新考綱下《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)改革與探討

劉三榮

摘要：在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中，計(jì)算機(jī)組成原理是一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，是一門硬件課程，起承上啟下的作用。自2009年開始碩士研究生招生考試計(jì)算機(jī)專業(yè)采用統(tǒng)一命題，計(jì)算機(jī)組成原理所占比例較大。在新考綱下，計(jì)算機(jī)組成原理的教學(xué)與實(shí)踐問題值得進(jìn)一步地探討：從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)踐等方面進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；教學(xué)改革；教學(xué)探討

中圖分類號： G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044（2012）30-7267-02

《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，也是從2009年開始的研究生入學(xué)考試中的專業(yè)考試課之一。它在整個(gè)計(jì)算機(jī)類專業(yè)課的教學(xué)中，起著承上啟下的作用，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中占據(jù)著重要地位。其主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生能夠系統(tǒng)、完整地理解計(jì)算機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握計(jì)算機(jī)各主要部件的硬件組成結(jié)構(gòu)、相互聯(lián)系和作用，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生對計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的分析、應(yīng)用、設(shè)計(jì)及其開發(fā)能力。但是在對計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)中卻普遍遇到了這樣的問題：《計(jì)算機(jī)組成原理》理論性的東西多；知識點(diǎn)廣，學(xué)生覺得這是一門枯燥無用的課程；認(rèn)為學(xué)了以后用不到。那么如何認(rèn)識它在計(jì)算機(jī)專業(yè)中的作用和地位，如何進(jìn)行教學(xué)與改革及提高教學(xué)質(zhì)量呢？

1 課程特點(diǎn)及內(nèi)容

《計(jì)算機(jī)組成原理》主要講述了基于馮·諾依曼式機(jī)的五大部件的構(gòu)成及其工作原理，包括控制器、運(yùn)算器、存儲器、輸入輸出設(shè)備。教材一般從概述、數(shù)據(jù)的表示及運(yùn)算、存儲器、指令系統(tǒng)、CPU和輸入輸出系統(tǒng)及各設(shè)備之間互連的部件總線這幾方面進(jìn)行介紹。理論性強(qiáng)，知識點(diǎn)多，難點(diǎn)、重點(diǎn)也多，且對學(xué)生來講太抽象，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)內(nèi)部已經(jīng)高度集成，學(xué)生難以理解和想像，又不能直觀地看到計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)的工作過程，且學(xué)生又覺得學(xué)了后沒多大用，所以有些學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)，還是似懂非懂不得要領(lǐng)。

因此這門課程在各個(gè)高校普遍存在“老師不好教，學(xué)生不好學(xué)”的現(xiàn)象，學(xué)生從本質(zhì)上沒有真正參與到學(xué)習(xí)中去。到考試時(shí)，靠死記硬背記住一些知識點(diǎn)和一些題型來應(yīng)付考試，對于各個(gè)知識點(diǎn)之間的關(guān)系不能理解更不能銜接，就更無法形成一個(gè)整體。而從這幾年的考研題型中來看，對于這門課程是要求學(xué)生對計(jì)算機(jī)有個(gè)整體的認(rèn)識并能形成整機(jī)概念，要求學(xué)生對于各個(gè)知識點(diǎn)能融會貫通靈活運(yùn)用。

2 《計(jì)算機(jī)組成原理》課堂教學(xué)改革的探索

了解了《計(jì)算機(jī)組成原理》特點(diǎn)及其內(nèi)容，那么如何開展教學(xué)工作來提高教學(xué)質(zhì)量呢？

2.1 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

首先讓學(xué)生知道為什么學(xué)習(xí)《計(jì)算機(jī)組成原理》、《計(jì)算機(jī)組成原理》的特點(diǎn)及其重要性，從內(nèi)心重視這門課程，明確課程學(xué)習(xí)的目的和意義。我院的《計(jì)算機(jī)組成原理》課程是開在大一的第二學(xué)期，學(xué)生對硬件的認(rèn)識也就停留在有這個(gè)硬件，至于這個(gè)硬件是做什么、有什么作用就不知道了。所以在第一次上課時(shí)，首先要讓學(xué)生對計(jì)算機(jī)硬件有個(gè)深入的認(rèn)識，這可以向?qū)W生展示實(shí)物，讓學(xué)生知道各個(gè)部件是做什么的，各個(gè)部件之間是如何進(jìn)行聯(lián)系的，引導(dǎo)學(xué)生一步一步地進(jìn)行思考，從而誘發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，要不斷地改進(jìn)教學(xué)方法，使他們從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)。在課堂教學(xué)中要增強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)，舉一些生活中常見的實(shí)例，將一些難以理解的進(jìn)行形象化，與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系起來以助于學(xué)生理解，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 教學(xué)方法探討

如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，在學(xué)生現(xiàn)有的知識水平上引入新的知識、新的技能，使學(xué)生形成一個(gè)計(jì)算機(jī)整體認(rèn)識，是《計(jì)算機(jī)組成原理》這門課程教學(xué)改革的關(guān)鍵。

1） 合理組織教學(xué)內(nèi)容、適當(dāng)增減教材知識點(diǎn)。《計(jì)算機(jī)組成原理》從實(shí)質(zhì)看就是指令的執(zhí)行過程，依照這條主線可以將指令的執(zhí)行分成兩部分：指令流和數(shù)據(jù)流。指令要運(yùn)行首先要將指令從內(nèi)存讀入CPU中，那么這時(shí)就要了解內(nèi)存的組織結(jié)構(gòu)，內(nèi)存的讀寫原理、內(nèi)存的性能指標(biāo)，Cache等；指令要運(yùn)行還得知道指令是怎樣編碼的，這就得理解指令系統(tǒng)；指令讀入CPU中要進(jìn)行分析譯碼，這就要理解CPU的工作過程。指令分析譯碼后要執(zhí)行，所需要的數(shù)據(jù)是什么，來自于哪，怎樣執(zhí)行，執(zhí)行后結(jié)果怎樣處理？這就要了解數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示與運(yùn)算，數(shù)據(jù)的輸入與存儲，涉及到內(nèi)存、外存、輸入設(shè)備輸出設(shè)備等知識。而這些部件之間要相互聯(lián)系就要用到總線。所以在教學(xué)中可以依照指令流和數(shù)據(jù)流這兩個(gè)部分來進(jìn)行講解，對于有些知識點(diǎn)不需要多講，只要讓學(xué)生明白就行，比如乘法和除法運(yùn)算所涉及到的原碼和補(bǔ)碼的乘除運(yùn)算等。

2） 構(gòu)建教與學(xué)的互動(dòng)教學(xué)模式。改進(jìn)教學(xué)方法的目的是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效果。這就要求教師充分備課，認(rèn)真設(shè)計(jì)課堂教學(xué)過程；也要求教師吃透課程，理解深刻，對教學(xué)內(nèi)容表述才能自然流暢。教師要不斷地學(xué)習(xí)充實(shí)自己，適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展變化，在教學(xué)中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和不足，不斷地進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生達(dá)到學(xué)習(xí)目的。在教學(xué)中要強(qiáng)化學(xué)生的參與意識，改變學(xué)生習(xí)慣于被動(dòng)聽課、被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀況，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，營造學(xué)習(xí)氛圍，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，找到適合自己學(xué)習(xí)的方法，提高學(xué)習(xí)效率。

3） 采用啟發(fā)式教學(xué)等教學(xué)方式。在課堂上講解概念，將概念講透，再通過概念一步一步誘導(dǎo)出下一個(gè)問題。比如講CPU與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的控制方式時(shí)，有程序查詢方式、程序中斷方式、DMA方式等，對于程序查詢方式，學(xué)生已學(xué)過程序設(shè)計(jì)，能明白程序是什么，計(jì)算機(jī)是怎樣運(yùn)行程序的，那么講清楚程序查詢方式主要的步驟，再對學(xué)生提問：當(dāng)外設(shè)工作速度慢時(shí)，CPU要反復(fù)查詢外設(shè)工作狀態(tài)，不能做其它事情，能不能有其它的方式來解決外設(shè)在準(zhǔn)備時(shí)而CPU不要等待的問題？這樣就引出程序中斷方式。這樣引導(dǎo)學(xué)生去思考，增加了課堂交互，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

2.3 充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，提高教學(xué)質(zhì)量

現(xiàn)代教育技術(shù)已經(jīng)在教育教學(xué)中發(fā)揮了不可替代的作用。在《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)中也可充分運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，例如利用多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)交互平臺等。利用多媒體課件，可以達(dá)到事半功倍的效果。在制作多媒體課件時(shí)要合理地選用教學(xué)內(nèi)容，制作要突出中心，課件中可適當(dāng)加入動(dòng)畫內(nèi)容，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)然教學(xué)中僅僅使用多媒體課件是不夠的，要充分結(jié)合板書，例如例題的講解，可以將解題的過程在黑板上書寫，有助于學(xué)生理解思考，從而提高教學(xué)效果。

雖然通過課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)教師和學(xué)生能夠進(jìn)行相互交互，但這還是不夠的?？梢岳镁W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建教學(xué)交互平臺，將多媒體課件、視頻教程、作業(yè)、教學(xué)計(jì)劃等上傳到網(wǎng)站上提供給學(xué)生下載，學(xué)生也可通過留言板與同學(xué)和教師相互討論交流，從而大大調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。

還可以通過博客來加強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在博客在網(wǎng)上已十分流行，大部分網(wǎng)民都有自己的博客。就現(xiàn)在而言，博客已經(jīng)成為一種繼課件、積件、資源庫、教育主題網(wǎng)站等信息化教學(xué)模式之后，一種新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式。通過博客可以很方便的進(jìn)行學(xué)校內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的整合，搭建學(xué)習(xí)型的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流，特別是在寒暑假期間將發(fā)揮更大的作用，也將在操作和實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生們的信息查詢能力。它的出現(xiàn)改變了人們被動(dòng)閱讀，只讀不寫的學(xué)習(xí)方式。

2.4 重視實(shí)踐，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《計(jì)算機(jī)組成原理》課程實(shí)踐性很強(qiáng)，在課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)掌握理論知識的同時(shí)，也要注重實(shí)踐性教學(xué)。理論知識與實(shí)踐知識在課程教學(xué)中起著同等作用和地位，實(shí)踐可以促進(jìn)學(xué)生理解理論知識，而理論知識的提高又促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行更深一層實(shí)踐。在教學(xué)安排時(shí)要盡量讓兩部分的課時(shí)平衡，從而提高實(shí)踐課的教學(xué)地位，讓學(xué)生從心里上重視實(shí)踐課。首先要帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識實(shí)驗(yàn)平臺，讓學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)平臺中的各個(gè)部件芯片和電子器件的功能原理，并且掌握它們之間的工作方式和連接方式。然后在不同的教學(xué)階段，設(shè)計(jì)從易到難的解決實(shí)際問題的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，把實(shí)驗(yàn)從驗(yàn)證性逐漸過渡到設(shè)計(jì)性，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)，逐漸加大實(shí)驗(yàn)難度，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)開發(fā)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意思。這樣學(xué)生就不必要死記硬背，也能加深對理論知識的理解，從而提高學(xué)習(xí)效果。

3 結(jié)束語

總之《計(jì)算機(jī)組成原理》課程學(xué)習(xí)難度較大，在計(jì)算機(jī)專業(yè)知識考研中所占比重也較大。

以上是在《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)過程中所得到的一點(diǎn)體會，有的是經(jīng)驗(yàn)，有的是教訓(xùn)。但只有用心，綜合運(yùn)用各種方式，合理組織和實(shí)施教學(xué)過程，就會提高教學(xué)質(zhì)量達(dá)到教學(xué)效果。

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