校企案例| 东南大学基于计算机系统能力培养的实践课程体系

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楼主 2019-01-09 15:40:04
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计算机系统是一个集电子学、信息学、计算机软件、计算机理论等多领域知识的综合系统,因此要完成对一个特定计算机系统的设计、实现和优化,是不能只靠单独一门课的知识。长期以来计算机专业开设的相关理论课程和实践课程知识点分散,各门课程缺乏统一的目标和足够的关联。


   因此,我们首先根据计算机系统能力培养的要求,制定了一个明确的教学目标,就是设计、应用和优化一个通用的或者是在特殊环境下有着特别需求的计算机系统,而教学目标中所述的计算机系统的具体体现如图1所示。

               

   图1 计算机系统能力培养教学目标


   图4的这个系统显然涵盖了计算机专业主要课程的知识点,从硬件到软件再到应用,而且还有预留的很多空间供学生自主创新。


看点

01

自顶向下,梳理知识点理顺各门理论课之间的知识关联

理论对实践具有指导作用,因此,我们先从理论课程改革开始下手,从教学目标出发,确定了“数字逻辑电路”、“计算机组成原理”、“微型机系统与接口技术”、“计算机体系结构构”、“编译原理”、“操作系统”和“数据库原理”几门课作为主要的理论课程,按自顶向下的原则,将图4的具体目标逐层细化,从设计和实现一个具体的计算机系统的工程化角度重新安排了所有的知识点,再组织相关课程老师讨论,将这些知识点分散到各门课程中,同时强化了各门课知识点之间的关联性,重新制定了课程教学大纲。


   在具体的理论教学活动中,也逐渐体现出这种知识的关联性,比如“计算机组成原理”课程和“微型机与接口技术”课程中通过C语言程序的解析来帮助学生理解计算机的组织与结构;通过微机结构、汇编语言的功能等帮助学生分析编译原理和操作系统设计中的合理性。编译原理课程中增加了过去没有,但是计算机系统设计中必须有的“链接”的知识点。甚至在“微型机与接口技术”课程作业和考试中出现了C语言和汇编相关联的跨课程的题目。



看点

02

逐步推进,构建贯通式5+3为核心的实践体系

理论课程中加强知识关联只能在学生认知阶段起到系统化思维的指导作用,而要真正让学生掌握系统化分析问题和解决问题的方法,必须通过实践课程进行强化。针对上述教学目标,根据学院要求重点对实践类课程、集中实践环节进行研究和整合。与理论课的改革一样,我们重新规划教学知识点在各门相关的软、硬件实践课程中的分布,重新理顺各实践课程之间的关系,加大实践课程的开设力度。最终逐渐形成了如图2所示的5+3为核心的贯通式实践体系。

图2 5+3为核心的实践体系


    5+3为核心的实践体系特点之一就是纵横贯通,纵向上,整个实践体系将大二到大四的几个主要实践课程和实践环节打通,所有的实践课程虽然分属不同年级,但是都是围绕统一的目标进行设计;横向上,该实践体系不仅包括课内实验、课程设计、集中实践环节、毕业设计,还包括了学生课外研学的SRTP项目以及教师提供的纵向或横向项目。


除了纵横贯通,5+3为核心的实践体系的第二大特点就是主要实践课程逐步推进,最终完成从部件设计→整机设计→系统设计的全过程。


建立了计算机系统能力培养的课程体系之后,我们在此基础上积极推进平台的建设。首先将课程体系直接纳入到平台中,然后根据课程体系贯通相关课程、逐步推进的特点,我们在计算机系统实践平台建设中对相关实践课程进行详细的关联性分析,在此基础上制定了先期实践课程所做的结果作为后续实践课程的基本部件或技术支撑,层层叠加、逐渐改进,直到完成最终系统设计的环环相扣、逐步推进的实践方案。根据此方案编写了系统能力培养系列实践课程大纲,也先期完成了系列课程大纲指导下的部分实践课程讲义或电子课件。实践平台还包含了学生实验所需的相关资源和老师开展实验教学所需的资源。


  整个实践方案我们设计了硬件系列的基本电路分析、计算机基本组成分析、简单CPU与接口设计与实现;软件系列的基础语言类应用程序设计与实现、系统软件部分模块设计与实现以及综合实践系列的整机软硬件综合分析、设计与实现等几个设计任务。这些实践任务体现了从部件设计→整机设计→系统设计的过程。这也符合能力培养上从基础能力培养→专业能力培养→综合能力培养的阶段性、层次性发展,而在这个发展过程中,自主创新能力培养是贯穿始终的。


这些设计任务被引入到每门实践课程中,图3给出了课程-能力-平台实践方案关系图。

图3课程-能力-平台实践方案关系图


图3中红色的课程是5+3实践体系的核心部分,蓝色课程部分是延伸部分不在实践课程体系核心部分,线框上半部分是课程,下半部分是实践平台中为该课程提供的任务。这些实践任务在课程中又被进一步细化为一个个具体的模块,实践课程的内容就是实现这些模块,而计算机系统实践系列实践大纲和讲义就是依据此来编写。这些模块在软件实验中是功能设计子任务,在硬件实验上就是以IP核为载体的功能部件设计子任务。这些功能模块可以组合成一个大的系统或应用。







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