面向物联网工程专业的《计算机组成原理》课程教学改革

摘 要：物联网专业课程设置有其自身特点，如何根据此特点对“计算机组成原理”进行课程教学改革，以满足物联网专业的人才培养方案和人才培养目标，作者在教学过程中做了有益的探索和思考，提高了教学质量，为学生后续课程的学习打下了良好的基础。

关键词：计算机组成原理；物联网工程；人才培养；教学探索

中图分类号：TP3-05 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）12-0-02

0 引 言

物联网工程是一门覆盖范围很广的综合性交叉学科，涉及计算机科学与技术、电子科学与技术、自动化、通信工程、信息安全等诸多学科领域，拥有广阔的应用前景。

自教育部2010年批准设置“物联网工程”专业以来，国内很多高校陆续开设了“物联网工程”专业，我校于2013年也开设了此专业。

目前，高校的《计算机组成原理》课程主要是在计算机科学与技术、软件工程和网络工程等专业中开设，相关教学改革研究也主要针对上述计算机类专业展开。由于“物联网工程”是一个新兴专业，如何针对“物联网工程”专业展开《计算机组成原理》的课程教学改革，值得高校从事《计算机组成原理》教学的教师们思考和探索。

本文就如何结合物联网行业的特点，针对新开设的“物联网工程”专业的培养方案、人才培养目标及教学计划，对《计算机组成原理》课程的教学改革展开了研究和探索，努力让这门理论性较强的硬件核心课程和“物联网工程”专业人才培养模式相结合，为学生学习本专业后续其他硬件课程打下良好基础，培养出高质量的物联网工程应用人才。

1 《计算机组成原理》课程现状

首先，《计算机组成原理》课程在“物联网工程”专业出现之前，主要是在“计算机科学与技术”“网络工程”“软件工程”等信息类专业中开设，这些专业以培养应用软件开发人才为主，所以《计算机组成原理》这门硬件类课程在这些专业的学生眼中就没有那么重要，学生的学习心态普遍是能学多少算多少，大多数学生不会在教师讲授之余，花更多时间和精力去学习这门课程。这些专业的学生更重视《数据结构》《数据库原理》《操作系统》《计算机网络》等课程。

其次，教师在讲授这门课程时，教学重点一般都放在诸如计算机中的信息表示方法、馮·诺依曼机工作原理、运算器和运算方法、指令系统等与软件开发相关的教学内容上。对于输入输出设备、中断系统、CPU和存储器的连接等硬件设计相关知识进行弱化，不做重点讲解。

最后，由于现在的计算机科学与技术以及相关专业的学生对自己未来的职业规划更多地定位在相关应用软件的开发上，所以他们关心的重点是最新的软件技术发展、最新的算法和信息处理方法等，对硬件技术的最新发展了解不多。同时，授课教师在讲授《计算机组成原理》课程时并未将最新硬件技术与该课程紧密结合，很多仍以PC机为硬件实例，对“物联网工程”中使用最多的嵌入式系统几乎不做讲解，包括指令系统也以CISC为主，对RISC只做简单介绍。

综合分析来看，传统的《计算机组成原理》课程教学方法已经不适应“物联网工程”专业的教学，必须做相应的课程教学改革，以适应“物联网工程”专业的人才培养目标。

2 物联网工程专业的《计算机组成原理》课程改革

2.1 教学内容要适应物联网工程的特点

“物联网工程”是一门多学科融合的专业，专业课程开设以硬件类课程居多，尤其侧重计算机硬件底层设计，所以《计算机组成原理》课程必须把教学内容重点放到与硬件相关的知识点上来，构建适用于“物联网工程”专业的《计算机组成原理》课程的教学内容，以适应“物联网工程”专业的特点，使本课程能更好地为“物联网工程”专业学生后续课程的学习打下坚实的基础，满足“物联网工程”专业的人才培养方案与人才培养目标，满足物联网行业的整体发展趋势和人才市场的需求。

物联网技术使用的计算机是嵌入式系统，常采用精简指令系统计算机（RISC），在应用过程中采用硬件裁剪技术，有大量I/O接口等，包含多核、并行、流水线等知识点。但这些内容在传统的《计算机组成原理》课程中很少涉及，在面向“物联网工程”专业的《计算机组成原理》课程中必须进行教学内容的调整与增加，并且将其作为重点讲解内容，结合“物联网工程”专业的需要对教学内容进行合理剪裁与组织。

2.2 教学方式要适应“物联网工程”专业的特点

“物联网工程”专业是工程实践性很强的专业，所以在《计算机组成原理》教学过程中应突出应用和工程实践的特点，把能力培养与理论知识的传授结合起来。

从宏观上看，几乎任何一个物联网工程的应用产品都是一个计算机嵌入式系统的应用产品。所以在讲授《计算机组成原理》课程时，必须以始终贯穿工程思维的方式来引领教学，教师要尽可能地结合实际的计算机嵌入式系统产品来讲解理论知识，尽可能地要求学生站在一个工程师的角度思考：如何设计一个计算机嵌入式系统？在设计一个计算机嵌入式系统时应包含哪些基本部件？各部件连接时需要解决哪些问题？把《计算机组成原理》中各章节的理论放到这一系列问题中讲解。教师在学生积极思考后进行理论讲解，使学生更好地掌握《计算机组成原理》相关知识点，学到相关理论和方法。这种以“工程思维”作为引领的教学方法能使学生带着问题学习，真正激发学生的学习兴趣，。

比如，在讲解总线时，选择嵌入式系统中用到的I2C、SPI、CAN等总线应用作为实例来讲解总线的工作原理；在讲解中断系统、I/O接口的工作原理时，使用相应的EDA软件仿真演示某些具体计算机应用产品中的中断系统和I/O设备，使抽象的理论具体化、生动化。

通过教学方式的改变，让学生形成一种“工程思维”的方式，了解作为一名工程师的设计思路和设计理念，为学生今后成为合格的工程师打好基础。

2.3 实践教学环节要适应物联网工程的特点endprint

“物联网工程”专业设置的课程大多是强调动手能力的硬件课程，目的是培养以物联网项目为开发目标的硬件工程师，所以实践教学环节尤为重要。《计算机组成原理》课程实践教学环节改革的主导思想是：通过实践教学使学生进一步消化理解理论课程内容，培养学生的实际动手能力，建立嵌入式计算机系统概念。

为实现这一目标，首先抓好基础性、验证性试验如“数据通路”“存储器实验”“运算器实验”等，为后续的设计性、综合性实验打下良好的基础。

在“设计性、综合性、创新性”实践环节中，强调学生以具体的实验和工程项目设计为核心，坚持“做中学”的原则。在《计算机组成原理》具体实践教学中，我们把实验和工程项目的设计始终贯穿在整个教学活动中。在工程项目设计实践中，我们要求学生以小组为单位设计完成一个简单的计算机组成原理项目，要求学生能够利用已掌握的知识独立设计一个计算机最小系统，通过Proteus仿真软件正确连接CPU、存储器、I/O接口、输入输出设备，更好地发挥学生的主观能动性和设计能力，真正把理论和实践相结合，通过实践教学透彻理解《计算机组成原理》的理论知识。

3 結 语

针对“物联网工程”专业的特点和后续课程学习的需要，对《计算机组成原理》课程进行的教学改革，是一个需要不断思考和探索的过程。通过总结经验，实现理论教学和实践、创新能力并重的多方位教学模式，制定出符合“物联网工程”专业特色的《计算机组成原理》课程工程教育模式，尽力做到以工程项目设计和实验为中心，完成教学目标，取得更好的教学效果，提高学生的学习兴趣，为学生学习后续课程奠定扎实的理论和实践基础。

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