计算机组成与系统结构国家精品课程建设体会

　　摘要:精品课程建设是国家为了优化教学资源、全面提高教学质量而采取的一项重要措施。文章以上海交通大学国家精品课程(网络教育)计算机组成与系统结构为例,总结了课程设计、课程理念与特色、课程教学效果等方面的一些新的尝试,与大家分享。
　　关键词:计算机组成与系统结构;精品课程;课程建设
　　
　　课程是教学的最基本单元,也是培养学生知识、能力、素质的重要载体,是影响人才培养质量的最活跃因素。多年来,上海交通大学网络教育学院(现继续教育学院)科学规划、深化改革、与时俱进,在精品课程建设方面进行了积极的探索和实践,形成了具有交大特色的课程建设理念和办学模式。本文以计算机组成与系统结构国家精品课程(网络教育)的建设为例,从课程设计、教学效果、课程特色等方面总结该门精品课程的建设经验和心得体会,旨在探索先进网络技术下的优质教学设计与互动策略及课程建设方法。
　　1课程概述
　　本课程的教学思想是根据成人业余学习的特点[1],以学习者为中心的自主学习为基础,同时辅之以基于知识结构和知识点的网上导学系统[2],通过对内在原理、本质特点的深入浅出介绍,帮助学生建立新型多核计算机系统的完整概念,学习计算机系统各组成部件的新技术、新型设计思想和未来发展趋势,了解计算机系统的最新研究成果。
　　1.1课程建设的背景
　　学院自2000年成立之日起就面向计算机科学与技术专业本科生开设本课程,课程总共60学时,每年开课2次。课程配备实力较强的教学、管理、技术和支持服务队伍,课程负责人为教授、博导,具有很高的教学和学术水平,主讲教师具有丰富的计算机专业课程、网络教育课程的教学经验和课程建设经验。
　　本课程的历史发展沿革如下:
　　第1阶段:2000—2004年,基本上沿用全日制本科课程的教学要求、大纲和教材,授课形式为面授和宽带/卫星直播。
　　第2阶段:2005—2006年,改变课程的教学要求、大纲和教材,使之向实用化、应用型倾斜,开始通过各种手段增加与学生的交流与互动。
　　第3阶段:从2006年开始,与Intel公司合作设计面向多核计算机系统的新型应用型课程,编写、出版配套教材,同时不断拓展与深化网络教学互动交流手段。
　　1.2课程建设的缘由
　　自从世界上第一台计算机诞生以来,计算机科学与技术发展迅速,日新月异,其应用领域也日益广泛,而计算机组成与系统结构课程则是侧重于介绍计算机硬件系统的一门计算机专业基础课。
　　伴随着不断涌现的新技术、新工艺,计算机硬件系统的更新速度非常快,计算机组成与系统结构课程理应成为最能激发学生学习兴趣和创新意识的课程。
　　然而,目前国内该门课程(及教材)的内容大多仍然停留在“最经典”的计算机组成部件上,所介绍的硬件知识相当陈旧,存储器还在介绍容量为1K×4位的Intel 2114芯片,CPU大多停留在8086/8088层次,而近十几年来大量涌现的新器件、新技术则几乎没有涉及,造成学生用的是多核机器,学的却是30多年前的8086,严重影响教学质量和学习兴趣。
　　为解决这一问题,学院决定组织人力、物力,重新设计新型的计算机组成与系统结构课程,并编写配套教材[3],还邀请Intel软件学院的课程架构设计师参与课程设计工作。我们针对成人业余学习特点和应用型人才培养目标,对本课程进行了全新的教学总体设计,删除了大量陈旧过时的教学内容,增加了酷睿2 CPU、多核等新型技术,使教学内容能够反映计算机技术的进步,与时俱进。这几年来的教学实践表明,这样的课程改革受到师生的一致欢迎和好评。
　　2课程特色
　　计算机组成与系统结构定位于计算机专业基础课,以计算机组成和系统结构的基本概念和原理为主要内容,重点介绍新型多核计算机系统的CPU、存储器、总线和I/O系统的硬件组成与工作原理,同时介绍并行计算机系统的发展趋势。
　　2.1新颖、实用的课程设计
　　本课程的总体教学设计思想是根据成人业余学习的特点,以学习者为中心的自主学习为基础,同时辅之以基于知识结构和知识点的网上导学系统。
　　我们与Intel公司合作设计[4]、开发面向多核计算机系统的新型计算机组成与系统结构课程,并编写配套教材,反映计算机系统近年来的技术进步,保证课程架构的先进性以及业内最新技术在课程中的适当体现。教学内容采用最新的计算机技术(如酷睿2多核CPU),深入浅出地介绍相关理论与知识,根据ACM/IEEE-CS倡导的理论、抽象、设计三个教学过程,并结合网络教育的特点,经典理论说理清楚、透彻,易于理解,新知识资料翔实,贴近市场和实际应用。针对部分教学内容陈旧过时的现状,大胆去除了芯片级、电路(接线)级的教学内容,只保留模块组成、基本原理等逻辑层次的内容,而把多出来的篇幅集中于介绍近年来的新技术、新思想和新产品,尤其是计算机的核心部件——CPU,使教学内容更加贴近计算机发展的现实。这样的教学体系更具有实用性和新颖性,建立了立体化的教学体系,顺应了时代的要求,满足了业余制成人学生对新型、实用知识的需求。
　　由于学习条件的差异,学生对课程知识的了解程度和掌握水平参差不齐,难以按照一个统一的标准进行教学。为此,我们提供了多种形式的学习资源,包括课程学习、网上论坛、在线测试、在线答疑、网上作业等各个环节,始终强调以学生为中心设计学习活动,努力建设一体化设计、多种媒体有机结合的混合型、立体化教材,同时通过后台的数据统计与分析手段,帮助教师了解与评估每个学生的学习状态和学习行为,客观评价教学效果,根据学生在学习活动中反映出来的问题,有针对性地提供个性化的学习指导建议,进而有步骤、有目的、有针对性地开展教学活动。
　　多年来,本课程的负责人和主讲教师一直努力加强课程内容建设,不断把科研工作中的研究成果和新技术融入课程,使之更加贴近计算机技术的发展现实,满足学生对新型、实用计算机知识的迫切需求,更新完善后的课程教材已于2009年1月由清华大学出版社出版。同时,我们也非常注重最新教学资源的开发和共享,在2009年春季学期更新了教学大纲、教学进度表,重新制作了所有PPT课件和46个教学演示Flash动画等教学资源。
　　2.2原汁原味的网络面授
　　通过宽带接入、IPTV、卫星、2.5G/3G等多种有线/无线的传输手段,将日常教学的基本单元——实时课堂,同步共享到各种用户终端(电脑、电视、手机、PDA)上,使得知识从一源出发,多点共享,实时更新,既可以现场直播,又可以课后点播,从而把“鲜活”的课堂教学内容,通过宽带多媒体技术,“原汁原味”地呈现给学生,实现传统教学方式的回归。
　　在课程学习活动中,我们向学生提供以下3种学习方式:
　　(1) 实时面授。在教师上课的时间段里,学生既可以选择到主教室参加面授,也可以到教学站分教室通过卫星直播实时听课,还可以在任何地方通过宽带网络直播或IPTV实时听课。在实时听课过程中,学生可以通过手机短信把意见、建议即时发送到教师端的短信机上,教师可以据此掌握学生的听课情况,及时调整上课节奏和上课内容,并在此基础上实现课堂上的远程、即时互动。
　　(2) 非实时听课。课后,学生可以通过网上点播、下载方式实现非实时上课。采用这种学习方式,学生可以通过暂停、回放等操作实现课程重要内容的重复听讲,以加深记忆与理解,由此打破了实时听课在时间、空间上的限制。

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