問(wèn)題教學(xué)法在《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)中研究應(yīng)用

彭雅琴+王萬(wàn)生

【摘 要】一個(gè)好的老師不僅要熟悉教學(xué)內(nèi)容，而且還要有好的教學(xué)方法和教學(xué)手段。本文就《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)如何采用問(wèn)題教學(xué)方法來(lái)組織課堂教學(xué)進(jìn)行了研究，探討了問(wèn)題教學(xué)法的一般要求，并將其實(shí)際應(yīng)用于教學(xué)中，獲得了良好的教學(xué)結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】問(wèn)題教學(xué)法；計(jì)算機(jī)組成原理；教學(xué)方法

1 問(wèn)題教學(xué)法的核心

所謂問(wèn)題教學(xué)法，是以提出問(wèn)題→分析問(wèn)題→找出解決問(wèn)題的方法為主線來(lái)組織教學(xué)和展開(kāi)教學(xué)的一種教學(xué)模式。首先根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容，將所要講解課程的核心內(nèi)容以問(wèn)題的形式提出，然后探討解決問(wèn)題的具體方法，最后針對(duì)每一種具體方法存在的不足之處，再啟發(fā)學(xué)生去思考、并探索新的解決問(wèn)題的方法。

問(wèn)題教學(xué)法的關(guān)鍵要求是老師必須對(duì)所教課程內(nèi)容非常熟悉，要能夠從整體出發(fā)，根據(jù)所教課程的教學(xué)內(nèi)容和要求，結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活的實(shí)際需求提出具體問(wèn)題，而后需要老師就如何解決這個(gè)問(wèn)題提出解決這個(gè)問(wèn)題方法和設(shè)想。解決一個(gè)問(wèn)題可能有很多方法，每個(gè)方法的具體實(shí)現(xiàn)，就是這門(mén)課程中的主要教學(xué)內(nèi)容。每一方法的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)是什么？針對(duì)缺點(diǎn)提出新的解決方法，這可能就是本學(xué)科的發(fā)展歷史和將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)這樣的教學(xué)思路，不僅可以使學(xué)生知道本門(mén)課程主要講授內(nèi)容、與所學(xué)專(zhuān)業(yè)之間的關(guān)系，以及該學(xué)科目前最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，而且可以引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，提高分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2 問(wèn)題教學(xué)法中設(shè)置問(wèn)題的一般要求

2.1 問(wèn)題的難度要適宜

學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力不盡相同，所以教師在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該從大多數(shù)同學(xué)的認(rèn)知能力出發(fā)，設(shè)置難度適宜的問(wèn)題，使得每一位學(xué)生都能夠通過(guò)問(wèn)題教學(xué)法得到收益。太簡(jiǎn)單的問(wèn)題，比如書(shū)上能直接找到答案的問(wèn)題意義不大，這樣的問(wèn)題學(xué)生不需要思考，因此能力得不到提高；太復(fù)雜的問(wèn)題，比如需要多個(gè)課程知識(shí)綜合解決的題目，在課堂上比較費(fèi)時(shí)間，而且不能很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最好是能夠課后先布置，給學(xué)生準(zhǔn)備的時(shí)間。最好的方法是由淺入深，循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)問(wèn)題，而且將多個(gè)問(wèn)題串成一條線，讓學(xué)生感覺(jué)在蓋房子，堆建知識(shí)的大樓，從而形成一個(gè)完整、牢固的知識(shí)體系。

2.2 多種形式的問(wèn)題相結(jié)合

教學(xué)中設(shè)置問(wèn)題的最終目的都是為了幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)，因此在不同的環(huán)節(jié)可以設(shè)置不同形式的問(wèn)題，使其更加具備針對(duì)性。在課程的第一節(jié)課設(shè)置的問(wèn)題應(yīng)該是讓學(xué)生明白這門(mén)課程的意義和基本內(nèi)容，明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)。在理論課復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)時(shí)，就可以設(shè)置答案指向性較強(qiáng)的題目來(lái)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。而在新課環(huán)節(jié)時(shí)，教師應(yīng)該注重準(zhǔn)備能夠培養(yǎng)學(xué)生思維能力、引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散性思維能力的題目，最好是開(kāi)發(fā)式的題目，這類(lèi)題目沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，但是能夠非常有效地引導(dǎo)學(xué)生去思考，而且學(xué)生有時(shí)候的想法會(huì)非常有創(chuàng)意，對(duì)教師的能力提高也是很有幫助。在實(shí)驗(yàn)課上，可以讓學(xué)生自己思考題目的條件，比如給出題目的部分要求，然后給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生思考為了得到這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，題目中還應(yīng)該增加的條件和步驟，以結(jié)果反向推導(dǎo)問(wèn)題會(huì)激發(fā)學(xué)生的斗志，從而非常地投入實(shí)驗(yàn)中，獲得很好的實(shí)驗(yàn)效果。

2.3 問(wèn)題有實(shí)際相聯(lián)系

“教育即生活，教育即經(jīng)驗(yàn)的改造”[1]。在設(shè)計(jì)問(wèn)題的時(shí)候，如果與學(xué)生的實(shí)際生活相結(jié)合會(huì)引起學(xué)生的共鳴，促使學(xué)生去思考。因此教師本身要加強(qiáng)與學(xué)生的溝通，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的課外生活和思想動(dòng)態(tài)，理解學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)和熱點(diǎn)，做一名與時(shí)俱進(jìn)的教師，在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，加入趣味化、多元化、熱門(mén)的生活元素，會(huì)得到事半功倍的效果，全部學(xué)生的積極性會(huì)被調(diào)動(dòng)，每個(gè)人都愿意參與到問(wèn)題的討論中，課堂的氣氛非?；钴S，學(xué)習(xí)效果非常好。

3 問(wèn)題教學(xué)法在教學(xué)過(guò)程中的具體應(yīng)用

下面以《計(jì)算機(jī)組成原理》這門(mén)課為例，說(shuō)明如何運(yùn)用問(wèn)題教學(xué)法來(lái)組織和展開(kāi)課堂的教學(xué)。

《計(jì)算機(jī)組成原理》這門(mén)課是計(jì)算機(jī)各專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其前導(dǎo)課程有《模擬電子技術(shù)》、《匯編語(yǔ)言》等，后續(xù)課程有《操作系統(tǒng)原理》、《接口與通信》、《接口與匯編》、《計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》、《嵌入式控制系統(tǒng)》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》等，本課程在先導(dǎo)課與后續(xù)課之間起著重要的承上啟下作用[2]。所以在第一堂課就要明確：為什么要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理這門(mén)課？根據(jù)這個(gè)大問(wèn)題，可以設(shè)置若干個(gè)小問(wèn)題：

1 C語(yǔ)言教學(xué)中提到的int類(lèi)型的表示范圍為-32768-32767，為什么是這個(gè)范圍？那么就可以初步解釋數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)類(lèi)型的不同，存儲(chǔ)的位數(shù)也是不同的。然后依據(jù)機(jī)器數(shù)的編碼規(guī)則，提及到補(bǔ)碼的簡(jiǎn)單概念。這就是計(jì)算機(jī)要對(duì)信息進(jìn)行處理遇到的第一個(gè)問(wèn)題：必須將被處理的信息表示成計(jì)算機(jī)可以接受的形式即“機(jī)器數(shù)”，這正是課程中“數(shù)據(jù)表示方法”章節(jié)要講解的內(nèi)容。

2 我們買(mǎi)的手機(jī)，里面有哪幾種存儲(chǔ)器？學(xué)生對(duì)手機(jī)都非常了解，所以這個(gè)問(wèn)題學(xué)生會(huì)非常感興趣，然后根據(jù)學(xué)生的回答，可以再擴(kuò)展到U盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán)等。隨后可以再討論手機(jī)的屏幕發(fā)展史，請(qǐng)同學(xué)們談?wù)勊{(lán)屏和觸摸屏的區(qū)別，以及科技的進(jìn)步帶給用戶的感受。那么這個(gè)問(wèn)題的細(xì)節(jié)內(nèi)容就會(huì)出現(xiàn)在“存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理”和“輸入輸出設(shè)備”章節(jié)。

3 程序最終的執(zhí)行會(huì)轉(zhuǎn)化為CPU中指令系統(tǒng)的執(zhí)行，請(qǐng)問(wèn)如果是你設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)，指令條數(shù)傾向于多還是少？為什么？那么每個(gè)學(xué)生的回答會(huì)不一樣，而后需要教師靈活地根據(jù)學(xué)生的回答，再針對(duì)性的、有目的的提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考。這個(gè)問(wèn)題就會(huì)延伸出“指令系統(tǒng)”章節(jié)和“中央處理器”章節(jié)要講解的內(nèi)容。

最后就可以把問(wèn)題總結(jié)，告訴學(xué)生為什么要發(fā)明計(jì)算機(jī)，就是要將人從繁雜的算術(shù)計(jì)算中解脫出來(lái)，計(jì)算機(jī)就是一個(gè)高速的自動(dòng)連續(xù)的計(jì)算工具。作為一個(gè)高速的自動(dòng)的計(jì)算工具，計(jì)算機(jī)應(yīng)該包括哪些功能部件？一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)必須包括運(yùn)算器，控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備，即馮.若依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)體系中的組成計(jì)算機(jī)的五大功能部件。

以上這些問(wèn)題就構(gòu)成了《計(jì)算機(jī)組成原理》這門(mén)課程各章節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容。

下面再以《第2章：數(shù)據(jù)表示方法》[3]為例，對(duì)具體章節(jié)問(wèn)題做進(jìn)一步細(xì)化。第二章的主要內(nèi)容是探討什么是數(shù)據(jù)，不同的數(shù)據(jù)形式在計(jì)算機(jī)中是如何來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)的，因此就可以有針對(duì)性地設(shè)計(jì)一些問(wèn)題，例如：

1 第二章的要點(diǎn)就是告訴學(xué)生如何將現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，因此首先可以設(shè)置問(wèn)題，請(qǐng)學(xué)生回答，現(xiàn)實(shí)中有哪些數(shù)據(jù)？在這個(gè)問(wèn)題中，就可以充分地將學(xué)生感興趣的數(shù)據(jù)形式——電影，歌曲，圖像等加入到問(wèn)題的回答和討論中，這個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)對(duì)拓展學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的認(rèn)識(shí)，也會(huì)理解不同的數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)中會(huì)采用不同的辦法，那么這些都為后續(xù)的教學(xué)進(jìn)行了很好的鋪墊。

2 二進(jìn)制可以取代現(xiàn)實(shí)生活中的十進(jìn)制嗎？學(xué)生就會(huì)思考二進(jìn)制和十進(jìn)制的區(qū)別，然后分析這兩者進(jìn)制的不同，最后給出他的想法。這樣的題目難度不大，可以幫助學(xué)生去總結(jié)進(jìn)制的作用，而且沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生可以有大膽的思考，培養(yǎng)學(xué)生的思考能力。

3 任何數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中都是以0、1的二進(jìn)制形式存放，所以接下來(lái)可以給學(xué)生介紹數(shù)字化的思想，比如+為0，-為1。然后再探討小數(shù)點(diǎn)的表示，學(xué)生會(huì)很自然地想到是不是要用0、或者1表示，所以根據(jù)學(xué)生的選擇就可以設(shè)計(jì)問(wèn)題，比如將小數(shù)1000101機(jī)器數(shù)轉(zhuǎn)化為真值。接下來(lái)請(qǐng)多位學(xué)生對(duì)比下答案，然后通過(guò)分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)將小數(shù)點(diǎn)數(shù)字化并不合適，然后就可以介紹定點(diǎn)小數(shù)表示和浮點(diǎn)小數(shù)表示。

4 機(jī)器數(shù)的編碼規(guī)則一般會(huì)提到三種：原碼、補(bǔ)碼、反碼，接下來(lái)就可以引導(dǎo)學(xué)生，數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示方法其最終目的就是要方便運(yùn)算器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、方便運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)，以及能夠最大限度地提高運(yùn)算器的運(yùn)算速度，接下來(lái)就可以請(qǐng)學(xué)生探討對(duì)這三種編碼方式的理解，這就是不同編碼表示的機(jī)器數(shù)的運(yùn)算方法和運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)這一章節(jié)主要討論的問(wèn)題，這就很自然地過(guò)渡到下一章“機(jī)器數(shù)的運(yùn)算規(guī)律和運(yùn)算器的設(shè)計(jì)”講解的教學(xué)內(nèi)容。

4 結(jié)束語(yǔ)

在計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用問(wèn)題教學(xué)法，在課堂教學(xué)中不斷提出問(wèn)題，并引導(dǎo)學(xué)生去分析問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的方法，能夠提高學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生充分地參與到課堂中，從而提高學(xué)習(xí)效果。對(duì)于教師，在設(shè)計(jì)問(wèn)題的過(guò)程中，能提高對(duì)課程知識(shí)的認(rèn)識(shí)，會(huì)拓展對(duì)課程的認(rèn)識(shí)，從而提高自身的業(yè)務(wù)能力和素質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]鄒紅文，聶雅琳.計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐[J].洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（1）：87-90.

[3]王萬(wàn)生.計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[責(zé)任編輯：李書(shū)培]