計算機組成原理教學(xué)方法探析

彭雅琴+王萬生

摘要：計算機組成原理課程是一門非常重要的專業(yè)課，課程具備知識點多、理論性強、內(nèi)容抽象等特點。為此對課程中的教學(xué)方法進行了研究，探討了啟發(fā)式教育、串聯(lián)式方法、設(shè)置陷丼法、課上線下互動法等多種教學(xué)方法，并將其應(yīng)用于實際教學(xué)中，獲得了良好的教學(xué)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；教學(xué)方法；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）10-0205-02

《計算機組成原理》是計算機專業(yè)區(qū)別于其他專業(yè)的一門非常重要的課程，課程教學(xué)具有知識面廣、內(nèi)容多、難度大、更新快等特點[1]。其前導(dǎo)課程包括“模電”、“數(shù)電”，后續(xù)課程包括“微機原理及接口”、“單片機原理及應(yīng)用”，等等，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]。因此如何充分利用計算機組成原理課堂教學(xué)的有限學(xué)時，更加高效地幫助學(xué)生理解計算機硬件組成知識，激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力非常值得探討。本文從教學(xué)方法的角度進行了探討。

一、教學(xué)中面臨的問題

計算機組成原理課程是偏向硬件的一門專業(yè)課，其內(nèi)容主要包括CPU、存儲器、運算器、外設(shè)等硬件的組成和工作原理。由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)很難分解給學(xué)生一個直觀的實物，學(xué)生會覺得課程知識比較抽象，學(xué)習(xí)難度很大；另外計算機中的運算方法與平時的運算方法有所不同，學(xué)生接受起來比較困難，以上都可能導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果達不到要求。所以有必要針對這門課程的特點，在教學(xué)中引入與此相對應(yīng)的教學(xué)方法，有目的的展開教學(xué)改革，幫助學(xué)生更好的掌握這門課程?，F(xiàn)結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，淺談該課程中的教學(xué)思路和基本方法。

二、教學(xué)方法探討

1.啟發(fā)式方法。計算機組成原理的知識相對來說會比較抽象，所以學(xué)生在理解的時候會有些困難，因此可以在教學(xué)過程中，采用啟發(fā)式教學(xué)方法，由淺入深的掌握知識。比如在講解外設(shè)如何與主機進行數(shù)據(jù)交換時，可以對程序查詢方式、中斷方式和直接存儲器訪問方式輔以比喻。將教師比作CPU，學(xué)生比作外設(shè)，教師布置作業(yè)并要求學(xué)生完成。程序查詢方式就可以理解為是以下場景：教師布置一道作業(yè)后，就一直站在學(xué)生旁邊問：作業(yè)寫完了沒有。等學(xué)生寫完一道作業(yè)，繼續(xù)布置下條作業(yè)。這樣教師大多數(shù)的時間都花在等待和詢問上，效率低下。所以可以考慮以下方案：教師布置完一道作業(yè)后，自己去備課，學(xué)生完成一個作業(yè)后主動通知教師過來收作業(yè)并且布置下一個作業(yè)。這個方案就是中斷的思想?；蛘呓處熖α耍梢云赣靡粋€教學(xué)助理，教師只布置作業(yè)總量，其他作業(yè)的細(xì)節(jié)事情都交由教學(xué)助理來打理，最后來檢查總體作業(yè)就行。通過這樣的比喻，學(xué)生對這三種數(shù)據(jù)交換方式的理解會更加深刻，也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.串聯(lián)式方法。計算機組成原理課程中的一些知識點相對零散，學(xué)生在學(xué)習(xí)時會覺得沒有頭緒，所以在教學(xué)過程中可以采用串聯(lián)式教學(xué)方法，將這些零散的知識點用一根知識主線串起來，幫助學(xué)生去記憶。比如在講半導(dǎo)體存儲器時，可以先講一個基本存儲器元的構(gòu)成及其讀寫方式，而后擴展到存儲器單元，并以存儲單元作為編址單位。存儲器單元只夠一個字符類型的數(shù)據(jù)存放，如果需要存放其他數(shù)據(jù)，需要多個存儲單元，在此引入編址規(guī)則并同時講解地址譯碼過程。將若干個存儲單元及其讀寫電路等封裝就構(gòu)成了相應(yīng)的芯片，隨即引出芯片引腳的定義。而芯片的容量有限，一般都需要將芯片通過并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)的方式構(gòu)成最終的存儲器。通過這樣一條主線，可以將所有共性的知識串聯(lián)在一起，且前后聯(lián)系，一環(huán)扣著一環(huán)，這樣學(xué)生對知識的掌握就會比較透徹，會覺得知識的學(xué)習(xí)是連貫的。

3.設(shè)置陷阱法。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，一般都是教師先講解知識點，然后給出相應(yīng)例題，并強調(diào)易錯點。但是對于易錯點，學(xué)生接受效果甚微。如果將錯誤故意設(shè)置在教學(xué)中，則可以引起學(xué)生的好奇心，從而全身心的投入到錯誤中。例如，在講解補碼加減法運算時，假設(shè)機器字長為4位二進制，讓學(xué)生應(yīng)用補碼規(guī)則分別計算“4+6”和“1-7”。學(xué)生計算完會發(fā)現(xiàn)兩個結(jié)果都一樣，會感到疑問和好奇，從而再去驗算結(jié)果。這時再讓學(xué)生把結(jié)果轉(zhuǎn)化為真值，學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)第一個計算的結(jié)果為負(fù)值，在此引入溢出的原因和說法，學(xué)生會對這個知識點掌握的非常扎實，而且在以后遇到類似的知識點時，會特別注意計算機數(shù)據(jù)的表示范圍。

4.與其他課程結(jié)合。課程之間的知識點絕對不是獨立的，所以可以結(jié)合其他課程的知識點，輔助計算機組成原理的教學(xué)。例如在C語言課程中，標(biāo)準(zhǔn)TC環(huán)境下int數(shù)據(jù)類型的表示范圍是-32768~32767，學(xué)生對這個數(shù)據(jù)表示范圍比較熟悉，但對為什么是這個范圍一般不清楚，這個內(nèi)容就與計算機組成原理課程中的機器數(shù)相關(guān)。所以在課堂上可以先拋出這個問題，吸引學(xué)生注意力，而后用補碼的知識求解int數(shù)據(jù)類型的范圍。這樣做既可以說明數(shù)據(jù)范圍與分配的存儲空間相關(guān)，也可以通過范圍的不對稱性解釋清楚補碼的表示規(guī)則，從而對比原碼得出范圍不對稱的根本原因就是0的表示方法是唯一的。在講解大端次序和小端次序時，為了加深學(xué)生印象，可以在教師機上編寫一段C語言代碼，測試機器上的存儲數(shù)據(jù)方法。程序如下所示：

# include

void main（）

{

Int x = 1；

if（*（char *）&x == 1）

printf（"小端＼n"）;

else

printf（"大端＼n"）;

}

5.與實際應(yīng)用結(jié)合?，F(xiàn)在電子產(chǎn)品越來越普及，所以在實際生活中，人們會發(fā)現(xiàn)計算機組成原理中學(xué)到的知識應(yīng)用到了生活的各個角落。將這些實際應(yīng)用與課程中的知識點相結(jié)合，會極大地提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而更加激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。比如在講解進制之間的轉(zhuǎn)換時，首先問一個問題：馬路上的紅燈，你等過最長的時間是多少秒？如果超過100秒，兩個LED顯示燈會怎么表示？這個問題會引起學(xué)生的極大興趣，能夠讓學(xué)生主動的思考，進而自然的引出十六進制，之后就可以告訴學(xué)生，如果顯示燈上為A9，那要等多少秒，問題就又轉(zhuǎn)化為進制之間的轉(zhuǎn)化了。

講解存儲器章節(jié)時，就可以問學(xué)生：你們平常用的U盤是多大空間？屬于ROM還是屬于RAM？另外還可以結(jié)合手機SD卡，與ROM和RAM相結(jié)合。手機這個話題學(xué)生比較感興趣，大多數(shù)同學(xué)不會再等著教師給出答案，而會自己主動查找答案，那學(xué)習(xí)效果就會明顯提高。

6.課上線下互動。課堂的主人應(yīng)該是學(xué)生，所以在課堂上的互動非常關(guān)鍵，且互動對教學(xué)的推進非常重要。互動式教學(xué)給教師提出了更高的要求，要求教師有淵博的知識和課堂的控制力，但是對于增強學(xué)生的學(xué)習(xí)效果非常好。例如在講解精簡指令集RISC和復(fù)雜指令集CISC知識點時，以性別分組提前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生分別從概念、優(yōu)缺點、適用場合、編程等角度準(zhǔn)備資料，然后針對這兩個知識開展課堂辯論。辯論的主題就是“RISC和CISC誰更優(yōu)？”教師就是這場辯論的主席，在辯論中需要仔細(xì)傾聽學(xué)生觀點的表述是否正確，內(nèi)容是否全面，同時還要能夠調(diào)控辯論的順序和氣氛，在結(jié)束總結(jié)中也要對不足進行補充；學(xué)生就是辯論選手，需要將事先準(zhǔn)備的內(nèi)容在辯論中有針對性的展開。通過這樣的形式，教學(xué)就從課堂之內(nèi)擴展到了課堂之外，學(xué)生們的學(xué)習(xí)方式也轉(zhuǎn)化為部分自學(xué)的方式，且是帶著目的去學(xué)習(xí)。

7.加強實物和動畫展示。課程中主要講述的是計算機五大硬件的組織結(jié)構(gòu)和工作原理，如CPU、存儲器等，教學(xué)內(nèi)容相對比較抽象，學(xué)生對各部件缺乏直觀認(rèn)識，因此不容易理解課堂教學(xué)內(nèi)容。如果學(xué)生因長時間不理解課堂教學(xué)內(nèi)容而處于消極學(xué)習(xí)狀態(tài)，就會使學(xué)習(xí)積極性和自信心大大降低[3]。為此可以在課堂上加強對組成部件的實物和動畫展示。例如在講到內(nèi)存相關(guān)內(nèi)容時，教師可以主動向?qū)W生展示幾款存儲器，并讓每個學(xué)生近距離觀察，引導(dǎo)學(xué)生思考：ROM和RAM最主要的區(qū)別是什么？RAM上的芯片是怎么排列的？問題結(jié)合實物演示，可以幫助學(xué)生理解硬件內(nèi)部的工作原理，同時也可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、結(jié)語

計算機組成原理內(nèi)容抽象、知識點多、與多門課程存在內(nèi)容交叉，根據(jù)不同的內(nèi)容采用靈活多變的教學(xué)方式，才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[4]，發(fā)揮主觀能動性，提高課堂教學(xué)效果。在今后的工作中，將繼續(xù)探討教學(xué)改革方法，進一步提高學(xué)習(xí)效果。

參考文獻：

[1]王昊.計算機組成原理教學(xué)改革和實踐[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2015,(3):117-119.

[2]鄒紅文,聶雅琳.計算機組成原理教學(xué)設(shè)計研究與實踐[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,(1):87-90.

[3]紀(jì)祿平,羅克露.計算機組成原理創(chuàng)新型教學(xué)方法設(shè)計[J].計算機教育,2011,(4):85-87.

[4]劉懷愚,葛方振,李璟,宋文.計算機組成原理教學(xué)方法探討[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,(2):61-63.

Research on the Teaching Mode of Principle of Computer Composition

PENG Ya-qin,WANG Wan-sheng

(Department of Information Science and Engineering,Sanjiang University,Nanjing,Jiangsu 210012,China)

Abstract:The principle of computer composition is a very important course,which has many knowledge points,complex theory and abstract content. Therefore teaching method of this course is studied,such as:heuristic education,tandem method,set trap method,interaction in class and out class and so on,these methods are used in actual teaching,good teaching result has been obtained.

Key words:principle of computer composition;teaching methods;teaching reform