《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)改革探索

畢 琳

(1．長(zhǎng)春理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130022;2．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

《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)的核心基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生需要掌握的專(zhuān)業(yè)選修課程，作為研究生入學(xué)考試中的專(zhuān)業(yè)科目之一，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案中具有重要作用［1］。該門(mén)專(zhuān)業(yè)課的首要任務(wù)是使學(xué)生了解計(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)各部件的硬件組成、相互聯(lián)系和作用，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的分析、應(yīng)用、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)能力［2］。由此可見(jiàn)，該門(mén)課程在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)中占據(jù)重要地位。

然而在實(shí)際教學(xué)中，由于《計(jì)算機(jī)組成原理》理論性強(qiáng)、知識(shí)面寬、信息量大，傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)條件已無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性，所以學(xué)生常常覺(jué)得該門(mén)課枯燥無(wú)味，其學(xué)習(xí)的目的僅僅是為了應(yīng)付期末考試和考研［3］。另外，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)效果也會(huì)在一定程度上影響授課教師的積極性，進(jìn)而影響教學(xué)效果。針對(duì)上述問(wèn)題，本文從激發(fā)學(xué)生積極性和改進(jìn)教學(xué)技術(shù)的角度對(duì)《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

一、從激發(fā)學(xué)生積極性的角度進(jìn)行教學(xué)改革

(一)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)對(duì)于學(xué)生全面理解課程的內(nèi)容至關(guān)重要。因此，在講授《計(jì)算機(jī)組成原理》課程之前，讓學(xué)生提前搜集和整理課程的相關(guān)內(nèi)容，以便學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，向?qū)W生介紹該門(mén)課程的特點(diǎn)及重要性，使學(xué)生明確課程的學(xué)習(xí)目的和意義。在課程講授過(guò)程中，應(yīng)向?qū)W生展示計(jì)算機(jī)組成部件的實(shí)物，并介紹各個(gè)部件之間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考，使其由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)思考，從而誘發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，充分運(yùn)用多媒體進(jìn)行教學(xué)，按照教學(xué)大綱，準(zhǔn)備一些計(jì)算機(jī)組成原理部件的工作原理等演示動(dòng)畫(huà)，以圖文并茂的表現(xiàn)形式向?qū)W生展示學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生討論，激活學(xué)生的思維。通過(guò)討論和反饋，補(bǔ)充和完善原來(lái)學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到學(xué)習(xí)消化的目的。

(二)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，拓展知識(shí)視野

《計(jì)算機(jī)組成原理》課程理論性強(qiáng)、知識(shí)面寬、信息量大，傳統(tǒng)的教學(xué)方式無(wú)法激勵(lì)學(xué)生自主思考。針對(duì)這一情況，在講授課程內(nèi)容中可穿插向?qū)W生提出一些問(wèn)題，激活學(xué)生的思維，從而培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究問(wèn)題、獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，拓展學(xué)生的知識(shí)視野，在教學(xué)中，可將班級(jí)的學(xué)生分成若干個(gè)小組，并選拔出組長(zhǎng)。各小組的劃分需要綜合考慮學(xué)生的性格、興趣、學(xué)習(xí)能力等因素，確保每個(gè)小組的整體水平均衡，組內(nèi)的各成員優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。劃分完小組之后，可定期安排以小組為單位的課程訓(xùn)練，結(jié)合課程內(nèi)容并根據(jù)每個(gè)小組成員的興趣愛(ài)好，擬定課程訓(xùn)練題目，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成課程訓(xùn)練，以各成員分工討論的形式完成任務(wù)，最后各個(gè)小組的組長(zhǎng)進(jìn)行匯報(bào)總結(jié)，授課教授進(jìn)行點(diǎn)評(píng)打分［4］。這種模式不但培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，還激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深了對(duì)課程的理解。

(三)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力

《計(jì)算機(jī)組成原理》課程不但具有較強(qiáng)的理論性，實(shí)踐性也較強(qiáng)，因此在課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)掌握理論知識(shí)的同時(shí)，也要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)。理論與實(shí)踐在課程教學(xué)中的作用都很重要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生更好地理解理論知識(shí)，而理論知識(shí)的提高又能促進(jìn)學(xué)生更深層次的實(shí)踐。

在教學(xué)安排上，要盡量讓理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)平衡，從而提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)地位，使學(xué)生重視自身的動(dòng)手能力。首先要使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂中的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有一定了解，使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中各器件的功能和工作原理，以及它們之間的連接方式和工作方式。然后根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，在各個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段設(shè)計(jì)從易到難的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生做的實(shí)驗(yàn)逐漸從驗(yàn)證性過(guò)渡到設(shè)計(jì)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，從而加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)習(xí)效果。為了便于學(xué)生課后消化理解，可對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行錄像，把教學(xué)視頻放在網(wǎng)站上共享，學(xué)生課后可以反復(fù)觀看視頻，達(dá)到消化理解的目的。

在實(shí)驗(yàn)教材的編排上，針對(duì)以往實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在的問(wèn)題，即學(xué)生為了完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，有盲目地摘抄實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟等現(xiàn)象，于是重新規(guī)范了實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等，只要求簡(jiǎn)單記錄，而對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析與討論則要求詳細(xì)記錄，著重考察和培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，這是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的必要條件，而實(shí)驗(yàn)教材的質(zhì)量決定了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的效果。為此，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行了優(yōu)化，在原有實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟基礎(chǔ)上增加了較為詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟和參考代碼，從而增加了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的全面理解，提高了預(yù)習(xí)的效果。

二、從改進(jìn)教學(xué)技術(shù)的角度進(jìn)行教學(xué)改革

(一)合理組織教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容的合理與否直接影響著教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，因此在教學(xué)大綱的編寫(xiě)和教學(xué)內(nèi)容的安排上要遵循“從淺入深、環(huán)環(huán)相扣、前后呼應(yīng)”的原則。計(jì)算機(jī)組成原理在本質(zhì)上是指令的執(zhí)行過(guò)程［5］。指令存儲(chǔ)在內(nèi)存中，只有CPU接收到從內(nèi)存中讀入的指令后，指令才能運(yùn)行，因此有必要了解內(nèi)存的組織結(jié)構(gòu)、讀寫(xiě)原理、性能指標(biāo)等;指令運(yùn)行還需要了解指令的編碼原理，這就要求對(duì)指令系統(tǒng)有一定的了解;CPU接收到指令后要進(jìn)行分析譯碼，因此有必要了解CPU的工作原理和過(guò)程;指令分析譯碼后所需要的數(shù)據(jù)如何執(zhí)行，需要了解數(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(chǔ)。而這些部件之間要相互聯(lián)系就要用到總線。因此根據(jù)上述分析，可理清一條主線，在教學(xué)中可以根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流來(lái)進(jìn)行講解，同時(shí)要注意主次分明、詳略得當(dāng)，有些知識(shí)點(diǎn)不必多講，讓學(xué)生有所了解即可，如果感興趣學(xué)生可課后自己閱讀，力求在有限的課程安排上達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(二)將現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)引入課堂

現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)已經(jīng)在教育教學(xué)中發(fā)揮了不可替代的作用，而如何將這種新興的技術(shù)合理地應(yīng)用在課堂教學(xué)上，最大程度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，已成為現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一?！队?jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)中可充分運(yùn)用多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)交互平臺(tái)等手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，理順學(xué)習(xí)思路［6］。

在制作多媒體課件的過(guò)程中，要充分考慮所選用的講授內(nèi)容，要做到主題明確、重點(diǎn)突出，可適當(dāng)加入動(dòng)畫(huà)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，多媒體還要結(jié)合板書(shū)，減少單一教學(xué)模式給學(xué)生帶來(lái)的視覺(jué)疲勞，在講解例題和布置作業(yè)的時(shí)候，可以在黑板上書(shū)寫(xiě)，有助于學(xué)生理解思考，從而提高教學(xué)效果。

授課教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，可通過(guò)以下3種方式確定一些學(xué)習(xí)主題和思考問(wèn)題并提供相關(guān)的信息資源:

(1)可利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建教學(xué)交互平臺(tái)，將教學(xué)計(jì)劃、多媒體課件、視頻教程、作業(yè)等上傳到網(wǎng)站上供學(xué)生觀看、下載、討論、交流，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

(2)通過(guò)建立博客或論壇的方式向?qū)W生傳授課程知識(shí)點(diǎn)和擴(kuò)展興趣內(nèi)容，并留給學(xué)生一些問(wèn)題，使學(xué)生掌握利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱并解決問(wèn)題的能力。博客是一種新型的網(wǎng)絡(luò)信息資源應(yīng)用模式，在網(wǎng)上十分流行。通過(guò)博客可進(jìn)行校園網(wǎng)和外網(wǎng)學(xué)習(xí)資源的整合，使學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流。

(3)通過(guò)建立QQ群的形式，把學(xué)生按小組加入到QQ群中，安排學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的興趣，掌握各學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，以資源共享的方式加強(qiáng)教師與學(xué)生的互動(dòng)。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、拓展知識(shí)視野、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、合理組織教學(xué)內(nèi)容、將現(xiàn)代教學(xué)方法引入課堂等幾個(gè)方面進(jìn)行了《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)改革探索，打破了傳統(tǒng)的以教為主的教學(xué)模式，建立起以學(xué)生為主體，師生共同參與的教學(xué)氛圍，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新能力。因此，綜合運(yùn)用各種方式，合理組織和實(shí)施教學(xué)過(guò)程，創(chuàng)新性地改進(jìn)教學(xué)方法，將會(huì)大幅提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

［1］ 侯宏霞，松云．“計(jì)算機(jī)組成原理”精品課程建設(shè)的實(shí)踐與探索［J］．計(jì)算機(jī)教育，2010(2):119－121．

［2］ 羅福強(qiáng)，馮裕忠，茹鵬．計(jì)算機(jī)組成原理［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2011．

［3］ 莫曉暉，張漪．計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)改革［J］．計(jì)算機(jī)教育，2010(13):101 －103．

［4］ 楊有利，唐麗文，田中青．優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分組法 改善教學(xué)效果［J］．重慶與世界:學(xué)術(shù)版，2013(2)．

［5］ 白中英．計(jì)算機(jī)組成原理［M］．4版．北京:科學(xué)出版社，2009．

［6］ 劉三榮．新考綱下《計(jì)算機(jī)組成原理》教學(xué)改革與探討［J］．電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，30(8):7267 －7268．