計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)新思路

趙 宇 喬 蕊

周口師范學(xué)院 河南周口 466001

計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)新思路

趙 宇 喬 蕊

周口師范學(xué)院 河南周口 466001

計(jì)算機(jī)組成原理課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科階段極其重要的核心課程，內(nèi)容多且難度大，在計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用。本文指出了目前課程教學(xué)中存在的問題，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、考核方式等方面提出了一系列的新思路，通過實(shí)踐證明這些新思路在實(shí)際教學(xué)過程中是行之有效的。

計(jì)算機(jī)組成原理；課程教學(xué)；新思路

計(jì)算機(jī)組成原理課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科階段極其重要的核心課程，內(nèi)容多、學(xué)習(xí)難度大，多年來一直被認(rèn)為是既難教又難學(xué)的課程。它的主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生能系統(tǒng)而完整地理解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，通過實(shí)驗(yàn)課程的操作訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)分析、應(yīng)用、設(shè)計(jì)的能力，在整個(gè)專業(yè)課的教學(xué)過程中，它起到了承上啟下的作用。近幾年隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，該課程的基本內(nèi)容也在不斷發(fā)展演變，它又被列入全國研究生入學(xué)考試必考科目之一，且占總分的30%，這些新情況的出現(xiàn)就給該課程的教學(xué)提出了新的要求。

1 目前教學(xué)中存在的問題

計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)一直以理論教學(xué)為主，少量實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔。學(xué)生學(xué)習(xí)過程難度較大，教學(xué)效果不理想，目前教學(xué)中存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 教材內(nèi)容陳舊，缺乏好的教材和課件

當(dāng)前許多教材的內(nèi)容已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容的直接應(yīng)用目標(biāo)不清晰，學(xué)生難以理解課程的直接應(yīng)用價(jià)值。許多教材理論性較強(qiáng)，內(nèi)容陳舊且知識(shí)覆蓋面窄，缺乏與前沿技術(shù)的結(jié)合，教材中的知識(shí)點(diǎn)多且雜，學(xué)生對(duì)課程不感興趣。另外多數(shù)隨教材配套課件都是教材內(nèi)容的簡單羅列，內(nèi)容空洞，對(duì)重要及抽象知識(shí)點(diǎn)的理解幫助不大，缺乏使用價(jià)值，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.2 教學(xué)方法及教學(xué)手段落后

教師過分依賴多媒體課件，教學(xué)過程中缺乏必要的推理分析，仍然采用長期以來“灌輸式”的教學(xué)方法，沒有充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，忽略了學(xué)生的主體地位。多數(shù)教師在教學(xué)中缺少理論與實(shí)踐相結(jié)合的具體內(nèi)容，授課枯燥，內(nèi)容抽象。

1.3 實(shí)踐性環(huán)節(jié)薄弱

實(shí)驗(yàn)條件落后，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與講授內(nèi)容不匹配，課程實(shí)驗(yàn)多以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，知識(shí)點(diǎn)的講授缺乏有效載體，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大；實(shí)踐課成績?cè)u(píng)定方式單一，缺少科學(xué)性；學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練不足，不能突出學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)特色。

1.4 部分授課教師本身缺乏計(jì)算機(jī)硬件方面的設(shè)計(jì)和工程經(jīng)歷，對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)和精髓的理解深度不夠

2 課程教學(xué)改革新思路

2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革思路

課程教學(xué)內(nèi)容的選擇是關(guān)鍵，教材只是一個(gè)教學(xué)內(nèi)容的框架，講授課程不能沒有取舍而照本宣科，對(duì)于教材中較陳舊的內(nèi)容要大膽地舍去，新的內(nèi)容有選擇地溶入到課堂，但也不能為了突出所謂的先進(jìn)和新穎，把層出不窮的新技術(shù)不加選擇地加入教學(xué)內(nèi)容。如隨著計(jì)算機(jī)流水技術(shù)的不斷發(fā)展變化，計(jì)算機(jī)的指令周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期的概念也在發(fā)展變化，過去強(qiáng)調(diào)一個(gè)指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期構(gòu)成，一個(gè)機(jī)器周期又包含若干個(gè)時(shí)鐘周期，而現(xiàn)在隨著標(biāo)量或超標(biāo)量流水線的出現(xiàn)，一個(gè)時(shí)鐘周期就可能執(zhí)行一條指令甚至是多條指令。CPU的結(jié)構(gòu)除了引入多級(jí)Cache外，還引入了多核結(jié)構(gòu)，這就使得相應(yīng)的教材內(nèi)容要進(jìn)行變化，就要求教師在講解這些內(nèi)容時(shí)要加入標(biāo)量、超標(biāo)量及多核結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，來系統(tǒng)講解這幾個(gè)周期之間的關(guān)系。總之教師應(yīng)該按照學(xué)校的總體辦學(xué)要求、人才培養(yǎng)的目標(biāo)、具備的教學(xué)條件、學(xué)生的實(shí)際水平和教師的具體情況，在保證完成教學(xué)大綱基本要求的前提下，做出合理的選擇，突出自己的教學(xué)特色。依據(jù)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)大綱，要把最基本的內(nèi)容講精、講透。針對(duì)某1本教材，如唐朔飛老師的《計(jì)算機(jī)組成原理》，有的教學(xué)內(nèi)容可以讓學(xué)生自學(xué)，獨(dú)立思考，完成教師提出的問題；有的教學(xué)內(nèi)容必須精講精練，而且要做一定的習(xí)題量，完成知識(shí)點(diǎn)的掌握。也就是以一本教材為主線，針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)有取舍地加入其他教材內(nèi)容。另外，要把握好不同課程之間的銜接，在開設(shè)計(jì)算機(jī)組成原理課程之前，一定要先學(xué)習(xí)它的先導(dǎo)課程，如計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)、數(shù)字邏輯電路、匯編語言等。同時(shí)要根據(jù)學(xué)校不同的辦學(xué)目標(biāo)和辦學(xué)性質(zhì)，針對(duì)不同的教學(xué)對(duì)象，可以把教學(xué)內(nèi)容實(shí)施方案分為科學(xué)型、工程型、應(yīng)用型，不同的教學(xué)對(duì)象選擇不同的內(nèi)容實(shí)施方案，具體的實(shí)施方案建議查看參考文獻(xiàn)1的內(nèi)容。

在完善課堂教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)還要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的改革，提高課程的實(shí)際教學(xué)效果。實(shí)踐教學(xué)要為教學(xué)目標(biāo)服務(wù)，要與理論課程教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，體現(xiàn)課程的特點(diǎn)，體現(xiàn)課程的內(nèi)容要求。針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理這門課程，筆者認(rèn)為主要應(yīng)做好課程設(shè)計(jì)和課程實(shí)驗(yàn)。課程實(shí)驗(yàn)要分為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)2種，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要指在理論課內(nèi)含有的實(shí)驗(yàn)，主要用來使學(xué)生更好地掌握理論課上所講的內(nèi)容；獨(dú)立實(shí)驗(yàn)是與理論課程內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，其獨(dú)立性較強(qiáng)、復(fù)雜度更高。實(shí)驗(yàn)要緊密結(jié)合課堂理論教學(xué)內(nèi)容，著眼于幫助學(xué)生加深理論教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力及創(chuàng)新能力，設(shè)計(jì)一組難度適中的實(shí)驗(yàn)題目。課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循以下原則：⑴目標(biāo)性原則。緊緊圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)。⑵系統(tǒng)化原則。按照組成課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)分實(shí)驗(yàn)的地位、作用及相互之間的內(nèi)在聯(lián)系不，使各個(gè)分實(shí)驗(yàn)做到相互銜接、彼此關(guān)聯(lián)，貫穿于課程學(xué)習(xí)的全過程。⑶規(guī)范化原則。要規(guī)范實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、形式，制定出相應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn)和要求。

在完成課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上要進(jìn)一步完善課程設(shè)計(jì)，因?yàn)閮H僅依靠課程實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容很難系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，課程設(shè)計(jì)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，開設(shè)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生不僅對(duì)學(xué)科技術(shù)及其發(fā)展有比較全面的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)一些新的領(lǐng)域或跨學(xué)科的知識(shí)以及各學(xué)科之間的聯(lián)系有比較多的了解，能給學(xué)生一個(gè)整體的概念，有利于個(gè)性的培養(yǎng)和學(xué)科綜合能力的提高。另外，通過課程設(shè)計(jì)可以較好的解決目前課程設(shè)置、教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和學(xué)時(shí)限制方面的所存在的諸多問題。

2.2 教學(xué)手段的改革思路

教學(xué)手段是制約教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)模式的重要因素，傳統(tǒng)的教學(xué)手段是“粉筆+黑板”，書寫黑板要占用很多課堂時(shí)間，學(xué)生不感興趣且效率低下。目前大多高校教師都已能充分運(yùn)用多媒體、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)來改變傳統(tǒng)教學(xué)的局限與不足，課件教學(xué)已經(jīng)成為最主要的教學(xué)手段，但又出現(xiàn)了另外的極端，很多教師過分的依賴幻燈片，出現(xiàn)讀課件的情況嚴(yán)重。由于采用課件使教學(xué)過程速度過快，學(xué)生沒有思考時(shí)間跟不上教師的講解。通過實(shí)踐證明，采用“課件+黑板+網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)手段，能得到較好的教學(xué)效果。授課的部分內(nèi)容(如：例題、原理圖、表、信號(hào)動(dòng)態(tài)流向）在課件上出現(xiàn)，通過比較生動(dòng)的畫面，把原本只能通過抽象思維的計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳遞過程、控制狀態(tài)傳遞等內(nèi)容通過直觀的方式展現(xiàn)出來，把抽象思維和直觀觀察緊密結(jié)合。理論推導(dǎo)等細(xì)節(jié)部分在黑板上給予適當(dāng)補(bǔ)充，在細(xì)節(jié)推理過程中要給學(xué)生有充分的思考時(shí)間。給出一個(gè)新的內(nèi)容后，馬上要緊跟一個(gè)具體例子，加深學(xué)生對(duì)新的知識(shí)點(diǎn)的理解。另外要有效利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，充分發(fā)揮虛擬教室、遠(yuǎn)程教學(xué)、分布式教學(xué)等現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)的作用，最好建立網(wǎng)上課程教學(xué)系統(tǒng)，把教學(xué)課件、電子教案、習(xí)題、答疑等放在教學(xué)系統(tǒng)上進(jìn)行，可以大大節(jié)約課堂時(shí)間，使學(xué)生的課余時(shí)間也得到了充分利用。組織教研室教師在網(wǎng)上進(jìn)行作業(yè)批改，輔導(dǎo)答疑，可以大大提高工作效率。所以筆者認(rèn)為使用課件教學(xué)的同時(shí)決不能完全摒棄黑板，要把課件、黑板、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合可以得到較好的教學(xué)效果。

2.3 教學(xué)方法的改革思路

計(jì)算機(jī)組成原理課程的理論性較強(qiáng)，重點(diǎn)難點(diǎn)較多，內(nèi)容抽象不易理解，教學(xué)過程主要是引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深入理解，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力和對(duì)基本知識(shí)掌握。教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的興趣是至關(guān)重要的，所以筆者主張?jiān)谡n堂教學(xué)中貫徹興趣驅(qū)動(dòng)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)思想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，建立以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。教師在教學(xué)中應(yīng)起組織、引導(dǎo)、答疑的作用，從知識(shí)的傳授者、教學(xué)的組織領(lǐng)導(dǎo)者轉(zhuǎn)變成為學(xué)習(xí)過程中的咨詢者、指導(dǎo)者，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這個(gè)轉(zhuǎn)變就要求教師要充分備好課，要把知識(shí)點(diǎn)在腦海里真正消化，把教學(xué)內(nèi)容變成自己的語言，使學(xué)生感到這些知識(shí)是從教師大腦思維中自然流出的，使學(xué)生與教師在“教”與“學(xué)”的過程中達(dá)到同步，在教師的引導(dǎo)與啟發(fā)下去積極思考問題。這不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是能培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的意識(shí)和能力。

2.4 考核方式的改革思路

計(jì)算機(jī)組成原理課的傳統(tǒng)考核方式是通過1次期中或期末考試作為學(xué)生的學(xué)業(yè)成績，缺乏過程管理，筆者通過近幾年的教學(xué)過程已深深感覺到這一考核方式的弊端。此課程的考核應(yīng)該建立多元化考核評(píng)價(jià)體系，要特別注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核方式，構(gòu)建過程化的實(shí)驗(yàn)考核體系，實(shí)行平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)成績、競賽成績、興趣小組活動(dòng)成績和期末考試成績相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式，以全面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合素質(zhì)，防止死記硬背的機(jī)械化學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到良好的導(dǎo)向作用。

平時(shí)成績：由任課教師根據(jù)學(xué)生平時(shí)作業(yè)，平時(shí)問答，課堂表現(xiàn)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)成績：在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課考核的基礎(chǔ)上，加入隨機(jī)檢查的成績?cè)u(píng)定方式。隨機(jī)檢查是當(dāng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)的提問，讓其簡述實(shí)驗(yàn)步驟及目的。學(xué)生的每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均必須有教師驗(yàn)收檢查并給出成績，最后把出勤情況、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)操作過程、提問回答情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績綜合后給出每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)成績。

期末成績：是全面綜合的課程知識(shí)考試，教師組織試卷時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照課程教學(xué)大綱要求進(jìn)行，既要考查學(xué)生對(duì)基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，更要檢查學(xué)生創(chuàng)新思維、分析問題及解決問題的能力，試卷要有較大覆蓋面，評(píng)卷要客觀公正，實(shí)行流水評(píng)卷。多元化評(píng)定成績可全面反映學(xué)生的實(shí)際能力，激發(fā)學(xué)生完成平時(shí)作業(yè)、回答提問的積極性，保持了學(xué)生掌握知識(shí)的連貫性和持續(xù)性。

3 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)改革需要長期的研究探索和實(shí)踐，研究并實(shí)踐一種有效的教學(xué)模式，對(duì)幫助學(xué)生從微觀層面掌握本課程的知識(shí)單元，從宏觀層面建立該課程知識(shí)體系，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的認(rèn)知能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，具有重要的作用。通過對(duì)目前此課程實(shí)際教學(xué)中存在的問題分析，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、考核方式等方面提出了一系列的解決方案和改革思路，這些改革思路在實(shí)際教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。

[1]蔣宗禮.高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實(shí)施方案[M].北京：高等教育出版社，2009

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Abstract: The course of computer organization principle is an extremely important core curriculum for undergraduates who major in computer science. This course is comprehensive in content and very difficult to learn, plays the role of linking the preceding with the following in the whole computer major curricula system.This paper points out the problems existing in the present teaching and proposes a series of solutions and new ideas from the aspects of teaching content, teaching means, teaching methods and assessment methods, etc. And these new ideas have been proved effective through the teaching practice.

Key words: principle of computer organization; teaching course; new ideas

New ideas on teaching course of computer organization principle

Zhao Yu, Qiao Rui
Zhoukou normal university, Zhoukou, 466001, China

2010-10-24

趙宇，碩士，副教授。

周口師范學(xué)院高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)組成原理課程體系與教學(xué)內(nèi)容改革研究與實(shí)踐”(編號(hào)：J200836)。