計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)改革探索

王曉麗

摘 要： 根據(jù)實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析了計(jì)算機(jī)組成原理課程在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的難點(diǎn)，從教學(xué)方法和教學(xué)手段兩個(gè)方面對(duì)該門課程的教學(xué)提出了一些改革措施，并提出通過增加實(shí)踐環(huán)節(jié)等方法培養(yǎng)學(xué)生對(duì)硬件的動(dòng)手能力和和創(chuàng)新能力。該教學(xué)改革措施實(shí)施后，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 硬件； 教學(xué)改革； 實(shí)踐教學(xué)； 課堂教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1006-8228（2013）07-60-02

0 引言

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門核心課程，通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生可以了解計(jì)算機(jī)硬件的基本組成及其工作原理，在此基礎(chǔ)上掌握計(jì)算機(jī)的工作過程及其各部分硬件之間的聯(lián)系，最終建立起整機(jī)的概念，該課程能為學(xué)生學(xué)習(xí)其他硬件課程奠定一定的基礎(chǔ)，也能為學(xué)生進(jìn)行硬件系統(tǒng)的分析和開發(fā)奠定一定的理論基礎(chǔ)。但在講授該課程的過程中，存在著很多實(shí)際問題，本文首先分析了該課程教學(xué)過程中存在的一些問題，并對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了討論。

1 教學(xué)過程中存在的問題

計(jì)算機(jī)組成原理已經(jīng)納入了計(jì)算機(jī)專業(yè)考研的科目，它的課程地位越來越重要，但是教學(xué)過程中存在著許多實(shí)際問題。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大，感覺枯燥乏味，以至于課堂氣氛不夠活躍，學(xué)習(xí)效率不高。我們經(jīng)過課后對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，從幾個(gè)方面總結(jié)出問題存在的主要根源。

1.1 理論知識(shí)多，教學(xué)內(nèi)容比較抽象

計(jì)算機(jī)組成原理的內(nèi)容主要是各硬件部分的工作原理以及計(jì)算機(jī)的工作過程，理論知識(shí)點(diǎn)多，基本概念多，所以學(xué)生學(xué)了以后印象還是一些文字的描述，而沒有深入地理解。而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜、龐大和高度集成化，這就更顯計(jì)算機(jī)組成原理課程知識(shí)面廣、內(nèi)容多、更新快的特點(diǎn)，學(xué)生普遍感到這門課程難學(xué)、概念抽象、感性認(rèn)識(shí)差[1]。

1.2 學(xué)生硬件基礎(chǔ)較差

計(jì)算機(jī)組成原理的先行課程是數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)，很多學(xué)生沒有學(xué)好這兩門課以至于在計(jì)算機(jī)組成原理課講到相關(guān)內(nèi)容時(shí)什么都聽不懂。比如，將存儲(chǔ)器與CPU連接時(shí)，涉及到譯碼器[2]，許多學(xué)生就不懂譯碼器。所以由于學(xué)生的硬件基礎(chǔ)差，加上對(duì)先行課程的相關(guān)知識(shí)沒有掌握好，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性下降。

1.3 實(shí)踐環(huán)節(jié)少且薄弱

計(jì)算機(jī)組成原理是一門理論性比較強(qiáng)的課程，在講授的過程中只安排了少量的課時(shí)用于實(shí)驗(yàn)，而在實(shí)驗(yàn)中也是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)比較多，一般是根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)步驟驗(yàn)證結(jié)果是否正確。比如運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)輸入結(jié)果，來看輸出結(jié)果是否正確，很少有學(xué)生去研究其中的原理，所以這樣的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生并沒有起到真正的實(shí)踐作用。

1.4 學(xué)生對(duì)課程的重要性認(rèn)識(shí)不夠

學(xué)生中普遍存在對(duì)硬件課程認(rèn)識(shí)不足的問題。有的學(xué)生認(rèn)為自己想往軟件編程方向發(fā)展，只需掌握編程語言即可，有的學(xué)生認(rèn)為硬件課程應(yīng)用性不強(qiáng)，沒有多大的必要性去學(xué)習(xí)，甚至認(rèn)為硬件課程是可有可無的。

除了上述的問題，還有一個(gè)所有課程當(dāng)中普遍存在的問題，就是上課時(shí)教師與學(xué)生的互動(dòng)較少，這在一定程度上造成了教師主動(dòng)，學(xué)生被動(dòng)的現(xiàn)象。根據(jù)以上分析，本人認(rèn)為可以從教學(xué)方法和教學(xué)手段入手對(duì)該門課程的教學(xué)進(jìn)行改革。

2 教學(xué)方法的改革

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)的積極性，可以從以下幾個(gè)方面來對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革。

2.1 精選教材，合理安排教學(xué)內(nèi)容

要學(xué)好一門課程，教材的選用非常重要，教材的內(nèi)容要能跟上當(dāng)今的形勢(shì)，反映最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)和最新的技術(shù)知識(shí)[3]。我們選用了唐朔飛編著、高等教育出版社出版的計(jì)算機(jī)組成原理。該教材既強(qiáng)調(diào)基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)，又注意與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，并且對(duì)許多新技術(shù)和新的發(fā)展方向作了不同程度的介紹。在精選主教材的同時(shí)，為學(xué)生推薦輔助教材，如清華大學(xué)出版社王愛英主編的計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)，電子工業(yè)出版社羅克露主編的計(jì)算機(jī)組成原理等等并引導(dǎo)其閱讀。使學(xué)生們能在學(xué)習(xí)主教材內(nèi)容的同時(shí)適當(dāng)閱讀輔助參考資料，通過參考資料的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深對(duì)教材內(nèi)容的理解，更全面、更透徹地掌握相關(guān)知識(shí)。

教學(xué)內(nèi)容組織圍繞著存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)五大模塊內(nèi)容為主線，以其組成結(jié)構(gòu)、工作原理、組織方式、性能設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法為重點(diǎn)，分類講解各個(gè)部件的知識(shí)點(diǎn)。講解各部件時(shí)也應(yīng)把與相關(guān)部件的聯(lián)系不斷提出，使得各部件不是孤立的東西，不僅讓學(xué)生知道單個(gè)部件的作用和地位，而且還要知道與其他部件在總體結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。以各個(gè)模塊知識(shí)單元內(nèi)在邏輯關(guān)系為紐帶組成一個(gè)完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，使學(xué)生可以從整體把握該課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)。在教學(xué)內(nèi)容編排上應(yīng)該抓住重點(diǎn)，詳略得當(dāng)，對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)作出分析和講解。

在教學(xué)過程的每一環(huán)節(jié)，應(yīng)注意介紹技術(shù)發(fā)展最新動(dòng)向，補(bǔ)充一些當(dāng)前最新的技術(shù)知識(shí)和新型元器件的介紹，拓展學(xué)生的知識(shí)面。如：在講解主存時(shí)，可以補(bǔ)充一些與當(dāng)前流行的計(jì)算機(jī)內(nèi)存的相關(guān)知識(shí)，如 DDRII、DDRIII等；在講解中央處理器時(shí)加入市面上流行的奔騰雙核、酷睿2雙核、酷睿4雙核等技術(shù)簡(jiǎn)介[4]，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)也學(xué)到一些與實(shí)踐和應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)，這樣可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生較好的教學(xué)效果。

2.2 采用多種教學(xué)方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

第一，采用啟發(fā)式教學(xué)法。在教學(xué)過程中教師盡可能地設(shè)計(jì)一些問題情境，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。例如，講解總線控制時(shí)可以提問：總線上連接著多個(gè)部件，什么時(shí)候由哪個(gè)部件發(fā)送信息，如何給信息傳送定時(shí)，如何防止信息丟失，如何避免多個(gè)部件同時(shí)發(fā)送等。在講解存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)時(shí)，可以先提問：存儲(chǔ)器為什么要分這些層次，計(jì)算機(jī)如何管理這些層次[3]。在講解各個(gè)部件時(shí)都應(yīng)該多提一些相關(guān)問題，這樣能讓學(xué)生自己去思考解決問題的方法，而且留有深刻的印象。

第二，運(yùn)用類比法進(jìn)行教學(xué)。類比是人腦把一些事物和現(xiàn)象放在一起進(jìn)行比較的過程。在講課時(shí)運(yùn)用類比法可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和鞏固。如學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線時(shí)，都有總線寬度、總線帶寬等性能指標(biāo)。在介紹存儲(chǔ)器的分類時(shí)，主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、緩沖存儲(chǔ)器等都有其組成方式和工作原理。從整機(jī)結(jié)構(gòu)上看，如存儲(chǔ)器、中央處理器、外部設(shè)備等在內(nèi)容上也都有很多相似的地方。通過類別方法可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)部件之間的區(qū)別和聯(lián)系，這樣會(huì)進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。

第三，采用參與式教學(xué)法。在授課過程中，可以在課前事先設(shè)計(jì)一些問題并讓學(xué)生預(yù)先思考，把學(xué)生分成若干學(xué)習(xí)小組，在課上圍繞這些問題展開互動(dòng)討論，所有小組對(duì)這些問題的結(jié)果達(dá)成一致后，由每個(gè)小組推選出一名代表將解答結(jié)果提出來，請(qǐng)其他小組提出意見和不同觀點(diǎn)，最后由教師將所有的觀點(diǎn)進(jìn)行概括總結(jié)。這樣，不僅能夠充分發(fā)揮學(xué)生的自主性、創(chuàng)造性和積極性，而且使教師和學(xué)生之間形成了良性互動(dòng)，從而最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，營(yíng)造出積極、和諧的課堂教學(xué)氣氛。

2.3 突出實(shí)際動(dòng)手能力，加強(qiáng)實(shí)踐性環(huán)節(jié)

計(jì)算機(jī)組成原理是一門技術(shù)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，因此，在教學(xué)過程中應(yīng)該注重提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置要合理，“計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)”課程的內(nèi)容應(yīng)該涵蓋課程的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)具有一定的靈活性，學(xué)生可以在簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的要求重新設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，減少不必要的演示性，適當(dāng)添加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是通過讓學(xué)生自己動(dòng)手完成各基本單元的連接并驗(yàn)證，訓(xùn)練學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法，掌握儀器和設(shè)備的正確使用技能，理解實(shí)驗(yàn)所用芯片的功能和特征[5]。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)過程中只給出實(shí)驗(yàn)任務(wù)、要求及設(shè)備如何連接，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立完成，目的是訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治瞿芰Α＞C合性實(shí)驗(yàn)主要讓學(xué)生自己開動(dòng)腦筋，自行設(shè)計(jì)各種部件，培養(yǎng)學(xué)生部件綜合設(shè)計(jì)能力和科學(xué)研究能力[6]。在實(shí)際操作過程，應(yīng)提前布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生提前查閱資料，了解相關(guān)內(nèi)容，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣在學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中就會(huì)有更多的積極性；要給予更多的指導(dǎo)，及時(shí)解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的情況和問題。最后，所有實(shí)驗(yàn)做完后都要學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)步驟、結(jié)果、收獲、體會(huì)和建議，這不僅是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析與總結(jié)，也是幫助教師發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，并改進(jìn)教學(xué)方法的重要手段。

通過這些實(shí)踐環(huán)節(jié)不僅能夠使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)得到提升，而且有利于發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性與創(chuàng)造性，豐富了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，提高了實(shí)踐操作能力。

2.4 利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高教學(xué)效率

計(jì)算機(jī)組成原理課程中很多概念都比較抽象或難懂，而且許多工作過程都發(fā)生在芯片內(nèi)部，既看不見也摸不著，如果單純通過教師的口述講解和板書圖解進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生很難理解。如果借助多媒體課件，利用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示各部件的數(shù)據(jù)流、控制流以及工作時(shí)序等信息，把高度抽象的知識(shí)和工作流程真實(shí)而直觀地顯示出來，就可以使得學(xué)生耳目一新，既增加了學(xué)習(xí)樂趣，也容易掌握所學(xué)知識(shí)。此外，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)也是改進(jìn)教學(xué)的重要手段。通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生可以下載教師授課內(nèi)容、教案及視頻；查閱需要的論文或書籍；可以提交作業(yè)；與其他學(xué)生或教師進(jìn)行在線交流、探討等等。網(wǎng)絡(luò)課程是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展和補(bǔ)充，通過這種方式豐富了教學(xué)形式，提高了教學(xué)效率，能獲得較好的教學(xué)效果。

3 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)改革是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的發(fā)展面臨的一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，需要長(zhǎng)期地研究、探索和實(shí)踐，本文通過仔細(xì)分析該門課程在課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，提出了一些改革措施，通過激發(fā)學(xué)生對(duì)硬件的興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，使本課程的教學(xué)效果得到了一定程度的改善和提高。但是學(xué)生對(duì)硬件的創(chuàng)新能力還表現(xiàn)較弱，所以在教學(xué)中更需要我們突破系統(tǒng)的教學(xué)方法，注意教學(xué)策略，進(jìn)行深入的教學(xué)改革，最終培養(yǎng)出適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才。

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