关键词:计算机组成原理;实验教学;可编程器件;实验评价
计算机组成原理课程是计算机学科的一门专业基础课,主要内容包括计算机构成及其各个部分如何协调工作[1]。在整个计算机专业课程体系中,计算机组成原理是起着承上启下的作用[2-3],它以数字逻辑课程为基础,而自身又是计算机系统结构、编译原理、操作系统等课程的基础。同时计算机组成原理又是一门与实践结合很紧密的课程,课程实验一直是教学中的一个重点,各高校也很重视,在实验上投入了大量的精力。
2009年11月在南京召开了“计算机组成与结构课程群”的实验教学研讨会,会上讨论了国内实验教学的进展和不足,本文立足于此次会议,结合各校的实验教学环节,以计算机组成原理课程为例,对实验教学进行研究。
1课程设置
目前,国内大多数高校都将计算机组成原理作为第一门专业课程安排在数字逻辑课之后,主要内容包括:计算机系统的基本概念、指令系统、处理器组成(运算器、控制器等)、存储系统、输入输出系统、流水线技术等[1,4]。组成原理一般会安排在大二下学期甚至大三上学期,这样就不可避免地造成与其他专业课程同时开课,使得学生在没有掌握计算机组成之前就开始更高层次的专业课学习,这样无法体现计算机组成原理的专业基础课作用。
为了解决这些问题,一些学校在课程设置上学习了国外大学的做法,开设了一门计算机入门性质的课程,如清华大学和中国科技大学开设了计算机系统导论课程,课程系统地介绍了计算机专业的一些入门知识:最底层的器件逻辑门电路微结构指令集结构程序算法问题域。这样,学生对计算机有了概括性的基础知识,这样就可以避免课程安排的问题了,同时,教师在计算机组成原理课上就可以更加深入地介绍计算机的组成和工作原理了。
各校一般都在计算机组成原理课程中安排试验[4-5],课程的总课时中有专门的实验课时,让学生在学习理论课的同时完成实验,这样做的好处是让学生能够将理论学习和实验操作同时进行,加深对知识的理解,但是由于进度安排的问题,综合性的大实验(如处理器设计)只能被安排在学期后段,学生需要短时间内投入大量精力才能完成。对于一些无法单独在组成原理课程中实现的更大规模的课程设计型实验,需要学生掌握系统结构、编译原理、操作系统等课程的知识,也需要更多的实验课时,为此,一些学校开设了专门的计算机综合实践课程,如东南大学的计算机系统综合课程设计、中国科技大学的计算机系统原型设计等,这些课程综合了计算机学科多方面的知识,以计算机组成原理为实验基础,进一步拓展了实验的领域。
中国科技大学华夏班在课程设置上参考了国外大学的一些方案,面向计算机系统结构学科发展前沿,强调前瞻性、先进性和实践性,探索出了计算机组成课程群课程设置(见表1)的新方向。
从课程设置中我们可以看出实验在总课时和总学分中所占的比重很大,几乎占到了二分之一,并且计算机系统原型设计是一门实验课程,分为A和B两个部分,A为CPU设计,B为系统软件设计,二者结合起来就是一个完整的计算机系统原型。清华大学在课程设置上也与其类似,只是没有专门的实验课程,内容也简化很多,主要着重于计算机组成原理的相关内容。
2实验设置
目前国内的计算机组成原理课程实验都已经逐
渐向处理器设计这一方向靠拢,差别只在于实验的方式和难度。表2是参加此次会议的几个学校课程实验设置情况。
从表2可以看出,计算机组成原理课程的实验已经由以前的验证性部件实验逐渐过渡到处理器设计及计算机系统搭建这一层次上,具体体现在以下几个方面:
1) 使用可编程逻辑器件作为实验平台[2],这样能够大大提高实验的灵活性和可操作性,根据学生能力的不同安排不同层次和难度的实验,充分发挥学生的主观能动性,在实验内容和形式上不断创新,同时也激发了学生的兴趣,实验样式也不再呆板和单调。但是,这样需要有更加完善的实验评价机制,做到公平和公正;还需要学生掌握硬件描述语言和相应的EDA工具软件,这些就需要对课程内容进行适当的调整或者得到先修课程的支持。
2) 指令集基本上都是MIPS或者类MIPS的,其好处是指令系统成熟,格式规整,有很好的技术和文档支持。使用这类的指令系统,学生能够更好的掌握和理解,设计出来的处理器结构也更加规范,而且有很多相应的设计文档和实例可供参考;其次,如果想要进行更高层次的实验内容,就需要相应的编译器等工具的支持,MIPS指令系统在这一点有很大的优势,有了这些工具开发难度能够大大降低。因此目前来看采用MIPS指令系统是一个很好的方案。不过这样也有一些缺点,采用统一的指令系统限制了学生在指令系统设计上的灵活性,使得设计出来的处理器过于类似,过多的设计资料也使得学生可以更加容易偷懒,使得实验效果降低。
3) 基本上将流水线等知识应用到实验之中[5]。由于各个学校都在不同程度的推进计算机组成原理课程改革,普遍将流水线、高速缓存等内容加入了教学计划中,实验中也相应的加入了这些内容;同时MIPS指令系统能够很好的支持流水线的设计,现有的资料和教材大多也是围绕着流水线处理器设计展开的,因此流水线处理器的设计已经成为了各个学校实验的基本内容。在清华的计算机组成原理实验中并没有规定一定要实现流水线,要求学生完成多周期或者流水线处理器的设计,仅过几轮实验教学,学生普遍选择了流水线处理器的设计,因为多周期处理器的设计并不比流水线处理器设计简单很多,而且相应的设计资料较少。不过有一点是值得商榷的,就是为了组成原理实验有更好的显示度,在实验中加入了不少其他课程的内容,比如编译、操作系统等内容。这些内容安排在单独的综合实验课程中还可以,放到组成原理课程实验中就有些喧宾夺主了,学生会投入太多的精力在这些内容上,组成原理实验还是应该以理解计算机组成及工作原理为目的,不需要完成其他课程的内容,只有少数能力较强的同学在完成了基本内容后,才值得鼓励去做这些事情。
4) 实验规模较大,需要多个同学分工协作来完成。在以往的计算机组成原理实验中大多数是以验证性的实验为主,学生往往可以独立完成,但是处理器设计这一类的实验单靠个人完成对学生的压力太大,这就需要学生组成一个驼队来完成实验,这样不仅能够减轻学生的工作量,还可以培养他们团队协作的能力。一个团队规模控制在2～3人比较合适,人数太多会造成有人懈怠,达不到实验目的。
3实验管理和评价
由于计算机组成原理实验内容和形式的更新,具体的实验管理方式和评价机制也有了很大的改动。以前是以实验室为主的实验模式,学生根据实验室安排的实验内容和时间来完成规定的实验;现在则是实验室根据学生的实验进度和需求,提供相应的实验支持,包括设备、场地以及人员等。
以清华大学的组成原理课程实验为例,前两个验证性的实验安排在实验室统一完成,帮助学生熟悉软件工具和实验设备,然后再安排课程大实验。大实验过程中会将实验设备发放给学生,让学生能够在宿舍进行实验,同时实验室保证一定的开放时间,方便学生来实验室做实验。在整个过程中安排三次集中的实验课程,实行小班教学,目的是能够更好的掌握学生目前的实验情况,控制实验进度和解决学生遇到的一些实际问题。在整个实验过程中,实验室的主要作用就是后勤保障和监督进度,协助和督促学生完成实验。
由于实验内容和形式的变化,实验已经不能简单的通过检查实验数据来评定一个实验完成的程度,需要从多个方面进行评价。对于我们的大实验,首先会提供一套标准的测试程序,通过这些程序来检查实验结果是否正确;然后学生需要针对自己的处理器提供自测程序来体现自己设计的处理器的特点,这些测试都是需要教师或助教现场检查的,检查的同时会询问他们在设计及实现的过程中是否独立完成以及各自的分工,以便确定是否存在抄袭现象、工作量分配是否合理。对于完成较好或者有所创新的小组给与加分奖励[7],并鼓励其在实验总结课上展示自己的成果。将这些汇总然后结合实验报告及平时实验情况,就能够给出一个比较全面公平的实验评价结果。
在这种实验管理模式和评价机制下,能够很好的提高同学的积极性和对实验的整体把握程度,教师也能够掌控好实验进度和学生掌握情况,达到很好的实验效果,不过这需要教师和助教通力合作,所花费的精力也比较多。
4结语
随着实验技术的不断进步,计算机组成原理课程实验在内容和形式上已经发生了很大的变化,各个高校都有着自己的发展思路,但是大的方向是一致的,总体说来就是实验已经由验证型实验过渡到设计型实验,内容也变成了在可编程芯片上进行处理器设计,进而形成一个简单的计算机系统,可以说是计算机组成原理课程实验已经由验证计算机各部分功能逐渐过渡到设计及搭建计算机系统这一层面上。
参考文献:
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[4] 叶雪军,唐建宇,熊威. 基于EDA 的计算机硬件课程实践教学的研究[J]. 计算机教育,2007(7):90-93.
[5] David A.Patterson,John L.Hennessy. 计算机组成与设计:硬件软件接口[M]. 北京:机械工业出版社,2006:368-383.
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[7] 马明涛. 计算机组成原理课程的实践教学方法初探[J]. 山西财经大学学报,2009(11):21.
Investigation and Research on the Experiment Teaching of Computer Organization Course
LI Shan-shan, QUAN Cheng-bin
(Lab for Computer Education, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
摘要：本文对计算机专业“计算机组成原理和系统结构”课程的实验目标、实验内容及其课程设计的目标与内容进行了探讨，并提出了考核方法。
关键词：实验；课程设计；实践教学
中国分类号：G642
文献标识码：B
“计算机组成原理与系统结构”课程综合了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”两门课程的要求，是应用型本科计算机专业的专业基础课、计算机硬件与结构方向非常重要的一门课程。其实践课主要是为了让学生建立计算机的整机概念，加深对计算机“时空”概念的理解和对计算机系统性能评测的应用，提高应用集成电路的基本技能，培养和提高独立工作能力、实际动手能力、分析和解决问题的能力。
1实验设备
2003年初我院加大实验室建设投入，全面改善实验室条件，添加了30台西安唐都科教仪器公司推出TDN-CM++计算机组成原理与系统结构教学实验系统。该系统通过对各计算机部件和多种模型计算机的设计及实现而高水平地支持“计算机组成原理”课程的实验教学，并通过对指令设计方法、时空并行性、指令并行性等多种计算机体系结构的设计和研究来开展“计算机系统结构”课程的实验教学。
2实验目标和内容
运算器组成实验目标是要求学生加深理解运算器的基本组成、工作原理，熟悉简单运算器的数据传送通路；掌握算术逻辑部件的功能原理及74LS181的功能；掌握移位电路的工作原理和使用方法；掌握运算器中通用寄存器的工作原理和使用方法；掌握运算器中运算结果判断电路的工作原理和实现方法。实验内容主要是验证运算器的8位加、减、与、移位、进位、直通功能；验证4位乘4位功能。按给定的数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。其中大部分属于简单的验证式实验。还可以让学生自行探索实验步骤和任务。比如，学生验证完运算器的加运算之后，再让学生自行探索减法的实验步骤并完成相应任务。
存储系统实验目标是要求学生理解计算机主存储的作用，掌握存储器的构成；掌握半导体静态随机存取存储器(RAM)的工作原理及读写方法；掌握用存储器芯片构成主存储器时，如何进行字/片选技术，了解使用半导体存储器电路时的定时要求。实验内容主要是对存储器存储单元进行先写后读，属于简单的验证式实验。还可以让学生自行设计实现存储器容量的扩展。
控制器实验目标是要求学生加深理解计算机控制器中时序控制部件、指令部件、地址部件、操作控制部件的基本组成和工作原理；掌握微程序控制器的基本组成、微指令格式、设计方法、写入过程、执行过程；掌握硬布线控制器的组成原理和设计方法。实验内容主要是微程序控制器中微指令编制、写入、执行过程；硬布线控制器的指令执行过程。属于有一定难度的验证式实验。还可以让学生根据设备本身的系统结构设计微程序、写入并运行。
总线控制实验目标是要求学生熟悉总线的概念、作用及特性；掌握用总线传输数据的控制原理和方法；掌握总线仲裁的方式及方法。实验内容主要是控制总线实现数据由输入设备通过总线向通用寄存器或者存储器传送。属于验证和设计式实验。
模型计算机实验目标是要求学生通过模型计算机实验理解计算机的工作原理、性能评价标准和方法，以及计算机的“时空”概念。建立计算机的整机概念，为后边的模型计算机的设计打下基础。实验内容主要是基本模型计算机实验，复杂模型计算机实验，用CPLD实现模型计算机实验，基于RISC处理器的模型计算机实验，基于重叠技术的模型计算机实验，基于流水线技术的模型计算机实验。属于验证式实验。
3课程设计的目标和内容
在学期快要结束的时候，专门留出来一两周时间让学生进行“计算机组成原理和系统结构”的课程设计，主要内容是模型计算机的设计。要求根据设备情况，自行设计指令系统(包括算术逻辑运算指令、访存指令、转移控制指令、I/O指令和停机指令)的微程序来控制模型计算机实现功能。并且要求各组课程实践人员设计的指令系统各不相同，基于的设备或技术也不相同。比如设计指令系统实现基本模型计算机、基于CPLD的模型计算机、基于RISC处理器的模型计算机、基于重叠技术的模型计算机、基于流水线技术的模型计算机。
4考核方法
实验报告主要包含预习报告、原始记录和总结报告三部分。学生在做实验之前自己组织时间查询资料书写实验预习报告(包括实验的目的、要求、内容和步骤)。在实验室做实验前，指导教师根据预习报告书写情况给出相应等级的成绩并记录在实验报告上(包括教师签名和日期)，然后指导教师讲解本次实验的目的、步骤及注意事项。实验过程中，要求学生认真填写实验记录(包括实践/调试过程，实验结果)，在实验结束前10分钟由指导教师在实验报告上给出成绩(包括教师签名和日期)。实验结束后学生在实验报告上写出本次实验的总结报告(包括实验结论，实验讨论，实验清单)，下次做实验时再交上实验报告，由指导教师填写学生该次实验的最终成绩(包括教师签名和日期)。实验成绩占本课程最终成绩的20%。
课程设计的考核内容分四大项。系统程序设计情况(占20%)，主要是针对系统程序的可用性、实用性、通用性和可扩充性。学生动手能力(占20%)，主要是针对学生设计思路的开扩性和创新能力。报告总结(占10%)，主要是针对学生资料完成、条理清晰情况。答辩情况(占50%)，主要是程序能正确运行情况(10%)，设计错误的改正情况或按要求改变执行结果(20%)，问题回答情况(20%)。由至少两位课程设计指导教师同时参与答辩，并对答辩情况量化。课程设计单独另算一个学分。
参考文献
[1] 钟荣柏. 应用型本科计算机专业课程体系的探讨[J]． 科教文汇,2007,(4).
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[3] 白中英. 计算机组成原理(第三版・网络版)[M]. 北京:科学出版社,2001.
能使学生更全面系统地理解计算机系统，更好地掌握课程知识点，同时也能更高效地完成课堂教学任务。
1.《计算机组装与维修》这门课程特点是实践性，该课程所涉及的理论不多，尤其是原理方面的内容很少，学生只知道某个部件的名字，根本就不知道部件的内部结构和功能实现原理，这对部件功能的理解是有欠缺的，同时对系统性及强的计算机专业来讲是不够的。但恰恰相反的是《计算机原理》这门课的特点是极强理论性，该课程主要讲解计算机的各个功能或部件的原理，而实际应用或实践性的内容几乎没有，学生一般只是死记硬背，不愿去理解，更多的是理解不了，因此学生消化的内容极少，学生当然也就失去了学这门课程的兴趣。
2.从课程的教学大纲要求来看，在《计算机原理》的总体要求是学生要掌握必要的计算机硬件和软件知识，掌握微型计算机组成结构和各部件的工作原理。而《计算机组装与维修》的总体要求是，学生要了解计算机各种部件的性能、分类、选购方法，理解各主要部件硬件结构、工作原理、相互联系和作用，并能掌握微型计算机的组装与简单的维修方法。在教学大纲里，这两门课程都是环绕计算机的各部件展开的，因此对其进行整合是绝对可行的。
3.从两门课程规定的教材目录上看，《计算机组装与维修》中的大部分章节与《计算机原理》中的章节可对应，如主板系统对应系统总线、微处理器对应中央处理器和指令系统、内存储器与存储设备对应存储系统、输入输出设备和多媒体与网络设备对应输入输出系统和设备等。这里讲的对应是指对同一类事物的不同描述，例如内存储器中存储设备对应存储系统，在《计算机组装与维修》中讲的是有哪些存储设备及它们的分类，而《计算机原理》重点讲的是实现过程，即存储原理。因此它们的内容很容易联结在一起，作为一个整体进行教与学，效果更好。
4.从教材的内容上看，《计算机原理》这门课程介绍的是计算机的基本概念、基本组成、工作原理以及计算机的常用外部设备等内容。而《计算机组装与维修》阐述的是计算机组装各部件的工作原理、主要性能指标以及选购和注意事项等内容。它们的共同点都是对计算机的某个部件或功能的介绍，也就是说它们有着共同的对象，只是侧重点不同，把它们联结起来作为一个系统来学习，也是非常方便可行的。
既然进行这两门可的整合既有可行性，也有必要性，那么在教学过程中如何进行具体的课程整合呢?
1.把相关的内容对应起来。《计算机组装与维修》中的系统主板、微处理器、输入／输出设备和多媒体与网络设备、内存储器与存储设备，分别对应《计算机原理》中的系统总路线、中央处理器、输入输出系统和设备、存储系统。把这两门课程从不同侧面所描述的共同对象，按对象在计算机系统中从里到外的顺序排列好，并建立对应关系。另外还得调整这两门课程不同章节的内容，使相应的内容联系更加联系紧密。
2.把知识点整合起来。对这两门课程中的知识点进行整合，不是一刀切，而要根据知识点的特点，采用灵活的方式使它们联结成一个整体和系统，使得学生便于记忆、便于掌握。例如，在《计算机组装与维修》中的微处理器与《计算机原理》中的中央处理器内容的整合，整合后的知识点为：中央处理器的功能(原理的内容)、中央处理器的组成(原理与组装相结合的内容)、中央处理器的接口标准(组装的内容)、中央处理器的技术性能指标(属于组装的内容简单，应用原理中的时序和指令周期等内容来充实它)、中央处理器的发展及主流产品(组装的内容)、微处理器的选购(组装的内容)等。这样就把中央处理器在两门课程中的知识用一条线即由表及里再到应用串了起来，这样对学生减少重复记忆和知识的混淆无疑是非常有帮助的，可以触类旁通，能达到极佳的教学效果。
关键词：小组互助式；课程设计；应用型人才；教学手段
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）01-0023-02
数据库技术是现代软件类人才所必需的三大技能之一，在高校培养软件类人才的课程体系中，数据库原理课程占有举足轻重的地位[1]。数据库技术是一项应用最为广泛，发展最快的技术，几乎涉及所有的计算机应用领域[2]。特别是随着大数据技术的发展，数据库技术已经成为该技术的核心技术之一。而对应于传统的数据库原理课程设计，存在着重原理，轻应用，教学方法较为陈旧等不足[3]。很难适应应用型本科人才的培养目标。通过在数据库原理课程设计中，引入小组互助式教学方法[4]，可以改善这些问题。采用小组合作教学模式，教学过程的所有环节以小组活动为核心，依靠小组成员积极的相互依赖关系，面对面的促进式互助来完成学习任务；以小组成绩为最终考核成绩，而非某个成员的成绩。本文探讨了小组互助式教学模式在数据库原理课程设计的运用。
1 数据库原理课程设计中存在问题分析
近几年来，全国大多数的高等院校都进行了数据库原理课程设计的改革研究，并取得一定的成果，但数据库原理课程设计教学过程中存在以下不足。
1）重理论轻实践，大部分高校开设数据库原理这门课程存在着理论原理学时和课程设计上机实践学时分布不均衡的问题。也就是注重理论知识的讲授，忽略了学生动手能力的培养，这与应用型人才培养是相矛盾的。
2）课程设计工作量较小，只适合一人独立完成。这与现代软件开发是相抵触的，从软件工程学角度来讲，软件开发需要团队协作完成。
3）课程设计考核制度较为陈旧。传统的数据库课程设计考核，大多以学生所做数据库系统的前台实现情况和后台数据库设计两个方面进行考核。所做系统相对简单，与实际要求的技术水平有出入。不利于激发学生实践的主动性，应用型人才培养的目标也无法真正落到实处。
2 小组互助式教学的实施
1）组建数据库原理课设小组
根据学生自选优先的选择，分成若干小组。各小组组建后，求小组成员推荐组长。老师布置好课程设计任务后，学生根据要求开会讨论确定实施方案。有组长牵头实施，统筹全局，并将课程设计任务分解，分配到各小组成员手中。按照相应的工作内容，将小组成员划分为需求分析、概要设计、数据库设计、详细设计等工作的负责人。也就是每个人负责组织在不同阶段的实施内容，例如召集例会讨论、调研、设计等工作。每个小组成员，并不意味着完成自己的相应工作就完成了，也要参与到其他环节中去。
2）数据库原理课程设计题目的选取
根据所学数据库原理知识，根据所给题目，进行数据库设计，选择SQL Server数据库管理系统作为后台开发工具。结合所学面向对象编程知识，选择合适面向对象程序设计语言作为前台开发工具。设计一个数据库应用系统，一般以中型题目为宜，能够对数据进行录入、编辑、修改、删除、添加、浏览等功能。教师规定学生可以从学生成绩管理子系统、课程管理子系统、图书管理子系统、通讯录子系统、教室管理子系统、宿舍管理子系统、个人事务管理子系统，库房入库出库管理子系统进行选取，也可小组自拟题目，但工作量必须由指导教师进行审核。对于题目，教师鼓励小组自拟题目，因为这样学生才能选取与实际项目相近的题目，提高学生的课程设计的兴趣。
3）课设中实施
指导教师，要对各小组的工作进行整体监控。在课设的前期准备工作中，参与到各小组的课设讨论中去，给予相应的开发建议。通过小组间的竞争，点燃各小组的课设工作的热情，激发学生的数据库设计工作的欲望。当各小组进入到课程设计实施过程中时，要进行必要的指导，省得学生走弯路。
课程设计环节对学生技能的提升来说非常重要，它能提升学生的设计能力和创新能力。学生在课设的实施环节中，按照小组进行，由组长统筹安排。依据数据库设计的工作流程进行开发，做到人员分工明确，以团队形式进行课程设计工作。课程设计结束后，要以小组为单位进行公开答辩，小组各成员表述自己设计的理念和实施方案，小组成员的结构和分工，遇到问题及解决方案等，由指导教师和各小组组长作为评委进行考核。这样有利于，增强学生的沟通能力，也提高了学生的社交能力和数据库原理实践能力，还培养了学生的团队精神。并且教师在整个过程中，既是主导者又是参与者，融洽了师生关系。
4）课设的总结
答辩结束后，各小组长要代表本组进行总结，主要总结课设过程中存在的不足，以及从其他组学习来的经验，还有对本组课设内容怎么进行完善等。最后教师对每组进一步的点评，包括各组的优缺点，课设中存在的共性和个性问题等。
3 小组互助式在课设工作中的优势和不足
小组互助式进行数据库课设工作，是以小组为主导，教师为辅助的一种课设教学方式。比以教师为主导的程序要复杂，但学生在参与热情上明显提升。比较优秀的学生通过此进程，可以提高自身理论实践的水平；中低层次的学生，可以通过与小组其他成员学习，增加自己的学习兴趣。这种方式，给予每名同学展现自我的平等机会，更有利于个体的发展。
当一个小组中，责任不清晰，工作不平衡时，会导致课设工作要集中到一两个人的手中，导致其他学生产生不劳而获的状态。所以，指导教师，要监控整个课设活动，积极进行巡查督导，发现问题，解决问题。
4 结论
本文分析了数据库原理课程设计中存在的一些问题，并进行了分析，提出了一种基于小组互助式的数据库原理课程设计的实施方案。该方案，为学生的想象力、创造力的发挥提供了平台，也为将来的团队式软件开发工作打下了坚实基础。为数据库原理课程设计和其他实践能力要求比较强的实践教学环节，提供了相应指导。
参考文献：
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关键词：计算机组成原理；设计性环节；教学实践
中图分类号：G642文献标识码：B
文章编号：1672-5913（2007）08-0003-03
1 引言
“计算机组成原理”课程是计算机专业的一门承前启后、承上启下的核心专业基础课，由于涉及知识面广、内容多、更新快，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象、难于理解。为了最大限度发挥学生自主学习的能力，使学生对计算机基本原理和设计方法有一个清楚的了解，我们开设了配套的设计性实验环节。通过亲自设计计算机的各个关键部分，学生可以进一步融会贯通理论教学内容，提高其综合运用知识的能力。同时，设计性环节也为后续课程“计算机组成原理课程设计”的开设打下良好基础，将理论课和实验课的教学内容更好的衔接，对培养学生的主动性、协作精神和创新能力具有积极的作用。
本文主要介绍在“计算机组成原理”课程中设计性环节的教学实践工作，希望能对同行有一定的借鉴作用。
2 设计性环节的内容
通过对“计算机组成原理”教学内容的分析，并结合后续课程“计算机组成原理课程设计”的教学需要，我们设置了三个部分的设计内容，每个部分都有明确的教学目标。第一部分为指令系统的设计；第二部分为控制单元的设计；第三部分为简单计算机体系结构的设计。并要求每两名学生为一组，共同完成各个部分的设计任务。
2.1 指令系统的设计
指令系统的设计内容主要安排在“计算机组成原理”课程讲授指令系统的过程中。这样可以让学生带着问题和任务更主动地学习指令系统的基础理论知识，充分地理论联系实际，根据设计中对计算机功能和组成的要求来完成对指令系统的设计，并可以在“计算机组成原理课程设计”实验过程中进行完善。教学实践表明，将计算机指令系统的设计任务安排在“计算机组成原理”讲授指令系统的过程中，可以让学生在理论和实践相结合的基础上更深入地理解机器指令和指令系统之间的关系，掌握指令系统的分析和设计方法，还有利于对“计算机组成原理”后续知识点的理解。
2.1.1 设计要求
要求为一个八位字长的计算机设计指令系统。该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他的必要部件。设计的指令系统要求必须包含如下指令和寻址方式：
（1）数据传送指令：包括取数、存数，寄存器之间传送数据等指令。取数、存数应具有立即数、存储器立即寻址、寄存器立即寻址等方式。
（2）运算指令：包括加法、减法、自加1、移位、取反等算术运算指令。
（3）转移指令：无条件转移指令、条件转移指令。
（4）停机指令。
2.1.2 确定指令系统及指令编码
由于设计的是八位计算机的指令系统，可以采用单字长和双字长指令。例如，八位计算机的指令格式可以为：
一个完备的指令系统必须包括数据传送、算术逻辑运算、程序控制等指令，能够实现约20~30条指令和常用的寻址方式，例如：
（1）取指令 （双字长指令）
MOV AC, Mi Mi-->AC （AC为累加器，Mi为存储器地址）
（2）加法运算指令（单字长指令）
ADD AC，Ri AC＋Ri-->AC （AC为累加器，Ri为通用寄存器i）
根据设计要求，表1给出了设计指令系统的一种方案。
指令系统的性能决定了计算机的基本功能，因而指令系统的设计是计算机系统设计中的一个核心问题。一台真实的计算机通常是非常复杂的，学生不可能在有限时间中设计出来。我们要求学生设计的计算机功能较简单，基本指令简单、典型，学生容易掌握，也有利于后续计算机系统设计的开展。
2.2 控制单元的设计
控制单元的设计是计算机系统设计的重点和难点。基本控制单元的设计问题包括如何形成和连接受控部件的控制信号，以及在何时使这些控制信号有效。学生独立地设计控制单元，不仅可以使学生剖析和体验设计的基本思路和方法，为今后设计计算机打下初步基础，而且可以培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生有更多的想象空间和发挥空间。
2.2.1 设计要求
控制单元的设计有组合逻辑和微程序控制两种方法，我们要求用组合逻辑来产生控制指令执行的控制信号序列。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。
2.2.2 组合逻辑控制单元的设计
根据指令系统的设计，对每一条指令进行细化，对指令执行过程进行分析，确定执行每一条指令所需的微操作数及节拍数、确定系统时钟节拍数、以及确定每个节拍对应的微操作，形成每条指令的微操作时间序列表。并根据微操作时间序列表，在节拍信号和指令译码信号的作用下，得到所有微操作的控制信号以及使该控制信号有效的条件，形成每个微操作对应的逻辑表达式。根据逻辑表达式及其对应的控制信号产生电路，就可以完成具有整个指令系统的控制单元的设计。
控制单元的设计内容我们有意识地安排在“计算机组成原理”课程讲授控制器的过程中。学生们对于课堂上讲授的有关控制单元的原理、概念和设计方法并没有直观的印象，单纯的理论学习难免枯燥，难以提起学生们的兴趣。教学实践证明，在“计算机组成原理”讲授控制单元的过程中，学生们对自己在第一阶段设计的指令系统中的每一条指令执行过程进行分析，对八位字长计算机的控制单元进行初步设计，可以把控制单元中的各个知识点串起来，可以有效加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，进一步弄清计算机内部结构的时空关系，并极大地调动了学生们的学习兴趣。
2.3 体系结构的设计
在计算机系统设计和实现阶段，根据自顶向下的设计方法，首先设计整个计算机的大体框架，即总体结构图，以求有一个大体的框架，对以后的设计工作起到指导作用。再依据自顶向下的设计思想，把整个计算机划分为多个模块，对各个模块进行设计，然后综合，完成整个计算机的设计。
2.3.1 设计要求
要求设计一个八位字长的计算机的体系结构，该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他必要部件。在功能上，要求该计算机能够完成单字节或双字节加/减、单字节无符号乘法、16位除以8位除法等多种基本运算。要求设计的计算机系统能完成指定的功能，功能较强而又简洁。
2.3.2 总体设计
按照学生所设计的指令系统的要求，参考一般计算机的数据通路结构，图2给出了八位计算机总体结构框图的一种设计方案，规定了各功能部件的功能和各功能部件之间数据通路的走向。
在图2中，AR为地址寄存器，PC为程序计数器，IR为指令寄存器，AC为累加器，GR为通用寄存器组，ALU为算术逻辑运算单元。C标志寄存器用来寄存进位C标志，Z标志寄存器用来寄存结果为零的Z标志。另外在图2中还有两个四选一开关和一个二选一开关，其中的一个四选一开关是用于形成C标志的输入，另一个四选一开关用于控制数据总线，二选一开关用于控制地址总线。
2.3.3 功能部件的设计
基于所设计的计算机总体结构，确定每一个功能部件的功能、功能部件与外部的连接端口信号、各功能部件与数据总线连接方案。
（1）运算器的设计
运算器由ALU、通用寄存器堆GR、累加器寄存器AC及数据选择开关等组成，具有进位（C）、结果为0（Z）等状态标志位。
能实现最常用的算术运算（加、进位加、减、借位减、自加1、自减1等）、逻辑运算（逻辑与、或、非）及移位、数据传送等功能。
（2）控制器的设计
控制器包括脉冲源、启动电路、节拍发生器、程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR和控制信号产生部件。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。
（3）数据总线
数据总线的数据源较多，在设计过程中要注意各个数据源在数据总线上是否冲突。
简单计算机体系结构和各个功能模块的设计环节，有助于学生在理论和实践相结合的基础上，深入了解计算机系统各部分的工作原理及相互联系，加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，加深整机概念，进一步弄清计算机内部结构的关系。
3 结论
“计算机组成原理”是学习计算机系统的关键课程，在完成基本原理知识学习的同时，必须加强对学生的创新意识、实践能力和设计能力的培养。正是基于此点，根据从事计算机组成原理的教学经验，我校在理论教学过程中引入了设计性环节，充分重视培养学生分析问题和解决问题的能力。不仅活跃了课堂气氛、拓展了师生沟通的渠道，而且便于在教学中及时发现学生存在的问题，达到教学相长的目的。对提高教学质量、加深学生对所学计算机组成原理知识的理解、增强学生开创能力是非常有益的，符合新时期人才培养的需要。
在“计算机组成原理”设计性环节的教学实践中，我们发现不同的设计方案越来越丰富，反映出学生的求知欲望是很强的，而且富有创新精神。设计性环节的教学实践使我们深深体会到，除理论教学外，设计性实验也是一个非常重要的环节。通过学生自己动手提高其综合运用知识的能力，是培养大学生专业素质的重要环节和有效途径，无疑将对学生能力的培养起到积极作用。
参考文献：
[1] 王保恒,肖晓强.计算机原理与设计.高等教育出版社，2005，(1).
[2] 刘芳,王志英,戴葵,陆洪毅,王进.“计算机组成原理课程设计”的教学实践[J]. 第一届中国计算机教育与发展学术研讨会，2006，(8).
[3] 赵硕,杨欣宇. 计算机组成原理课程的设计性实验[J]. 高师理科学刊，2005，(5).
[4] 徐爱萍等.计算机组成原理课程教学改革研究[J]. 高等建筑教育，2004，(3).
收稿日期：2007-1-18
作者简介：刘芳（1971-），女，博士，国防科技大学计算机学院讲师。主讲“计算机原理”与“计算机原理课程设计”两门主干课。研究方向为计算机体系结构和信息安全。
通信地址：湖南长沙 国防科技大学计算机学院601教研室
邮编：410073
关键词：计算机组成原理；课程；教学改革；教学互动
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1672-5913（2007）06-0014-03
“计算机组成原理”是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课程。从课程的地位来说，它是“计算机操作系统”、“微机原理与接口”、“计算机系统结构”等课程的先导课程，在整个专业课的教学中，起着承上启下的作用。它的主要教学任务是使学生能系统地理解计算机硬件系统的逻辑组成和工作原理，培养学生对计算机硬件结构的分析、应用、设计及开发能力。
但是“计算机组成原理”这门课程具有知识面广、内容多、难度大、抽象等特点，在各个高校中普遍存在着“教师难教，学生怕学”的现象。不少学生刚接触到这门课时，学习劲头很足，但一段时间以后，就觉得这门课枯燥无味，凌乱繁杂，导致学习兴趣下降，甚至学习结束时，还未建立起清晰的整体概念，似懂非懂。为了应付考试学生往往死记硬背，从而难以达到教学目的。
因此，如何把握课程的主线和重点，使学生不但打下坚实的理论基础，同时具备一定的开发设计和动手能力，培养并增强学生的自信心，改变当前学生中“重理论、轻实践，偏软件、怕硬件”的现象，就成为这门课的授课过程中必须解决的问题。针对课程的特点，我们在教学实践中探索新的教学方法和模式，在多个环节进行了改革和实践。
1 精选教材与教参
教材改用蒋本珊编著、清华大学出版社出版的《计算机组成原理》。该教材既强调了基本概念和基础知识，又注意与实际应用相结合，并且对许多新技术和新的发展方向作了不同程度的介绍。在精选主教材的同时，为学生推荐辅助教材如王爱英编著、清华大学出版社出版的《计算机组成与结构》；William Stallings的《Computer Organization and Architecture》，并引导其阅读。使学生们能在学习中文教材内容的同时适当阅读英文参考资料，为以后顺利查阅专业英文文献打好基础。
与此同时，推荐《电脑爱好者》、《PC DIY》、《电脑报》等相关课外读物，提高学生的学习兴趣并开阔眼界。
2 课堂授课以整体结构为主线，理论结合实际
2.1 总体把握、详略得当，避免“碎繁”
在组成原理课程授课中，前后信号联系频繁，容易给人以“繁”的感觉。而 CPU、存储器、接口、外设等各自成章，零零碎碎，容易给人以“碎”的感觉；学生容易把每一章内容独立起来理解和学习，结果只见树木不见森林，不能很好地从整体上把握系统结构。因此，对授课内容的组织作一定的改革，在第一章系统概论讲解中，多用一至两次课的时间将整个系统结构讲授清楚，从结构框图出发，整体到部分，然后再回到整体。最终使学生在进入各章节的学习前有一个较明晰的总体概念。并且，在各章节的授课中注重培养学生从总体上把握内容，理解本章节的作用和地位以及和其他章节内容在总体结构上的联系。
在授课内容安排上注意做到详略得当，对重点和难点多作分析和讲解，如编码和译码、CPU数据通路、轮询和中断等概念的讲解。
这些概念都比较抽象难懂，可多用生活中的例子作启发。例如：编码和译码可以通过实际设计一个远程抢答系统为例说明编码译码的特点和优点；CPU数据通路系统可通过供水管网控制，或河流渠道的闸门控制比喻说明；轮询和中断则通过比较教师挨个收作业和科代表收齐作业后上交两种方式进行说明。而对比较次要的技术或在后续课程中有详细讲解的内容，如磁带存储器、ISA总线、虚拟存储器、流水线等，则在授课时只作简要介绍。
2.2 理论推导结合工程发展与应用避免“乱”
由于“计算机组成原理”这门课程几乎没有严格的数学推导，工程技术性强，表面看像各种技术介绍的简单堆叠，容易给人以“乱”的感觉；因此在授课中主要从三个方面改进：
一是对能推导的部分适当给出一定的数学推导，如数据校检原理，指令编码、数值的机器运算，Cache访问时间等，从而形成较严谨的理论依据。
二是从技术发展的角度讲解，通过历史事例说明工程技术的螺旋上升发展过程，从而自然引出现有技术系统。例如在讲解比较RISC和CISC指令系统时，以及在讲解CPU控制器设计的微程序与硬布线时，给出当时的技术条件，于是就很自然地得出了：在特定的技术条件下，一种技术比其对应的技术更适用，而随着技术条件的发展，适用性可能刚好相反，使得技术总体呈螺旋上升发展的趋势，从而使学生能够用比较辩证的观点来学习相关技术和知识，而不是死记硬背。
三是采用启发互动的方式，让学生根据要求和条件自己设计，最终领悟课程中经常涉及的“时间与空间”、“速度与容量”、“性能与价格”的权衡技术和方法。例如在讲解存储系统的层次结构时，给出各种存储体的访问速度、价格、失配率等，让学生自己设计存储系统并比较优劣。这样，通过自己实际设计，学生在掌握相关知识的同时也能深刻体会到计算机组成在很大程度上是一门权衡的艺术，而不是凌乱的技术堆砌，从而培养学生从多方面思考理解问题。
2.3 结合实际应用，补充新内容，避免“旧”
组成原理课程授课内容涉及的技术发展很快，教材难以及时更新，容易给人以“旧”和“过时”的感觉，极大地妨碍了学生的学习兴趣。因此在授课中注意补充技术的最新发展状况，补充相关的新生事物介绍。如在讲解主存储器时加入DDRII介绍，结合课本上的SDRAM，介绍它们的技术异同并比较相关技术参数；在讲解中央处理器时加入市面上流行的CPU的技术简介等。这样和实际发展结合，可以提高学生的学习兴趣。
在课程进行到期中时，可以组织同学进行一次“电脑DIY”的讨论，要求所选机器满足：市场主流配置、性能价格合理等条件。这样，可以使同学们感受到学以致用的好处，同时认识到自己知识的不足。结果既使全班同学增长了实际技能，又激发了他们的学习热情，收到了意想不到的教学效果。
3 在实践环节加强硬件动手能力
动手能力尤其是硬件动手能力一直是教学的软肋，组成原理的很多概念是在软件硬件密切配合下形成的，如果脱离实践，会给人以“虚”的感觉。为此，在教学中加强实践环节，我们把培养学生的实际动手能力放在重要地位。实践环节分课内实验和课程设计两部分，课内实验主要是验证性实验，使学生对硬件系统有一定的感性认识并巩固所学的理论知识，课程设计则要求学生有一定的分析和设计能力。实验系统采用内、外总线结构，按开放式的要求设计了各关联的单元实验电路，系统可按部件层次组合方式逐次构造不同结构和复杂程度的部件实验电路及模型计算机。以此为基础，有针对性地编写了实验指导书，让学生自己动手完成各基本单元的连接并验证通过，如运算器、存储器和总线、缓冲、指令部件等单元实验。最后在课程设计阶段软硬件结合构造出一个完整的模型机系统。
在传统的实践环节中，学生对硬件系统组成的理解基本停留在原理图层面，对实际的芯片封装，电气布线几乎没有了解，对实际的硬件望而生畏。为此，对实践环节作改进，引导学生根据原理图和实际使用的器件查阅其实际电气参数及封装等工程说明文档，并要求在实验箱中找出具体的芯片位置，说明实际的数据通路等。这样既培养学生查阅相关英文资料的能力，又在一定程度上改善多数学生“偏软怕硬”的状况。此外，指导部分学有余力的学生参与到嵌入式系统的设计和开发课题中，以及鼓励他们积极参与各种竞赛活动，可以进一步培养其动手和创新能力。
4 充分利用现代教学手段
充分利用现代教学手段也在一定程度上提高教学效果。在组成原理课程中，时序、数据通路、存储管理过程等概念均比较抽象或难懂。但借助多媒体课件，通过生动形象的动画效果演示计算机内部结构及信号流程可以变抽象为具体。形象直观的演示和强大的交互功能，可以使学生寓教于乐，极大地改善了课程中枯燥、抽象难懂部分的教学效果。
此外，进行网络课程建设也是改进教学的重要手段。通过网络，学生可以下载课件、提交作业、自我练习、提出问题和建议。教师可以上传课件、布置作业、公布答案、回答问题。通过这种方式，改变了传统的师生交流方式，实现了网络化的教学互动，提高了教学效率，并获得了良好的教学反馈。
练习和考试也是完成教学任务的重要手段。通过建立“计算机组成原理”试卷库和试题库，可以使考试更加标准化、规范化。在库中要力图体现本课程的特点、重点、难点。通过这样的考试，可以对考试成绩进行分析和总结，进一步反映到教学中去，促进教改，图1是依托学校精品课程建设网实现的网络化教学系统。
图1网络化教学系统
总之，“计算机组成原理”课程教学应在把握总体、调整优化内容、结合实践等方面积极探索，并充分利用网络和多媒体技术促进教学互动和教学相长，培养大学生理论联系实践能力以及创新素质。同时也需要计算机教育工作者不断地追求新知识，学习新技术，提高自身知识水平和素养，并积极探索改进教学方式方法，以取得更好的教学效果。
参考文献:
[1] 蒋本珊.计算机组成原理[M].北京：清华大学出版社，2004.
[2] 王爱英.计算机组成与结构（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2001.
[3] 汪文.“计算机组成原理”课程的教学探讨[J].中国地质教育，2002,（1）：31-33.
[4] 李继芳.“计算机组成原理”教学方法的实践与探索[J].浙江万里学院学报，2004,（4）：27.
[5] 郑玉彤.“计算机组成原理”课程实现的比较研究[J].中央民族大学学报，2003,（1）：19.
收稿日期：2006-11-13
作者简介：
郑文斌（1973-），男，四川省彭州市人，讲师，硕士，主要研究方向为嵌入式系统、图像处理；
摘要：化工原理课程设计是与化工原理课程相配套的一个必修的实践性教学环节。文章从理论学习、实验设计、设备选型、工程设计、创新能力的培养等4个方面总结了化工原理课程设计在提升化工原理教学质量中的作用。
化工原理主要介绍化工生产过程中的动量、热量和质量传递理论(三传理论)以及常用单元操作中典型设备的工作原理、基本结构及设计计算等知识ti.-I，教学内容中包含大量理论公式的推导和经验公式的运用。化工原理课程设计是学生在学完化工原理课程的相应教学内容后所安排的教学环节，不仅与化工原理课程的内容紧密相连，还要运用计算机编程.AutoC aD机械制图、化工仪表自动化及操作控制、化_L设备机械基础、化工制图等先修课程的知识，是一项综合性实践训练阴。该教学环节主要培养和锻炼学生以下3个方面的能力和素质:(1)系统训练学生的基本计算技能和文献资料利用能力，逐步培养其工程意识;(2)培养学生综合运用所学知识解决二(.程实际问题的能力;(3)塑造学生良好的设计理念。
在完成课程设计的过程中，学生需掌握厂程技术人员所必需具备的基本技能和工程素质，比如工具书、国家标准和规范的使用，经验公式和经验数据的选择，专业文献资料的查阅、设计成果的分析判断等等，因此课程设计可培养学生对综合知识的运用能力和对_L程问题的解决能力，是对学生的一次综合训练，也是对所学专业基础知识的一次总结，更是对化工原理和化工设备课程教学效果的一次检验。本文主要通过以下4个方面总结了课程设计在提升化工原理教学质量中的作用。
1 加深学生对“三传理论”和单元操作的理解
动量、热量和质量传递理论(三传理论)以及常用单元操作是化工原理的主要教学内容，虽然在平时的课堂教学中可通过多媒体教学、动画演示、课堂实验、课后练习、练习辅导等方面增强学生对化工原理基本理论和基本操作的感性认识和理解，但由于课堂教学的内容多，理论知识比较抽象，学习任务较繁重，学生自觉完成课程学习的动力明显不足，教学效果差强人意。课程设计要求学生在指定的时间内完成一个单元操作的设计，愁一个设计任务一般均涉及物料衡算、热.衡算、相平衡关系、传热传质速率关系等典型单元操作的基本内容，经历流程设计到!几艺设计计算、主体设备结构设计和附属装置的选用等过程，因此学生在具体设计中必须全而理解和应用“三传理论”，并选用合适的单元操作过程。过程必然影响结果，课程设计作为一个教学环节在实践中有效地督导学生加强对理论学习内容的消化，从而加深学生对理论知识的理解。
2培养实验设计和设备选型能力
实验设计能力和设备选型能力的培养是化工原理课程教学的基本目标之一。学习化工原理课程时，通过讲解、动画演示和参观等教学手段，学生熟悉了常用设备的基本操作规程，但大部分同学的实验设计能力和设备选型能力较差。为解决这一问题，在确定课程设计内容时，有针对性地选用部分化工原理中常用的单元操作，给学生下达一个明确的任务，让学生围绕任务所确定的主题在指定时间内完成具体的设计_L作。如，为加强学生对干燥单元操作的理解，可要求学生设计一套离心喷雾干燥塔或设计气流干燥器。课程设计的内容要求涵盖一个完整的工段，为此学生需完成不同艺的方一案选择、设备选型论证、工艺计算，并根据计算与生产经验进行主体设备结构设计，然后确定设备总体尺寸、管口尺寸与方位，还要求进行辅助设备选型与计算，最后绘制主体设备图及带控制点的工艺流程图。过程训练效果表明，学生的实验设计和设备选型能力得到了有效的培养。
3提高工程设计能力
化工原理课程设计是为培养学生设计能力设置的一个教学实践环节，也是使学生完成从理论知识到实际应用的重要一环。每一个设计任务均涉及相应单元操作的基本理论，并经历流程设计到艺设计计算、主体设备结构设计和附属装置的选用等过程。由于安排课程设计中只有任务而没有参数和条件限制，学生在设计过程中可根据自己的兴趣和知识背景选择设计线路，设定和收集操作参数，完成具体的设计工作:
经济效益是判断设计质量的重要指标，其中设备建设费和使用操作费是其中的关键，而设备费和操作费的综合考虑也是贯穿于化原理课堂教学中的一个重要问题。比如，精馏操作是化_工生产中常用的单元操作，其中物料的回流比是一个非常关键的操作参数C合理的物料回流比应使操作费用和设备折旧费用之和最低在该单元操作中，操作费用主要取决干再沸器中加热蒸汽消耗量及冷凝器中冷却水的消耗量，随着回流比的增大而增大。设备折旧费主要取决于精馏塔中再沸器、冷凝器等设备的投资费，一般随着回流比的增大而降低。为此，在设计过程中必须综合考虑设备折旧费和操作费的关系。通过课程设计的训练，学生不仅进一步提高了公式应用和数据运算能力，同时学会了主动寻求解决实际问题的方法，缩短了理论与实践的距离，也体会到理论在解决实际问题中的重要作用，提高了理论课程的教学质量。
4培养创新能力
在完成化工原理理论课和实验课的同时，为了满足部分学有余力，且对化工原理问题确有兴趣的学生的学习需要，教学小组创造条件为其提供进一步学习的平台，即结合科研任务的需要设计一定数量的课程设计题目，鼓励学生以小组的形式参与。在设计过程中严格坚持“以课题研究为平台，以创新为目标”的原则，有效地将课程设计、课程教学与科研有机地结合起来。在完成工艺设计计算之后、整理设计说明书之前，要求全体课题组进行交流和总结，即每个设计课题组里选派1-2名学生代表，将本组设计情况在交流会_[向全体同学和指导老师进行汇报。交流时要求主讲人用图表、数据、结论等工程术语表达自己的设计，并在规定时间内着重讲解自己设计的特点，对设计结果进行技术经济分析，突出自己的创造性。交流过程中，指导老师也主动指点设计要领，并对进行设计进行合理评价。这样的师生互动使学生的收获不仅局限于自己所做的课题，对其它设计课题也有一定程度的了解，更有效地开拓了学生的设计思路。
摘要：化工原理课程设计是与化工原理课程相配套的一个必修的实践性教学环节。文章从理论学习、实验设计、设备选型、工程设计、创新能力的培养等4个方面 总结 了化工原理课程设计在提升化工原理教学质量中的作用。
化工原理主要介绍化工生产过程中的动量、热量和质量传递理论(三传理论)以及常用单元操作中典型设备的工作原理、基本结构及设计 计算 等知识ti.-i，教学内容中包含大量理论公式的推导和经验公式的运用。化工原理课程设计是学生在学完化工原理课程的相应教学内容后所安排的教学环节，不仅与化工原理课程的内容紧密相连，还要运用计算机编程.autoc ad机械制图、化工仪表自动化及操作控制、化_l设备机械基础、化工制图等先修课程的知识，是一项综合性实践训练阴。该教学环节主要培养和锻炼学生以下3个方面的能力和素质:(1)系统训练学生的基本计算技能和 文献 资料利用能力，逐步培养其工程意识;(2)培养学生综合运用所学知识解决二(.程实际问题的能力;(3)塑造学生良好的设计理念。
在完成课程设计的过程中，学生需掌握厂程技术人员所必需具备的基本技能和工程素质，比如工具书、国家标准和规范的使用，经验公式和经验数据的选择，专业文献资料的查阅、设计成果的分析判断等等，因此课程设计可培养学生对综合知识的运用能力和对_l程问题的解决能力，是对学生的一次综合训练，也是对所学专业基础知识的一次总结，更是对化工原理和化工设备课程教学效果的一次检验。本文主要通过以下4个方面总结了课程设计在提升化工原理教学质量中的作用。
1 加深学生对“三传理论”和单元操作的理解
动量、热量和质量传递理论(三传理论)以及常用单元操作是化工原理的主要教学内容，虽然在平时的课堂教学中可通过多媒体教学、动画演示、课堂实验、课后练习、练习辅导等方面增强学生对化工原理基本理论和基本操作的感性认识和理解，但由于课堂教学的内容多，理论知识比较抽象，学习任务较繁重，学生自觉完成课程学习的动力明显不足，教学效果差强人意。课程设计要求学生在指定的时间内完成一个单元操作的设计，愁一个设计任务一般均涉及物料衡算、热.衡算、相平衡关系、传热传质速率关系等典型单元操作的基本内容，经历流程设计到!几艺设计计算、主体设备结构设计和附属装置的选用等过程，因此学生在具体设计中必须全而理解和应用“三传理论”，并选用合适的单元操作过程。过程必然影响结果，课程设计作为一个教学环节在实践中有效地督导学生加强对理论学习内容的消化，从而加深学生对理论知识的理解。
2培养实验设计和设备选型能力
实验设计能力和设备选型能力的培养是化工原理课程教学的基本目标之一。学习化工原理课程时，通过讲解、动画演示和参观等教学手段，学生熟悉了常用设备的基本操作规程，但大部分同学的实验设计能力和设备选型能力较差。为解决这一问题，在确定课程设计内容时，有针对性地选用部分化工原理中常用的单元操作，给学生下达一个明确的任务，让学生围绕任务所确定的主题在指定时间内完成具体的设计_l作。如，为加强学生对干燥单元操作的理解，可要求学生设计一套离心喷雾干燥塔或设计气流干燥器。课程设计的内容要求涵盖一个完整的工段，为此学生需完成不同艺的方一案选择、设备选型论证、工艺计算，并根据计算与生产经验进行主体设备结构设计，然后确定设备总体尺寸、管口尺寸与方位，还要求进行辅助设备选型与计算，最后绘制主体设备图及带控制点的工艺流程图。过程训练效果表明，学生的实验设计和设备选型能力得到了有效的培养。
3提高工程设计能力
化工原理课程设计是为培养学生设计能力设置的一个教学实践环节，也是使学生完成从理论知识到实际应用的重要一环。每一个设计任务均涉及相应单元操作的基本理论，并经历流程设计到艺设计计算、主体设备结构设计和附属装置的选用等过程。由于安排课程设计中只有任务而没有参数和条件限制，学生在设计过程中可根据自己的兴趣和知识背景选择设计线路，设定和收集操作参数，完成具体的设计工作:
经济 效益是判断设计质量的重要指标，其中设备建设费和使用操作费是其中的关键，而设备费和操作费的综合考虑也是贯穿于化原理课堂教学中的一个重要问题。比如，精馏操作是化_工生产中常用的单元操作，其中物料的回流比是一个非常关键的操作参数c合理的物料回流比应使操作费用和设备折旧费用之和最低在该单元操作中，操作费用主要取决干再沸器中加热蒸汽消耗量及冷凝器中冷却水的消耗量，随着回流比的增大而增大。设备折旧费主要取决于精馏塔中再沸器、冷凝器等设备的投资费，一般随着回流比的增大而降低。为此，在设计过程中必须综合考虑设备折旧费和操作费的关系。通过课程设计的训练，学生不仅进一步提高了公式应用和数据运算能力，同时学会了主动寻求解决实际问题的方法，缩短了理论与实践的距离，也体会到理论在解决实际问题中的重要作用，提高了理论课程的教学质量。
4培养创新能力
在完成化工原理理论课和实验课的同时，为了满足部分学有余力，且对化工原理问题确有兴趣的学生的学习需要，教学小组创造条件为其提供进一步学习的平台，即结合科研任务的需要设计一定数量的课程设计题目，鼓励学生以小组的形式参与。在设计过程中严格坚持“以课题研究为平台，以创新为目标”的原则，有效地将课程设计、课程教学与科研有机地结合起来。在完成工艺设计 计算 之后、整理设计说明书之前，要求全体课题组进行交流和 总结 ，即每个设计课题组里选派1-2名学生代表，将本组设计情况在交流会_[向全体同学和指导老师进行汇报。交流时要求主讲人用图表、数据、结论等工程术语表达自己的设计，并在规定时间内着重讲解自己设计的特点，对设计结果进行技术经济分析，突出自己的创造性。交流过程中，指导老师也主动指点设计要领，并对进行设计进行合理评价。这样的师生互动使学生的收获不仅局限于自己所做的课题，对其它设计课题也有一定程度的了解，更有效地开拓了学生的设计思路。
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