“計算機體系結構”國家精品課程的特色與建設經驗

摘要：“計算機體系結構”課程是普通高等學校計算機科學技術專業本科生的專業基礎和核心課程。國防科技大學在多年的教學實踐中，積極進行教學改革和實踐，在教學內容、師資隊伍、教材建設、教學手段與方法、實踐條件、質量管理等多方面成果顯著，形成了自己的特色和優勢。

關鍵詞：計算機體系結構；課程特色；國家精品課程；建設經驗

中圖分類號：G 文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）07-0027-03

1 引言

“計算機體系結構” 課程是普通高等學校計算機科學技術專業本科生的專業基礎和核心課程。國防科技大學計算機學院作為我國高性能計算機研發和全軍高水平計算機人才的培養基地，十分注重“計算機體系結構”課程建設，在教學改革、師資隊伍、教學內容、教學條件、教學方法等多方面成果顯著，形成了自己的特色和優勢。該課程一直被列為學校的重點建設課程，2004年入選軍隊院校優質課程建設計劃，2005年被評為軍隊優質課程和國家精品課程。

“計算機體系結構”課程主要介紹計算機系統設計所必須了解和掌握的基礎知識和專業知識，包括計算機體系結構的基本概念、設計原則、關鍵技術以及性能評價方法等，內容多、涵蓋廣、系統性強。課程的主要目標是使學生能夠系統全面地理解計算機體系結構技術的基本思想，具備衡量工藝、性能、價格、主流技術等多種因素對設計計算機系統的影響和判斷能力，具備合理設計計算機系統以及對計算機系統進行定量分析評價的能力。

2 課程主要特色與經驗

2.1 注重教學科研相結合，深化教學改革，更新課程內容

作為擔負著國家和軍隊計算機及其相關領域重點科研任務的研制單位，國防科大計算機學院取得了豐碩的成果。同時，學院積極推動課程教學改革，積極吸收國際上計算機體系結構領域以及學院科學研究中的先進成果，不斷將計算機體系結構主流思想和創新思想引入到課堂之中，更新課程內容，形成教學科研的良性互動。而且，為使學生更好地理解和加深對課程內容的理解，學院也有意識地促進學院內部人才流動，讓具有參與大型工程項目的經驗的教師直接走上講臺參與教學工作，將其在科研實踐中積累的經驗帶入課堂，更新教學內容。正是通過這種良性互動，使“計算機體系結構”課程內容常教常新，促進了課程的全面建設，提升了課程的內在品質和生命力，保持教學內容的穩定性和先進性協調發展。

2.2 注重高水平師資隊伍建設，確保教學質量

計算機體系結構學科與課程建設是在我國電子計算機事業的開拓奠基者、國防科技大學計算機系第一任主任、中國科學院學部委員慈云桂教授的領導下建設和發展的。從課程設立到現在，學院十分注重師資隊伍建設，把建設高素質、高水平的師資隊伍作為提高教學水平、確保課程建設和教學質量的基礎。經過多年教學和科研實踐，形成了一支以兩院院士領銜、以博士為主體、主管教學副院長負責、擁有全軍優秀青年教師、全國高校優秀骨干教師、學校優秀教師的高水平師資隊伍。另外，中心實驗室負責實驗教學和實踐的教師與工程師12人配合課程的教學，每年還安排計算機系統結構方向博士研究生及碩士研究生10人左右參加輔導答疑和批改作業。課程負責人及主要骨干教師先后到美國、加拿大、荷蘭、英國、日本、澳大利亞等計算機科學技術發達國家的著名大學考察調研，或做訪問學者；教學梯隊年齡結構合理、學術層次高、學緣結構良好、可持續發展能力強。教員的數量和質量完全滿足講授、輔導和實驗等各個環節的教學任務。

在師資隊伍建設過程中，始終堅持教學科研緊密結合這一優良傳統，使教師在承擔教學工作的同時承擔多項計算機體系結構方向的科研工作。研究方向覆蓋了計算機系統結構二級學科下的各個領域，在“銀河”巨型機等大型型號任務的研制中承擔著重要任務，發揮了巨大的作用，取得了豐碩的成果，同時也極大地促進了課程建設水平的不斷提高，確保了課程質量。

2.3 自編與引進相結合，加強高水平教材建設

多年來，學院確立了“突出素質教育和創新能力培養”、“穩定性和先進性相協調”和“自編與選用相結合”的教材選編和使用原則。在課程建設初期，學院結合當時國際計算機科學技術的發展趨勢，特別是自主研制銀河系列巨型計算機及各類計算機的科研技術成果和跟蹤技術前沿的情況，將科研實踐最新技術和成果與教材建設結合起來，使計算機體系結構課程的教材始終保持領先水平。在此基礎上，在國內率先編寫出版了“計算機體系結構”教材（國防科技大學出版社，李勇、劉恩林著，1988年）。該教材多次修訂再版，在國內20多所學校使用，多次被評為學校優秀教材。

在教材引進方面，學院持續跟蹤國際最新發展，數度引進國際公認并被廣泛采用的Computer Architecture: A Quantitative Approach系列原版教材，在教學實踐中應用消化，同時將學院在計算機體系結構和微處理器設計方面的最新研究成果及時補充進教材之中。通過“引進—消化—編著”的多次迭代，2000年出版了《計算機體系結構》（高等教育出版社，普通高等教育“九五”國家級規劃教材，即面向21世紀課程教材，張晨曦、王志英等編著）。該書2002年獲得全國優秀教材二等獎，共印刷6萬多冊，被20多所大學作為教材使用。2004年，《計算機體系結構》第二版再次被列入普通高等教育“十五”國家級規劃教材，并于2005年6月由高等教育出版社出版。

2.4 注重現代化教學手段建設和教學方法研究，不斷改善教學效果

為改善教學效果，提高教學水平，“計算機體系結構”課程組不斷改革教學手段，研究實踐教學方法，在國內率先研制成功我國第一套計算機體系結構多媒體教學課件，該課件將學院幾代教師積累的科學教育思想和教學經驗涵蓋其中，精選動畫200多個，通過動畫、語音和文字三結合的方法，將一些重點、難點和疑點用鮮明的色彩、形象的架構、動態的演示予以展現，達到寓教于樂、事半功倍的效果，深受學生的歡迎。

不斷加強網絡課程建設，“計算機體系結構”網絡課程2002年入選教育部“新世紀網絡課程建設”。網絡課程不但包含了豐富的教學資料（如教學大綱、多媒體課件、課程實驗所需軟件等），同時還配備了大量高水平的動畫學習課件，幫助學生更快更好地掌握重點、難點內容。教師組還依托學校數字化校園網絡教學平臺，積極開展實時討論、輔導答疑、提交/批改作業、模擬考試等教學活動。

多媒體課件和網絡課程的建設，極大地提高了學生的學習興趣，加強了師生交流，提高了教學效果和教學質量。

2.5 構建課程建設基礎平臺，強化實踐環境

學院十分注重多層次實踐體系的建立，通過多種途徑構建課程建設的基礎性平臺。在實踐體系方面，學院將實驗分解為一般性課內實驗、綜合性課程設計、小型科研課題以及大型科研課題，這些實踐環節各有側重，難度由淺入深。學生既可依托課程實驗加深對所學知識的理解，又有機會參與和感受計算機體系結構和微處理器設計等方面的科研實踐。在這種多層次的綜合實踐體系中，學生不僅可在信息系統設計、系統分析、系統集成、系統評估等方面有所收獲，同時又培養了學生參與現代大型工程項目所必備的團隊合作和頑強拼搏精神。在課堂教學方面，為配合課程教學，學院還自主開發研制了計算機系統綜合實驗平臺，精心設計了相關實驗內容。在前導課程實驗的基礎上，學生可在較短的時間內完成流水線和存儲層次的FPGA實現，在交互式演示和軟件模擬的基礎上，進一步發展到FPGA設計和實現，強化了實驗效果，增強了課程效果。在課外研究方面，課程組教師向學員提供大量最新的高水平文獻資料，方便學生開展課外學習和自主研究活動。這些活動的實施，為培養學生的綜合素質創造了良好的條件，也為計算機體系結構課程的不斷發展奠定了基礎。

2.6 規范教學管理，保證教學質量

嚴格規范的教學管理制度是教學質量的保證，學院在1999年通過了ISO 9000質量管理體系認證，并借鑒其“過程化管理、按要素評估”的思想，將其成功應用于教學過程的各個環節之中。學院根據教學規律特點，將教師的授課過程分解為教學準備、課程試講、課程實施、課程評價、課程考核、課程總結等環節，按環節提出目標任務，學院通過教學督導組和教學指導委員會進行動態跟蹤、全面監控，及時發現問題，解決問題。通過該體系的實施，增強了課程準備的針對性，積累完善了教學檔案資料，規范了教師的教學活動，培養了年輕教師，保證了教學質量穩定提高。

3 結束語

計算機體系結構是計算機科學與技術學科發展的重要動力和研究方向，處于不斷的變革之中，只有不斷深入開展計算機體系結構課程教學研究，緊跟學術前沿，改革創新，把它作為一個系統工程來進行研究和部署實施，合理取舍教學內容，全面加強師資隊伍建設，采取科學的教學方法和手段，重視實踐教學，才能真正起到培養合格人才、提高教學質量、推動學科發展的作用。

參考文獻：

[1] 王志英，寧洪，等.綜合型人才創新能力與素質培養[J].《高等教育研究》，2005，（2）.

[2] 王志英，寧洪，戴葵. 強化計算機專業實踐教學[C].2004全國高校計算機系主任論壇論文集，2004.

收稿日期：2007-1-17

作者簡介：錢程東（1975-），男（滿族），河北秦皇島人，工程師，碩士，研究方向為計算機應用。