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摘要：现代计算机技术发展的速度异常迅猛，高等院校计算机科学与技术的教学将面临越来越大的挑战；一方面更多更新的知识有待传授，另一方面，学生在该领域的自主创新能力有待更有效地提高，为此对《现代计算机组成原理》的教学按照CDIO教学模式进一步进行设计和分析，以利于学生更好更全面地掌握新知识。
关键词：CDIO模式；项目驱动；专业能力结构；教学改革
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）31-0086-02
CDIO是工程文化教育的一种先进理念，它以工程项目为主线，做到将理论知识应用到实践中来，在理论转化到实践的过程中“做中学”和“基于项目的学习”是《现代计算机组成原理》的主要教学模式。在教学过程中探索CDIO模式下在教学大纲、课程内容、教学方法、课程评价等方面进行了一系列改进，学习过程中注重能力的培养和习惯的养成，具备较强的项目开发、设计能力及创新能力。
一、课程内容
《现代计算机组成原理》是计算机专业的专业基础课，作为《计算机组成原理》和《计算机体系结构》同类课程的后续课程，增加了有关现代计算机组成的新知识点，如QuartusII应用、大规模FPGA应用、基于JTAG的多种测试手段、嵌入式模块的应用、SOPC技术、软核处理器系统设计、硬件描述语言、硬件仿真、软硬件联合设计与调试方法等。应用CDIO教学模式贯穿始终，其中有基于微程序控制模式的8位CISC模型CPU设计技术；基于状态机控制模式的16位CISC CPU设计技术；MCS51系列单片机兼容型单片机IP软核系统设计方法以及基于流水线技术的16位RISC CPU设计技术等；最后讲解了基于SOPC技术的NiosII（32位IP软核嵌入式处理器）嵌入式系统设计技术。
二、课程地位
在计算机科学与技术专业的基本课程体系中，《计算机组成原理》和《计算机体系结构》处于核心地位，成为计算机专业的核心课程，它在计算机类专业的课程地位上起着承上启下、软硬件兼容的重要作用，在实验和实践方面，多数高校仅完成简单模型CPU的验证性实验，根本谈不上设计，更没有国外高校类同的自主创新型CPU设计实验任务，自主创新能力培养与训练方面的课程内容偏少，因此，应用CDIO教学理念，培养拥有自主知识产权计算机部件或系统设计及创新设计能力的人才。
三、CDIO模式下《现代计算机组成原理》的教学探索与实践
1.教学大纲的设计与实施。《现代计算机组成原理》大纲了改变过去培养模式陈旧、教学手段单一的现状。CDIO大纲制定的第一个目标是强调理论知识和技术技能的提高；目标二是提高学生对新产品、新工艺的认知能力，培养学生提高团队协作能力以及人际技能和对整个开发系统的掌控技能；目标三是教育学生在科技高速发展的社会背景下深刻理解研发的重要性及社会价值，项目开发过程既要考虑到社会责任又要权衡在可持续发展中的作用[1]。
2.教学方式方法的改革。采用形式多样的方法开展教学研究，积极探索高等教育的发展方向，依托星系技术，逐步提高教师“教”的质量，充分调动学生学习的积极性和主动性，不断更新教学理念：（1）构建“理论教学中的工程实践”和“工程实践中的理论教学”教学模式，精选和组织教学内容，适当引入学科的新发展，开阔学生视野。（2）实施启发式、探究式、讨论式、项目驱动的教学方法，树立“能力本位”教育理念。（3）教师积极参与到学生的学习中来，互换角色，同时与科研单位、软硬件设计和开发单位搭建合作平台，采用教师“走出去”，资深专家“走进来”的形式，在校内拓展第二课堂，提高工程实践技能。
3.强化实践教学环节。以实验和项目设计为核心CDIO是教学理念的集中体现。在《现代计算机组成原理》课程教学过程中，建设一个灵活高效开放的实验教学和科研体系，实验教学、项目设计开发、社会服务贯穿于本课程教学的始终。基础实验教学如“组合电路设计”、“时序电路设计”、“ALU设计”“移位运算器设计”等，加深学生对基本概念和核心知识的理解；设计性实验“基本模型计算机设计与实现”、“基于K8051核的液晶显示与等精度频率测试系统设计”、“FPGA与外部16位RAM接口”等，综合实验教学如“流水线CPU综合实验”、“数据通路”、“微控制器组成”等要求学生深入分析整机的组成与结构，以课程设计和生产实习的形式将系统知识综合运用于实践教学体系中，培养学生勤于思考、勇于创新的能力；开设设计性和创新性强的专业项目，以“设计NiosII系统”、“为NiosII系统定制复数乘法器硬件加速指令”等为基础，以小组为单位设计完成一个模拟的项目，培养学生团队协作能力及实际动手能力和创新能力[2]。将各实践环节贯穿于教学过程始终，较好地实现了以能力培养为目标的CDIO教学大纲要求。
4.强化案例化教学。以往届学生设计的优秀作品、科研相关项目以及企业实例来构建和完善案例库，全面提升和不断更新现有的《计算机组成原理》等省级精品课程网络教学资源，对专业核心课程教学资源不断优化和补充，满足课内与课外相结合、课前与课后相互支撑的多元化的教学模式。课程设计题目主要来源于精心挑选的案例库中具有代表性的实例，分析其设计思想和应用方法，进一步加强学生对理论知识的理解，培养学生对系统进行分析、设计和开发的能力，培养学生组织沟通与协调能力，增强团队精神，不断提高其职业技能[3]。
5.推进虚拟实验室平台建设。针对计算机科学与技术专业学生人数不断增加、实验实习压力过大的现状，我们为学生提供了一个开放的、自主的和交互式的虚拟实验环境，设计开发了虚拟实验平台。在此环境下完成系统的各功能模块的项目设计和实现。通过“基于项目的教育和学习”，使得学生能够综合《现代计算机组成原理》的实现机制，为专业课程的学习和探究奠定坚实的实践基础。
6.对学生考核及评分标准的改进。本课程着重考核学生对计算机系统的理论知识和设计技术方面内容的掌握情况，加强本课程考试、考核方式的创新探索，一改过去学生养成的平时不学习考前搞突击、一次期末成绩定胜负的考核方式，综合考虑平时课堂出席情况、作业完成情况、课程实验表现及成绩、项目合作表现、平时考试成绩和期末考试成绩作为考核学生在《现代计算机组成原理》这门课程学习结束的最终成绩。注重学生的过程表现，为学生营造有利于全面发展的良好环境，调动学习的积极性和主动性。
四、将CDIO理念引入《现代计算机组成原理》课程改革与实践中
在教和学的过程中，不断研究和探索人才培养模式。我们采取了以理论学习为基础，以实验和项目设计为核心，采取了“将问题带入实践，在实践中解决问题”的重基础、重实践、重创新的教学模式，同时也做到了“在工程开发中引发思考，在思考中不断探索”的教学理念，不断提升学生对本课程的学习兴趣，取得了预想的教学效果，为培养高质量、创新能力强、专业技能过硬、服务于社会的有用之才打下了基础。
参考文献：
[1]顾佩华，等.以设计为导向的EIP-CDI0创新型工程人才培养模式[J].中國高等教育，2009，（3）：47-49.
[2]潘松，潘明，等.现代计算机组成原理[M].北京：科技出版社，2007.
[3]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-9.
关键词：CDIO模式；项目驱动；专业能力结构；教学改革
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）31-0086-02
CDIO是工程文化教育的一种先进理念，它以工程项目为主线，做到将理论知识应用到实践中来，在理论转化到实践的过程中“做中学”和“基于项目的学习”是《现代计算机组成原理》的主要教学模式。在教学过程中探索CDIO模式下在教学大纲、课程内容、教学方法、课程评价等方面进行了一系列改进，学习过程中注重能力的培养和习惯的养成，具备较强的项目开发、设计能力及创新能力。
一、课程内容
《现代计算机组成原理》是计算机专业的专业基础课，作为《计算机组成原理》和《计算机体系结构》同类课程的后续课程，增加了有关现代计算机组成的新知识点，如QuartusII应用、大规模FPGA应用、基于JTAG的多种测试手段、嵌入式模块的应用、SOPC技术、软核处理器系统设计、硬件描述语言、硬件仿真、软硬件联合设计与调试方法等。应用CDIO教学模式贯穿始终，其中有基于微程序控制模式的8位CISC模型CPU设计技术；基于状态机控制模式的16位CISC CPU设计技术；MCS51系列单片机兼容型单片机IP软核系统设计方法以及基于流水线技术的16位RISC CPU设计技术等；最后讲解了基于SOPC技术的NiosII（32位IP软核嵌入式处理器）嵌入式系统设计技术。
二、课程地位
在计算机科学与技术专业的基本课程体系中，《计算机组成原理》和《计算机体系结构》处于核心地位，成为计算机专业的核心课程，它在计算机类专业的课程地位上起着承上启下、软硬件兼容的重要作用，在实验和实践方面，多数高校仅完成简单模型CPU的验证性实验，根本谈不上设计，更没有国外高校类同的自主创新型CPU设计实验任务，自主创新能力培养与训练方面的课程内容偏少，因此，应用CDIO教学理念，培养拥有自主知识产权计算机部件或系统设计及创新设计能力的人才。
三、CDIO模式下《现代计算机组成原理》的教学探索与实践
1.教学大纲的设计与实施。《现代计算机组成原理》大纲了改变过去培养模式陈旧、教学手段单一的现状。CDIO大纲制定的第一个目标是强调理论知识和技术技能的提高；目标二是提高学生对新产品、新工艺的认知能力，培养学生提高团队协作能力以及人际技能和对整个开发系统的掌控技能；目标三是教育学生在科技高速发展的社会背景下深刻理解研发的重要性及社会价值，项目开发过程既要考虑到社会责任又要权衡在可持续发展中的作用[1]。
2.教学方式方法的改革。采用形式多样的方法开展教学研究，积极探索高等教育的发展方向，依托星系技术，逐步提高教师“教”的质量，充分调动学生学习的积极性和主动性，不断更新教学理念：（1）构建“理论教学中的工程实践”和“工程实践中的理论教学”教学模式，精选和组织教学内容，适当引入学科的新发展，开阔学生视野。（2）实施启发式、探究式、讨论式、项目驱动的教学方法，树立“能力本位”教育理念。（3）教师积极参与到学生的学习中来，互换角色，同时与科研单位、软硬件设计和开发单位搭建合作平台，采用教师“走出去”，资深专家“走进来”的形式，在校内拓展第二课堂，提高工程实践技能。
3.强化实践教学环节。以实验和项目设计为核心CDIO是教学理念的集中体现。在《现代计算机组成原理》课程教学过程中，建设一个灵活高效开放的实验教学和科研体系，实验教学、项目设计开发、社会服务贯穿于本课程教学的始终。基础实验教学如“组合电路设计”、“时序电路设计”、“ALU设计”“移位运算器设计”等，加深学生对基本概念和核心知识的理解；设计性实验“基本模型计算机设计与实现”、“基于K8051核的液晶显示与等精度频率测试系统设计”、“FPGA与外部16位RAM接口”等，综合实验教学如“流水线CPU综合实验”、“数据通路”、“微控制器组成”等要求学生深入分析整机的组成与结构，以课程设计和生产实习的形式将系统知识综合运用于实践教学体系中，培养学生勤于思考、勇于创新的能力；开设设计性和创新性强的专业项目，以“设计NiosII系统”、“为NiosII系统定制复数乘法器硬件加速指令”等为基础，以小组为单位设计完成一个模拟的项目，培养学生团队协作能力及实际动手能力和创新能力[2]。将各实践环节贯穿于教学过程始终，较好地实现了以能力培养为目标的CDIO教学大纲要求。
4.强化案例化教学。以往届学生设计的优秀作品、科研相关项目以及企业实例来构建和完善案例库，全面提升和不断更新现有的《计算机组成原理》等省级精品课程网络教学资源，对专业核心课程教学资源不断优化和补充，满足课内与课外相结合、课前与课后相互支撑的多元化的教学模式。课程设计题目主要来源于精心挑选的案例库中具有代表性的实例，分析其设计思想和应用方法，进一步加强学生对理论知识的理解，培养学生对系统进行分析、设计和开发的能力，培养学生组织沟通与协调能力，增强团队精神，不断提高其职业技能[3]。
5.推进虚拟实验室平台建设。针对计算机科学与技术专业学生人数不断增加、实验实习压力过大的现状，我们为学生提供了一个开放的、自主的和交互式的虚拟实验环境，设计开发了虚拟实验平台。在此环境下完成系统的各功能模块的项目设计和实现。通过“基于项目的教育和学习”，使得学生能够综合《现代计算机组成原理》的实现机制，为专业课程的学习和探究奠定坚实的实践基础。
6.对学生考核及评分标准的改进。本课程着重考核学生对计算机系统的理论知识和设计技术方面内容的掌握情况，加强本课程考试、考核方式的创新探索，一改过去学生养成的平时不学习考前搞突击、一次期末成绩定胜负的考核方式，综合考虑平时课堂出席情况、作业完成情况、课程实验表现及成绩、项目合作表现、平时考试成绩和期末考试成绩作为考核学生在《现代计算机组成原理》这门课程学习结束的最终成绩。注重学生的过程表现，为学生营造有利于全面发展的良好环境，调动学习的积极性和主动性。
四、将CDIO理念引入《现代计算机组成原理》课程改革与实践中
在教和学的过程中，不断研究和探索人才培养模式。我们采取了以理论学习为基础，以实验和项目设计为核心，采取了“将问题带入实践，在实践中解决问题”的重基础、重实践、重创新的教学模式，同时也做到了“在工程开发中引发思考，在思考中不断探索”的教学理念，不断提升学生对本课程的学习兴趣，取得了预想的教学效果，为培养高质量、创新能力强、专业技能过硬、服务于社会的有用之才打下了基础。
参考文献：
[1]顾佩华，等.以设计为导向的EIP-CDI0创新型工程人才培养模式[J].中國高等教育，2009，（3）：47-49.
[2]潘松，潘明，等.现代计算机组成原理[M].北京：科技出版社，2007.
[3]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-9.