来华留学生计算机组成原理课教学方法初探与思考
施慧彬
[摘 要]计算机组成原理课是本科计算机、软件工程相关专业的核心学科基础课。结合来华留学生们独特的多元文化的特点，对留学生可进行分层次培养教学实践，从而提高课程教学质量。
[关键词]来华留学生；计算机组成原理；课程建设
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）04-0114-02
随着我国经济的发展和国力的不断增强，我国在国际上的影响力及地位也在不断提高，来华留学生的人数不断增长。教育管理部门一直很重视各个学校的国际化办学规模和质量，已经制定了力争到2020年实现来华留学生总数量达到50万这一中长期发展规划。[1]如何保证留学生的教育质量，一直是教学工作者及管理部门十分关注的问题。
自从开设面向来华留学生的纯英文本科、硕士和博士学位教学以来，南京航空航天大学来华留学生规模一直稳定增长，在培养质量方面保持稳步提高。笔者根据几年来在计算机组成原理课程教学中遇到的问题、教学改革尝试、教学管理的体会，总结留学生计算机组成原理课程教学中遇到的问题，介绍留学生教学的分层次培养模式的尝试，探讨提高教学效果的手段。
计算机组成原理课作为计算机专业教学的核心课程[2] ，无论是对计算机相关专业的本国本科学生，还是对软件工程与管理专业的本科留学生来说，都有着举足轻重的作用。
一、留学生教学方法研究的必要性与教学模式
留学生有自己的特点，需要充分分析留学生的特点，才能有的放矢，提高教学质量。
（一）留学生生源的国际化
从地域上来说，留学生们来自东南亚的泰国、马来西亚、印度尼西亚，南亚的印度、巴基斯坦、斯里兰卡，中亚的哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦，西亚的阿拉伯联合酋长国、也门、伊拉克、卡塔尔，非洲的埃及、加蓬、博茨瓦纳、埃塞俄比亚、肯尼亚、卢旺达、布隆迪、津巴布韦、刚果共和国、苏丹、坦桑尼亚、刚果民主共和国、乌干达、尼日利亚、赤道几内亚，还有来自欧洲的德国、法国，以及美洲的美国，其中来自非洲的学生占一半以上。他们的文化背景、宗教信仰存在很大差别。通过了解他们的国籍，对部分有专门信仰的学生，多给予他们一些关心，多和他们交流，这能让学生们适应环境，对提高课堂教学效果有很大的帮助。[3]
（二）留学生来华前的教育及工作背景的多样性
在留学生中，有的留学生在高中毕业后，到英国或美国学习过1年或两年计算机的相关大学课程，由于学费等原因而转学到我校学习。有个别留学生在高中毕业后从事过一段时间与计算机或通信相关的工作，还有的留学生开设过与计算机相关的公司，合伙开设过计算机电脑或通信方面的销售与维护。特别是有的留学生在高中时，选择过与计算机相关的数字电子、信息方面的课程内容。对于这些学生来说，学习计算机组成原理课会比较轻松。还有一部分没有学过相关知识的留学生，他们学习起来就感觉到吃力。大部分学生数学基础不强，亚洲学生数学知识相对较强。通过了解这些背景知识，有助于在课堂上对重点内容进行讲解，明白哪些内容学生容易接受。
（三）留学生们的优点
留学生们动手能力普遍比较强、参与讨论的积极性比较强；他们自我表现的能力强，但是主动演讲的动力不足；他们自尊心比较强，团队协作能力和互相帮助的精神都比较强。大部分留学生都能够独立思考，而且比较直率，有不懂的，都会及时问，直到他们弄懂。学生间都能互相帮助，具有集体精神。留学生们能够尊重教师，喜欢和教师交流课堂内讲到的以及课堂外其他专业方向上的问题；大部分留学生都能认真做作业，字迹比较端正，甚至是漂亮。当留学生在课上和别的学生讲话、不能认真听讲时，如果教师及时提醒他（或她），学生都能转而认真听讲。
二、留学生教学实践
（一）外文原著教材选择
留学生的课程是纯英文教学，只能选用英文版的教材。在最初教学时，笔者选择了英文版的教材《Computer Organization and Design：The Hardware/Software Interface》。但是用了一段时间后发现留学生们接受得不是很好，没有达到预期的教学效果。后来笔者分析了一下原因。一方面，这本教材的内容很丰富，也有很多理论知识，但是缺少直接让学生们动手练习、动手做的内容。另一方面，大部分留学生的基础知识、掌握新知识的能力具有局限性。这就造成了学生们接受理论知识的差距。经过分析后，笔者在后来的讲课中增加了David Harris和Sarah Harris合著的英文版教材《Digital Design and Computer Architecture》中的内容。后者是对前者的补充和丰富，为学生提供了很多便于动手练习的例子。学生们学习这本书后，慢慢能够接受和理解书中的特别是关于处理器内部结构方面的内容，这在无形中提高了教学效果。
（二）教学内容的精炼优化组合
在课程教学中，应把教学重点放在基本概念、基本原理和具体的实现方法上。对于某种计算机架构的微体系结构设计是计算机组成原理课主要的核心内容。在这门课程的教学中，笔者选择了MIPS处理器微体系架构作为主要的学习内容，精炼这部分教学内容，围绕计算机组成原理的重要内容，讲透彻、讲细这部分内容，以便学生能够掌握。一些关键性的知识内容，如从运算器、控制器到整个中央处理器的组成和工作原理，存储器的组成方法和读、写原理、外部设备的组织及读写等操作的工作原理，作为重点内容要讲清、讲透。特别是基于MIPS的指令编码在组成原理课中起到承上启下的作用，数据通路及控制器的设计是单周期CPU设计中的核心内容。本课程运用例子重点介绍了寄存器型、立即数型、无条件跳转型指令的编码格式，这些内容要讲透彻。在介绍数据通路设计时，重点培养学生在CPU内部的数据流的概念，数据可以在存储单元和计算部件及单元间的流动；在介绍控制单元的时候，重点帮助学生们树立控制信号产生机制的概念，让学生理解明白依据每条指令中的哪些位可以对数据通路中的哪些操作、计算部件产生哪些控制信号。这是帮助学生理解控制器和数据通路交互的关键。
（三）抽象和具体相组合的教学方法的运用
在教学中，通过加强对相关市场产品的介绍，加强学生对整机系统的理解和掌握。通过把书中一些抽象的概念与学生能够触手可及的产品相结合，加强其认识能力，既可以提高他们学习这门课的兴趣，又可以加深他们对计算机整个系统的组成原理的理解。在对CPU内部工作机理及设计讲解清楚后，结合处理器的架构，介绍主要CPU产商的主要产品。介绍市场上主要的存储芯片产品作为存储器相关内容的补充；介绍业界主要的具体的磁盘产品，如西部数据的产品及电脑主板产品，如华硕的主板作为输入输出系统的主要例子。
（四）虚拟实验教学
实验教学在计算机组成原理课程的教学中有着很重要的地位。虚拟实验越来越多地被用到计算机组成原理课程的实验中。[4]在教学中，笔者增加了EDA工具的介绍，加强了学生们采用ModelSim进行虚拟实验的方法。指导学生们运用硬件描述语言Verilog进行MIPS（子集）处理器的设计性实践，从常用的七条指令开始设计出单周期的处理器。对于部分掌握得好的学生，在Modelsim中验证设计正确后，用FPGA作为目标板进行实物的实验，以此来加深学生对整机的认识。在实验中，培养学生的分工协作、团队合作精神，让掌握得好的学生帮助有困难的学生一起共同进步；引导学生们做好系统设计性实验，培养他们用工程性方法构建系统结构的能力。
三、关于留学生计算机组成原理教学的思考
关于专业课教学学时。从学校的角度来说，这是完全按照教育部的要求来安排通识教育、学科基础、专业教育、学科拓展各个部分相关课程的设置与各个课程的教学学时的。但是，学生普遍反映与汉语教学相关的课程数目及总学时偏多，过多地占用了他们学习与计算机相关的专业知识的时间。除了中国概况、 中国文化这两门全英文授课的必修课外，与汉语教学有关的必修课的总学时超过了350学时。目前，我国对来华留学生完成学业后留在中国工作的限制还是比较严格，无法给大部分来华留学生提供就业机会。这个需要引起教育主管部门的关注。我国给来华留学生提供学习机会，培养国际化的人才是一个重要目标。
关于课程衔接。数字逻辑这一门作为计算机组成原理的先修课，能够给学生介绍基本的EDA工具的使用、基本的数字逻辑设计、测试方法及基本的数字逻辑单元的设计、开发和验证。只有在比较熟练地掌握了基本的数字逻辑单元后，留学生们才能在计算机组成原理课上再借助指令系统的学习和掌握，像搭积木一样组合（组装）出数据通路部分和控制部分，进而设计出一个简单的处理器。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 余承海.程晋宽.来华留学生教育发展的新特征[J].高教发展与评估，2011（5）：118-131.
[2] 袁春风，张泽生，蔡晓燕，杨若瑜，王帅.计算机组成原理课程实践教学探索[J].计算机教育，2011（17）：110-114.
[3] 胡炯梅，姚雪玲.来华留学生跨文化人际交往障碍与调适研究[J].新疆师范大学学报（哲学社会科学版），2014（2）：129-132.
[4] 王冬.《计算机组成原理》实验教学改革的研究与实践[J].现代计算机（专业版），2015（6）：50-52.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]计算机组成原理课是本科计算机、软件工程相关专业的核心学科基础课。结合来华留学生们独特的多元文化的特点，对留学生可进行分层次培养教学实践，从而提高课程教学质量。
[关键词]来华留学生；计算机组成原理；课程建设
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）04-0114-02
随着我国经济的发展和国力的不断增强，我国在国际上的影响力及地位也在不断提高，来华留学生的人数不断增长。教育管理部门一直很重视各个学校的国际化办学规模和质量，已经制定了力争到2020年实现来华留学生总数量达到50万这一中长期发展规划。[1]如何保证留学生的教育质量，一直是教学工作者及管理部门十分关注的问题。
自从开设面向来华留学生的纯英文本科、硕士和博士学位教学以来，南京航空航天大学来华留学生规模一直稳定增长，在培养质量方面保持稳步提高。笔者根据几年来在计算机组成原理课程教学中遇到的问题、教学改革尝试、教学管理的体会，总结留学生计算机组成原理课程教学中遇到的问题，介绍留学生教学的分层次培养模式的尝试，探讨提高教学效果的手段。
计算机组成原理课作为计算机专业教学的核心课程[2] ，无论是对计算机相关专业的本国本科学生，还是对软件工程与管理专业的本科留学生来说，都有着举足轻重的作用。
一、留学生教学方法研究的必要性与教学模式
留学生有自己的特点，需要充分分析留学生的特点，才能有的放矢，提高教学质量。
（一）留学生生源的国际化
从地域上来说，留学生们来自东南亚的泰国、马来西亚、印度尼西亚，南亚的印度、巴基斯坦、斯里兰卡，中亚的哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦，西亚的阿拉伯联合酋长国、也门、伊拉克、卡塔尔，非洲的埃及、加蓬、博茨瓦纳、埃塞俄比亚、肯尼亚、卢旺达、布隆迪、津巴布韦、刚果共和国、苏丹、坦桑尼亚、刚果民主共和国、乌干达、尼日利亚、赤道几内亚，还有来自欧洲的德国、法国，以及美洲的美国，其中来自非洲的学生占一半以上。他们的文化背景、宗教信仰存在很大差别。通过了解他们的国籍，对部分有专门信仰的学生，多给予他们一些关心，多和他们交流，这能让学生们适应环境，对提高课堂教学效果有很大的帮助。[3]
（二）留学生来华前的教育及工作背景的多样性
在留学生中，有的留学生在高中毕业后，到英国或美国学习过1年或两年计算机的相关大学课程，由于学费等原因而转学到我校学习。有个别留学生在高中毕业后从事过一段时间与计算机或通信相关的工作，还有的留学生开设过与计算机相关的公司，合伙开设过计算机电脑或通信方面的销售与维护。特别是有的留学生在高中时，选择过与计算机相关的数字电子、信息方面的课程内容。对于这些学生来说，学习计算机组成原理课会比较轻松。还有一部分没有学过相关知识的留学生，他们学习起来就感觉到吃力。大部分学生数学基础不强，亚洲学生数学知识相对较强。通过了解这些背景知识，有助于在课堂上对重点内容进行讲解，明白哪些内容学生容易接受。
（三）留学生们的优点
留学生们动手能力普遍比较强、参与讨论的积极性比较强；他们自我表现的能力强，但是主动演讲的动力不足；他们自尊心比较强，团队协作能力和互相帮助的精神都比较强。大部分留学生都能够独立思考，而且比较直率，有不懂的，都会及时问，直到他们弄懂。学生间都能互相帮助，具有集体精神。留学生们能够尊重教师，喜欢和教师交流课堂内讲到的以及课堂外其他专业方向上的问题；大部分留学生都能认真做作业，字迹比较端正，甚至是漂亮。当留学生在课上和别的学生讲话、不能认真听讲时，如果教师及时提醒他（或她），学生都能转而认真听讲。
二、留学生教学实践
（一）外文原著教材选择
留学生的课程是纯英文教学，只能选用英文版的教材。在最初教学时，笔者选择了英文版的教材《Computer Organization and Design：The Hardware/Software Interface》。但是用了一段时间后发现留学生们接受得不是很好，没有达到预期的教学效果。后来笔者分析了一下原因。一方面，这本教材的内容很丰富，也有很多理论知识，但是缺少直接让学生们动手练习、动手做的内容。另一方面，大部分留学生的基础知识、掌握新知识的能力具有局限性。这就造成了学生们接受理论知识的差距。经过分析后，笔者在后来的讲课中增加了David Harris和Sarah Harris合著的英文版教材《Digital Design and Computer Architecture》中的内容。后者是对前者的补充和丰富，为学生提供了很多便于动手练习的例子。学生们学习这本书后，慢慢能够接受和理解书中的特别是关于处理器内部结构方面的内容，这在无形中提高了教学效果。
（二）教学内容的精炼优化组合
在课程教学中，应把教学重点放在基本概念、基本原理和具体的实现方法上。对于某种计算机架构的微体系结构设计是计算机组成原理课主要的核心内容。在这门课程的教学中，笔者选择了MIPS处理器微体系架构作为主要的学习内容，精炼这部分教学内容，围绕计算机组成原理的重要内容，讲透彻、讲细这部分内容，以便学生能够掌握。一些关键性的知识内容，如从运算器、控制器到整个中央处理器的组成和工作原理，存储器的组成方法和读、写原理、外部设备的组织及读写等操作的工作原理，作为重点内容要讲清、讲透。特别是基于MIPS的指令编码在组成原理课中起到承上启下的作用，数据通路及控制器的设计是单周期CPU设计中的核心内容。本课程运用例子重点介绍了寄存器型、立即数型、无条件跳转型指令的编码格式，这些内容要讲透彻。在介绍数据通路设计时，重点培养学生在CPU内部的数据流的概念，数据可以在存储单元和计算部件及单元间的流动；在介绍控制单元的时候，重点帮助学生们树立控制信号产生机制的概念，让学生理解明白依据每条指令中的哪些位可以对数据通路中的哪些操作、计算部件产生哪些控制信号。这是帮助学生理解控制器和数据通路交互的关键。
（三）抽象和具体相组合的教学方法的运用
在教学中，通过加强对相关市场产品的介绍，加强学生对整机系统的理解和掌握。通过把书中一些抽象的概念与学生能够触手可及的产品相结合，加强其认识能力，既可以提高他们学习这门课的兴趣，又可以加深他们对计算机整个系统的组成原理的理解。在对CPU内部工作机理及设计讲解清楚后，结合处理器的架构，介绍主要CPU产商的主要产品。介绍市场上主要的存储芯片产品作为存储器相关内容的补充；介绍业界主要的具体的磁盘产品，如西部数据的产品及电脑主板产品，如华硕的主板作为输入输出系统的主要例子。
（四）虚拟实验教学
实验教学在计算机组成原理课程的教学中有着很重要的地位。虚拟实验越来越多地被用到计算机组成原理课程的实验中。[4]在教学中，笔者增加了EDA工具的介绍，加强了学生们采用ModelSim进行虚拟实验的方法。指导学生们运用硬件描述语言Verilog进行MIPS（子集）处理器的设计性实践，从常用的七条指令开始设计出单周期的处理器。对于部分掌握得好的学生，在Modelsim中验证设计正确后，用FPGA作为目标板进行实物的实验，以此来加深学生对整机的认识。在实验中，培养学生的分工协作、团队合作精神，让掌握得好的学生帮助有困难的学生一起共同进步；引导学生们做好系统设计性实验，培养他们用工程性方法构建系统结构的能力。
三、关于留学生计算机组成原理教学的思考
关于专业课教学学时。从学校的角度来说，这是完全按照教育部的要求来安排通识教育、学科基础、专业教育、学科拓展各个部分相关课程的设置与各个课程的教学学时的。但是，学生普遍反映与汉语教学相关的课程数目及总学时偏多，过多地占用了他们学习与计算机相关的专业知识的时间。除了中国概况、 中国文化这两门全英文授课的必修课外，与汉语教学有关的必修课的总学时超过了350学时。目前，我国对来华留学生完成学业后留在中国工作的限制还是比较严格，无法给大部分来华留学生提供就业机会。这个需要引起教育主管部门的关注。我国给来华留学生提供学习机会，培养国际化的人才是一个重要目标。
关于课程衔接。数字逻辑这一门作为计算机组成原理的先修课，能够给学生介绍基本的EDA工具的使用、基本的数字逻辑设计、测试方法及基本的数字逻辑单元的设计、开发和验证。只有在比较熟练地掌握了基本的数字逻辑单元后，留学生们才能在计算机组成原理课上再借助指令系统的学习和掌握，像搭积木一样组合（组装）出数据通路部分和控制部分，进而设计出一个简单的处理器。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 余承海.程晋宽.来华留学生教育发展的新特征[J].高教发展与评估，2011（5）：118-131.
[2] 袁春风，张泽生，蔡晓燕，杨若瑜，王帅.计算机组成原理课程实践教学探索[J].计算机教育，2011（17）：110-114.
[3] 胡炯梅，姚雪玲.来华留学生跨文化人际交往障碍与调适研究[J].新疆师范大学学报（哲学社会科学版），2014（2）：129-132.
[4] 王冬.《计算机组成原理》实验教学改革的研究与实践[J].现代计算机（专业版），2015（6）：50-52.
[责任编辑：陈 明]
