定其是否独立完成实验。

(4) 实验课堂上允许正常地讨论，共同探讨问题、分析解决问题。但教师应该给与正确的组织，避免有些学生不独立思考而过分依赖他人。

采取一系列措施后，可以保证基本没有作弊现象出现，保持了优良的实验风气。学生们能够认真独立地完成实验。对于动手能力较弱的学生，在同学和指导教师的帮助下，能够坚持独立完成实验。

3.4鼓励学生利用课余时间做实验

教学计划内的实验课时可以保证大多数学生按时完成实验。但为了能够给学生提供充分的实践机会，提高实验室资源的利用率，实验室对学生提供额外的开放时间。只要学生提出申请，就可以利用课余时间到实验室做实验。实验室开放采用网络化管理软件，实现网上预约实验，现场刷卡签到，为学生实验提供了方便。这样一些动手能力较差的学生可以多花时间保证按时完成实验。一些学习兴趣浓厚，刻苦钻研的学生，也可以有充足的时间更好的完成实验。对于额外利用课余时间做实验并表现突出的学生给予适当地加分鼓励。

4实验考核体系

4.1严格考察学生答辩演示，加强实验验收环节

实验结果验收环节是非常重要的。为了保证学生能够真正在实践中提高自己的动手能力，并且掌握相关的基本原理，必须抓好实验验收环节。在实验结果检查时，需要检查所有的电路设计文件、仿真波形和实验台演示的完成情况。并且每个学生要讲述实验原理、分析仿真波形、阐述有哪些独特的设计之处或者改进之处。并且对每个学生提出5到10个问题。学生现场答辩演示情况可以反映出学生独立思考、独立分析问题和解决问题的能力，能够直观地了解学生是否能够学以致用，达到提高实践动手能力的目标。对于答辩演示不合格的学生给予警告，并根据具体情况决定是否给予再次答辩的机会。另外，在平时的实验过程中，指导教师需要经常与学生交流，这样可以跟踪学生的实验状况，是实验考核的重要参考依据。

4.2建立量化的成绩评定方法

考核是检查和评价教学质量的重要手段。计算机组成实验课的主要内容是在EDA实验台上设计并实现一个8位的基本模型机，实验课程成绩评定结果共分为5个级别：优、良、中、及格和不及格，主要由学生的预习情况、现场表现和实验报告三个成绩综合评定。其中，现场表现成绩为主要评分依据。实验成绩的具体考核方式为：

(1) 预习情况占20%，具体考查项包括实验准备情况和预习报告完整性。

(2) 现场表现占60%，具体考查项包括实验规范性、实验原理掌握、调试排错能力、操作熟练程度、演示与答辩和设计创新能力。

(3) 实验报告占20%，具体考查项包括报告内容完整性、报告内容组织结构、报告文字表述、实验过程与分析、图表规范性和字迹与版面。具体的评分标准采用传统的加权计算方法。

实验成绩的计算方法不复杂，但由于各项成绩考核主观性比较强，因此各项成绩评定本身难度较大。尤其是现场成绩评定。在考核过程中，为了减少主观评价的不稳定因素。应该根据现场成绩考核细则制定非常详细的现场考核依据。例如，实验完成的次序，回答问题正确的个数，错误的个数，演示过程中出现的错误个数，与教师交流的次数等。考核依据尽量量化。这样记录方便，评定结果一目了然，是建立客观公正实验考核体系的有效方法。

4.3实验教师队伍建设

实验教师的素质是保证实验教学质量的关键。为了提高实验教学质量，我们不断壮大实验教师队伍，提高实验教师的能力，建设先进的实验教师团队。经过多年来的实践，我们总结出高效的实验教师队伍建设经验。主要有：

(1) 提高实验教师专业能力。我们实验室的教师整体具有较高的学历和职称，都具有硕士学历或中级职称。大多数教师为在读博士。教师的专业能力较好，给实验教学质量提高提供了保障。

(2) 实验教师队伍组织科学化。计算机组成原理实验课和其他硬件系列实验课程都由教学小组完成。每个教学小组由两位教学经验丰富的老教师和两名年轻的教师组成。充分发挥老教师教学经验丰富和年轻教师干劲十足的优势。从实验原理讲解、实验过程指导、实验结果验收、实验报告批改等各个环节，充分发挥教学小组的优势，保证实验教学质量。

(3) 积极从事实验项目开发和教材编写工作。多年来，我们的实验室教师积极参加学校的实验室教改项目，编写实验讲义和指导书，编写出版了《数字电路与可编程技术实验教程》，在实验过程中取得了良好的效果。

5结束语

近年来，我院不断推进“计算机组成原理实验”等一系列硬件实验课程的改革，并取得了一定的经验。学生整体的实践动手能力得到提高，在学科竞赛、科研训练、课程设计、毕业设计以及就业方面都取得了明显的成绩。“计算机组成原理实验”是一门非常重要的计算机专业实验课。提高课程教学质量是一项长期的任务，随着计算机技术的不断发展，新的实验设备和实验技术将会引入到实验教学中，为实验教学改革提出了挑战和契机。实验教师应该在实验教学过程中，根据实验效果和学生的反馈意见不断修订实验内容，开发经典的实验项目，丰富实验教学方法，建立科学的考核体系，切实提高计算机组成原理实验的教学质量，提高计算机本科学生的实践动手能力和创新能力。

参考文献：

[1] 颜俊松. 计算机组成原理实验教学研究与探索[J]. 重庆文理学院学报(自然科学版),2008,27(1):101-102.

[2] 任春明,刘军. 计算机组成原理实验教学的思考与改进[J]. 实验技术与管理,2006,23(10):110-111,142.

[3] 方恺晴,张洪杰,方红. 关于提升“计算机组成原理实验”课程教学质量的探讨[J]. 实验室研究与探索,2008,27(3):97-100.

Discussion on Enhancing the Teaching Quality about Computer Composition Principle Experiment

FU Xiao-jing, WU Jun-peng, CHENG Xu-hui

(College of Computer Science and Technology, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Abstract: Based on the practical teaching experience, we did some research and exploration to enhance the experimental teaching quality of the computer composition principle experimental course, which was discussed in this paper from some aspects such as experimental contents,teaching methods, experimental result examining, grade assessment and the organization of the faculty.

Key words: computer composition principle; experimental teaching; teaching quality