《2017年南开第三届计算机系统能力峰会资料教学课件南京航空航天大学汇报》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017年南开第三届计算机系统能力峰会资料教学课件南京航空航天大学汇报（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,瞄准复杂工程问题，面向系统能力培养 计算机类核心课程与实践体系构建,孙 涵 二一七年五月,南 京 航 空 航 天 大 学,本科教学审核评估补充报告,01 课题简介 02 针对的问题和方法 03 创新点 04 推广效果 05 存在问题,课题简介,总体描述,动机：软硬件交叉融合的需求 目标：计算机系统能力培养 途径：软硬件协同贯穿式培养 意义：满足国家重大战略发展对创新人才培养的需求 中国制造2025、互联网+等行动计划 创新创业教育改革实施方案 深化人才培养模式改革,课题简介,以提升计算机系统能
2、力为人才培养目标，构建层次化、自底向上、循序递进的软硬协同的创新人才培养课程体系,1,软硬协同，一以贯之,构建了专业基础能力、工程系统能力和科研创新能力虚拟仿真实验三类实验平台,2,软硬贯穿，虚实结合,层次递进 软硬贯穿 虚实结合,3,科教结合，产教融合,提炼科研成果，更新教材； 凝练科研成果，开设新生研讨课、学科拓展课； 校企合作，强化实践，孵化科创。,12门新课，自制仪器， 12个产学研基地,贯通 融合 创新,重软件轻硬件重构了计算机专业人才培养课程体系，突出软硬件协同贯穿结合 重知识轻实践构建了软硬融合的虚拟仿真实验平台，综合培养学生的实践能力 重传授轻创新加强科教结合，产教融合，培养学
3、生的创新能力,针对的教学问题,三重三轻,解决的方法,逻辑思维层 概念贯通,计算思维,专业素养层 程序贯通,核心能力层 系统贯通,科学导论,新技术讲座,从真实世界到数字计算的思维转换，从计算理论到软硬件实现的逻辑关联,系统基础,程序设计,数据结构,面向系统或应用程序员的专业能力培养， 解析程序生命周期，建立软硬件协同设计的系统观,算法分析,组成原理,接口技术,操作系统,从CPU到外围接口，从操作系统内核到简单C编译器，软硬件协同设计一个功能型计算机系统,编译原理,学科拓展层 应用贯通,立足专业，面向应用，通过主题创新实验实现多学科拓展，践行从学习到创新的全方位提升,网络空间,航空计算,智能物联,
4、改革课程体系与教学内容 逻辑思维层-概念贯通 专业素养层-程序贯通 核心能力层-系统贯通 学科拓展层-应用贯通,1,改革课程体系与教学内容 逻辑思维层-概念贯通 专业素养层-程序贯通 核心能力层-系统贯通 学科拓展层-应用贯通,解决的方法,1,从逻辑思维层次实现软硬件概念贯穿，建立起计算理论到硬件实现（计算的自动化）的联系，为后续建立计算机系统架构奠定基础。 从专业素养层面实现软硬件程序贯穿，强调软硬件关联与协同,以程序的生成、执行和优化为核心，建立整机架构。 从核心能力层面实现软硬件系统贯通，构建了自顶向下和自底向上两条交叉融合的核心课程架构，实现从使用计算机到构建计算机。 从学科拓展层面实
5、现软硬件系统应用贯通，通过主题创新实验实现学科拓展，提升创新能力。,改革课程体系与教学内容 逻辑思维层-概念贯通 专业素养层-程序贯通 核心能力层-系统贯通 学科拓展层-应用贯通,解决的方法,1,计算机专业核心课程知识融通,改革课程体系与教学内容,解决的方法,1,计算机组成：双管齐下，齐头并进，分类培养，分层教学,建设虚拟仿真实验平台 专业基础能力 工程系统能力 科研创新能力,解决的方法,2,计算机软硬协同虚拟仿真实验平台,计算思维实验,程序设计实验,数据结构试验,系统基础实验,组成原理实验与课设,接口技术实验与课设,编译原理实验与课设,基础能力,操作系统实验与课设,系统能力,嵌入式平台实验,
6、航空计算系统综合实验,网络空间安全综合实验,智能家居物联网实验,创新能力,建设虚拟仿真实验平台 专业基础能力 工程系统能力 科研创新能力,解决的方法,2,学科专业基础能力实验以认知类基础实验为主体，通过观察操作，理解计算机软硬件协同工作机制。 工程系统能力培养实验以CPU指令设计为核心，向前延伸到数字逻辑，向后贯穿到接口技术、操作系统和编译原理等。 科研创新能力培养虚拟仿真实验从综合设计到创新研究，建设了三类主题创新：航空计算、网络空间安全和智能物联实验平台。,系统能力实验平台,计算机组成：MIPS32的RISC,接口技术实验,操作系统实验：XV6 教学OS及其MIPS扩展,嵌入式应用实验嵌入
7、式平台,进程调度,内存管理,文件系统,A L U设计,单周期C P U,流水C PU,MIPS汇编,转发与冒险,协处理器异常,系统基础：X86系列的CISC,调试器设计,指令系统实现,存储系统实现,Linux及GNU安装,中断与IO设备模拟,UART串口,键盘与VGA显示,进程通讯,进程同步,编译原理实验,计算机组成原理I实验,4学时：Verilog HDL语言/Modelsim工具&功能部件实现 重点：硬件描述语言的熟练和工具的使用 内容：多路选择器+PC+寄存器堆+ALU+IM/DM等功能部件的设计+testbench编写 4学时：9条单周期CPU设计（R指令，LW/SW,BEQ,J指令等
8、) 熟悉数据通路及控制器设计 8学时：9条无冲突流水CPU设计与实现 熟悉流水处理的各阶段及结构的变化，增加四个流水寄存器及相应数据信号 一周课设： 带转发、冲突检测及BEQ前移的流水CPU设计与实现并支持异常 熟悉结构冒险、数据冒险以及控制冒险的解决方案并实现，测试程序要能覆盖上述情形，支持算术溢出与未定义指令异常,计算机组成原理A实验,4学时：Verilog HDL语言/Modelsim工具&功能部件实现 重点：硬件描述语言的熟练和工具的使用 内容：多路选择器+PC+寄存器堆+ALU+IM/DM等功能部件的设计+testbench编写 4学时：9条单周期CPU设计（R指令，LW/SW,BE
9、Q,J指令等) 熟悉数据通路及控制器设计 8学时：9条无冲突流水CPU设计与实现 熟悉流水处理的各阶段及结构的变化，增加四个流水寄存器及相应数据信号 8学时：带转发、冲突检测及BEQ前移的流水CPU设计与实现 熟悉结构冒险、数据冒险以及控制冒险的解决方案并实现，测试程序要能覆盖上述情形 8学时：异常/中断的设计与实现+在实验箱上验证结果 支持算术溢出与未定义指令异常并在外部LED灯上显示报错,计算机组成原理II实验,2015年春，引入“系统基础”，面向软件工程和信息安全专业开设，替代了传统的计算机组成原理课程内容 实验内容引入了CMU的Lab和南大的PA GNU/Linux实验环境搭建与配置
10、数据表示 排序程序的编辑、编译和调试 基于cache的存储访问 存储保护,实验体会,解决的方法,自制实验设备,解决的方法,构建实验平台,解决的方法,支撑的创新项目,3大类32个实验项目,教学研究培育各级教改,解决的方法,教育部 5 项 江苏省10项,思维,核心,拓展,科教结合，产教融合，强化科研成果转化，进行多维度协同人才培养 输入：学科、科研、企业 输出：课堂、教材、新课程、科创,解决的方法,3,促进教材更新：提炼科研成果，更新教材内容，使其紧跟学科前沿。 促进课程建设：将科研成果与新型教育教学理念、方式方法融合，开设新型研讨课和学科拓展课，提升学生对专业探索的求知欲。 促进学生科创：将校企
11、科研项目分解凝练，依托主体创新实验室，形成学生课外科技创新活动项目，提升科创广度与深度。,解决的方法,科研成果提炼成新教材,解决的方法,科研孕育科创项目,科创立项情况,解决的方法,三维一体的校企合作,科教结合，产教融合，强化科研成果转化，进行多维度协同人才培养 输入：学科、科研、企业 输出：课堂、教材、新课程、科创,3,重构了层次递进、 深度融合的课程体系 以提升计算机系统能力为人才培养目标，构建了层次递进的创新人才培养课程体系，实现了逻辑思维层的概念贯通、专业素养层的程序贯通、核心能力层的系统贯通以及学科拓展层的应用贯通，契合了“中国制造2025”、“虚拟现实”等快速发展的前沿科技对人才知识
12、结构的需求。,创新点,创建了软硬贯穿、虚实结合的实验平台 构建了学科专业基础能力培养实验、系统能力培养实验和科研能力培养三类软硬融合、虚实结合的实验平台，涵盖了软硬协同的认知实验、基础实验、综合设计和创新研究，实现从“使用计算机”到“构建计算机”，推升学生能力与素质的有效达成。,创新点,形成了科教一体，产教互通的育人模式 以“学科、科研、企业”为输入，“课堂、教材、新课、科创、实习”为产出的多维度协同育人模式，形成“大鱼前导，小鱼从游”的研究氛围，为“科教结合协同育人行动计划”、“产学合作协同育人项目”工作要点提供理论支撑与实践案例，激发学生兴趣，培养求实创新的科学素养。,创新点,提升学生的能
13、力与素质，受益显著 推动专业的建设与发展，成果显著 开展广泛的交流与推广，辐射显著,推广效果：三个显著,本科生一次就业率超97%，近25%的毕业生进入世界五百强企业 用人单位及社会各界对毕业生给予高度评价：基础扎实、做事踏实、为人诚实、具有创新能力 学位率和绩点显著提升 学生积极参与科研活动，每年参与院、校、省、国家等四级科创项目250余人，每年发表论文、申请专利和著作权超过50余项 学生每年获得各类省部级以上竞赛奖励超过200人次。在国内外重大赛事中均取得佳绩,推广效果之学生受益,推广效果之学生受益,推广效果之学生受益,教育部计算机教指委系统能力培养试点单位 获批省部级以上教改项目10项 成
14、果的实验教学体系为国家工程教育实践示范中心、江苏省工程教育示范中心以及工信部实验教学示范中心的获批提供重要支撑 教材30余部，6部教材国家级和省部级规划教材，4门省部级精品或优秀课程；高级加密标准AES获江苏省微课竞赛一等奖； “计算机系统能力在线虚拟实验项目”和“信息安全在线虚拟实验项目”获批江苏省在线开放虚拟仿真实验项目并推广应用。嵌入式无线通信实验平台获第三届高等学校自制实验教学仪器设备优秀奖。,推广效果之专业建设,计算机教指委成立计算机系统能力培养江苏省工作组，主任单位南京航空航天大学，成员单位包含23所江苏省高校，由南航负责牵头实施。 陈兵教授成为教育部计算机类专业教学指导委员会、全
15、国高等学校计算机教育研究会成立的“培养计算机类专业学生解决复杂工程问题的能力”研究小组成员，推动全国计算机类专业系统能力的培养。,推广效果之示范辐射,成果中的“计算思维导论” MOOC课程受益面广，开放效果好，在教育部爱课程网上选课人数超过20万人次； “面向对象C+程序设计”的授课视频入选超星尔雅公开课，注册学习人数70多万，受众面大量广，在国内形成显著影响力。,推广效果之示范辐射,各高校对本科教学的重视程度是关键，“指挥棒”效应明显； 学生能力层次的差异，需要根据各高校生源情况分类分层次实施； 需求驱动的顶层设计中，真正的需求是什么？,存在问题,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,谢谢,
