ＣＣ２００５的計算機學科硬件與結構課程群改革探索

文章編號：1672-5913(2008)08-0137-02

摘要：本文針對我國高校本科計算機專業建設的現狀，分析了CC2005中關于計算機硬件與結構方面知識需求與知識空間的構架，提出基于CC2005的計算機學科“硬件與結構”方向課程群的概念，并對該課程群的核心課程與選修課程提出組織與改革方法。

關鍵詞：CC2005；硬件與結構；課程群

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1引 言

目前，隨著網絡化和信息化的發展，計算機軟件領域的課程，尤其是網絡和網絡應用類課程，越來越得到各個高校的重視，國內很多高校的計算機專業逐漸轉變為“軟件工程”和“計算機科學”方向，過分強調軟件與應用，而缺乏計算機體系結構、計算機組成與結構等硬件方向的培養。但是，從就業市場反饋的信息看，計算機軟件人才已經供大于求，而熟悉硬件開發應用或軟硬件結合的人才則供不應求。市場的需求驅使我們深思，如何構建符合市場需求、有一定市場競爭優勢的計算機人才培養模式。在CC2001和CC2005計算機本科教學參考計劃的啟迪下，在目前我校開展的教學內容課程體系改革實踐中，結合2005年在武漢大學召開的“全國計算機學院院長和系主任會議”和華中科技大學召開的“計算機硬件與實驗教學研討會”以及2006年1月在哈爾濱工業大學召開的“首屆全國計算機教育論壇”會議的有關精神，我們嘗試性地提出了基于CC2005的計算機專業“平臺＋模塊”課程教學體系，并進行了課程群改革與建設，本文僅探討該課程教學體系中“硬件與結構”課程群。

2課程群的組織

根據CC2005和CC2001的體系結構，計算機硬件與結構方向知識點包括的核心內容包括：數字邏輯、數據在機器中的表示、匯編級機器組織、存儲組織與結構、人機交互、機器功能結構、多處理機技術等，而高性能系統、網絡與分布式系統結構是選修內容。這些知識在CC2005中定義為：

●AR1. Digital logic and digital systems [core]

●AR2. Machine level representation of data [core]

●AR3. Assembly level machine organization [core]

●AR4. Memory system organization and architecture [core]

●AR5. Interfacing and communication [core]

●AR6. Functional organization [core]

●AR7. Multiprocessing and alternative architectures [core]

●AR8. Performance enhancements [elective]

●AR9. Architecture for networks and distributed systems [elective]

在目前國內的普通高校本科“計算機科學與技術”專業中，上述這些“計算機硬件與結構”方向的核心和普通知識點一般體現在以下幾門課程中：“數字邏輯(數字電子技術)”、“計算機組成原理”、“微機原理”、“微機接口技術”、“匯編語言”、“計算機系統結構”。在實際教學過程中，各門課程相互之間內容銜接較多，重復之處也比較多，各個學校一般是按照自己的教學大綱和計劃對各門課程的內容進行劃定，往往缺乏系統性和科學性。這些課程中普遍存在的一個問題是學生學習沒有興趣，教師上課缺乏激情的情況。很多高校在學生對教師的評價中，講授此類課程的教師往往得分比較低。究其原因，是現有的課程和教材內容陳舊，遠遠落后于現代計算機硬件技術的發展；課程組織缺乏系統性，某些知識點在多門課程中反復出現；而某些知識點缺乏前導，造成斷層。

對此，我們提出了以專業需求為基礎的“平臺＋模塊”人才培養模式，以CC2005的五個知識層次中的核心內容構建學科平臺，以不同的專業需求方向構建專業模塊。下面重點討論CC2005構架下的計算機學科“硬件與結構”課程群。此課程群包括：計算機組成原理、硬件知識和系統結構方面的課程，核心課程為“計算機組成原理與結構”、 “匯編語言與微機接口技術”，選修課程為“計算機系統結構”、“單片計算機應用技術”、“分布式系統結構”、“嵌入式系統”、“VLSI設計”等課程。從“平臺＋模塊”整體培養模式考慮，將“數字邏輯(數字電子技術)”歸入“數字技術與模擬技術”課程群。

2.1核心課程

在新的“硬件與結構”課程群中，根據CC2005精神，將“微機原理”、“匯編語言”、“微機接口技術”、“計算機組成原理”四門課程系統地整合為“計算機組成原理與結構”、“匯編語言與微機接口技術”兩門課程作為課程群內核心課程。新舊課程體系的邏輯關系如圖1所示。

圖1 新舊課程設置對應關系

“計算機組成原理與結構”課程重點介紹單處理器計算機的組成原理與結構體系，包括數據在機器中的表示、總線系統、外圍設備接口、存儲器組織與結構、指令系統、中央處理器(含運算器與控制器)、流水與并行處理等內容。其中重點是數據在機器中的表示、總線系統、存儲器組織與結構、中央處理器等內容。

“匯編語言與微機接口技術”將匯編語言程序設計和微機接口技術融為一體。根據CC2005精神，本課程中先介紹微型計算機原理、匯編語言，在此基礎上講授匯編程序設計技術、微機接口技術(包括典型接口如并行、串行、定時、DMA、中斷、A/D及D/A)以及新型的USB和IEEE1394接口技術。

2.2選修課程

根據CC2005精神，“硬件與結構”課程群還應該包括“計算機系統結構”、“單片計算機應用技術”、“網絡與分布式系統”、“嵌入式系統”、“VLSI設計”等選修課程，整個課程群概貌如圖2所示。在本課程群建設中，首先對于各門選修課程的內容與組織進行系統地規劃，注意先導和后續，同時避免重復和脫節現象。在課程的教學中，采用靈活的教學方法和教學形式，包括小組討論、專題報告、大作業、專業論文等形式，注重學生學習的主體作用，重點培養學生的創新性與自主學習能力。

2.3一體化的實驗與課程設計改革

在“硬件與結構”課程群建設中，強調的是“實踐教學”的重要性。在本課程群建設中，不是以單一的課程為單位設計實驗，而是按照整個課程群來設計一體化的實驗環境與實驗內容，將匯編語言方向、微機接口方向、組成原理方向的實驗有機地結合在一起，創建良好的實驗環境，靈活運用實驗室、開放式實驗室、實習基地等多種手段，盡量多地為學生創造條件，同時通過實驗課程、開放實驗、大作業、課程設計、競賽等多種手段和形式培養學生的研究能力與團隊精神。

圖2 “計算機硬件與結構”課程群概貌

3進一步的思考

●課程群設置與專業培養計劃的關系

課程群在構造和設置的時候，需要與整個專業人才培養計劃相適應，構建基于CC2005“平臺＋模塊”的教學模式為課程群的教學改革奠定了基礎，在新的課程群設置中，以學科方向和模塊為核心，凝聚課程群的設置，同時將其與專業培養計劃相適應。在設置課程群的時候，打破“系、專業”的限制，使不同專業的教師根據學科課程方向凝聚一起。

●不同課程群之間的銜接關系

在“計算機硬件與結構”課程群建設的過程中，另外一個重要的問題是各個課程群之間的銜接關系。正是因為課程群的設置和建設關系到整個專業的培養計劃，“計算機硬件與結構”的課程群在設置的時候，將計算機硬件方向另外一個專業基礎課程“數字邏輯”(或“數字電子技術”)劃入另外一個課程群“模擬與數字電子技術課程群”。因此不同的課程群在建設的時候，也需要注意課程群與課程群之間的銜接關系，考慮整個學科系統的有序、協調發展。

●課程群內核心課程與選修課程之間的關系

“計算機硬件與結構”課程群在建設的時候，還必須注意內部核心課程“計算機組成原理與結構”、“匯編語言與微機接口技術”與其他選修課程群之間的內容銜接和側重點，既要保證核心課程的課時與內容，也同時需要根據學科方向的發展，及時開設反映最新技術成果的選修課程，這樣才可以培養符合社會需求的人才。

●課程群內容的更新

如何根據計算機學科發展以及信息科技發展情況，及時、動態地調整課程群內核心課程、選修課程的設置，甚至每一門課程具體內容的設置，將是課程群建設的一個重要內容。

參考文獻

[1] 李曉明. 關于計算機教育的情況及幾點認識[C]. 首屆全國計算機教育論壇報告，2006.

[2] 中國計算機科學與技術學科教程2002研究組. 中國計算機科學與技術學科教程2002[M]. 北京:清華大學出版社，2002.