計算機(jī)組成原理課程的研究性教學(xué)活動實踐

摘要：針對目前計算機(jī)組成原理課程教學(xué)模式中存在的授課方式單一、重概念、輕能力培養(yǎng)等問題，分析研究性教學(xué)的起源及思想，討論研究性教學(xué)活動的實施方法。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)組成原理；教學(xué)模式；研究性教學(xué)；實施方法

0 引言

計算機(jī)組成原理課程是計算機(jī)專業(yè)的一門核心硬件課，是全國計算機(jī)類考研專業(yè)課的統(tǒng)考課程之一。該課程重點介紹微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成原理和內(nèi)部運行機(jī)制，教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生對計算機(jī)硬件的分析設(shè)計能力，為開發(fā)硬件打好基礎(chǔ)。無論是從學(xué)校建設(shè)計算機(jī)學(xué)科的角度考慮，還是從學(xué)生考研及就業(yè)的角度考慮，計算機(jī)組成原理在專業(yè)課中都占有很重要的地位，但是概念多和原理性強(qiáng)是這門課程最大的2個特點。授課教師如果只是被動地講述計算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本知識，那么就無法實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。因此，我們引入研究性教學(xué)方法，即在教師傳授計算機(jī)組成原理基本知識的同時，教師和學(xué)生均以研究的態(tài)度參與教和學(xué)，教師在教學(xué)過程中逐步滲入科學(xué)研究的各個元素，教學(xué)重心從讓學(xué)生單純地獲取知識轉(zhuǎn)移到掌握基本科學(xué)方法、提高綜合運用知識解決實際問題能力上來。

1 研究性教學(xué)的起源及思想

“大學(xué)存在的理由在于，它聯(lián)合青年人和老年人共同對學(xué)問進(jìn)行富有想象的研究，以保持知識和火熱的生活之間的聯(lián)系。大學(xué)傳授知識，但它是富有想象力地傳授知識。至少，這就是大學(xué)對社會應(yīng)履行的職責(zé)。一所大學(xué)若做不到這一點，它就沒有理由存在下去”。教學(xué)是教與學(xué)相互融合和相互統(tǒng)一的教育活動，需要師生共同參與。研究性教學(xué)是指在教學(xué)過程中，以教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)識水平為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)一種類似于科學(xué)研究的教學(xué)環(huán)境和氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動思考和主動實踐，自主地應(yīng)用知識并解決問題，從而達(dá)到積累知識、發(fā)展能力和提高素質(zhì)的教學(xué)要求。開展研究性教學(xué)活動的主要目的就在于將學(xué)生單一的知識接受性、記憶性的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變成基于自身興趣掌握基本科學(xué)研究方法和主動獲取知識的學(xué)習(xí)方式。

2 研究性教學(xué)活動在計算機(jī)組成原理課程中的實施方法

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

在傳統(tǒng)的以知識傳授為目的的教學(xué)模式中，首先學(xué)校會根據(jù)課程選擇教材，然后教師根據(jù)教材選擇講授內(nèi)容，最后學(xué)生根據(jù)講授的內(nèi)容完成該門課程的學(xué)習(xí)。在現(xiàn)代社會追求應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求下，我們應(yīng)構(gòu)建開放式教學(xué)與自主性學(xué)習(xí)方式相適應(yīng)的教學(xué)模式。因此，根據(jù)教材選擇教學(xué)內(nèi)容的方式必須被淘汰。

2.1.1 理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

關(guān)于理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計，我們有3點考慮：①計算機(jī)組成原理課程在全國計算機(jī)類碩士研究生考試的統(tǒng)考專業(yè)課中占有很大比重，因此課堂教學(xué)內(nèi)容應(yīng)涵蓋該課程在此考試中的所有知識點；②每年有越來越多的學(xué)生參加國家計算機(jī)技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格（水平）考試，學(xué)生如果能通過此考試，不僅是對學(xué)習(xí)的最好肯定，而且為就業(yè)奠定了一定的知識基礎(chǔ)，因此理論教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)涵蓋該課程在此考試中的所有知識點；③要注意先修課程、后續(xù)課程與計算機(jī)組成原理課程在教學(xué)內(nèi)容上的銜接，避免重復(fù)?；谝陨?點，我們確定了計算機(jī)組成原理課程54學(xué)時理論教學(xué)的基本內(nèi)容。當(dāng)然，我們在理論教學(xué)過程中要側(cè)重技巧和突出重點而不是面面俱到，要理論聯(lián)系實際，將學(xué)以致用的教學(xué)思想貫穿始終，根據(jù)學(xué)科發(fā)展對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有選擇的更新，注重教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、研究性和應(yīng)用性。

2.1.2 實驗教學(xué)內(nèi)容改革

實驗教學(xué)共24學(xué)時，全部在計算機(jī)組成原理專業(yè)實驗室完成。教師在實驗教學(xué)上要構(gòu)建層次化實驗內(nèi)容，應(yīng)既有基礎(chǔ)驗證性實驗，又有綜合創(chuàng)新性實驗。教師在基礎(chǔ)驗證性實驗中，要讓每名學(xué)生獨立完成計算機(jī)系統(tǒng)各基本部件的實驗，如運算器、存儲器、控制器、時序電路、總線等部件的實驗；在綜合創(chuàng)新性實驗中，可以讓學(xué)生分組完成簡單模型機(jī)到復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)實驗。教師在實驗過程中要注重培養(yǎng)學(xué)生的工程推理和解決問題能力，認(rèn)真設(shè)計實驗成績評價方法，力圖體現(xiàn)學(xué)生的真實能力。

2.1.3 實踐課開設(shè)

在計算機(jī)組成原理課程結(jié)束后，我們開設(shè)了32學(xué)時的計算機(jī)組成原理實踐課，將工程設(shè)計的思想和方法引入實踐課的教學(xué)活動中。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的計算機(jī)組成原理知識，使用VHDL語言進(jìn)行程序設(shè)計，實現(xiàn)一個完整模型機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計，加深對計算機(jī)各功能部件工作原理及各部件之間如何相互協(xié)調(diào)工作的理解。該課程緊密聯(lián)系實際，既能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，又能夠提高學(xué)生的系統(tǒng)分析、設(shè)計和實踐能力。

2.2 教學(xué)活動組織

2.2.1 充分發(fā)揮課件和教學(xué)網(wǎng)站的作用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

對于任何學(xué)習(xí)，只有有興趣才能繼續(xù)，因此培養(yǎng)并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是授課教師的一項主要任務(wù)。在計算機(jī)組成原理課程的教學(xué)過程中，教師要充分發(fā)揮課件的作用以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，用動畫演示動態(tài)的過程，如并行通信和串行通信、CPU對內(nèi)存單元的讀/寫過程等。在動畫演示過程中，學(xué)生可以非常清晰并直觀地看到指令流和數(shù)據(jù)流在計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的流動過程。動畫演示實現(xiàn)了抽象化到生動化的轉(zhuǎn)變，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師也可以建立教學(xué)網(wǎng)站，上傳所有的教學(xué)資源，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)交流的平臺，加強(qiáng)師生交流和研討，也便于教師根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的難點適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)計劃。

2.2.2 開展研究性教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法

學(xué)生有了學(xué)習(xí)興趣的同時，教師必須開展合適的教學(xué)活動才能達(dá)到教與學(xué)的完美結(jié)合。教師不能只拘泥于板書及講述的教學(xué)方法，而應(yīng)采用研究性教學(xué)方法以激發(fā)學(xué)生擁有更大的學(xué)習(xí)動力。教師可以給學(xué)生指定研究性課題以便進(jìn)行研究，如計算機(jī)硬件系統(tǒng)的多總線結(jié)構(gòu)還可以怎么設(shè)計、超流水線技術(shù)對緩存的要求等；也可以給學(xué)生指定閱讀材料，要求學(xué)生閱讀并進(jìn)行分析；還可以指定當(dāng)前的某種硬件設(shè)計，要求學(xué)生進(jìn)行評價。學(xué)生在這樣的教學(xué)活動中，既增強(qiáng)了主動學(xué)習(xí)的動力，又在學(xué)習(xí)過程中汲取到更多的專業(yè)知識。在這個過程中，學(xué)生相信客觀知識的存在并愿意通過自己的研究活動認(rèn)識客觀世界，這實際上就是使用科學(xué)的思維方式獲取知識的過程。

2.2.3 鼓勵學(xué)生大膽猜想，通過研究和實踐得出結(jié)論

猜想是一種領(lǐng)悟事物內(nèi)部聯(lián)系的直接思維，常常是證明與計算的先導(dǎo)。猜想的東西不一定是真實的，其真實性最后還要靠邏輯或?qū)嵺`來判定，但它卻有極大的創(chuàng)造性。在計算機(jī)組成原理課程的教學(xué)中，教師要鼓勵學(xué)生對未知的事物作出大膽猜想，然后讓學(xué)生通過自己的研究和實踐得出結(jié)論，但是任何結(jié)論都是暫時的，隨著新事物的出現(xiàn)、新技術(shù)的發(fā)展以及新知識的獲取，結(jié)論也有可能被推翻。只有不斷地否定結(jié)論，才會不斷進(jìn)步。

2.2.4 不斷提高教師素質(zhì)，促進(jìn)研究性教學(xué)深入實施

研究性教學(xué)活動的開展需要教師最大程度地發(fā)揮創(chuàng)造力，并從更高的層面和更廣闊的視角出發(fā)對教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式作出新的構(gòu)思和處理，設(shè)計適合研究性教學(xué)的教學(xué)方案，根據(jù)方案開展具有特色的教學(xué)活動。教師要不斷提高自身素質(zhì)，組織并指導(dǎo)學(xué)生參與每一項教學(xué)活動。

3 結(jié)語

開展研究性教學(xué)活動是各門學(xué)科教學(xué)改革的方向之一，而教學(xué)評價是評估研究性教學(xué)成果好與壞的主要手段。研究性教學(xué)活動開展一個學(xué)期以來，學(xué)生的課程平均成績顯著提高，學(xué)校專家和同行對研究性教學(xué)活動給予很高的評價，通過問卷調(diào)查得出的學(xué)生滿意度也有較大幅度提升，因此在計算機(jī)組成原理課程的教學(xué)過程中開展研究性教學(xué)活動具有很好的實施價值。當(dāng)然，一個學(xué)期的教學(xué)評價是階段性而非永久性的，我們對于取得的成績要發(fā)揚光大，而對于出現(xiàn)的問題要及時改正，使研究性教學(xué)循序漸進(jìn)地朝著良性循環(huán)的方向發(fā)展。

（編輯：宋文婷）