在杭電下沙校區(qū)第十一教學(xué)樓的計(jì)算機(jī)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心里，靠墻放置的大立柜上，上百個(gè)板卡不時(shí)閃爍。這是全國(guó)十幾所大學(xué)的學(xué)生正在遠(yuǎn)程做底層系統(tǒng)級(jí)硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)集ARM架構(gòu)教學(xué)模型機(jī)和遠(yuǎn)程FPGA（可編程器件）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為一體的教學(xué)解決方案，被認(rèn)為是“極具獨(dú)創(chuàng)性的教學(xué)改革”，背后站著一位叫章復(fù)嘉的美女教師。

社會(huì)上廣為認(rèn)知的是，中國(guó)在計(jì)算機(jī)底層軟件（操作系統(tǒng)、編譯器等）和硬件（芯片等)上，都有被“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)，例如ARM芯片架構(gòu)不開(kāi)源，還有諸如MATLAB這樣的軟件，都存在被“斷供”可能性。計(jì)算機(jī)底層軟硬件設(shè)計(jì)人才缺乏，比前些年媒體熱議的高端芯片代工制造“更讓人頭疼”。

而近年來(lái)，與中國(guó)在計(jì)算機(jī)底層軟硬件設(shè)計(jì)上的受制于人相對(duì)應(yīng)的“專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)問(wèn)題”，正引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

“計(jì)算機(jī)本科人才培養(yǎng)，關(guān)系重大、影響深遠(yuǎn)�，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)上普遍存在‘重軟輕硬’現(xiàn)象，本科生在組成原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)上的知識(shí)能力普遍不足，這必然影響中國(guó)實(shí)現(xiàn)擺脫計(jì)算機(jī)底層技術(shù)受制于人現(xiàn)狀的大業(yè)�！遍L(zhǎng)期從事計(jì)算機(jī)教學(xué)的杭電教務(wù)處副處長(zhǎng)林菲認(rèn)為。

章復(fù)嘉作為一名長(zhǎng)期深耕計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)底層硬件教學(xué)的教師，對(duì)這方面的“痛點(diǎn)”深有體會(huì)，“像計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)字電路設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等底層課程，涉及到硬件比較多，而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)高校在硬件教學(xué)上普遍沒(méi)有太好辦法，學(xué)生光聽(tīng)原理不動(dòng)手去做，很容易越聽(tīng)越困惑。而現(xiàn)在高水平本科教學(xué)，是要培養(yǎng)具有系統(tǒng)思維能力的計(jì)算機(jī)人才。特別是在這方面，國(guó)內(nèi)和美國(guó)本科生的差距還是很大的�！�

杭州電子科技大學(xué)是我國(guó)電子信息類(lèi)四大名校之一，在電子、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域擁有較為深厚基礎(chǔ)。杭電計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科在全國(guó)第四輪學(xué)科評(píng)估中獲評(píng)B+（前10%—20%）。章復(fù)嘉團(tuán)隊(duì)依托計(jì)算機(jī)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，自主研發(fā)了遠(yuǎn)程FPGA實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，自主設(shè)計(jì)了ARM教學(xué)模型機(jī)，開(kāi)發(fā)了動(dòng)畫(huà)版的ARMCPU學(xué)習(xí)軟件，編寫(xiě)了配套教材等，構(gòu)建了融入數(shù)字電路設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理等課程的計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程教學(xué)生態(tài)圈。學(xué)生“做中學(xué)”，不斷“try”，解決了“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)硬件類(lèi)課程門(mén)檻高、效果差”的老大難問(wèn)題。

據(jù)了解，過(guò)去計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中，教授《計(jì)算機(jī)組成原理》《數(shù)字電路設(shè)計(jì)》等課程時(shí)，學(xué)生主要使用分立元件的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，存在“技術(shù)落后” “維護(hù)麻煩”等問(wèn)題，教學(xué)效果很不佳。

而章復(fù)嘉主持研發(fā)的FPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配套提供一個(gè)仿真的ARM CPU系統(tǒng)軟件，讓學(xué)生先在仿真ARM CPU軟件上交互式操作實(shí)驗(yàn)，然后再進(jìn)行硬件開(kāi)發(fā)，順利開(kāi)展基于仿真ARM CPU的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。“我原來(lái)很懼怕硬件課程，覺(jué)得高深晦澀，不明白學(xué)了有什么用。課上章老師深入淺出的講解，讓我認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)底層硬件設(shè)計(jì)非常重要，而FPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)隨時(shí)隨地可以操作，我在反復(fù)實(shí)驗(yàn)中建立了學(xué)習(xí)硬件的自信心，激發(fā)了極大的學(xué)習(xí)熱情�！焙茧娮吭綄W(xué)院2019級(jí)學(xué)生朱洋洋如是說(shuō)。

事實(shí)上，仿真ARMCPU系統(tǒng)，凝聚著章復(fù)嘉老師的多年心血。“我們基于A(yíng)RMV7公版資料，在不涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)侵權(quán)的前提下，通過(guò)外特性反復(fù)研究，推導(dǎo)出V7架構(gòu) CPU 內(nèi)部可能存在的結(jié)構(gòu)，然后針對(duì)教學(xué)需要適當(dāng)修改，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單又先進(jìn)的ARM教學(xué)模型機(jī)。使得課程銜接更加連貫，這樣我們?cè)诘讓佑布�教學(xué)上，就讓學(xué)生大大的受益，學(xué)生分析系統(tǒng)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力大大提升�？梢哉f(shuō)，這是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)硬件教學(xué)領(lǐng)域的革命性飛躍、突破�！闭聫�(fù)嘉表示。

設(shè)計(jì)出FPGA板卡后，章復(fù)嘉團(tuán)隊(duì)隨之搭建了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。目前已經(jīng)有廈門(mén)大學(xué)、安徽大學(xué)、河北地質(zhì)大學(xué)等十幾所大學(xué)的師生注冊(cè)使用此平臺(tái)，開(kāi)展計(jì)算機(jī)組成原理等課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該平臺(tái)還受到了俄羅斯圣光機(jī)大學(xué)（ITMO University）計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與控制學(xué)院院長(zhǎng)波波索夫教授的高度評(píng)價(jià)，今后將通過(guò)杭電圣光機(jī)聯(lián)合學(xué)院進(jìn)行中俄共建課程的融合創(chuàng)新。

“目前國(guó)內(nèi)高校用高端硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)配合實(shí)施復(fù)雜系統(tǒng)課程教學(xué)的還很少，杭電的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一種極具代表性的解決方案。如果把實(shí)驗(yàn)設(shè)備發(fā)給每位學(xué)生隨時(shí)使用，按600人/屆計(jì)算，每年需要大量經(jīng)費(fèi)投入，實(shí)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生人手一塊板卡根本不現(xiàn)實(shí)，因此開(kāi)發(fā)能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合、分時(shí)分片共享的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，是解決設(shè)備高成本高消耗問(wèn)題的極佳方案�！绷址票硎�。

據(jù)了解，章復(fù)嘉團(tuán)隊(duì)還編寫(xiě)了和FPGA遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相配套的《計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》，這是國(guó)家級(jí)十二五規(guī)劃教材《計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（第2版）》的配套實(shí)驗(yàn)教材�！坝�(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力不足，讓我深感任重道遠(yuǎn)，提升計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課程的教學(xué)水平，培養(yǎng)能夠解決“卡脖子”難題的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才，是我們計(jì)算機(jī)教師旁無(wú)責(zé)貸的使命，我和我的團(tuán)隊(duì)愿為之奮斗�！闭聫�(fù)嘉告訴記者。

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文 字|程振偉

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責(zé) 編| 樓 威

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