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摘要:在新工科的背景下，为了提高学生们的系统设计能力以及各方面的素质，本文研究了《计算机组成原理》课程在理论教学和实践教学过程中的部分实施细节和组织方法，并给出了具体的实现范例；讨论了理论教学与实践教学相结合的重要性，列举了课程思政的引入实例。结果表明，新方案切实可行，能达到既定的实现目标。
关键词:计算机组成原理；系统能力培养；课程思政；新工科
1引言
为适应时展，需要培养高素质人才。教育部于2017年开始推进新工科建设，通过一系列研讨会，达成了若干共识。在共识的指导下，学校和教师们积极开展相关教学研究[1]。新工科背景下，计算机类专业教育中的系统能力培养尤为重要[2]。以《计算机组成原理》课程理论和实验教学为中心，通过夯实基础、拓宽应用、积极实践等途径，激发学生创新思维、打牢学生专业基础是提高计算机类专业学生系统设计能力的重要保障。目前，以《计算机组成原理》课程改革助推系统能力培养为主题的相关研究已广泛开展。大多数的教学改革研究以实践教学为突破口[3-4]，或者以理论教学方式的改革为研究重点[5-6]，讨论教学实施细节的论文相对较少。本文以《计算机组成原理》课程理论和实践教学的实施为主线，着重讨论在知识点讲授过程中教学方式和组织方法的运用问题。
2理论教学的三重奏
系统能力培养着眼于整体，不仅要求学生理解计算机硬件系统中各组成部分的关联，而且要明确软/硬件接口及硬件系统和软件系统协同工作的过程[7]。为了提高学生对系统的整体认识，培养学生发现问题、解决问题的能力，建议在关键知识点讲授完成后，加上三个环节，分别是总结、思考和拓展。三个环节的加入要以提高学生系统设计能力为出发点，合理安排。例如在补码的移位规则讲完后，可以进入如下环节。（1）总结。要求学生总结移位规则；同时，在总结规则时，要考虑如何实现，即这种移位方案是否容易实现，实现的效率是否可观等。通过总结环节，能加深学生对移位规则的理解，提高他们解决实际问题的能力。（2）思考。让学生思考这种移位操作是否会发生溢出，如何判断溢出，如何处理溢出。通过这一系列的思考，一方面重温了前面已经讲过的关于溢出的知识点，促进学生深刻理解溢出含义；另一方面建立了知识之间的关联，引发学生对相关知识的思考。思考环节的积极开展能提升学生发现问题的能力。（3）拓展。拓展问题很多，按照层次划分可以有这样几个。无符号数的移位规则是什么？移位对数值的大小是否有影响，是如何影响的？C语言中的移位操作是如何描述的，它对应了当前学习的哪一种移位运算？如何用逻辑器件实现移位（答案不唯一，鼓励学生提出多种实现方案）？通过拓展，让学生进一步建立了软件和硬件协调工作的整体概念，系统设计的理念更加清晰。通过理论教学的三重奏，学生们巩固了所学知识，明确了系统的整体概念，创新意识被有效激发。
3实践教学的具体设计
为保证实践教学顺利开展，且起到较好的教学效果，要做好实验题目的的设置和实验过程的组织工作。（1）实验题目从分到合。依据由简至难的原则，合理设置实验题目，先安排学生做各个模块的实验，最后完成CPU设计与实现。实验题目的具体设置，需要根据学生程度，弹性安排。教学过程中，如果基于基础较差，或者没有数字逻辑实验基础的教学对象，建议将教学目标设定为实现简单CPU的设计实现，安排分实验题目时对应要简单一些。而针对基础好的、具有扎实的数字逻辑实验基础的学生，建议以实现基于MIPS的多周期的CPU设计或者带流水线的CPU设计为教学目标，依据教学目标，合理安排各模块的分实验。（2）实验分组从合到分。在一次授课过程中，将面对几十个授课对象，他们的知识基础参差不齐。建议在实践教学实施过程中采用分组和独立相结合的组织模式。在进行各个模块的分实验时，可以采用分组原则，培养学生团队意识，通过帮扶，让各组的每个学生都能完成既定任务，尽量不让一个学生掉队。为了防止“搭车”情况出现，可以在每次任务完成后，随机挑选学生验收。保证每个学生都具有基本的设计实现能力后，可以综合实验时取消分组，每个学生独立完成自己的CPU设计，有助于学生展示个性，巩固知识。
4理论与实践的结合
理论和实践的结合至关重要，它们互相补充，相互促进。这不仅能提高学生们的系统设计能力，更可以在理论与实践的结合处合理地引入课程思政，真正培养高素质人才。教师在授课过程中，可以将理论教学的三重奏之拓展作为理论教学和实践教学的结合点，从拓展中引出设计，再利用实践结果验证设计，依据实践结果可以对设计中不合理的地方进行改进，再实践验证。如此反复，直到找出自己认为是最佳的解决方案。如上所述，一方面，重复的设计验证过程加深了学生们对理论知识的理解，提高了学生们解决具体问题的能力。另一方面，通过理论教学和实践教学的有机结合，能激发学生潜能，培养他们的创新思维。当学生们遇到困难时，要积极鼓励，培养他们坚韧不拔的品格；让他们明确事物的发展是波浪式前进，螺旋式上升的，做各项工作要具有工匠精神，精益求精。
5结束语
在充分认识新工科背景下系统能力培养重要性的基础上，本文给出了《计算机组成原理》课程的理论教学和实践教学的组织方案，讨论了理论教学和实践教学相结合的重要性。通过举例分析，可以看出该方案的实施不仅有利于培养学生们的系统设计能力；而且通过引入课程思政，能真正提高学生们各方面的素质。
作者:王建东 邹惠 单位:河北地质大学信息工程学院
