計算機組成原理教學與實踐的探討

摘 要：本文簡述了《計算機組成原理》教學中的現狀和存在的問題，筆者結合自身的教學體會，提出了根據學生的特點，制定特色的教學大綱；在教學過程中，融合多種教學方式；在實驗環節中，設置多層次的實驗內容的解決方案，進行了教學改革初淺的嘗試。

關鍵詞：計算機組成原理 教學大綱 實驗內容

《計算機組成原理》是計算機科學與技術專業的一門專業核心課程，在整個專業課的教學中起到了承上啟下的作用。通過對這門課的學習可以使學生掌握計算機硬件的基本設計與分析方法，建立起計算機整機工作的概念。

隨著計算機技術快速發展，計算機的硬件不斷更新換代，《計算機組成原理》課程呈現知識面廣、內容多、更新快的特點，學生普遍感到這門課程難學、概念抽象、感性認識差。學生在學習上表現為一是興趣不足，二是方法不當，三是自控能力弱。本文就如何開展計算機組成原理的教學與實踐，進行一些粗淺的嘗試與探討。

一、因材施教，制定特色的教學大綱

教學大綱是規范教學工作、科學嚴謹地指導教學的一個重要依據。教學大綱制定的好壞，直接關系到教學執行情況和教學質量的優劣。制定出切實可行的教學大綱，是課程建設的重要工作之一。在教學過程中，筆者嘗試從教學內容的改革、課程時間的分配、實踐內容的修改三個方面來制定合適的大綱。

1.教學內容的改革

本課程的基本教學內容主要討論了計算機單機系統的組成原理及其內部工作機制，包括各大部件的工作原理、邏輯實現、設計方法及其互連構成計算機整機的技術。主要強調計算機的基本原理、基本知識和基本技巧的訓練。通過本課程的學習，要求學生掌握計算機硬件的設計與分析方法，建立起計算機整機工作概念。要實現教學內容改革要以基本教學內容為基礎，針對本課程的特點和學生特點來進行。

由于課時從80學時減少為56學時，這就要求教師以課程的基本要求和課程的重難點為出發點，在有限的時間內精煉教學內容，從而完成教學大綱的要求。例如：兩位乘法運算和除法運算可以根據教學進度少講或不講。由于計算機組成原理和計算機網絡兩門課程都有循環冗余校驗碼的內容，在教學時，循環冗余校驗碼的內容重點可放在計算機網絡課程中，計算機組成原理在課程中可少講。

2.課程時間的分配

課程時間的安排要體現一些原則，重點、難點內容應該加大時間和比重，尤其對習題課比重需加大。加重習題課的比重，一方面能夠提高學生理解能力和創新能力，另一方面能夠提供豐富的教學反饋信息。

在習題課上主要針對理論課教學過程中學生尚未理解透徹、容易混淆的概念及學生自學中沒有解決的問題，進行分析和討論。通過一題多解和分析，加深學生對基本概念和基本理論的理解，起到了舉一反三、觸類旁通的作用，有助于學生在以后的課程設計中結合實際進行具體應用。在討論問題的同時，學生又會提出新的問題，如此良性循環，學生的獨立思考能力可得到培養和鍛煉。

3.實踐內容的修改

實踐內容對于培養應用型人才至關重要，是培養動手能力的主要手段。主要從三個方面著手：精心選擇實踐項目，合理設置實踐思考，增加實踐預習環節。

首先，精心選擇實踐項目，對實踐內容合理調整。例如：減少復雜模型機的實踐項目，加重基本模型機的實踐項目，雖然總體上降低了難度，但是通過巧妙設計實驗內容，加重實踐設計能力，提高學生動手能力的培養，引導學生在實驗中創新能力的培養。

其次，在實驗中合理設置實踐思考，要求學生在實驗過程中對實踐思考點做出回答。通過回答這些思考點，培養學生獨立思考能力和創新能力，拓展學生的知識面。帶著問題做實驗并且鼓勵學生自己發現問題，能夠調動學生的積極性，激發他們的學習興趣，讓他們自己學會解決問題。

再次，增加實驗預習環節，在預習環節中設置一些與實驗內容相關的基礎問題。這些問題的設置，能加深他們對實驗內容的理解。在實驗過程中，既加深了感性認識，又理解了抽象的概念，對理論教學也起到了一定的促進作用。

二、多樣化的教學方式，提高教學效果

1.充分利用類比方法，培養學生理解能力。

類比法是以相似比較為基礎的一種科學研究方法，是利用兩種事物之間某種相似關系而進行的推理。運用類比的方法，能將抽象、難以理解的模型的某個特性的理解轉換為對比較具體、形象的容易理解的模型的對應特性的理解，可以使學生加強對內容的理解，也是培養學生學習方法的一種重要手段。通過類比方法可以發現它們的共性和異性，這會使學生更好地加深對教學內容的理解和掌握。

講授CPU章節過程中，為了幫助學生建立數據通路的概念，可借助于城市自來水管網模型，它們之間有很多共性：水流通路和數據通路之間有很多類似的地方。

講解輪詢和中斷兩種程序控制方式時，借助于教師依次收作業和科代表收齊作業的事例來幫助學生理解這兩種方式的特點。

2.適當介紹本學科新技術，拓展學生的知識面。

因為計算機發展迅速，課本知識更新速度不快，所以有必要在課堂上補充新技術。例如：組織學生討論如何購買計算機，需要考慮哪些因素，在他們討論中適當引導，將硬件新技術融入到討論中。然后，布置學生查找計算機硬件發展狀況的文章。通過這次作業，學生查找文獻的能力提高了，對計算機硬件的興趣提高了，對當前新技術也有所了解了。

講解校驗碼時，引入ECC（Error Checking and Correcting，錯誤檢查和糾正）內存新技術的應用。講到CISC（complex instruction set computer，復雜指令集計算機）和RISC（reduced instruction set computer，精簡指令集計算機）指令風格時，注意介紹兩個技術的最新應用，指出技術發展是交替發展的。

3.采用多媒體技術，激發學生的興趣。

多媒體教學方式能夠使教學形象化、生動化。《計算機組成原理》課程的教學內容具有較強的抽象性和技術性，相當一部分內容是用傳統教學手段無法直觀、形象地描述的。例如：計算機內部組成的工作過程和原理，這些內容難以通過課堂講授完全讓學生理解和掌握。所以，在教學準備過程中應精心制作多媒體動畫，從而更好地提高教學效果。在指令執行的過程這一教學環節中，可以利用Flash動畫形式讓學生更清楚地看到讀取指令、分析指令到執行指令的各種信息流的流動過程。

講解IEEE754單精度浮點數標準時，課堂上利用多媒體演示在Visual C++6.0環境下單精度浮點數在計算機中的表現形式，如：float num=5.0/32，查看反匯編結果。從而讓學生切身感受到IEEE754的應用。

講解海明校驗碼的編碼規則和校驗時，先通過講解一個8位二進制海明校驗碼的C語言實現的程序，然后讓學生編制出一個7位二進制海明校驗程序，不光將前后學過的知識融會貫通，又加深了對海明校驗碼這個知識點的理解。

多媒體手段可以運用精確、逼真、動態的圖像、視頻、聲音等多種媒體全方位調動學生的積極性，激發學生的學習興趣，強化學習效果。

4.借助網絡技術，提高學生自學能力。

現代的社會是信息化社會，網絡無所不在，已經融入到社會的各個方面。采用網絡技術，組織教學自學延伸了教學活動。由于網絡中有豐富的教學資源，在教學過程中，積極推薦學生課后上國家級精品課程網站，開展課后學習。在自學的過程中，學生的困惑可以通過電子郵件、QQ等形式與教師進行有效的交流。通過網絡途徑，不僅豐富了教學內容，而且彌補了教學的不足，提高了學生的自學能力。

三、多層次的實驗內容設置，注重學生動手能力的培養

在實驗進度安排上采用循序漸進的學習方式，形成三個層次的實驗內容。將實驗內容分為驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗，形成從部分到整體、從接受知識型到綜合能力型逐級提高的實驗內容。

1.驗證性實驗

驗證性實驗主要學習基本實驗儀器的使用，掌握基本的實驗方法和技術，了解實驗機系統結構的組成。通過設計一系列小實驗的驗證和應用，要求學生掌握實驗系統單元模塊的內部結構及相關電子芯片的基本邏輯，理解單元模塊的工作原理及該單元模塊在整機系統中的應用。

2.綜合性實驗

綜合性實驗讓學生建立整機思想，在掌握單元模塊工作原理的基礎上，掌握計算機整機系統地協調運行。為了達到這一教學目的，我們在教學內容中安排一定量的綜合設計實驗，要求學生通過一系列此類實驗，掌握整機運行模式，讓學生通過實踐，建立牢固的整機思想，進一步深刻理論知識。

3.設計性實驗

設計性實驗是原理應用能力的培養階段。通過這一階段的系列實驗，要求學生能利用在第二階段建立的整機思想，對指導教師提出的課題任務，提出解決方案，陳述原理的應用，自主設計實驗所用的單元模塊以及實驗步驟，進而通過實踐得出實驗結論。學生在這一階段，通過自主實驗的設計，從成功與失敗交替中受到訓練，得到整體素質提高。比如：指令系統的設計，要求學生根據設計中對計算機功能和組成的要求來完成對指令系統的設計。

總結

本文主要從教學大綱的制訂、多種教學方式的融合、多層次實驗內容設置三個方面進行了計算機組成原理教學與實踐一些初步嘗試。在教學過程中，應從培養學生的學習興趣入手，加強學生學習動機的培養，以學生為中心，發揮教師和學生的積極性，提高計算機組成原理的教學質量，努力培養應用型、創新型人才。同時，我們也清楚認識到教學改革是一個逐步深化的長期過程，廣大學生和教師自身的素質有待發展和提高。

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