从工程应用型人才培养看计算机组成原理课程设计

摘要：针对计算机专业本科生存在的应用能力弱、工程研发能力不足、科研创新意识匮乏、重视软件而轻视硬件的状况，在分析学生现状及国内外相关教改成果的基础上，结合计算机组成原理课程设计实践，阐述了以工程研发为背景的应用型本科人才培养的观点。
关键词：工程应用型；创新意识；发散思维；协同合作

在计算机科学与技术专业中，计算机组成原理一直作为核心基础课而备受重视，有些专业(如嵌入式)也将它作为必修课；但是，课程自身的难度及其对硬件知识的高要求性使得它被公认为是枯燥和难学的课程。因此，关于它的教学改革成为谈论热点。截止2011年11月，在“中国知网”中以“计算机组成原理”为关键词就会检索到八百六十多条记录，而发表在《计算机教育》的文章就有一百多篇，可见该课程极受大家的关注。
为了提高学生对计算机原理的理解程度，往往课程学习之后，要进行课程设计活动，从原理理论到具体设计加深学生对计算机组成原理的理解，达到理论和实践相互促进的目的，提高学生的动手能力和工程应用能力，培养学生的创新意识和协同合作的能力。
对于计算机组成原理的课程设计，国外大学如美国斯坦福大学的计算机系要求学生能够独立用VHDL语言实现CPU或VGA显示控制模块等，并最终在FPGA中完成软硬件调试。此外，麻省理工学院计算机系统设计课程也要求学生自主完成ALU等设计。在国内，大多数院校对该课程设计以模型机设计居多，近年来采用VHDL语言进行设计成为流行趋势，如哈尔滨工业大学在计算机组成原理的实验中直接采用Xilinx ISE集成开发环境和

ModelSim仿真工具的做法，用设计性实验来代替验证性实验。
在综合多方面信息和我院学生实际情况的基础上，对如何开设好计算机组成原理课程设计课进行调研、分析和论证，为切实提高学生的实践应用能力，决定采用Xilinx ISE、ModelSim和VHDL语言的设计性实践方法。在课程设计的选题方面，我们摈弃过去老师指定题目的做法，采用学生自主选题、老师把关的办法，让学生做自己感兴趣的题目，充分发挥学生的自主性、创造性和积极性，培养学生的创新意识并向具有良好合作能力的工程应用型人才[3]方向发展。
1课程设计教学改革的总目标
为保证计算机组成原理课程设计的教学改革能够顺利实施，现根据学科发展和学生的实际情况，我们制订了本次教学改革的总目标，如图1所示，以确保改革实施具有明确的目的性和方向性。

1.1培养学生的协同合作能力

目前，众多的企业项目的研发工作都是以团队的形式来完成的。为使学生在毕业后的工作中能够适应团队合作，需要对学生进行合作能力的培养和训练，尤其是团队合作意识和合作素质，这一点非常重要。
基金项目：黑龙江省智能教育与信息工程重点实验室；黑龙江省计算机应用技术重点学科(081203)；哈尔滨师范大学科技创新团队建设计划。
作者简介：李世明，男，副教授，研究方向为计算机辅助教育、网络安全、图像处理。

1.2培养学生的创新意识和创新能力

在工程应用或工程实施过程中，技术人员会经常运用一些技巧性方法或思路去解决某些问题。因此，培养学生用发散思维和自主创新能力来解决设计过程中遇到的各种各样问题尤为重要。

1.3培养学生的信息检索与挖掘能力

由于工程应用过程中所遇到的问题具有多样性，而快速解决这些问题的方法之一就是利用目前常用的搜索引擎工具搜索他人关于该问题的解决方法或思路。在检索信息方面，不同检索能力的人会得到不同的检索结果，检索能力弱的人搜索到的信息不够全面或深入。所以，要培养学生具有较强的信息搜索技术和能力。在检索中，学生的创新思想和发散思维会提高检索质量，获得与众不同的检索结果；反之，这些与众不同的检索结果又会启发学生产生新的灵感。

1.4培养学生规范的文档撰写能力

项目研发中文档的重要性是不言而喻的，撰写文档自然成为工程技术人员或研发人员的必备能力。一个好的文档不仅能够清晰地反映设计者的思路，更有利于项目组内人员之间的交流和合作。

源于：党校毕业论文www.udooo.com

设计课中的设计内容尽管无法与正规项目相比，但可通过它们来训练和提高学生的文档撰写能力。因此，本课程设计中学生必须上交所有的开发文档，并且文档要符合规范。

1.5培养学生的沟通和表达能力

沟通是合作的基础，项目组成员之间及时而无歧义的沟通能够提高合作的质量，加快项目的研发进度。所以，激发学生在交流和沟通中的灵感和创意，培养大学生良好的沟通能力，改变其“死读书”和“读死书”的习惯，将促进学生更加努力地研究课题。

1.6培养学生吃苦精神和抗压心理素质

目前，大学生普遍为80后或90后，中国家庭教育中对子女的溺爱使部分学生缺乏吃苦精神，甚至个别学生的心理承受能力也很弱。通过带有一定强度压力的课程设计实践，让他们提前感受日后工作的压力和强度(尽管这种强度无法与企业的强度相比)，锻炼和提高他们的心理素质，为他们大学毕业后能够适应社会奠定基础。

1.7提高学生分析与解决问题的能力

在工程应用型人才培养的过程中，学生的独立思考能力和分析解决问题的能力是决定设计能否按计划进行的重要因素。在课程设计中，为提高学生的系统分析和逻辑推理能力，要求学生对问题先提出自己的解决方法并通过论证，然后几个人在一起研讨，无法解决的问题则由技术骨干及教师在一起研讨，然后将解决方案讲解给大家听。
2课程设计教学改革的具体实施步骤

2.1学生的分组

为便于管理和了解学生的课程设计过程，对学生按每组10人进行分组；每组选出组长和副组长各1名，由组织能力强、技术好的同学担任。
组长和副组长分别负责小组的人员管理(人力资源管理)、设计过程中的组织(如技术研讨会等)、各组成员表现的评测(计入学生的总成绩)等。为避免技术“强”“弱”两极分化性分组，也为实现以“强”带“弱”(让学习和能力等方面强的同学“带”相对较弱的同学)，各组技术实力要均衡。这样做也打破了过去学生“单兵作战”的局面。除上述角色外，要确定组内核心骨干力量，专门攻克设计过程中的难关。

2.2课程设计的选题和立意

为激发学生的兴趣和动力，采取学生自主选题与指导教师把关相结合的办法。当各组成员确定后，组内全体成员围绕计算机组成原理内容，利用信息检索工具进行网络调研，每人提交一个题目，并附题目介绍(提出的设计题目要注重基础性、工程性、可操作性、可行性)；然后组内研讨并确定三个备选题目，再由组内骨干力量与指导教师共同把关确定课程设计题目(题目确定后，不得更改)，组织学生撰写课题的可行性研究报告，并交给全组学生去阅读、研究和完善，同时让全组学生理解该课程设计题目。

2.3课程设计的主要过程

2.3.1相关软件的学习

由于在计算机组成原理课程中采用的是验证性实验，学生没有学习过Xilinx ISE、ModelSim仿真工具和VHDL语言，故学生需要利用业余时间学习它们。为提高学习效率，实际中做法是每组指定2名自学能力强的学生先学习上述软件及语言，其他同学则集中精力去做设计中的其他工作；然后，利用业余时间，这2名学生对各组内没有学习该软件的同学进行快速培训，也让他们对该软件有所了解，培训程序能够达到满课程设计即可。

2.3.2设计任务的分解

源于：毕业设计论文www.udooo.com