對(duì)高職《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)改革的探討

□吳新華 羅曉娟

對(duì)高職《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)改革的探討

□吳新華 羅曉娟

分析了《計(jì)算機(jī)組成原理》在高職高專(zhuān)教學(xué)中存在的若干問(wèn)題，圍繞如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、完善教學(xué)手段、改革教學(xué)方法以及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等問(wèn)題進(jìn)行了探討，提出了提高教學(xué)質(zhì)量的方法。

計(jì)算機(jī)組成原理；教學(xué)方法；實(shí)踐教學(xué)

《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。它主要講述基于馮、諾伊曼計(jì)算機(jī)基本部件的構(gòu)造和組織方式、基本運(yùn)算的原理以及部件和單元的設(shè)計(jì)思想等[1]。其前導(dǎo)課程是“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字邏輯”，后續(xù)課程是“微型計(jì)算機(jī)接口”、“單片機(jī)原理”等等，《計(jì)算機(jī)組成原理》在其中起著承上啟下的關(guān)鍵作用。前導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)使同學(xué)們了解了計(jì)算機(jī)硬件最底層的物理原理、基本的電子元件和數(shù)字電路，而《計(jì)算機(jī)組成原理》則是第一次全面系統(tǒng)地把計(jì)算機(jī)的整機(jī)工作原理引入進(jìn)來(lái)，可以提高學(xué)生對(duì)硬件系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的能力，也為后續(xù)的硬件課程打下基礎(chǔ)[2]。

一、教學(xué)中存在的問(wèn)題

《計(jì)算機(jī)組成原理》在我校這樣的高職高專(zhuān)院校的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中存在著不少問(wèn)題，教學(xué)效果不是很理想。學(xué)生普遍反映這門(mén)課程難懂、內(nèi)容抽象，從而在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生畏難和厭煩情緒。通過(guò)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)主要原因有：

（一）硬件課程基礎(chǔ)較差

高職高專(zhuān)院校層次的學(xué)生高中數(shù)學(xué)、物理的基礎(chǔ)極差，對(duì)“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”這兩門(mén)先行專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課難以理解透徹，而這兩門(mén)課正是“計(jì)算機(jī)組成原理”的基礎(chǔ)課程，所以教學(xué)過(guò)程中很多的概念和圖形，學(xué)生感到難以理解，不知所云。這在一定程度上打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)本門(mén)課程的積極性。而且，因?yàn)楦呗毟邔?zhuān)層次學(xué)生素質(zhì)普遍不是很高，遺忘速度較快，也不太可能指望他們通過(guò)預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)自我提高。

（二）教學(xué)方式比較單一

盡答現(xiàn)在很多高校已經(jīng)采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，但是仍然避免不了“滿堂灌”的被動(dòng)局面，老師和學(xué)生不能很好的互動(dòng)起來(lái)。在教學(xué)組織中，計(jì)算機(jī)硬件許多新的內(nèi)容和技術(shù)沒(méi)能補(bǔ)充進(jìn)來(lái)。在教學(xué)課時(shí)安排上，應(yīng)注重與已修相關(guān)課程的內(nèi)容銜接，刪減不必要的重復(fù)內(nèi)容，留出適當(dāng)?shù)恼n時(shí)增加新的教學(xué)或討論內(nèi)容，充分讓學(xué)生參與課程，讓他們?cè)跓崃?、輕松的課堂氣氛中獲得知識(shí)。在考核方式上，仍然采用傳統(tǒng)的閉卷考試為主，實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)只是占很小的比例，不能提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

（三）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

《計(jì)算機(jī)組成原理》更多涉及到芯片的構(gòu)造、工作原理和應(yīng)用，很多知識(shí)只有通過(guò)實(shí)踐操作、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)，才能真正理解和掌握。根據(jù)這一特點(diǎn)，在教學(xué)時(shí)就應(yīng)著重理論和實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，理性和感性相互結(jié)合，學(xué)習(xí)的質(zhì)量才能得以保證。但現(xiàn)在很多高職高專(zhuān)院校實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，功能單一，不能很好地滿足計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)薄弱使學(xué)生不能有效的理解計(jì)算機(jī)內(nèi)部工作原理[3]。

二、教學(xué)方法的改革

（一）精選教材，合理組織教學(xué)內(nèi)容

目前在高校里用到的《計(jì)算機(jī)組成原理》的教材很多，例如高等教育出版社唐朔飛編寫(xiě)的 《計(jì)算機(jī)組成原理》，清華大學(xué)出版社王愛(ài)英主編的《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》等。根據(jù)我校實(shí)際情況，我們選擇了王愛(ài)英的《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》，這本教材融合了計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩方面的知識(shí)，能讓學(xué)生了解更多的計(jì)算機(jī)硬件細(xì)節(jié)，讓學(xué)生掌握如何在硬件系統(tǒng)上提高軟件的運(yùn)行效率。

在教學(xué)內(nèi)容的編排上，依據(jù)教學(xué)大綱，重點(diǎn)突出，詳略得當(dāng)。每一章都分為精講和選講兩部分，將選講部分放手讓學(xué)生自學(xué)或開(kāi)展網(wǎng)上討論，既培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，又節(jié)約了課時(shí)。精講部分則要求老師講細(xì)、講透，并結(jié)合當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，適當(dāng)增加有關(guān)計(jì)算機(jī)各部件的演變歷史和最新技術(shù)知識(shí)，這樣既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又彌補(bǔ)了教材與實(shí)際的脫節(jié)，提高了這門(mén)課的使用價(jià)值。

（二）明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

《操作系統(tǒng)》是站在軟件的角度看計(jì)算機(jī)的運(yùn)行原理，《計(jì)算機(jī)組成原理》則是站在硬件的角度來(lái)看計(jì)算機(jī)的運(yùn)行原理，因此這門(mén)課對(duì)于學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的學(xué)生來(lái)說(shuō)非常重要。另外，這門(mén)課程和《數(shù)字電路》等課程也有不同，《數(shù)字電路》是站在微觀的角度講解計(jì)算機(jī)的原理的，而 《計(jì)算機(jī)組成原理》則是站在宏觀角度講解的，因此大可不必在電路圖等細(xì)節(jié)問(wèn)題上陷得太深，以“抽象”的觀點(diǎn)看問(wèn)題，只要知道它能實(shí)現(xiàn)何種功能，不必管它內(nèi)部是怎么實(shí)現(xiàn)的。

對(duì)于以后想從事嵌入式系統(tǒng)、操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)等和硬件結(jié)合比較緊密的工作的同學(xué)，我建議所有的內(nèi)容都要學(xué)好，而如果以后想從事軟件相關(guān)工作的同學(xué)也要學(xué)好存儲(chǔ)器、輸入輸出系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法、指令系統(tǒng)、CPU的結(jié)構(gòu)和功能等章節(jié)的內(nèi)容，因?yàn)樽龃笮拖到y(tǒng)軟件會(huì)涉及到調(diào)優(yōu)的問(wèn)題，如果只懂軟件，而不知道硬件在怎么運(yùn)行的話，調(diào)優(yōu)會(huì)受到限制，軟件無(wú)法發(fā)揮硬件的最大優(yōu)勢(shì)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，筆者在讀研期間，我們實(shí)驗(yàn)室曾開(kāi)發(fā)過(guò)一套軟件系統(tǒng)，在HP的服務(wù)器上運(yùn)行，一開(kāi)始我們的軟件運(yùn)行效率非常低，然后HP派了一個(gè)對(duì)硬件、軟件都非常熟悉的團(tuán)隊(duì)來(lái)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，經(jīng)過(guò)調(diào)優(yōu)，我們的程序運(yùn)行效率提高了10倍。由此讓學(xué)生明白，要編寫(xiě)一個(gè)高效率的軟件，必須具備扎實(shí)的硬件基礎(chǔ)。

（三）采用啟發(fā)式教學(xué)法

啟發(fā)式教學(xué)法是教師啟發(fā)學(xué)生積極思維，使他們主動(dòng)掌握知識(shí)的一種教學(xué)方法?！队?jì)算機(jī)組成原理》和其他專(zhuān)業(yè)課不同，大部分都是理論性的東西，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容較少，因此很多同學(xué)感覺(jué)非常枯燥。在日常教學(xué)中，我經(jīng)常建議學(xué)生多結(jié)合自己的電腦進(jìn)行聯(lián)想和研究，多到網(wǎng)上搜索相關(guān)的資料，那樣理解就會(huì)更加深刻?！队?jì)算機(jī)組成原理》、《操作系統(tǒng)》是可以當(dāng)成“小說(shuō)”來(lái)看的課程，不要皺著眉頭把它當(dāng)成理論學(xué)，而是把課本想象成一個(gè)給你講計(jì)算機(jī)運(yùn)行原理的說(shuō)書(shū)人。

比如學(xué)到《系統(tǒng)總線》的時(shí)候，我讓學(xué)生意識(shí)到：計(jì)算機(jī)部件之間的通訊如果是通過(guò)一根線來(lái)進(jìn)行的話肯定非常慢，因?yàn)閿?shù)據(jù)、控制信息等都要通過(guò)一根線進(jìn)行，而如果分成數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三條線，這樣數(shù)據(jù)、控制、地址信息就可以并行進(jìn)行，所以速度就快了。然后學(xué)生就可以到網(wǎng)上搜PCI、ISA總線等的介紹，南北橋芯片的介紹等，這樣就能把知識(shí)做到“不用刻意記就記住了”。

講到《存儲(chǔ)器的緩存》的時(shí)候，我引導(dǎo)學(xué)生琢磨緩存到底是在做什么。緩存就是為了解決低速設(shè)備讀取的問(wèn)題，從內(nèi)存中讀數(shù)據(jù)肯定沒(méi)有直接從CPU的緩存中讀取快，所以就需要把經(jīng)常被讀取的數(shù)據(jù)放到緩存中，以后讀的時(shí)候直接去緩存中讀取就可以。緩存不能設(shè)計(jì)的太小，因?yàn)樘〉脑捄芏嘈枰彺娴臄?shù)據(jù)放不進(jìn)去，太大的話則會(huì)增加成本，而且會(huì)導(dǎo)致很多不需要被緩存的數(shù)據(jù)也緩存了。然后學(xué)生就到網(wǎng)上看主流的CPU內(nèi)置的1M、2M、8M緩存的比較的文章，這樣就會(huì)理解深刻了。

講到程序查詢方式、DMA方式等的時(shí)候，我引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想企業(yè)中的人員管理，有的企業(yè)里邊A員工讓B員工做一件事情也要領(lǐng)導(dǎo)轉(zhuǎn)達(dá)任務(wù)分派，而且有的企業(yè)里一些普通的事情員工之間就可以處理，無(wú)需要領(lǐng)導(dǎo)過(guò)問(wèn)。講到奇偶校檢碼的時(shí)候你就可以思考為什么有的壓縮文件、視頻文件有輕微的損壞仍然能夠打開(kāi)，你甚至可以自己寫(xiě)一個(gè)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)校檢功能。

三、實(shí)踐教學(xué)的改革

《計(jì)算機(jī)組成原理》的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，應(yīng)該以深化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)而定位。由此我們建立了新的“計(jì)算機(jī)組成原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將實(shí)驗(yàn)進(jìn)度分為基礎(chǔ)模塊實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，形成從部分到整體、從接受知識(shí)型到綜合能力型逐級(jí)提高的實(shí)驗(yàn)體系[4]。

（一）基礎(chǔ)模塊實(shí)驗(yàn)階段

實(shí)驗(yàn)有移位操作實(shí)驗(yàn)、運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)、控制器實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)。通過(guò)一系列小實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證和應(yīng)用，要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中單元模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及相關(guān)電子芯片的基本邏輯，理解單元模塊的工作原理及該單元模塊在整機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。讓學(xué)生對(duì)五大硬件的理論知識(shí)由淺到深逐步掌握。

（二）綜合性實(shí)驗(yàn)階段

讓學(xué)生建立整機(jī)思想，在熟悉單元模塊工作原理的基礎(chǔ)上，掌握計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)地協(xié)調(diào)運(yùn)行。為了達(dá)到這一教學(xué)目的，我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容中安排了一定量的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生通過(guò)一系列此類(lèi)實(shí)驗(yàn)，掌握整機(jī)運(yùn)行模式，從部分到整體形成一個(gè)完整的“整機(jī)”概念，進(jìn)一步深刻理解理論知識(shí)[5]。

（三）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段

在這一階段的系列中，我們改變傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)“芯片+連線”的做法，用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷褂布墓δ芸梢院蛙浖粯油ㄟ^(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。學(xué)生使用可編程邏輯器件，通過(guò)可編程方式來(lái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)電路，開(kāi)展可重構(gòu)原理的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，使學(xué)生具有用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力，完成從驗(yàn)證知識(shí)到設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

四、結(jié)語(yǔ)

大專(zhuān)層次的學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程，其目的在于了解計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)中重要作用，掌握計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)和基本操作，以使其在今后的生產(chǎn)技術(shù)第一線的工作崗位上靈活使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)代化管理，提高工科的科學(xué)性和有效性。對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)理論、原理、系統(tǒng)知識(shí)要學(xué)，但更應(yīng)注重實(shí)效性，才能滿足社會(huì)各行業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用要求的不斷變化和提高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件和硬件都在不斷更新和完善，這就要求計(jì)算機(jī)教學(xué)的內(nèi)容和教學(xué)方法都應(yīng)隨著計(jì)算機(jī)利學(xué)技術(shù)的發(fā)展而有所調(diào)整，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。本文對(duì)《計(jì)算機(jī)組成原理》在高職高專(zhuān)層次教學(xué)存在的一此問(wèn)題進(jìn)行了分析和討論，并提出了一此改進(jìn)措施和方法，以促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的提高。但是，教學(xué)改革是一個(gè)逐步深化的長(zhǎng)期過(guò)程，需要教師立足于提高教學(xué)水平、教學(xué)質(zhì)量培養(yǎng)全面發(fā)展的新型人才的出發(fā)點(diǎn)上，不斷提高自身索質(zhì)，不斷摸索，不斷創(chuàng)新。

[1]鄒紅文，聶雅琳.《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐[J].洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2008(01).

[2]王勇，黃賢英.“計(jì)算機(jī)組成原理”的教學(xué)方法[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2008，22（03）.

[3]顏俊松.計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與探索[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008，27（01）.

[4]任春明，劉軍.計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考與改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2006，23（10）.

[5]王建新等.基于組件的計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2008，20（09）.

本文系江西省教育廳資助課題“高職高專(zhuān)信息檢索網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究”的階段性研究成果（編號(hào)：JXJG-08-23-13）。

吳新華（1975-），男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，萍鄉(xiāng)高等專(zhuān)科學(xué)校講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用、智能嵌入式軟硬件；羅曉娟（1975-），女，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，萍鄉(xiāng)高等專(zhuān)科學(xué)校講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用和算法程序設(shè)計(jì)。

G712

A

1001－7518（2010）02－0022－02

責(zé)任編輯謝榮國(guó)