《計算機組成與結構》課程的教學改革與探索

摘 要：本文對《計算機組成與結構》課程的教學現(xiàn)狀和存在的問題進行了分析，結合我校教學研究項目《計算機組成與結構》課程建設的預期目標，提出《計算機組成與結構》課程的具體構建內容，以及教學創(chuàng)新的一些意見和主張。

關鍵詞：計算機組成與結構 課程構建 教學創(chuàng)新

中圖分類號：G202 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0158-01

《計算機組成與結構》課程是計算機本科專業(yè)基礎課之一，在整個計算機專業(yè)課程體系中，具有承前啟后的作用。同時，該課程涉及的內容位于硬、軟件的結合處，不僅與計算機系統(tǒng)結構中的底層數(shù)字電路設計密切相關，還與頂層的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結構等軟件技術緊密相連。該課程對于學生全面理解計算機硬、軟件之間的關系，培養(yǎng)對計算機系統(tǒng)的分析、設計、應用及開發(fā)能力都起著不可替代的重要作用。

《計算機組成與結構》課程包括計算機的組成原理以及體系結構兩大部分內容[1]。計算機組成原理是計算機通用的系統(tǒng)結構使用的一般性的邏輯實現(xiàn)方法；計算機的體系結構介紹了計算機的概念性結構以及功能特點，明確了計算機軟件和硬件的界面。計算機的組成原理和體系結構既有內在的相互聯(lián)系，又有外在區(qū)別，所以將其綜合到一起，成為一門基礎專業(yè)課。

1 教學現(xiàn)狀及存在的問題

很久以來，《計算機組成以結構》成了公認的難教又難學的課程，很多專業(yè)人士不斷努力嘗試不同的方式想要提高該課程的教學質量[2～4]。該課程到現(xiàn)在存在的一些主要問題是：（1）學生覺得課程難學，不容易學會：由于該課程學習難度大、內容相對抽象、學習效果難以立即實踐檢驗，從而對部分學生的學習積極性產(chǎn)生消極影響；（2）教材內容無法全面反映該學科最新發(fā)展動態(tài)：由于計算機學科的高速發(fā)展特性，許多新概念、新技術、新知識無法反映在當前教材中；（3）課堂教學對多媒體課件的過度依賴。多媒體課件雖然具有直觀、表現(xiàn)能力強的特點，但是在邏輯性強的定量分析教學中，比起板書等教學方式所具有的細致性和深入性還顯現(xiàn)出相當?shù)牟蛔?；?）實驗設計和安排還不夠完善：很多學生完全按照本課程實驗指導書的步驟完成實驗，并沒有真正理解實驗的目的和意圖；（5）教師和學生自己對學生能力的培養(yǎng)的認識還不完全到位。

基于以上對《計算機組成與結構課程》的教學過程中存在問題的分析，結合我校人才培養(yǎng)目標。我們從教學內容設置、理論教學方法、實踐教學規(guī)劃、課程考核制度四個方面具體提出本課程的建設方案。

2 課程構建

2.1 現(xiàn)有教學內容增補與教學計劃的安排

教學內容的增補主要集中在三個方面：（1）本課程的基礎知識的補充，包括邏輯代數(shù)基礎和邏輯電路的設計方法；（2）《計算機組織與體系結構》教材內容的補充，包括指令級并行軟硬件設計方法、超線程技術、多處理機同步與通信機制、Cache失效性分析以及計算機體系結構的量化分析方法和設計原理；（3）最新技術成果的補充，包括多核處理器技術、多線程技術的最新設計方法和工作機制。

在課程安排上，要確保實驗教學內容和理論教學內容進度保持一致，其中實驗教學和理論教學的可是比為1∶3.5，所以安排56課時理論教學就要相對應安排16課時實驗教學。除此之外，有經(jīng)歷的學生可以組織參加其他大學生創(chuàng)新實驗等，這樣可以把實驗教學和理論教學相呼應，加深印象，還可以使學生具有一定的實踐能力以及創(chuàng)新設計。理論教學計劃如下。

（1）計算機系統(tǒng)概論（講授1學時）；（2）計算機的邏輯部件（講授3學時）；（3）運算方法和運算部件（講授10學時，課堂討論1學時，實驗4學時）；（4）主存儲器（講授3學時）；（5）指令系統(tǒng)（講授4學時，實驗4學時）；（6）中央處理器（講授10學時，實驗4學時）；（7）存儲系統(tǒng)（講授9學時，課堂討論1學時）；（8）輔助存儲器（講授4學時）；（9）I/O設備（講授2學時）；（10）I/O系統(tǒng)（講授6學時，實驗4學時）；（11）計算機系統(tǒng)（講授2學時）。

2.2 理論教學方法的改進

在理論知識教學過程中，將近年來計算機硬件發(fā)展的新技術并作為學生課后自學的內容，注重基礎理論與最新技術的融合。另外在教學過程中，注重與學生的交流互動，并向學生提出啟發(fā)式和開放式的問題，引導學生深入思考。最大限度地克服該課程知識比較抽象，理論學習比較枯燥的不足。

理論課程全部采用課堂教學方式，以多媒體課件和板書相結合的方式。在充分發(fā)揮多媒體教學動畫技術或Flash技術的直觀性和生動性優(yōu)勢，充分展現(xiàn)基礎性方法和原理的動態(tài)執(zhí)行過程的同時，又保留了板書在計算機系統(tǒng)結構定量分析時的細致性和嚴謹特點。

2.3 實踐教學規(guī)劃

在實踐教學方面，我們在實驗內容和實驗方式上進行教學改革。在實驗內容上，分別針對基礎性原理、綜合性知識和創(chuàng)新實驗有針對性的開展實踐教學。

對于實驗方式，我們的教改措施主要有：（1）理論教學的老師親自指導實驗，避免理論教學和實驗教學的脫節(jié)，導致實驗課馬虎過關的現(xiàn)象；（2）具體實驗前，由老師講解實驗步驟和注意事項。同時鼓勵學生在課后通過即時通訊工具或教學平臺提供的學生論壇相互交流實驗經(jīng)驗和提出問題；（3）實驗的教學檢查采用分組答辯的形式，由學生團隊自由組織并分工，撰寫實驗報告、答辯PPT及回答提問。

2.4 課程考核制度

理論教學和實驗教學單獨考核并采用量化考核措施。主要的考核項目為：學生的出勤率（10%）、作業(yè)完成情況（10%）、實驗環(huán)節(jié)（10%）、期末考試成績（70%）。

3 結語

近幾年來，針對《計算機組成與結構》教與學的困難，以及教學效果的不完善之處，我們對該課程進行深入的探討，并在教學中進行大膽的改革嘗試，使得理論教學效果和實驗教學質量得以明顯提高。很多同學由以前害怕學習《計算機組成與結構》課程轉變?yōu)閷Α队嬎銠C組成與結構》的懷有強烈興趣，并獲得了更多直觀的體會，進一步正確理解了計算機組成和計算機體系結構的作用和意義，達到了我們課程建設的預期目標。

參考文獻

[1]鄭麗萍，秦杰，王獻榮.計算機組成原理與計算機系統(tǒng)結構的教學內容銜接[J].計算機教育，2010（11）：52-55.

[2]何會民，潘雪增.“計算機組成與設計”課程教學創(chuàng)新改革[J].高等理科教育， 2007（4）：74-77.

[3]陳澤宇，陳笑怡.計算機組成與系統(tǒng)結構國家精品課程建設體會[J].計算機教育，2010（12）：127-147.

[4]夏思宇，金立左.“計算機組成與結構”課程教學方法探討[J].電氣電子教學學報，2009，31（6）：96-98.