CC2005的计算机学科硬件与结构课程群改革探索
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文章编号：1672-5913(2008)08-0137-02
摘要：本文针对我国高校本科计算机专业建设的现状，分析了cc2005中关于计算机硬件与结构方面知识需求与知识空间的构架，提出基于CC2005的计算机学科“硬件与结构”方向课程群的概念，并对该课程群的核心课程与选修课程提出组织与改革方法。
关键词：CC2005；硬件与结构；课程群
中图分类号：G642
文献标识码：B
1引 言
目前，随着网络化和信息化的发展，计算机软件领域的课程，尤其是网络和网络应用类课程，越来越得到各个高校的重视，国内很多高校的计算机专业逐渐转变为“软件工程”和“计算机科学”方向，过分强调软件与应用，而缺乏计算机体系结构、计算机组成与结构等硬件方向的培养。但是，从就业市场反馈的信息看，计算机软件人才已经供大于求，而熟悉硬件开发应用或软硬件结合的人才则供不应求。市场的需求驱使我们深思，如何构建符合市场需求、有一定市场竞争优势的计算机人才培养模式。在CC2001和CC2005计算机本科教学参考计划的启迪下，在目前我校开展的教学内容课程体系改革实践中，结合2005年在武汉大学召开的“全国计算机学院院长和系主任会议”和华中科技大学召开的“计算机硬件与实验教学研讨会”以及2006年1月在哈尔滨工业大学召开的“首届全国计算机教育论坛”会议的有关精神，我们尝试性地提出了基于CC2005的计算机专业“平台＋模块”课程教学体系，并进行了课程群改革与建设，本文仅探讨该课程教学体系中“硬件与结构”课程群。
2课程群的组织
根据CC2005和CC2001的体系结构，计算机硬件与结构方向知识点包括的核心内容包括：数字逻辑、数据在机器中的表示、汇编级机器组织、存储组织与结构、人机交互、机器功能结构、多处理机技术等，而高性能系统、网络与分布式系统结构是选修内容。这些知识在CC2005中定义为：
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]
在目前国内的普通高校本科“计算机科学与技术”专业中，上述这些“计算机硬件与结构”方向的核心和普通知识点一般体现在以下几门课程中：“数字逻辑(数字电子技术)”、“计算机组成原理”、“微机原理”、“微机接口技术”、“汇编语言”、“计算机系统结构”。在实际教学过程中，各门课程相互之间内容衔接较多，重复之处也比较多，各个学校一般是按照自己的教学大纲和计划对各门课程的内容进行划定，往往缺乏系统性和科学性。这些课程中普遍存在的一个问题是学生学习没有兴趣，教师上课缺乏激情的情况。很多高校在学生对教师的评价中，讲授此类课程的教师往往得分比较低。究其原因，是现有的课程和教材内容陈旧，远远落后于现代计算机硬件技术的发展；课程组织缺乏系统性，某些知识点在多门课程中反复出现；而某些知识点缺乏前导，造成断层。
对此，我们提出了以专业需求为基础的“平台＋模块”人才培养模式，以CC2005的五个知识层次中的核心内容构建学科平台，以不同的专业需求方向构建专业模块。下面重点讨论CC2005构架下的计算机学科“硬件与结构”课程群。此课程群包括：计算机组成原理、硬件知识和系统结构方面的课程，核心课程为“计算机组成原理与结构”、 “汇编语言与微机接口技术”，选修课程为“计算机系统结构”、“单片计算机应用技术”、“分布式系统结构”、“嵌入式系统”、“VLSI设计”等课程。从“平台＋模块”整体培养模式考虑，将“数字逻辑(数字电子技术)”归入“数字技术与模拟技术”课程群。
2.1核心课程
在新的“硬件与结构”课程群中，根据CC2005精神，将“微机原理”、“汇编语言”、“微机接口技术”、“计算机组成原理”四门课程系统地整合为“计算机组成原理与结构”、“汇编语言与微机接口技术”两门课程作为课程群内核心课程。新旧课程体系的逻辑关系如图1所示。
图1 新旧课程设置对应关系
“计算机组成原理与结构”课程重点介绍单处理器计算机的组成原理与结构体系，包括数据在机器中的表示、总线系统、设备接口、存储器组织与结构、指令系统、中央处理器(含运算器与控制器)、流水与并行处理等内容。其中重点是数据在机器中的表示、总线系统、存储器组织与结构、中央处理器等内容。
“汇编语言与微机接口技术”将汇编语言程序设计和微机接口技术融为一体。根据CC2005精神，本课程中先介绍微型计算机原理、汇编语言，在此基础上讲授汇编程序设计技术、微机接口技术(包括典型接口如并行、串行、定时、DMA、中断、A/D及D/A)以及新型的USB和IEEE1394接口技术。
2.2选修课程
根据CC2005精神，“硬件与结构”课程群还应该包括“计算机系统结构”、“单片计算机应用技术”、“网络与分布式系统”、“嵌入式系统”、“VLSI设计”等选修课程，整个课程群概貌如图2所示。在本课程群建设中，首先对于各门选修课程的内容与组织进行系统地规划，注意先导和后续，同时避免重复和脱节现象。在课程的教学中，采用灵活的教学方法和教学形式，包括小组讨论、专题报告、大作业、专业论文等形式，注重学生学习的主体作用，重点培养学生的创新性与自主学习能力。
2.3一体化的实验与课程设计改革
在“硬件与结构”课程群建设中，强调的是“实践教学”的重要性。在本课程群建设中，不是以单一的课程为单位设计实验，而是按照整个课程群来设计一体化的实验环境与实验内容，将汇编语言方向、微机接口方向、组成原理方向的实验有机地结合在一起，创建良好的实验环境，灵活运用实验室、开放式实验室、实习基地等多种手段，尽量多地为学生创造条件，同时通过实验课程、开放实验、大作业、课程设计、竞赛等多种手段和形式培养学生的研究能力与团队精神。
图2 “计算机硬件与结构”课程群概貌
3进一步的思考
课程群设置与专业培养计划的关系
课程群在构造和设置的时候，需要与整个专业人才培养计划相适应，构建基于CC2005“平台＋模块”的教学模式为课程群的教学改革奠定了基础，在新的课程群设置中，以学科方向和模块为核心，凝聚课程群的设置，同时将其与专业培养计划相适应。在设置课程群的时候，打破“系、专业”的限制，使不同专业的教师根据学科课程方向凝聚一起。
不同课程群之间的衔接关系
在“计算机硬件与结构”课程群建设的过程中，另外一个重要的问题是各个课程群之间的衔接关系。正是因为课程群的设置和建设关系到整个专业的培养计划，“计算机硬件与结构”的课程群在设置的时候，将计算机硬件方向另外一个专业基础课程“数字逻辑”(或“数字电子技术”)划入另外一个课程群“模拟与数字电子技术课程群”。因此不同的课程群在建设的时候，也需要注意课程群与课程群之间的衔接关系，考虑整个学科系统的有序、协调发展。
课程群内核心课程与选修课程之间的关系
“计算机硬件与结构”课程群在建设的时候，还必须注意内部核心课程“计算机组成原理与结构”、“汇编语言与微机接口技术”与其他选修课程群之间的内容衔接和侧重点，既要保证核心课程的课时与内容，也同时需要根据学科方向的发展，及时开设反映最新技术成果的选修课程，这样才可以培养符合社会需求的人才。
课程群内容的更新
如何根据计算机学科发展以及信息科技发展情况，及时、动态地调整课程群内核心课程、选修课程的设置，甚至每一门课程具体内容的设置，将是课程群建设的一个重要内容。
参考文献
[1] 李晓明. 关于计算机教育的情况及几点认识[C]. 首届全国计算机教育论坛报告,2006.
[2] 中国计算机科学与技术学科教程2002研究组. 中国计算机科学与技术学科教程2002[M]. 北京:清华大学出版社,2002.