方框圖語言在“計算機組成原理” 教學(xué)中的應(yīng)用

汪宇玲，冷 璐，魏振華

(1.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013；2.南昌航空大學(xué)，江西 南昌 330063)

方框圖語言在“計算機組成原理”教學(xué)中的應(yīng)用

汪宇玲1，冷 璐2，魏振華1

(1.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013；2.南昌航空大學(xué)，江西 南昌 330063)

針對東華理工大學(xué)二本三本計算機類專業(yè)的培養(yǎng)目標及“計算機組成原理”課程教學(xué)內(nèi)容的特點，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗及教學(xué)實踐和探索，提出方框圖語言在該課程教學(xué)中的意義、特點，并給出其符號定義及表示方法。通過“計算機組成原理”課程教學(xué)各知識點的教學(xué)實例，詳細描述如何將方框圖語言運用在該課程教學(xué)的教學(xué)設(shè)計及教學(xué)過程當(dāng)中。方框圖語言不僅對計算機組成原理及相關(guān)課程的教學(xué)有益，對其他課程的教學(xué)同樣具有實踐指導(dǎo)意義。

方框圖語言; 計算機組成原理; 教學(xué)應(yīng)用

課程教學(xué)是在教學(xué)思想指導(dǎo)下，按教學(xué)大綱的要求，完成既定的教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容，其實施過程受到多個方面、多種不同因素的影響?！坝嬎銠C組成原理”課程是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容較多，授課對象通常是剛接觸專業(yè)課程的學(xué)生，課程內(nèi)容對他們而言是陌生、有難度且枯燥的，老師往往要花更多的時間和精力來講授[1-2]。相比其他專業(yè)課，計算機組成原理課程還算充足的48個理論教學(xué)課時仍然十分緊張，既要完成教學(xué)計劃又要保證教學(xué)效果，這是兩難的問題。

“計算機組成原理”作為計算機類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，在專業(yè)課程體系中有承上啟下的作用，其教學(xué)目的主要是讓學(xué)生掌握計算機系統(tǒng)的基本組成及工作原理[3-4]。筆者教過的歷屆學(xué)生常常反映該課程內(nèi)容晦澀難懂，理解起來很吃力。即使老師上課講得非常詳細，上課時能聽懂，但課后學(xué)生獨立理解時，仍然無法理清思路。為了使學(xué)生能夠充分掌握該門課程的各個重點和難點，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)新性，并為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打下堅實基礎(chǔ)，筆者不斷研究摸索該課程的教學(xué)方法、教學(xué)形式等，提出在教學(xué)中采用方框圖語言，并將其運用到該課程的各個知識重點和難點的課堂教學(xué)過程當(dāng)中。

在東華理工大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)連續(xù)多年的計算機課堂教學(xué)實踐中運用方框圖語言，學(xué)生反映更容易理解，且不容易忘記，既能對整個課程內(nèi)容連貫性有準確的認識，又能深入理解并掌握部件的工作原理及重要概念，學(xué)生課后作業(yè)的準確率相比沒有運用方框圖語言講授前有較大提高，而且有了扎實的理論基礎(chǔ)，做實驗?zāi)芎芸烊胧植⒛芾斫鈱嶒炘淼膶W(xué)生也明顯增多，切實有效地提高了該門課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

1 方框圖語言在教學(xué)中的意義及特點

“計算機組成原理”課程內(nèi)容具有抽象性，看似是硬件課程，但主要講授的是計算機的邏輯結(jié)構(gòu)及其工作原理，并會涉及大量全新的專業(yè)術(shù)語，而這些內(nèi)容對于學(xué)生來講都是難懂、深奧的，在教學(xué)過程當(dāng)中采用方框圖語言能由難化易、由繁化簡且重點突出，不僅能呈現(xiàn)各知識點的關(guān)聯(lián)、層次，表現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)，而且能簡單直觀表現(xiàn)抽象繁雜的教學(xué)知識點，教學(xué)難度明顯降低。

運用方框圖語言能將各自獨立的知識單元有機結(jié)合起來，幫助學(xué)生全面了解課程知識體系。課程的教學(xué)內(nèi)容都具備綱要性，各教學(xué)知識單元也都存在不同程度的關(guān)聯(lián)性，知識點逐層深入。運用方框圖語言形成綱要框圖來描述這種關(guān)聯(lián)性能直觀表達知識框架與脈絡(luò)，避免了平鋪直敘且繁復(fù)的純文字表述，學(xué)生更容易明確各教學(xué)知識單元的關(guān)系及學(xué)習(xí)目的，不但有利于學(xué)生對新的教學(xué)內(nèi)容的認知和吸收，而且有利于學(xué)生形成全局觀念，這對于教學(xué)內(nèi)容的深入理解和熟練掌握都十分有益。

方框圖語言是行之有效的教學(xué)及學(xué)習(xí)工具。對于知識重點及難點，比如部件的工作原理，如果只是文字表述，學(xué)生很容易出現(xiàn)工作流程理解混亂、概念模糊不清等問題。教師采用方框圖語言形成知識點框圖展現(xiàn)工作流程及概念等，是對重點、難點的高度概括和提煉，用符號和少量簡捷的文字進行直觀描述，即簡單清晰、容易理解，又印象深刻，學(xué)生能準確地抓住重點，不僅調(diào)動了學(xué)生上課的積極性，而且易于培養(yǎng)學(xué)生歸納提煉知識的能力。學(xué)生課后復(fù)習(xí)或全面復(fù)習(xí)時，自己再用方框圖語言對知識點歸納總結(jié)，又是對所學(xué)知識的一種鞏固、加深和提煉，也間接地訓(xùn)練了學(xué)生分析和解決問題的能力，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)方法及創(chuàng)新能力[5]。

方框圖語言具備了強邏輯、高概括、簡明扼要的特點，明顯降低了教學(xué)難度，應(yīng)用在課程教學(xué)中使各教學(xué)知識單元清晰連貫，有效提高了教學(xué)效果和質(zhì)量。方框圖語言的應(yīng)用也方便了學(xué)生復(fù)習(xí)、歸納，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性增強，使學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)得到全面發(fā)展。

2 方框圖語言的元素及表示

方框圖語言主要有6種基本元素，其符號表示及意義如下：

為了能準確表達知識重點和難點，還定義了兩個補充符號。符號“▲”用來表示教學(xué)知識重點，符號“★”用來表示教學(xué)知識難點，通常標注在元素的右上角。方框圖語言的表示符號還可以根據(jù)課程特點及課程內(nèi)容適當(dāng)進行擴充，例如在表示工作流程時，如果出現(xiàn)有重復(fù)進行的工作，可以增加一個重復(fù)標志，借鑒數(shù)據(jù)字典的表示方法，可以采用符號“*”，也可以借鑒程序語言的表示，直接加一個“Repeat”標識?！?” 和“Repeat”尚未正式加入到方框圖語言的語法符號中，這需要在實際教學(xué)工作中得到最終認可。這也體現(xiàn)了方框圖語言的靈活性。

運用方框圖語言能形成綱要框圖和知識點框圖。綱要框圖主要是用來對課程知識體系或知識單元進行整體描述，用到的符號主要是矩形(節(jié)點)、圓角矩形(可選節(jié)點)、直線(關(guān)聯(lián))及兩個補充符號，每個節(jié)點代表一個知識單元或知識點。知識點框圖是對綱要框圖各節(jié)點內(nèi)容的展開，可以對部件的工作流程進行簡單直觀的描述，也可以呈現(xiàn)有直接關(guān)聯(lián)或是意思相近容易混淆的概念[6]。

不論是綱要框圖還是知識點框圖，均可以分級呈現(xiàn)，這是借鑒了軟件工程中數(shù)據(jù)流圖分層結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，同樣采用“自頂向下逐層分解”的結(jié)構(gòu)化分析思路[7]。分級描述避免了因教學(xué)內(nèi)容過多，框圖變得復(fù)雜的情況。因此，框圖有0層框圖、1層框圖、2層框圖等，層次的多少和課程內(nèi)容的知識量相對應(yīng)。

3 課程教學(xué)實踐實例

3.1 綱要框圖示例：指令系統(tǒng)知識單元

下圖1是采用方框圖語言表示的指令系統(tǒng)綱要框圖，是對第四章指令系統(tǒng)知識單元各知識點的整體描述。從圖中能一目了然知道知識單元主要有哪些知識點，明確知識重點是指令格式和尋址方式，知識難點是數(shù)據(jù)尋址。

綱要框圖需預(yù)先按教學(xué)大綱的要求制作好，在課程的第一堂課時就呈現(xiàn)給學(xué)生，條件允許，可以將電子稿發(fā)給學(xué)生。課程教學(xué)過程中，每當(dāng)開始講授一個知識單元時就再呈現(xiàn)相應(yīng)的綱要框圖，每當(dāng)結(jié)束一個知識單元時，可以和學(xué)生一起歸納總結(jié)并再一次畫出綱要框圖，這起到了對學(xué)習(xí)內(nèi)容鞏固加深的作用。

圖1 采用方框圖語言表示的指令系統(tǒng)綱要框圖

圖1也可以分級描述。0層綱要框圖的頂部節(jié)點通常和課程相對應(yīng)，1層綱要框圖的頂部節(jié)點通常和章對應(yīng)，2層綱要框圖的頂部節(jié)點通常和節(jié)對應(yīng)，以此類推。因此，圖1進行分級描述能呈現(xiàn)的是1層綱要框圖和2層綱要框圖，如圖2和圖3所示。比較3幅圖，很明顯分級層次綱要框圖簡單明了，分解了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，方便了教與學(xué)。

圖2 1層綱要框圖示例

圖3 2層綱要框圖示例

3.2 知識點框圖示例：指令周期

在教學(xué)過程中，可以使用數(shù)據(jù)通路圖或指令工作過程示意圖來詳細解釋指令的指令周期，使學(xué)生加深理解，但歸納復(fù)習(xí)、強調(diào)重點時這種表示法就過于繁瑣?？梢圆捎梅娇驁D語言表示指令周期，如圖4所示，一個工作框表示指令執(zhí)行的一個CPU周期，方框中的內(nèi)容表示數(shù)據(jù)通路操作或某種控制操作；菱形符號表示的決策或測試是指對指令譯碼后所執(zhí)行操作的判別，時間上它不單獨占用一個CPU周期，而是依附于緊鄰它的前一個CPU周期?！啊狈柋硎疽粭l指令執(zhí)行結(jié)束，轉(zhuǎn)入公操作。實際應(yīng)用于計算機控制器設(shè)計時，也采用方框圖語言表示。

圖4 采用方框圖語言表示指令周期

4 結(jié)束語

在課程教學(xué)中運用方框圖語言，能將各個教學(xué)知識點涉及到的概念、術(shù)語、工作原理及邏輯關(guān)系簡明清晰地表示出來，十分有利于學(xué)生對難以理解的一些專業(yè)知識重點難點的吸收、理解和掌握，經(jīng)過連續(xù)幾年的本科教學(xué)嘗試，學(xué)生對此是接受和肯定的。不論是在新課講授，或是習(xí)題課、復(fù)習(xí)課，采用方框圖語言進行講授，同樣能提高教學(xué)效果，加強學(xué)生對知識點的理解和掌握。

方框圖語言應(yīng)用于課程教學(xué)，其重點是要提煉教學(xué)內(nèi)容，簡化表達，理順知識流程，并能構(gòu)思設(shè)計好表達準確的方框圖，這對課堂準備提出了研究性的高要求，教師如何運用方框圖語言簡化地直觀表達教學(xué)內(nèi)容，而又不失精準邏輯性，這是一項需要長期的不斷研究、探索和完善的工作。其實，不論是何種課程，都需要進行知識提煉，教學(xué)內(nèi)容都存在相似的邏輯關(guān)系，因而方框圖語言不僅能成功應(yīng)用在“計算機組成原理”課程教學(xué)中，同樣能夠推廣應(yīng)用到其他相關(guān)課程，甚至在其他專業(yè)課程當(dāng)中。

[1]石爭浩,趙明華,李鵬,等. 計算機組成和體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革的探索與實踐[J]. 教學(xué)研究,2013(3): 64-67.

[2]周亞平,王斌,金衛(wèi)根. 生命科學(xué)導(dǎo)論課程教學(xué)中存在的問題及解決對策[J]. 東華理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版, 2012(6): 172-174.

[3]姚玉霞,劉曉彥,隨慶茹,等. 計算機組成和體系結(jié)構(gòu)實踐教學(xué)改革的探索與探討[J]. 計算機教育, 2010(2): 142-143.

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[5]肖靜,余穎,張道海. 立足機器人競賽 促進創(chuàng)新訓(xùn)練與實踐教學(xué)改革[J]. 東華理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版, 2013(6): 189-192.

[6]張雅軍. 淺析軟件工程中的數(shù)據(jù)流圖的畫法[J]. 天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報, 2008(2): 70-73.

[7]李現(xiàn)車,張艷. Proteus仿真在微機原理及接口技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2010(12): 125-127.

Block Diagram Language and Its Application in the Teaching of Structured Computer Organization

WANG Yu-ling1, LENG Lu2, WEI Zheng-hua1

(1.EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China;2.NanchangHangkongUniversity,Nanchang330063,China)

In view of the training objectives of the second batch and the third batch in ECIT, in connection with the course characteristics of Structured Computer Organization and the authors’ teaching experience of many years, this paper proposes the significance and characteristics of the block diagram language in this course teaching and gives its sign definition and expressing way. Through two course teaching examples of Structured Computer Organization, the paper describes in detail how to use the block diagram language in the teaching design and teaching process. Block diagram language benefits to both the related courses of Structured Computer Organization and other courses.

Block diagram language; Structured Computer Organization; application in the course teaching;

汪宇玲， 冷璐， 魏振華.方框圖語言在“計算機組成原理” 教學(xué)中的應(yīng)用[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2014，33(2)：186-189.

Wang Yu-ling, Leng Lu, Wei Zheng-hua.Block Diagram Language and Its Application in the Teaching of Structured Computer Organization[J].Journal of East China Institute of Technology(Social Science)，2014，33(2)：186-189.

G642

A

1674-3512(2014)02-0186-04