计算所与国科大喜获SIGCSE会议论文录用,科教融合再添硕果

日前,中科院计算所计算机体系结构国家重点实验室及中国科学院大学计算机与控制学院喜获第50届ACM计算机科学教育大会(ACM Technical Symposium on Computer Science Education,SIGCSE)长文录用通知。文章题目为“Computer Organization and Design Course with FPGA Cloud(使用FPGA云平台开展计算机组成原理课程教学活动)”。作者包括张科、常轶松、陈明宇、包云岗及徐志伟五位老师。会议将于2019年2月27日至3月2日在美国明尼苏达州明尼阿波里斯市召开。

作为国际上历史悠久的计算机科学教育领域旗舰会议,ACM SIGCSE自1970年第一届召开就始终处于计算机科学教育与教学方法研究的国际前沿水平。此次论文录用是中科院历史上首篇ACM SIGCSE长文,并且五位作者均同时担任计算所科研与国科大本科一线教学工作,这体现了中科院持续推进独具特色的科教融合办学体制和培养模式、深耕本科教学、实现高等教育内涵式发展的最新成果。

本次录用的论文介绍了教学团队在国科大本科生《计算机组成原理》理论和实验课程中的教学思路和教学方法,并围绕计算所自研FPGA云平台在相关教学活动中起到的独特作用和教学效果展开详细论述。作为一种硬件现场可编程门阵列芯片,FPGA可以用于硬件逻辑模块(如组成原理实验课中的单周期处理器)开发与调试。有条件的国内外高校课程已开始使用此类硬件板卡进行计算机系统方向的实验课程项目。为进一步提升实验项目开发的敏捷性、降低学生在硬件环境搭建和调试的复杂度,国科大教学与科研团队结合学术及工业界主流技术发展趋势,从2013年开始进行FPGA及云计算平台技术积累,历时五年成功研制了一套面向计算机系统能力培养需求定制的FPGA云平台。相比传统组成原理实验课程中使用软件仿真或本地FPGA板卡开展课程实验的教学模式,FPGA云平台可以更好的达到预期教学活动目标,不仅方便学生随时随地开展实验项目,教师亦可对学生代码进行快速审阅和线上辅导。经过授课教师与同学们在云平台使用过程中的闭环反馈与调试优化,基于FPGA云平台的敏捷开发流程得到了同学们的广泛认可,不仅提升了同学们的计算机系统能力和软硬件编程能力,还极大增加了同学们对于计算机系统知识及相关科研方向的浓厚兴趣。以2018年春季学期92位同学的匿名调查结果为例,除45.7%的同学始终对计算机系统方向感兴趣之外,34.8%的同学开始喜欢上了计算机系统类别的课程。尤其值得注意的是,通过组成原理课程学习与实践的个别优秀本科生已初步具备参与计算机系统相关科研项目的能力,这也体现了新的教学方法对于培养低年级本科生科学研究素养的潜在作用。

作为计算机教育领域规模最大的国际学术会议,ACM SIGCSE近年来的参会人数规模均超千人,2018年达到了创纪录的1661人。会议涵盖从K-12、本科到研究生等多方面的计算机科学教育研究工作学术报告和教育教学产品展览。据悉,SIGCSE会议历史上仅有三篇来自中国大陆第一作者的长文(Full Paper)。希望通过本次论文发表,进一步促进国科大和国内外兄弟院校的教学研究与合作交流,形成具有科教融合鲜明特色的计算机系统类教学理念和教育体系。

图1. 一台面向计算机组成原理课程教学与实验的FPGA云平台服务器

(服务器上盖打开状态,内含32块FPGA硬件板卡)

图2. 授课教师远程登录FPGA云平台开展教学活动

图3. 同学们远程登录FPGA云平台开展课程实验项目