0引言
在全球科技竞争日益激烈的态势下，我国急需 CPU 制造、工业软件、计算机系统等方面的高端人才。
长期以来，国内计算机专业人才培养偏重于应用，忽视了计算机设计和制造，导致底层架构设计和系
统软件开发的高端人才极为匮乏。2016 年，国家发改委、工信部、财政部、税务总局联合发布《关
于印发国家规划布局内重点软件和集成电路设计领域的通知》
[1]
，提出要重点发展操作系统、数据库
等基础软件和各类芯片。2019 年，教育部出台《教育部关于 2019-2021 年基础学科拔尖学生培养
基地建设工作的通知》
[2]
，将计算机科学纳入基础学科的建设范围。2020 年，教育部、工业和信息
化部联合发布《特色化示范性软件学院建设指南（试行）》
[3]
，聚焦关键基础软件、嵌入式软件等五
大软件领域。在此时代背景下，全国各大高校积极推进计算机系统能力培养的改革
[4]
，设计贯通计算
机硬件类基础课程知识体系的复杂实验教学方案
[5- 6]
。
近 年 来 ， 国 内 大 部 分 高 校 均 已 使 用 基 于 现 场 可 编 程 门 阵 列 （ Field Programmable Gate
Array，FPGA）的实验板卡或实验箱开展计算机硬件类基础课程的实验教学
[7-8]
。然而，这种实验教
学只能在实验室内开展，受时间、空间和设备资源等制约
[9]
，学生无法得到充分实践，严重影响实验
教学效果。全国高校普遍缺乏支持复杂系统级实验设计的高端远程硬件实验平台，这已成为高校实施
学生计算机系统能力培养的障碍。清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学等高校先后开展了
基于 FPGA 的硬件类课程远程虚拟实验平台研究
[10 ]
。这些平台主要专注于实验功能的实现，提供了小
规模的 FPGA 远程实验，理论学习与实验实践结合度不高。大规模在线开放课程（ Massive Open
Online Courses，MOOC）平台
[11-1 3 ]
主要提供理论学习资源，目前我国 MOOC 建设呈现出爆炸式增
长趋势，MOOC 课程受到社会学习者和高校学生的广泛关注与青睐
[14]
，但该课程无法满足需要大量动
手实践的工程领域实践课程的教学需求，尤其是需要硬件设备支撑的课程。
杭州电子科技大学国家级计算机实验教学示范中心多年来一直潜心致力于计算机系统能力培养的实验
教学改革，在自主研发的 FPGA 实验板卡的基础上，探索将 MOOC 平台与远程交互式 FPGA 实验平
台相结合的大规模开放式在线实验（Massive Open Online Labs，MOOL）
[15 - 1 7]
教学平台建设方
案，在高校开展在线理论与实践相融合的一体化教学，为学生提供随时随地学习和实验的环境，为疫
情期间硬件实验课程的在线教学实施提供了重要借鉴。
1实验教学平台可行性分析
计算机硬件类课程传统实验教学模式面临诸多问题，例如传统课程实践培养只是作为理论教学的拓展 ，
得不到足够重视；实验项目的开设、实验设备的操作和实验流程的规划缺乏自主开放性，一定程度上
降低了学生的学习主动性；各类课程缺乏整体性和关联性，实验课程教学易受时空限制等。
本文基于 MOOC 的 FPGA 硬件类课程远程实验教学平台具有以下优势：①实际设备与虚拟外设相结
合，支持在线监控和数据交互，使实验效果更直观；②使用便捷，只需浏览器和网络便能随时随地学
习和实验；③注重实践，在线理论与在线实践同步；④收集实验数据，对其进行统计、处理和可视化
展示，帮助教师进行学情分析；⑤扩展性强，以 MOOC 平台为中心，可兼容不同实验平台。
为满足以上需求，平台通过软件界面模拟实验板的交互操作，采用网络通信与真实版卡进行交互，采
用摄像头拍照和虚拟外设显示两种方式查看实验效果；通过 B/S 架构模式
[18]
保证随时随地学习和实验
的需求；将实验平台接入 MOOC 平台，使理论教学与实践学习真正协同；通过实验数据收集、统计
和可视化，帮助教师掌握学生实验情况，分析实验教学效果；利用 MOOC 平台对教学资源的整合能
力以及低耦合度的设计方式，确保对不同实验平台的可扩展性。
2实验教学平台设计
2.1平台总体架构
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