拒絕平庸 打造精品

早在1990年，我就開始對計算機系統結構課程的教學進行改革。當時國家對精品課程的重視程度不如現在，教學工作一向是吃力不討好。但我憑著對教學工作的熱愛，進行了一系列大膽的改革。我打破以往學生抄黑板做筆記的傳統模式，嘗試用幻燈片教學，并把教案打印出來分發給學生，大大提高了教學效率，收到了很好的教學效果。1992年，我負責開發出了國內第一套計算機組成與系統結構的多媒體CAI課件(含30個動畫)，在清華大學、北京大學、北航等全國近20所高校獲得應用。當時的開發沒有得到經費支持，我就利用科研項目結題后剩余的經費來支持CAI課件的開發。

針對學生習慣按自底向上的方式思考問題的現狀，結合系統結構課程教學的定位，我特別強調培養學生從總體和系統的角度來分析和解決問題的能力、自主創新能力和抽象思維能力。學生既要有系統的觀點，把握全局，又要有層次的概念，分而治之。每當第一次課時，我總是用自己的成長經歷和從事科學研究的經驗體會作為例子，給學生作一個“從總體的角度看問題，全面提高自己的綜合能力”的報告。用生動的事例打動和感染學生，講解如何提高自己的生存和競爭能力、自學能力、創新能力以及人文素質等。我強調要拒絕平庸，要有充分的主動性，要竭盡全力等，給學生留下深刻的印象。第一次課往往是教學中最重要的一課。

計算機系統結構是一門比較難講的課程，不僅概念多，而且許多內容比較抽象，難以理解。經過20年的教學實踐和摸索，我總結出了一套非常適合于該課程的教學方法，包括動畫解析教學法、關聯類比法、自頂向下逐層展開法、Learning by Abstracting、Learning by Teaching等。

動畫解析教學法是用大量生動、易懂的簡單動畫，逐步、細致地解析和講解教學內容，把動態的教學過程呈現在學習者眼前。它與普通的多媒體教學不同，強調采用大量動畫解析教學內容，呈現給學習者動態的教學過程，而不是靜態的教學材料。我精心設計和負責開發了200多個動畫，這些動畫把抽象、枯燥的說教變為形象生動的動態展示和講解，作用也由以往的“被動”查詢上升到“主動”講授，活躍了課堂氣氛，增加了學習趣味性；課后學生自主學習和復習，寓教于樂，有效地提高了教學效率，取得了良好的教學效果。包含這些動畫的課件已經在50多所學校中得到了應用，得到了廣大師生和有關同行專家的高度評價。

關聯類比法是把該課程中的一些概念、設計策略和思想與現實生活中的生動事例進行關聯和類比。例如：

Cache映象算法——閱覽室位置分配問題

所有位置都可以隨便坐，還是每個人只有一個位置可以坐？如果所有位置可以隨便坐(相當于全相聯映象Cache)，當要找一個人時，就要逐個詢問或廣播找人(開銷很大)；而如果只有一個位置可以坐(相當于直接映象Cache)，找人時只要到相應的位置去詢問即可。在緊急時，甚至可以拽著這個人往外跑，邊跑邊問他是否為所要找的人。對應于計算機中，就是把可能要找的數據先送給CPU，然后再根據比較結果向CPU報告剛才是否找對了數據。這就是前瞻執行。

替換算法——官位替換問題

若來了一位新官，要替換掉一位老官，誰下？

抽簽？輪流坐莊？看過去的業績？(隨機法、FIFO、LRU)

大概率事件優先——好鋼用在刀刃上

流水線技術——工業生產流水線

局部性原理——Windows 桌面(把最近常用的程序拖到桌面上)，衣柜(不同季節放的是不同的服裝)。

Amdahl定律——要有全局觀念，通盤考慮

自頂向下逐層展開法是按照層次結構來組織教學內容，采用“黑匣子”的概念自頂向下、從整體到局部逐層展開；抽象學習法是要求學生根據具體實例提煉概念和思想，這與系統結構是從系統這一級來研究計算機相吻合。

我很重視教材的建設，因為教材質量直接影響著課程質量。我們編寫的《計算機體系結構》教材(高等教育出版社出版)被列為“面向21世紀課程教材”和“十五”國家級規劃教材，該教材于2002年獲全國普通高等學校優秀教材二等獎，已被中國科技大學、浙江大學、國防科技大學、復旦大學、同濟大學等多所大學采用。在近半年的時間里，我們對國內外比較重要的十多本系統結構教材進行了對比分析，提出了更系統的知識結構體系，并在此基礎上編寫了面向重點大學的更全面的系統結構教材——《計算機系統結構》新教材，該書已于五月份出版，是“十一五”國家級規劃教材。

計算機系統結構課程的實踐教學在國內一直是一個難題，很多學校想開設實驗卻沒能開出，主要原因是做系統結構實驗的硬件復雜、成本高，而且不見得采用了硬件就能達到好效果。我們認為，該課程強調從系統級的層次來研究計算機系統，因此可以不必都在專門的硬件平臺上做實驗，在虛擬機上做實驗和進行軟件模擬也可以達到目的，而且可以節省實驗室的投入，靈活性也比較大。在實驗中，學生可以改變機器的結構和組成，改變所采用的方法，編寫和加載不同的負載程序，執行程序跟蹤和觀察機器的工作情況，并進行數據統計和性能分析。國外已有的幾個模擬器使用效果比較差，我們目前正在開發自己的模擬器。

在系統結構精品課程的建設過程中，我們打破了傳統的教學模式，采用了以學生為主體、教師為主導的“雙主模式”，這種模式把以“學”為中心的教學設計理論和以“教”為中心的教學設計理論相結合，既突出了學生作為學習主體的作用，也充分發揮了教師的主導作用。

我們提出并采用了三個1/3的新模式，把自主學習和專題研究學習放在了與課堂講授同等重要的位置上，三者并舉：

啟發式課堂講授：1/3(占總時間的1/3)

自主學習：1/3

專題研究學習：1/3

我們建設了系統結構課程的精品課程網站：www.GotoSchool.net。該網站是目前全國同類課程中最好的。