“并行系統結構”的教學體系建設與實踐

　　摘要：本文通過分析“并行系統結構”課程的特點和在教學中所面臨的實際問題，針對這些問題，提出一個兼顧課堂教學和課后實踐的四層教學體系改革方案，并給出方案實施的具體方法和手段。
　　關鍵詞：并行系統結構；四層教學體系；課程體系建設；課程實踐
　　文章編號：1672-5913(2010)08-0112-03
　　中圖分類號：G642
　　文獻標識碼：A
　　
　　1　背景
　　
　　“并行系統結構”課程是高等學校計算機相關專業高年級本科生、研究生的必修課程之一，其重要的地位不僅體現在課程性質上，而且其內容幫助學生理解計算機并行系統設計，掌握微處理器結構與技術。這門課程將為并行算法研究和并行程序設計打下堅實的基礎，其教學效果的好壞將直接影響到學生利用所學到的計算機知識進行綜合設計的能力。然而，由于這門課程內容比較繁多，要求學生既要有一定的理論基礎，又要有一定的編程能力，能夠運用高級編程語言實現具體的算法。當前，這門課的實際教學還面臨一些問題，一是學生的學習理解能力及掌握的專業基礎知識存在差異，如何在教學上兼顧所有同學，讓每一個同學都能理解和掌握所傳授的知識，這是一個主要問題。二是如何在課時有限內，使學生能充分理解所傳授內容，并將所學到的理論知識與實踐環節相結合。這是一個迫切的問題。三是如何合理安排課程設計，使學生達到學以致用，這是一個現實的問題。因此，不斷探索更加完善的課程建設體系模式、實施必要的教學實踐改革以達到良好的教學目的是從事“并行系統結構”課程教學的老師所共同追求的目標。
　　
　　2　課程的教學體系
　　
　　課程對實踐要求非常高，不僅需要掌握書本中的理論知識，更重要的是要應用到實踐中去，針對這一問題，我們建立了兼顧課堂教學和課后實踐的教學體系，如圖1所示。
　　
　　2，1課前自學(學中做)
　　課前自學這一項工作對于理工科學科非常需要，它可以幫助學生把握新課的內容，了解重點，增強聽課的針對性。在課前自學過程中，學生自己能解決的問題盡量自己解決，自己不能解決的問題，作為問題提出來，這不僅可以提高學生獨立解決問題的能力，同時也有助于發現學習中的重點、難點，使學習效果事半功倍，同時能夠培養和提高學生獨立探索能力。在課前自學過程中，我們會事先給學生布置一些問題，同時安排一些小實驗，在解決問題和做實驗的過程中，培養學生學習的興趣，鞏固學生對知識的記憶。學生在預習時，對相關知識點已經做了獨立思考，聽課時可以進一步加深理解，這樣就比單純依靠聽課效果更好。
　　
　　2，2課堂教學與解惑
　　托爾斯泰曾經說過“成功的教學所需要的不是強制，而是激發學生的興趣”。在教學中，我們常常可以看到，學生在有興趣的情況下學習效率最高。由于學生在課前自學中已經逐漸的培養起了興趣，所以老師在課堂上能夠更好的完成教學任務，可以講授更多的內容，從而變相的解決了課時有限的問題。
　　
　　在課堂教學過程中，針對課前布置的問題，讓學生帶著問題去學習新的知識點，給學生構建完整的課堂知識結構、明確內容的難點與重點，引導學生積極探索不同知識點之間的關系，融會貫通所學知識。對學生在自學階段遇見的問題進行答疑解惑，使學生增強對知識的理解，并在課堂上提出一些新問題，下課時讓學生將寫有姓名和班號的答案提交，這樣一方面吸引學生的注意力，檢驗學生學習的效果，另一方面也從側面完成了點名考勤制度。同時，教學內容適當增加實驗課，從實用性角度激發學生的興趣，使學生深刻體會學習這門課有什么實際用途，通過分析實例使學生了解面對一個實際問題時，如何去分析和解決它。
　　在課堂教學過程中，教學管理也是重要的一方面，針對一些學生的基礎比較薄弱，學習興趣不濃厚的現象，有意識地把這些學生的座位安排在前面，并對他們給于足夠的重視，激發這些學生的學習興趣，使他們更加刻苦地學習，縮短與其他同學的。同時對課堂紀律進行約束，如果出現某個學生上課有小動作，通常采取表揚其鄰座的同學或與他最要好的同學，使其意識到，教師已經知道了他的行為表現，他應控制不當行為。通過這一措施，使學生真正掌握課程的基本知識，達到了較好的課堂效果。
　　
　　2，3課后網絡平臺練習與解惑
　　由于“并行系統結構”這門課主要討論并行技術和多處理機系統的設計，在理論和實踐上要求比較高，所講授內容具有抽象性、動態性和靈活性的特點。而課堂教學時間有限，很難全面展現所述對象的一些具體流程、細節，使得學生不能更深入地理解教學內容，而且不同學生在理解知識點和靈活運用各種知識與技能的方法也存在著距離，因此，一些學習能力不突出的學生學習這門課程時，普遍感覺難度較大。而網絡教學平臺能夠幫助學生更好地理解和掌握教學內容。
　　基于上述原因，我們開發了一個教學公共服務平臺，對“并行系統結構”這門課主要的一些經典知識點進行詳細的講解與動態演示，這樣既能達到對課堂講解內容的補充(作為對老師課堂講解的演示)，又能使學生在課外通過對關鍵知識點反復學習、練習和體會，加深教學知識點的掌握和融會貫通。教師在平臺上布置一些設計題目，使學生增加動手機會。平臺上設有虛擬答疑室，教師每周進行集中答疑2次，并把每次答疑的一些常見問題發布在答疑室的常見問題區，并對一些設計題目給出參考資料，供學生參考。網絡服務平臺上還設有討論區，學生可以在此區域對某些問題進行討論，這樣進一步調動了學生的積極性和主動性，加深了他們對課程內容重點、難點的理解，擴充了知識面。
　　依靠網絡平臺，學生更加清晰地掌握知識，增加學生自主學習和反思的意識，同時也增進了師生之間進一步的溝通，拓寬了教學渠道，激發了教師自我成長的意識。
　　
　　2，4課程實踐(做中學)
　　“并行系統結構”這門課要求學生具有很強的動手能力，能夠設計一些不太復雜的并行系統并且能夠使其運行。針對這門課的特點，教師會對相應的知識點設計一些動手題目，增加學生的動手能力以及對知識的應用能力。這些題目有的是針對一個知識點的專項題目，有的是針對多個知識點的綜合運用，通過對這些動手題目的練習，使學生在“做中學”，增加了學生學習的興趣。
　　在課程實踐過程中，針對一些復雜的設計，以團隊的方式展開訓練也是一個主要方案。團隊由指導教師和學生構成。指導教師主要承擔知識的輔助指導任務，學生人數一般在4人左右(包括一名組長)。我們沒有按照一般團隊開發中再細分角色為項目經理、開發人員、測試人員等，這主要是考慮到學生都希望自己參與到項目開發中，以提高個人工程實踐能力。在團隊成員能力差別比較大的情況下，教師會將設計任務分解不同難度，由相應的同學負責；在團隊成員能力基本比較均勻的情況下，由成員討論任務實現方案，評選出最優方案，再集體實現。例如，針對“設計一個交叉開關連接的共享存儲器多機系統，處理機為4臺，共享存儲器模塊為4塊”這個題目，我們將學生組成開發團隊，基礎差一些的團隊由指定教師進行輔導，將題目進行分解，有學生各自完成分解任務：對基礎好的團隊，由成員討論設計方案并進行論證，選擇最優方案進行設計。最終每個團隊不僅完成開發項目，并且給出了各具特色的作品。每個團隊都努力使自己的作品與眾不同，并且在公開講評時說明團隊作品的特點。更難能可貴的是，有的團隊在展示作品時，特意逐一感謝了對作品有幫助的同學，這讓學習氣氛更加充滿了善意。
　　在課程實踐項目中，學生能更好的將所學的知識應用到實踐中，并且在開發過程中學到書本上沒有的知識，如團隊合作精神、團隊開發流程以及一些平時忽略的知識點。
　　
　　3　結語
　　
　　近3年來，我們的教學工作正按照所提出的四層教學體系不斷地建設和完善，教學公共服務平臺已經投入使用，支持評估的教學輔助平臺正在建設之中，相信“并行系統結構”這門課的教學質量和效果在我們不斷的教學改革中會越來越好。
　　開展課程建設的探索與實踐活動，對于教師而言，既可以更好地完成本課程的教學任務，又可以不斷提高授課技巧，積累教學經驗。課程建設的教學改革是一項重要而復雜的工作，因此，我們將在進一步的教學改革中探索適合的課程體系建設之路，為培養復合型人才打造良好的實踐教學平臺，努力提升高校教學質量和人才培養質