袁春風教授長期從事計算機系統課程的教學改革與創新工作，在教材編寫和實驗設計方面成果突出，研發了多種教學資源並向全國開放，為提高計算機系統的教育水平作出了傑出貢獻。
關鍵詞：CCF傑出教育獎 計算機系統教育
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編者按：
編者按：在中國計算機學會（CCF）2021年度頒獎典禮上，CCF授予CCF女工委委員、南京大學計算機科學與技術系教授袁春風「CCF傑出教育獎」。袁春風教授長期從事計算機系統課程的教學改革與創新工作，在教材編寫和實驗設計方面成果突出，研發了多種教學資源並向全國開放，為提高計算機系統的教育水平作出了傑出貢獻。
袁春風教授深耕教學科研第一線多年，在人才培養、國家精品課程建設、大數據計算與並行處理技術、Web信息檢索與文本挖掘技術、多媒體文檔處理等研究領域取得很多令人矚目的成就。她先後主持國家級精品課程和國家級精品資源共享課「計算機組成原理」；她主持的慕課「計算機系統基礎（一）」和「計算機系統基礎（二）」分別被評為2017年和2018年國家精品在線開放課程（國家級一流線上課程），「計算機系統基礎」獲2021年南京大學首批江蘇省一流本科課程；她主編的《計算機組成與系統結構》和《計算機組成與系統結構習題解答與教學指導》被遴選為普通高等教育「十二五」國家級規劃成套教材；她主編的《計算機系統基礎》和《計算機組成與設計》分別被遴選為2014年、2018年江蘇省高等學校重點建設教材。她曾獲得國家級教學成果二等獎1項，國家教委（教育部）教材二等獎1項，江蘇省教學成果特等獎2項、二等獎1項，江蘇省優秀多媒體課件特等獎1項，江蘇省網絡課件大賽一等獎1項，江蘇省優秀課程群獎1項，江蘇省科技進步二等獎2項，江蘇省優秀軟體一等獎1項，還編寫了江蘇省精品教材和江蘇省培優教材各1部。
袁春風教授在工作之餘還承擔了很多社會服務工作，目前兼任中國開放指令生態（RISC-V）聯盟人才發展組組長，CCF體系結構專委會委員，江蘇省計算機學會體系結構專委會副主任委員，江蘇省計算機學會大數據專委會委員，教育部計算機類專業教指委計算機系統專家委員會委員，計算機專業系統能力培養實施方案工作組成員，全國高等學校計算機教學與產業實踐資源建設專家委員會委員。
作為中國計算機系統教育的「拓荒者」，她從二十年前就開始進行計算機系統教育的課程改革，指導學生掌握完善的計算機系統知識結構，讓他們在未來的科研、職業發展道路上有了更多選擇。
CCF女工委近期對袁春風教授進行了訪談，就國內高校計算機系統課程的教學改革、學生的計算機系統能力培養、計算機領域的女性力量等話題進行了探討。
做中國計算機系統教育的「拓荒者」
在2003年撥號上網的時代，袁春風教授通過網絡學習美國高校在計算機系統教學方面的經驗。作為「拓荒者」，她在南京大學通過「開新課」與「改老課」的方式，嘗試打破傳統「把各個課程割裂開來進行教學」的思路，為中國計算機系統教學帶來新的可能。
Q
與計算機其他方向相比，在大學進行計算機系統教育有什麼難點？
袁春風：傳統的計算機系統專業教學是按照計算機系統的抽象層次來劃分課程的，一般從下往上有數字邏輯電路、計算機組成原理、彙編語言程序設計、作業系統、編譯等。然而問題在於，沒有一門課程能夠把計算機系統每一層之間的關聯說明白、講透徹，也沒有介紹計算機系統中最核心、最基礎內容的課程。國內的絕大部分任課教師都是在這樣一個傳統的課程體系下培養起來的，可能也沒有意識到計算機系統各個層次之間存在的內在關聯。所以，我認為系統類課程教學最大的難點是如何打破傳統的課程體系，繼而打破傳統「把各個課程割裂開來進行教學」的思路。
Q
在這樣的難點之下，如何進行計算機系統教育改革？
袁春風：計算機系統教育改革有兩種思路。一是「開新課」，即增加新的系統課程，把最核心的內容全部關聯起來；另一種方式是「改老課」，即改變原來的課程教學思路。實際上不管是開新課還是改老課，做起來都非常難。因為計算機系統本身就很複雜，將其放在目前的教學考核指揮棒下面去做，確實很不容易。
Q
您在開新課、改老課這兩種課程改革方式上進行了哪些嘗試？
袁春風：十幾年以來，我一直在做這方面的改革，但也是沿著一個個台階艱難地往前走。先是改老課，在此過程中我遇到了瓶頸，然後又嘗試開新課。這件事最早可以追溯到2003年。2003年之前，我已經在南京大學（下稱「南大」）計算機系教了15年的計算機組成原理課程。當時，在國內它被看作一門偏硬體類的課程。每學期都會有學生問：「老師，我學了這門課有什麼用？跟我以後做程式設計師有任何關係嗎？」我被問得啞口無言。我當時已經把國內能找到的所有教材都看了一遍，但也沒有找到答案。2003年，我去英國留學，就想看看國外是怎麼上這門課的，卻發現他們的課程內容與思路與我們沒有任何差別。
我又到網上去找美國大學的相關課程，發現美國的大學正好開啟了一個叫Web Cast的新教學模式。我找到了加州大學伯克利分校(UC Berkeley)編號為CS61C的課程，課程名稱為Machine Structure（相當於國內計算機組成原理課程），它將計算機系統的核心知識全部關聯起來。這門課程讓我耳目一新，受到很大觸動。當時還是撥號上網，網速很慢，看完一堂課經常要花幾個小時，但是我收穫很大。
2004年回國後，我就開始進行教學改革，從計算機組成原理課程改起，把硬體、軟體關聯起來去講。同時，在課程教學中引入CPU設計實驗，用硬體描述語言和現場可編程門陣列（FPGA）來做CPU設計，將驗證性實驗改為設計性實驗。在該課程中成功引入基於FPGA的實驗後，我於2009年開始帶動偏硬體類課程群進行整體改革。2013年，在原來偏硬體類課程群教學改革的基礎上，我們又增加了一門「計算機系統基礎」課程，把C語言程序、指令系統、編譯器、連結器、作業系統等全部貫穿起來。最近兩年，我們又把數字邏輯和計算機組成原理進行整合改革。在南大進行的整個改革過程，兼具「開新課」和「改老課」兩種途徑，不斷地優化、推進、完善，最終形成了一套完整的三階段螺旋式上升的計算機系統能力培養體系。
Q
本科階段和研究生階段的系統教學有什麼不同的要點嗎？
袁春風：過去十幾年，我的主要精力放在本科生的系統能力培養方面，研究生的系統類課程參與不是很多。本科生低年級的系統類課程教學著重於單處理器計算機系統的基本工作原理，還未涉及大數據、高性能並行計算等內容。這要求本科生把建立在單處理器基礎上的計算機系統基本原理搞清楚，然後進行編程實踐和系統實現。以此為基礎，讓學生在大三大四時去做一些比如大數據並行處理系統方面的綜合應用。南大就是這樣做的。本科階段，我們構建了「三縱四橫」螺旋式上升的系統類課程培養模式：從一、二年級進行x86或RISC-V指令系統模擬器設計並構建完整的系統實驗，到二、三年級進行真實的CPU設計和作業系統設計等系統性實驗，再到三、四年級基於現有的比如大數據並行系統提供的架構做應用開發。
對於研究生階段的系統類課程，我覺得應該注重對高性能並行計算、大數據處理系統等架構的理解。其實並行架構和單處理器計算機系統一樣，也是從最基本的硬體計算架構以及存儲架構，到並行計算模型，然後到算法層，再到應用層。它也存在系統之間關聯的問題。研究生階段需要進行研究和開發的系統性培養，而且要結合學生自身的科研進行。很多課題組，比如大數據開發，需要把研究課題和教學結合起來做。
袁春風在2021CCF頒獎典禮上領獎（左起：CCF獎勵委員會主席錢德沛、袁春風、CCF理事長梅宏）
授人以魚不如授人以漁
培養學生的計算機系統能力，是袁春風教授一直努力的重要方向。這如同授學生以漁——當學生有了系統思維後，就能自主地將所有課程知識貫通起來，形成全面而整體的認識；不管學生將來去做系統哪個層次的工作，都能底氣十足，因為整個系統他都明白。袁春風教授也通過開設線上課程普惠更多層次的學習者。
Q
您是否會有意識地鼓勵更多學生選擇計算機系統作為研究方向？
袁春風：是的，我國在計算機系統這一方向確實需要加強。我真心希望很多學生將來繼續深造時，或者是進入工業界以後，能夠從事這方面的研究或開發工作。所以，在教學過程以及平時與學生的交流當中，我都會有意識地給學生講一些案例，告訴他們這個方向前途無量，而且是國家需要的。在這個過程當中，除了鼓勵一批學生留在南大進行系統方向的研究以外，我也推薦了很多學生到中科院計算所、北大、清華、上海交大等科研院所和學校進行系統方向的研究。現在已經有一批學生做得非常好了。
Q
您之前作過的許多報告都談到，對於計算機專業的學生，計算機系統能力的培養非常重要。您能否介紹一下這種重要性體現在哪裡？目前國內外高校在系統能力培養方面存在哪些不足？
袁春風：為了推動國內高校對計算機系統課程的教學改革，在過去十多年間，我作了近百場相關報告，包括全國性教改、教學研討會，還受邀到其他高校作報告，我每次都會談到系統能力培養。最初幾年作報告時，我講的是為什麼要進行系統能力培養，介紹我們從PC時代來到了後PC時代，萬物互聯、並行計算、大數據的應用需求要求學生具有系統思維，也要求學生在理解分析的基礎上，能夠設計系統並更好地應用系統。後來發現，這個內容對大家的觸動不是很大。之後，我在報告中就引用一些簡單的程序的例子，比如一個簡單的關係表達式、賦值語句加printf語句、循環語句、遞歸調用等，其背後則是高級語言源程序、編譯器、連結器、作業系統、指令系統、微架構等系統各層的關聯。每次我把這個簡單的程序放出來的時候，聽眾就會想：這個程序運行出來的結果是什麼？很多時候程序運行出來的實際結果和大家的預想是不一樣的。這反映了程序執行的結果不僅依賴於高級語言的語法和語義，還與作業系統、編譯器、連結器、指令系統等息息相關。
另外，我還在報告中加入了一些實際的系統研究項目案例。這些案例也體現了，如果要進行一個系統的項目開發，必須要進行系統全棧的調試和分析。也就是說，無論是學生，還是研究者或開發者，都必須把整個系統串起來去解決一個問題。很多老師聽完以後發現改革原來的教學方式確實勢在必行，當學生有了系統思維以後，他就能把後續所有課程相關的知識點串聯起來，像滾雪球一樣，不斷形成新的認識，然後越來越全面。不管我們的學生將來去做系統哪個層次的工作，他都能底氣十足，因為整個系統他都明白了。
Q
在疫情的大背景下，線上教學的重要性越加凸顯。您覺得線上與線下教學有哪些異同？在線上線下聯動教學方面，您是否進行了新的嘗試和努力？
袁春風：我做線上教學有十多年了，從計算機組成原理課程的超星大視頻，到國家級的精品資源共享課，包括我們在2009年開發的「計算機組成與系統結構」網絡課程，以及最近幾年的「計算機系統基礎」系列慕課。我認為線上與線下教學最本質的區別是教學對象不同。線上教學的對象類型非常廣泛，有在校的、在職的、本專業的、外專業的，學生基礎差異也比較大。因此，我們在做線上課程時，一般會將課程內容安排得更細一些，希望能夠覆蓋各種類型的學習對象的需求。有些學生基礎比較好，可以將某些內容跳過；如果基礎不是很好，可以循序漸進地把所有問題逐個搞清楚。同時，在線的練習題庫也非常豐富，學生可以看完視頻再去做作業。當然，還有討論區。很多社會學習者通過慕課也能基本掌握課程知識。
線下課程是面對面的，與學生交流的機會比較多。學生除了參與課堂學習，也可以自主學習線上課程。因此，我們加入了兩種新元素。一是翻轉課堂，即讓學生去講。在「計算機系統基礎」課程教學中，我在上課之前會在網上找一些程序案例，請學生上台說明這些程序的執行結果是什麼，為什麼是這樣的結果。這就需要學生抽絲剝繭，把裡面涉及到的作業系統、編譯器、指令集體系架構等問題搞清楚，在自己的機器上反覆調試驗證，最後做成PPT到講台上來講，並進行討論。這讓學生收穫很大，也有利於他們養成自主查資料、自行分析驗證等學習習慣。另外，我們還利用中國大學慕課平台，在下課前的五到十分鐘讓學生做若干題目並給出自動評分。如此一來，我也可以了解學生學習課程後的收穫以及他們存在的問題。因此，線上線下結合肯定比單純線下的教學效果好得多。
計算機領域的中國女性力量自信昂揚
Q
您如何看待計算機教學、科研以及教育領域中的中國女性力量？
袁春風：我覺得中國女性在計算機教育、科研、教學方面做出了很大的成績，不管是在線下課程的講台，還是線上課程的視頻，以及科研項目的答辯會、教學研討的報告會當中，都有中國計算機界女性自信昂揚的身影。比如張銘老師、耿國華老師，她們真的做得很好，還有很多在科研領域中做得相當出色的一些女性教師。
Q
近年來南京大學的計算機及相關專業當中，女生的比例如何？她們進入工業界或學術界後發展如何？學校或者學院有沒有一些特別的舉措鼓勵更多女學生堅持留在計算機領域？
袁春風：南大計算機專業的女生比例，我沒有具體調查過。據我觀察，每年學生的男女比例變化不是很大，女生占比15%~20%。在長期的教學和人才培養過程中，我發現女生很少有因成績不達標而重修課程的情況。但是，翻轉課堂上主動要求上台報告的女生很少。每年聽研究生的答辯報告時，我都發現女生在答辯材料的組織、邏輯思維、口頭表達能力方面普遍比男生強。所以我覺得，女生做事認真細緻、能夠靜下心來的特點相對明顯。
南大計算機專業的女生進入社會以後，從事的領域可能比男生要廣一點。絕大部分男生畢業後都做與計算機相關的研發工作，但是女生除了繼續做研發工作之外，也有許多從事計算機領域的管理、人事等崗位。經過計算思維和系統思維的訓練，計算機專業能力的培養以及問題求解能力的鍛鍊，計算機專業女生的職業生涯發展潛力會很大。
Q
您覺得當下我們需要鼓勵更多的女生學習計算機專業嗎？
袁春風：我覺得需要。女學生也是非常適合學習計算機專業的，計算機專業學生的思維方式、做事風格都很有條理，會將算法思想運用到生活當中。
Q
CCF女工委如何在培養下一代計算機人才中發揮更大的作用？
袁春風：CCF女工委中聚集了很多來自大學、科研院所、企事業單位的優秀女委員。我認為女工委的重要作用之一，是在培養人才的大學和聘用人才的企業之間建立一座溝通的橋樑。走進企業以後，我們會更加了解企業希望招聘什麼樣的畢業生，女性計算機從業者應具備什麼樣的特質和專業基礎，根據這些需求，大學可以更有針對性地進行人才培養。另外，我們可以尋找一些優秀女性計算機人才作為典型案例，將她們的成長經歷以及接受培養和教育的過程、經驗等通過各種渠道向在校女生宣傳。這種方式可以讓在校女生感受到榜樣的力量，找到正確的學習路徑和適合自己的發展道路。同時，我們還可以定期召開全國範圍的女性計算機工作者大會，設立專題討論會，甚至設置一些相關的榮譽獎勵，鼓勵大學、科研院所以及企事業單位中的女性計算機工作者做出更多成績、貢獻更多的力量。
採訪後記
袁春風：2021年對我來說是個豐收年，我獲得了CCF傑出教育獎、寶鋼優秀教師獎、CRVA科教實踐獎、省教學成果特等獎和省一流課程等榮譽。我爸媽在手機上看了2021 CCF頒獎典禮的直播，聽我在現場講話，想必他們的心裡是無比驕傲的！我在橫店參加完CCF頒獎典禮就直接去看二老了，想當年小學時學習的最初動力就是要為爸媽爭光，每天埋頭給羊割草時腦子裡想的都是將來長大了能夠榮歸故里，讓爸媽開懷大笑。雖然自己在農村上的小學和中學，但我遇到的所有老師都是我心目中最好的老師，他們給了我自信和力量，教會我如何做人、如何學習、如何樹立遠大理想，告誡我將來要報效祖國。是他們的關懷、支持和鼓勵，一路把我送到了南京大學。
在新建的南大120周年校慶校友群里看到很多老校友都在回憶當年在南大的美好時光，談到我們當年拿的中、高檔助學金有多少，食堂最好吃的菜是什麼，紛紛曬出1分錢的菜票、吃飯用的搪瓷盆、漢口路餛飩店、校門口的合影照……回想在南大這40多年的學習、成長和工作經歷，真是感慨萬千！感謝南大的師長、領導、同事和學生們，你們給了我盡心竭力進行教學改革的方向、環境、資源和動力；在過去十幾年的教改工作中，我又何其幸運，遇到了一批在計算機專業教育方面的資深專家、出版界及企業界的同仁們，正是他們的支持、幫助和鼓勵，我才能和同事們及學生餘子濠、國防科大的陳薇等老師共同完成基於MIPS、IA-32/x64、RISC-V、ARM等架構的關於數字電路、計算機組成原理、系統結構和計算機系統基礎等方面的十多本主/輔教材和PPT講義的編寫以及相應課程實驗設計等工作。非常感謝一直以來給予我支持、幫助和鼓勵的所有老師、學生、好友和家人！
王婧雯
CCF專業會員，CCF女工委委員。微軟亞洲研究院學術合作經理。主要負責微軟Ada Workshop、微軟亞洲研究院院友會項目，及微軟亞洲研究院學術合作項目的宣傳推廣策略制定與內容創作。
jingww@microsoft.com
張嘉慧
中國人民大學文學院碩士研究生
陳澤華
CCF傑出會員，CCF女工委執行委員。太原理工大學大數據學院教授。主要研究方向為數據挖掘與知識發現、粗糙集與粒計算、區塊鏈等。
chenzehua@tyut.edu.cn
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