系统结构实践教学的研究与实践张晨曦.ppt

计算机系统结构
实践教学的研究与实践

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张晨曦教授
同济大学软件学院

“十一五”国家级规划教材2010.1010.10我的博客：

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国家级精品课程

2008年

国内第一本实用的系统结构实验教材
清华大学出版社2010年5月
国内第一套系统结构实验模拟器

不用花钱就可以开实验
随教材赠送模拟器计算机系统结构教程清华大学出版社2009年
计算机系统结构学习指导与题解
清华大学出版社2009年
计算机系统结构实验教程清华大学出版社2010年5月
计算机系统结构高等教育出版社2008年
国家精品教材
计算机组成与结构高等教育出版社2009年

本课程的目标与定位

CC2004（ComputingCurricula，IEEE/ACM）
CECSISITSE
ComputerArchitectureandOrga. 5-52-41-21-22-4
OperatingSystemsPrin.&Design 2-43-51-11-23-4
本课程特别强调培养学生的后面这一种能力，是非常重要的一门课程。
自顶向下，抽象思维，创新能力。
逆向思维
创新＞解决问题的能力＞知识点系统结构的实践教学
不仅仅是实验素质教育
专题研究
头脑风暴（abstractexperiment）
实验
小实验（交互模拟）

素质教育，2个学时从总体的角度看问题，
全面提高自己的综合能力

张晨曦
2010年9月
学生觉得内容抽象、难懂，总觉得学得不实在；
概念、原理讲解多，课堂上经常是论述了又论述。学生容易听烦，教师自己有时也觉得讲得烦；趣味性差。
教师对教学内容的抽象、提炼不够，容易把关键思想淹没在细节之中；
缺乏实践教学环节，想开实验，却又苦于没有硬件条件。
教材问题，有的内容过时。

新的教学模式。调动学生的主动性；
新的教学方法。两个极端：
形象化教学法：动画解析，关联类比，交互模拟；
（提高教学效率）
抽象化教学法：LearningbyAbstracting
vs.LearningbyDoing
不需要硬件的实验。（虚拟实验）
选用新教材或编写教材。（比较一下）
三个1/3的教学模式
启发式课堂讲授：1/3（占总时间的1/3）
自主学习：1/3（充分利用动画课件）
专题研究学习：1/3

三者并重
采用以学生为主体、教师为主导的“双主模式”。（1）动画解析教学法
用动画系统地、细致地解析教学内容，把动态的讲解过程展现在学生的眼前；
教师对讲授内容充分提炼、对要传递的信息精心设计和安排，在此基础上请专业人员制作；
简练的语言、有效的动作；
突出核心思想。（2）关联类比
把一些概念、设计策略和思想等与现实生活中的生动事例进行关联和类比。例如：
映象算法──阅览室位置分配问题
所有位置都可以随便坐？每个人只有一个位置可以坐？每个人只能去某个指定的阅览室，但在这个阅览室是所有位置都可以随便坐？
替换算法──官位问题：若来了一位新官，要替换掉一个老官，谁下？
抽签？轮流坐庄？看过去的业绩？大概率事件优先──好钢用在刀刃上
流水线技术──工业生产流水线
局部性原理──Windows桌面（把最近常用的程序拖到桌面上），衣柜（不同季节里放的是不同的服装）
Tomasulo算法——工厂车间加工任务调度
Amdahl定律──要有全局观念，通盘考虑任务分发和调度（3）交互模拟
直观展示；
改变参数，观察结果。2.抽象化教学
（1）自顶向下逐层展开&黑匣子方法
本课程强调学生从整体、系统的角度来看问题；
自顶向下的思维方式；
vs.自底向上
举例：地球人认识宇宙，外星人认识地球
要求学生既要有系统的观点，把握全局，又要有层次的概念，分而治之；
按照层次结构来组织教学内容，采用“黑匣子”的概念自顶向下、从整体到局部地逐层展开；
搭建“空中楼阁”不可能？不妨尝试一下。（2）LearningbyAbstracting
（vs.LearningbyDoing）
强行拓展思维空间
反复提炼，到“白话文”水平

举例：
虚拟机的概念
流水线
映象规则
相关专用通路
重命名
前瞻的概念3. LearningbyTeaching
N.M.Dixon指出：我们记住了我们所听到的10%，所看到的15%，边看边听的20%，所做的60%，积极去做并得到响应的80%，给他人讲授的90%。
4. 启发式教学
5. 探究性学习和研究性学习
6. 讨论式教学
考试及测验成绩：50%
作业：10%
实验：15%
研究性学习：25%存在的问题：
学生主动性不够；
自主学习有一定的难度；
大班上课；（报告、讨论）
教学进度安排。
查到10多本（购买），选了以下10本：
清华大学出版社：4本。作者：郑纬民，李学干，尹