高職《計算機導論》的模型教學法

摘要：《計算機導論》課程是信息專業的學科基礎平臺，它擔負著系統、全面地介紹計算機科學技術的基礎知識、引導學生進入計算機科學技術大門的重任。本文是筆者近三年來講授此課程的一些心得，介紹了此課程的設置背景、課程目標、課程內容和講授方法——模型法。

關鍵詞：導論；課程目標；課程內容；模型教學法

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)25-1486-02

1 引言

《計算機導論》（以下簡稱《導論》）課程是信息專業的學科基礎平臺，它擔負著系統、全面地介紹計算機科學技術的基礎知識、引導學生進入計算機科學技術大門的重任。課程側重點在于勾畫計算機科學體系的框架，奠定計算機科學知識的基礎。而且，由于高等職業技術學校日益壓縮理論課時，一部分被壓縮掉的理論課程知識，由《導論》擔負完成；與本科的授課體系相比較，它的重要性顯得尤為突出，是需要著重加強的理論課程。

2 課程設置背景

現代高職課程理論研究認為，“以能力為中心”，將告知性課程、識記性課程、操作性課程三類不同性質的課程多元整合組成，實現培養高技能人才的目的。其基本特征是：高等性、職業性、能力性、適應性、實踐性、綜合性。高職信息專業開設《計算機導論》課程，對培養學生的綜合性知識，精簡專業理論課程，提高學生的自主的專業學習能力，具有不可替代的重要作用。

2.1 對綜合知識的要求

傳統職業教育主要是進行崗位技能訓練，課程編制者出于為個體的職業生活作準備考慮，認為職業教育課程的目標是使個體掌握勝任具體崗位的技能。而信息專業的快速發展，要求從業人員具備終生學習的能力，為應對崗位和職業的變換，個體必須具備一些綜合性的技能或能力。綜合職業能力的培養是建立在比較厚實的系統專業理論知識基礎上的，《導論》對學生建立計算機科學體系的框架，具有不可替代的作用。

2.2 適應壓縮理論課時的要求

由于突出職業能力的培養，重視操作性課程，走產學研結合之路，一般操作性課程教學學時占40％左右。在總的教學學時不變的情況下，相應地壓縮、精簡專業理論課程，增加選修課程；這使得在高職學校的信息專業內開設的“專業”理論課程是不完整的，無法為學生提供專業的整體概貌。這就要求提供一門課程——《導論》，講授本專業的系統體系知識，拓寬專業發展的知識面。

2.3 提高學生的自主的專業學習能力

認知結構理論的體系化者是J．S布魯納認為，學習應最先建立學科基本結構即學科的知識體系所能抽象概括的具有普遍和強有力適應性的、能廣泛遷移的系統構架。建立信息專業的系統的專業知識體系，“最先建立學科基本結構”，正是《導論》課程應實現的課程目標。

3 課程內容

關于高職課程的講授內容有以下兩個方面的認識：

第一，目前國內的《導論》的教學內容的側重，有兩種不同的觀點，表現在教材的編寫上，也采用兩種不同的模式：一類教材是對計算機專業知識的概括，試圖總攬全局，講授的知識比較具體、形象，容易接受；另一類教材是從方法論入手，對計算學科的主要內容進行系統化、形式化的概括，要求學生的抽象思維能力較強，提供方法論的指導和形式化方法的訓練，對深入理解和掌握計算機專業知識體系有利。筆者認為第一類教材的講授模式比較適合，即具體地對計算機專業知識的概括。

第二，如前所述，高職的《導論》課不僅僅起到專業引導的作用，而且由于精簡、壓縮了理論課的教學學時，它還起著全面傳授專業核心理論基礎知識的作用。因此，在講授時不僅要全面概括，而且要深入淺出、通俗易懂。

4 課程講授方法——模型法

如何在有限的時間里，深入淺出、通俗易懂地將如此復雜的體系結構構建在學生的頭腦里，是講授本課程的嚴峻挑戰。在教學實踐中，筆者認為采用模型法教學，是解決這一難題的良好選擇。

從前文提到的講授內容中選取居于核心位置的知識模型如下：

1）馮·諾依曼/圖靈模型

2）二進制數值數據編碼

3）微電子硬件層次結構

4）計算機指令執行過程

5）計算機存儲層次（簡單Cache模型）

6）中斷模型

7）OS進程模型

8）OS線程模型

9）網絡分組交換（包與協議）

10）編譯過程模型

11）軟件工程瀑布模型

12）軟件工程敏捷開發模型

13）算法的復雜性

14）常用數據結構之間的關系

15）關系數據庫規范化

16）文件與存儲介質（FAT機制）

將整個教學工作圍繞它們展開。整個課堂過程由以下三個環節組成：

1）從“為什么”中引入模型存在的理由，進一步解釋其功能及其在整個學科體系中的位置。

在此過程中可以言簡意賅地提出“為什么（Why）”體系存在這部分內容，它在整個體系中完成什么功能，然后可以根據系統的“功能/結構”原則，在下一個環節引出模型結構極其工作機制。

2）以實現模型的功能作用為目的，采用多種方式，弄懂模型的結構及其工作機制。

此環節是課堂講授的主要內容，講授的大部分時間主要集中于此。由于授課的內容是比較抽象的計算機理論模型，講授的方式應該是多種多樣：

第一，可以采用類比的方法。用生活中常見的模型對比理解計算機中的模型。例如，可以使用裝載貨物的火車車皮類比存儲文件的磁盤扇區。同樣地，可以用交通網絡類比計算機網絡；食堂排隊類比進程隊列；外文翻譯類比編譯過程等等。

第二，在模型的選取上遵循“簡單”原則，由于受課時限制，盡可能選擇學生容易聽懂的模型。在講解存儲的層次體系的Cache模型時，選擇最簡單的直接映像方式；微機的指令執行過程直接選擇基本的微機模型，而不涉及具體的CPU；講解磁盤/文件結構關系時，選擇簡單的FAT16結構。在講清楚這些最簡單的模型機制以后，可以將其他復雜的結構做一個簡單介紹。

第三，引導學生積極參與，提高對學習內容的認同感，加強學生的理解。

心理學研究認為，實踐參與，可以提高學生學習的認同感，加強學生對認知內容的理解。在筆者講授《導論》時，為了加深學生對CPU指令執行過程的理解，曾經嘗試用一組學生扮演微機各個部件，將指令執行過程“演”出來，甚至為激勵他們，在各個班之間進行了比賽。讓人感到意外的是，在兩年后的畢業生座談會上，有學生對這種他稱為“新奇”的教學方法極為推崇。

現在想想，話劇和小品只不過是文學家、劇作家描繪的社會模型，參與表演的演員要將它演給人們看，就必須對它有深刻的體認。同樣，如果把前面提到的這些學科知識模型，讓學生們以話劇、小品的形式表演出來，那么他們的理解和認識將更為深刻。

3）以模型為主導，將它在其作用領域內拓展，引導學生全面理解領域內知識，把握各個層次之間的作用關系。

如果將第二個環節所述的模型表示為圖的頂點，那么第三個環節講述的內容則是圖的邊，它們將這些模型聯系在一起，勾畫出整個計算機體系結構。對這部分內容的講授一般采用邏輯推理的方法，用邏輯的必然聯系將模型的主導核心作用，及與其它層次模型的作用關系推導出來。

例如，在講清楚進程/線程模型后，可以圍繞為進程/線程分配CPU時間、內存空間、外部設備使用等要求，自然推導出來《操作系統》課程講授的主要內容；并進而聯系到其下層的微機硬件體系的CPU指令、存儲的層次結構、中斷式外設管理等內容；通過對《操作系統》各個部分內容使用的數據結構和算法的介紹，聯系到將來要講授的“數據結構與算法”知識，也為以后程序設計與高級語言的知識建立必要的基礎。

簡單、清楚、明了地邏輯推導，將學科體系結構迅速地建立在學生的頭腦里。對與這個部分的講授應該把握以下三點要求：第一，內容簡潔，由于主要的教學時間用于講授模型內容，所以本部分的內容教學用時少，因此講授內容要少；第二，條理清楚，由于學生在經歷了第二部分的講授后，體力以顯疲憊，注意力不夠集中，涉及的知識內容廣，因此，講授時一定要條理清楚，避免邏輯混亂；第三，強化記憶，這是構建知識體系關鍵的一步，否則前面講授的模型將是一個個“知識孤島”，這就要求加強對這些內容進行識記。

參考文獻：

[1] 董榮勝， 古天龍. 計算機科學與技術方法論[M].人民郵電出版社，2004.

[2] 祁亨年. 計算機導論[M]. 清華大學出版社，2003.