项目编号：202102278057
项目类型：新工科培植项目
项目履行背景
当前高速发展的技能及各种打破性的创新成果层出不穷，给电子信息领域的人才培养和传授教化改革提出了新的哀求。本项目在教诲部新工科培植的背景下，通过领悟微机事理和数字逻辑根本两门课程的知识点，建立合二为一的数字系统剖析与设计新坐标。两门课程的合并须要一个强有力的纽带连接，开源指令集架构及其微处理器芯片是两门课程领悟传授教化的最佳桥梁。本项目以当前盛行的开源RISC-V架构更换卡脖子指令集架构，相应地改造传授教化模式，以海思RISC-V架构微处理器为传授教化实体，引发学生利用数字逻辑根本知识在开源架构上大胆创新，培养面向未来的创新型人才。
改革思路及举措
项目的总体目标是通过更新“微机事理与系统设计”课程传授教化内容，打通“数字电路”与“微机事理”两门课程的合并壁垒，知足面向未来的创新创业人才培养的须要。两门课程合并后知识点的组织形式是本项目的紧张研究内容之一，其次是在国产微处理器根本上开拓干系实验内容，知足本课程实验传授教化须要，进一步完善理论传授教化内容与实验项目对应关系，为合并后理论教材与实验教材编写奠定根本，终极将合并后的课程打造成新的一流课程。
图1 传授教化改革总体思路
项目培植内容紧张包含：
（1）以RISC-V架构更换申请人编写的微机事理教材中的x86架构，完成教材中微处理器部分内容的更新。相应地更新总线、存储器系统、I/O接口部分的内容，使之与RISC-V处理器能合营形成微系统；
（2）深度挖掘“数字电路”和“微机事理”两门课程中零散知识点之间的结合点，深度领悟两门课程知识点，推出知识点领悟传授教化范例案例；
（3）培植合并后的数字逻辑与微处理器实验课，首先设计适宜课程理论传授教化以及学生实验用的RISC-V汇编措辞程序设计集成开拓环境，然后结合RISC-V微处理器芯片和FPGA芯片开拓范例实验案例，终极建成能够知足学院700余位本科生的实验平台。
传授教化改革该当遵照循规蹈矩的原则，首先在普通班、教改班和卓越工程师班3个小班进行传授教化试点，在试点传授教化中紧张办理两门课程领悟后知识点的组织形式、课时分配、传授教化进度、线上与线下合营、初步开设实验、学生反馈授课效果等问题，为进一步在学院所有专业全面开展传授教化改革、修订课程大纲、编写课程教材积累履历。
详细举措包括：
图2 电子系统抽象层级与本课程定位
（1）梳理两门课程知识点，推陈出新，捉住核心关键知识点，增加当今数字逻辑与处理器领域的盛行设计理念、方法、技能和常用器件，实现课程知识点领悟，理论与实践相结合。知识点梳理后，明确了合并后课程在电子系统抽象层级中的定位，如图2所示。两门课程知识点优化后，建立了两门课程知识点之间的关联关系，课程知识图谱如图3所示。
图3 课程知识图谱
（2）确定了以微机事理宏不雅观知识点为躯干，以数字电路微不雅观知识点为血肉来组织课程内容，按照系统--单元--系统的办法来履行的总体传授教化方案，以不变的数字逻辑设计基本事理，应对不断呈现的新型微处理器和运用。课程领悟方案和履行办法示意图如图4所示。
图4 课程领悟方案和履行办法
（3）校企联合的实验平台培植，课程组西席设计能够知足传授教化须要的RISC-V汇编措辞程序设计和仿真软件，使学生能够轻松节制汇编措辞程序设计，并深刻理解微处理器内部构造。根据老师提出的实验哀求，由企业为课程开拓实验平台，设计知足特定需求的实验系统，图5为海思为学生开展实验设计的软件、实验箱、实验板，实验板核心芯片是RISC-V架构的Hi3861SoC，结合外围模块可支持学生完成交通灯掌握实验、温湿度监测与告警实验、无线Wifi灯光远程掌握实验等。除了海思供应的实验平台外，课程组开拓了以国产FPGA为核心，结合RISC-V软核开展实验传授教化的实验平台。
图5 海思实验平台
项目成果
1. 在理论课传授教化方面，更新了传授教化内容，编写了“数字逻辑与微处理器”课程传授教化大纲、课程讲义，制作了统一的传授教化课件；在实验课传授教化方面，采取华为Hi3861SoC芯片和LiteOS Studio开拓环境，设计了8个实验案例，编写了实验课传授教化大纲和实验辅导手册；
2. 在西电智课平台建立了改革后的课程网站，录制了部分MOOC视频，课程二维码如图6所示；
图6 课程网站MOOC视频二维码（a）理论课、（b）实验课
3. 课程组西席揭橥干系传授教化改革论文6篇，开拓了适宜传授教化利用的RISC-V汇编措辞程序设计与仿真软件1套，获软件著作权1项；
4. 传授教化改革支撑学生参加大学生电子设计竞赛、光电设计竞赛、互联网+创新创业大赛、研究生创新实践系列大赛等赛事，获全国一等奖2项，省级一等奖3项，校一等奖3项；
5. 传授教化改革支撑课程组西席参加全国青年西席电子线路、电子技能根本授课竞赛和电工电子根本实验传授教化案例设计竞赛等比赛，获全国一等奖3项、二等奖4项，参赛情形如图7所示。
图7 课程改革支撑西席传授教化竞赛获奖
项目创新点及成效
1. 本项目将微机事理传授教化中长期利用的x86架构更换为开源处理器架构RISC-V，以华为海思的RISC-V处理器（例如物联网SOC Hi3861）作为实体来学习微处理器，RISC-V架构更有利于引发学生设计和实现微处理器，有助于为国家培养面向未来的创新型人才。此外，RISC-V架构是一个全新的开源架构，它既适宜于高性能打算领域，例如PC和做事器，也适宜于嵌入式开拓领域，例如微掌握器MCU和移动处理器，填补了目前微机事理课程传授教化内容在嵌入式领域的空缺；
2. 本项目将“数字电路”和“微机事理”两门课程合并传授教化，剔除知识点重合部分，压缩课程总体学时，为本科生开展实践和创新创业活动供应宝贵韶光。此外，两门课程合并传授教化，知识点交融贯通一定提高了课程寻衅度，“数字电路”是底层根本，“微机事理与系统设计”是上层运用，两者有机领悟使学生更随意马虎理解数字系统的剖析与设计方法，再结合RISC-V开源架构，更有利于引发学生设计和实现RISC-V架构微处理器的激情亲切，课程合并后学生不仅能够运用微处理器办理实际问题，更进一步节制了微处理器设计与实现方法，极大地提高了学生的能力和水平。
传授教化改革取得了很好的成效，课程组首先在电子工程学院教改班、卓越班、遥感班3个班级开展了一年试点传授教化，学生普遍反响，改革后课程难度有所提升，学好本课程具有寻衅度，但受益良多。项目卖力人开展了课程改革履历分享的师资培训，全校共100余位西席通过线上和线下参加了培训活动，随后推广到学院所有专业，目前已有3个年级共2100多逻辑学生受益。此外，项目组于2024年3月16-17日在西安举办了微处理器设计及运用师资培训活动，通过培训与研讨助力其他高校开展基于自主创新的嵌入式软硬件系统的课程改革，培养更多嵌入式系统设计课程青年西席，知足企业对嵌入式系统设计人才的急迫须要。
运用及推广情形
1. 传授教化改革成果有力支撑了课程组报告“数字逻辑与微处理器课程群虚拟教研室”，并成功入选教诲部全国首批虚拟教研室培植试点。通过虚拟教研室平台开展研讨活动，项目卖力人在全国100多所高校等分享了校企联合课程改革的履历，图8是虚拟教研室开展的部分研讨活动。目前已有多所高校开始考试测验类似的课程改革，本项目开展的传授教化改革起到了很好的示范效应；
图8 虚拟教研室开展的部分研讨活动
2. 课程组总结了开展领悟课程传授教化改革的履历，项目卖力人及紧张成员受邀在教指委组织的全国传授教化论坛上进行申报请示分享6次，在西北、华中等地区传授教化研讨会进行报告多次，有助于将本项目传授教化改革履历推广到全国其他高校，扩大改革成效；
图9 慕课西部行同步教室
3. 为了使改革成果让其他高校学生也同步受益，通过慕课西部行平台，2023年4月我校与塔里木大学联合开展了《数字逻辑与微处理器》同步教室，两所学校的学生同上一门课，使其他高校也能及时体验本项目改革成果。图9为同步教室展示。
履历总结
在人工智能浪潮席卷各行业和领域的情形下，培养学生创新意识和判断力是高校人才培养的重点，因此有必要提高大学生学业寻衅度，而知识点的交融贯通便是提高学业寻衅度的自然路子，本项目一方面对大学生进行了合理增负，提升了学业寻衅难度；另一方面两门根本课的有机领悟有助于引发学生投入微处理器芯片设计和运用事情的激情亲切，使学生能力和水平得到超过式提高。
