“計算機組成原理”精品課程建設的實踐與探索

摘要:“計算機組成原理”是計算機各專業的一門專業基礎課程，在專業課中起著承上啟下的作用。本文介紹我校在“計算機組成原理”精品課程建設過程中加強師資隊伍建設、優化教學內容、改革實驗教學環節等幾個方面的實踐與探索，為課程教學改革提供了新思路。

關鍵詞:計算機組成原理;精品課程;課程建設

“計算機組成原理”是計算機科學與技術專業的主干硬件專業基礎課，它的先導課程包括“模擬電子技術”、“數字電子技術”和“匯編語言”;后續課程有“計算機體系結構”、“計算機接口技術”、“單片機”等過渡課程，關系較為密切的課程還有“操作系統”、“嵌入式應用開發”等，如圖1所示。

圖1“計算機組成原理”基礎課程關系

由圖1可見在這些涉及到硬件較多的課程中，“計算機組成原理”是最主要的課程，在一系列軟件、硬件課程中起著承上啟下和支撐作用，是所有后續硬件專業課的基礎和支撐，教學內容也在計算機整個課程體系中起著舉足輕重的作用。它的主要教學任務是要求學生能系統地理解計算機硬件系統的邏輯組成和工作原理，培養學生對計算機硬件結構的分析、應用、設計及開發能力。它既有自身的完整理論體系，又有很強的實踐性。該課程具有知識面廣、內容多、抽象枯燥、難理解、更新快等特點。因此，如何把握課程的主線和重點，使學生扎實掌握計算機系統各部分的工作原理，牢固建立整機概念，同時強化硬件實

踐，培養創新理念和創新能力，成為建設該精品課程的重點。

1加強師資隊伍建設是首要任務

精品課程建設的關鍵是師資隊伍的建設和師資素質的提高。建設一支德才兼備、結構合理、人員穩定、教學水平高、教學效果好的高素質教師隊伍，對課程建設來說至關重要，是實現本科教育培養目標、提高人才培養質量的關鍵。一方面，我們積極參加高等教育科學研究，積極組織和鼓勵教師自覺結合教育教學改革中所遇到的深層次問題進行教學理念、課程體系、教學內容、教學方法與手段等方面的研究，努

基金項目:內蒙古師范大學精品課程建設教學研究課題科研基金(內蒙古師范大學教務[2008]第7號文件)。

作者簡介:侯宏霞(1975-)，女，內蒙古呼和浩特人，講師，碩士，研究方向為計算機教育應用。

力提高自身的教育教學水平。另一方面，為了促進教學，我們經常組織教研活動，如集體備課，即集體討論確定教學大綱和教案，研討教學中的重點、難點和疑點，安排確定教學實踐環節;組織教師之間互相聽課，取長補短，共同提高;安排新任課教師試講，并對其進行評議;傳達全國性學術會議研討的熱點問題，使教師了解學科前沿動態，提高教學質量。通過這些教研活動，統一了教學內容、進度和要求，克服了教學的隨意性，增強了教學的計劃性和嚴肅性;保證了教學內容的不斷更新，使之能追蹤學科前沿，緊密結合高等教育改革實際;能及時了解學生對授課的反映，便于任課教師進行改進和調整;提高了教學的整體水平，有利于青年教師的培養和成長。

2優化教學內容

“計算機組成原理”課程的內容組織，應該從整機概念出發，以計算機的5大部件內容為主線，以其內部結構和工作原理為重點。我們將教學內容分為3個模塊，如圖2所示。首先介紹計算機系統的硬件結構，引導學生自頂向下了解計算機系統的硬件結構，包括中央處理器、存儲器、I/O等主要部件以及連接它們的系統總線。其次介紹中央處理器，講述CPU的功能和結構，并對影響CPU特性、結構和功能的算術邏輯單元及其運算方法、指令系統、指令流水、中斷系統等進行詳細分析。最后是控制單元，在詳細分析時序系統以及微操作命令節拍安排的基礎上，分別介紹如何用組合邏輯控制和微程序控制兩種方法設計和實現控制單元。這樣對教學大綱規定的內容按模塊進行劃分，將相關的內容歸到同一個塊中，并將塊與塊之間的聯系一一展示出來，形成一個層次清晰、結構明朗、聯系緊密的統一體。學生就能對某一個具體的知識點進行縱向的擴展和橫向的比較，加深記憶。[1]

另外，在傳統教學內容的基礎上，我們結合當今計算機技術的發展，適當增加有關計算機各部件的演變歷史和最新技術的知識，增加了對現代計算機系統中涉及的流水線技術、總線技術、高速緩存技術、數據傳輸方法、高性能計算機的體系結構和主要技術的簡要介紹。在CPU部分，除了介紹從80386、80486到Pentium的演變過程，還以80486和Pentium為實例，對微處理器的關鍵技術作簡單說明和歸納，鍛煉學生把學到的計算機理論知識和實際應用聯系起來。[2]

圖2計算機組成原理教學內容關系圖

3改革實驗教學

3.1改革實驗教學內容

理論是基礎，但絕不可忽視實踐教學，實踐教學可以培養和激發學生學習計算機的興趣。我們將實驗

教學內容分為3個層次，如表1所示。首先是基礎驗證型實驗，該類實驗主要涉及課程的相關知識點，實驗目的是使學生驗證、理解、鞏固并掌握課內所要求的基本教學內容。其次是設計應用型實驗，該類實驗以“任務”或“課題”形式提出實驗要求和具體的實

驗成果，要求學生通過有關課程或自學方式，掌握實驗所涉及的知識，通過綜合利用這些知識來設計、開發并最終完成實驗項目。第三是綜合創新型實驗。該類實驗旨在培養學生綜合應用計算機知識與技術的能力，培養學生帶著問題自主學習的能力。

表1計算機組成原理實驗內容

層次劃分實驗項目

基礎驗證型運算器實驗、時序電路的組成與控制原理實驗、存儲器實驗

設計應用型設計八位ALU實驗、基本模型機設計與實現實驗

綜合創新型復雜模型機設計與實現實驗

其中，部件實驗主要是以基礎驗證型實驗和設計應用型實驗為主，其內容包括運算器、存儲器、總線傳輸、微程序控制器等;整機課程設計是以綜合型實驗、創新型實驗為主，是本課程的重要內容。這幾部分實驗隨課程進度分散在不同階段完成，這樣可在培養學生動手能力的同時使其對計算機的每一部分都有深入的了解，由此加深其對課程內容和理論知識的理解。通過實驗能夠使學生更加深入地理解計算機的組織、結構和工作原理，從而提高學生對計算機系統的感性認識。

通過實驗，一是能使學生容易理解和掌握所學書本知識;二是可以鍛煉和提高學生的組織能力以及分析解決實際問題的能力;三是可以促進教師在教學中加強理論聯系實際，提高教學質量。[3]

3.2改革實驗教學的組織方法

培養學生實驗能力和設計創新能力是我們實驗教學的重要目標。為此，課堂上教師只是啟發性地講解各模塊的工作原理，其余部分全部由學生獨立完成。每次實驗嚴格遵循課前預習、課堂訓練、實驗調試、驗收結果的實驗環節，切實培養學生的實踐能力。另外，要求學生給出實驗重要環節記錄手寫稿，包括實驗進行中遇到的問題及解決方法，回答實驗教材中以及教師課堂上提出的思考題，它將貫穿于整個實驗階段，體現學生實際實驗的情況，是學生獨立實驗的一項重要證明。

3.3探索適應精品課程的實驗評價體系

3.3.1采用學生答辯的方式

實驗結果驗收環節是非常重要的，是實驗考核的重要參考依據。為了保證學生能夠真正在實踐中提高

自己的動手能力，并且掌握相關的基本原理，必須抓好實驗驗收環節。在實驗結果檢查時，需要檢查所有的電路設計和實驗臺演示的完成情況，每個學生要講述實驗原理、闡述有哪些創新或改進之處，老師還要對每個學生提出3～5個問題。學生現場答辯演示情況可以反映出學生獨立思考、獨立分析問題和解決問題的能力，能夠直觀地了解學生是否能夠學以致用，達到提高實踐動手能力的目標。

3.3.2使用量化的成績評定方法[4]

實驗課程成績主要由學生的出勤情況、預習情況、實驗操作過程和實驗報告4個成績綜合評定。其中，實驗操作過程為主要評分依據，實驗成績的具體考核方式為:

(1) 出勤情況按次記，每次2分，總分12分，缺課1次扣6分，但無故缺課2次以上，實驗總成績記0分。

(2) 預習按次記，每次3分，總分18分，包括實驗準備情況和預習報告，隨堂抽查或在實驗報告的預習部分體現，缺1次扣6分，但預習最大扣分不超過18分。

(3) 實驗操作過程按等級評定，每個等級對應的分數為A(90)、B(80)、C(70)、D(60)、E(50)，占實驗總成績40%。

(4) 實驗報告，按等級評定，每個等級對應的分數為優(90)、良(80)、中(70)、及格(60)、不及格(50)，占實驗總成績30%。

綜合評定實驗成績為:

實驗總成績=出勤+預習報告+實驗操作過程×40%+實驗報告×30%。

4結語

總之，“計算機組成原理”精品課程的建設應該是以現代教育思想為先導，以提高師資隊伍素質為前提，以優化教學內容為基礎，以改革實驗教學為保障，以推進教學資源共享為原則，集師資隊伍、教學內容、教學方法、教材建設和管理制度于一身的整體建設。同時，計算機技術、網絡技術、超大規模集成制造技術的迅速發展對該課程的教學也提出了更高的要求，教師在授課過程中應該不斷總結經驗，積極探索改進教學方式方法，以取得更好的教學效果。

參考文獻:

[1] 袁媛，葉正權.“計算機組成原理”課程教學改革研究[J]. 科技信息，2009(9):529.

[2] 徐潔，俸遠禎. 計算機組成原理與匯編語言程序設計[M]. 北京:電子工業出版社，2005.

[3] 湯曉安，王文惠，郝建新，等. 精講多練打造“微機原理與接口技術”精品課程[J]. 高等教育研究學報，2007(6):58-59.

[4] 侯宏霞. 關于提高“計算機組成原理實驗”課程教學質量的探索[J]. 計算機教育，2009(8):154-156.

The Practice and Research on Excellent Courses Construction of Principle of Computer Organization

HOU Hong-xia， SONG Yun

(Computer and Information Engineering College， Inner Mongolia Normal University， Huhhot 010022， China)

Abstract: The reform in excellent courses construction of Principle of Computer Organization is discussed， mainly in strengthen the building of the ranks of teachers， optimization of the teaching content and teaching mode and reforming practice teaching.

Key words: Principle of Computer Organization; excellent courses; courses construction

(編輯:姚彥如)