《計算機導論》課程教學實踐與研究

摘要：針對計算機導論課程教學地位與教學內容的特殊性，本文對該門課程的教學內容取舍、教學方法設計做出一些有益的探索。教學內容兼顧計算機基本操作技能、核心課程關鍵知識點以及學科理論熱點與前沿技術。教學方法注重培養學生學習興趣與主動學習能力。教學效果表明該教學方式方法對學生具有積極影響。

關鍵詞：計算機導論；教學內容；教學方法

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2013）47-0228-02

計算機導論課通常被作為計算機科學與技術專業本科生入學后的第一門專業課。大一新生計算機基礎參差不齊，如何組織教學內容，并創新教學方法，使得學生既能全面了解計算機本科專業的知識點結構，又能激發對本專業基礎理論技能與學科前沿的學習興趣，是一個非常有意義的課題。本文將從教學內容、教學方法改革入手，對能夠顯著提高計算機導論課程授課效果的措施進行一些探討。

一、教學內容取舍

首先開展計算機操作與應用基本技能實踐教學。以課堂實踐訓練的方式，指導學生親自動手進行計算機拆裝機實驗，獲取對CPU、內存、晶振、主板等直觀認知。要求學生上機實際操作Windows操作系統、常用字處理軟件（Word、Excel、PowerPoint等）及網絡配置（IP配置、Internet選項配置等）、收發Email等，使學生掌握計算機操作基本技能，初步調動學生學習計算機基礎知識的積極性。然后開展計算機本科專業核心課程教學[1，2]。教學內容圍繞計算機專業核心課程，分為“軟”、“硬”兩個方面展開。“軟”方向課程包括C語言程序設計基礎、算法與數據結構、操作系統、計算機網絡等。“硬”方向課程包括計算機組成原理、電路分析、模擬與數字電路、微機原理與接口等。最后開展計算機學科專業興趣培養教學。開展自主移動機器人、數字圖像處理、計算機圖形學、人工智能、嵌入式系統等計算機學科前沿理論與熱點技術的教學，同時引入飛思卡爾智能車、電腦鼠走迷宮以及Robocup機器人足球等學科競賽賽事的介紹[3]。目的是拓展學生對計算機及相關專業（自動化、通信工程、微電子等）理論前沿、技術與應用熱點的認知，豐富知識結構，開拓學科視野，培養學習興趣。

“計算機導論”課程共計36個課堂內教學學時。三方面教學內容各有側重，分別分配8、20與8個課堂內學時。除課堂教學外，針對三方面教學內容，布置足夠的課外實踐與科技文獻綜述等課外作業，達到補充課堂教學知識、同時培養學生資料搜集歸納整理與創新思維能力。

二、教學方法設計

1.基本操作技能教學。計算機操作基本技能教學主要是為了照顧對計算機缺少直接接觸的學生。部分學生來自偏遠地區，進入大學之前很少甚至從來沒有直接使用過計算機。開展基本操作技能與拆裝機實踐教學，使他們盡快熟悉計算機，了解計算機組成，掌握基本的操作技能。此部分教學實踐內容在計算機中心機房開展。拆裝機實驗課堂內教學安排4個學時，教師拆裝機為學生作演示講解；之后安排課外拆裝機實踐練習，要求每個學生完成拆裝機實踐報告，具體到包括CPU、晶振等核心芯片在內的硬件詳細列表。另安排課堂內4個學時，掌握Windows操作系統、常見字處理以及Internet設置等基本方法與工作過程。

2.核心課程知識點教學。第二部分核心課程的教學是核心，也是教學開展的難點。之所以是“核心”，各課程知識點構成計算機專業整個知識系統，均為主干課程。之所以是“難點”，難在核心課程內容繁多分散，而課時有限，難在如何在有限的課時內將這些內容“串”起來，一方面使得各門核心課程重要知識點無遺漏，并且不失系統，另一方面又能活躍課堂教學氣氛，啟發調動學生學習本專業各核心課程的積極性。教學實踐活動中，圍繞“存儲程序”主線，課程知識點抓大放小，重點闡述各課程開設的必要性與必須掌握的核心內容，注重培養激勵學習積極性。實踐中此部分教學內容圍繞“存儲程序原理”這一主線展開。存儲程序原理又稱“馮·諾依曼原理”，至今仍然是計算機內在的基本工作原理。從“計算機是計算的機器”出發，引出“算什么”“怎么算”這一直觀問題。進而引出數據的表示即編碼問題，以及數據的存儲、數據的組織，以及數據的傳輸問題，啟發引導學生思考“存什么”、“存在哪里”、“如何存”、“如何取”以及“如何傳輸”等一系列問題。例如，“存儲程序原理”決定了寫程序與運行程序是人們使用計算機的主要方式，“軟”方向課程C語言程序設計基礎這一課程就是要解決如何寫程序的問題。講述該課程時，重點講述任意程序設計語言共性的必需的詞法、語法等基本要素，以及必需的編譯過程。而算法與數據結構這一課程中之所以出現眾多的表、樹、圖等概念以及搜索排序算法，就是要解決對數據如何高效組織這一問題。在數據高效組織與管理的基礎上，才能談得上設計并研制高效的計算機操作系統，因為操作系統正是建立在多個任務管理塊、資源管理塊構成的鏈表基礎上，操作系統任務生成消亡調入調出效率受搜索排序算法效率制約。

而對于“硬”方向課程核心內容的組織講述，同樣圍繞“存儲程序原理”這一主線開展。對于計算機組成原理這一課程，圍繞程序存儲與程序運行需求，闡述存儲器、集成運算器與控制器的中央處理器（CPU）、輸入輸出設備以及時鐘（晶振）等作為計算機基本構成的必要性與工作原理。進而針對“存儲位”“存取控制”與輸入/輸出，闡述數字電路中“鎖存器與觸發器”“時序邏輯電路”等，以及模擬電路中“運算放大器”“RC振蕩電路”等的必要性與基本概念。

3.興趣培養教學。“軟”與“硬”兩方向核心課程知識點教學最后統一到興趣培養教學內容上。結合動畫、視頻等多媒體教學工具，課堂教學引入了自主移動機器人、嵌入式系統等方面的內容。以Robocup足球機器人與日本本田公司的阿西莫（ASIMO）機器人為例，通過圖片與視頻演示，啟發學生思考基于核心課程中要求的基本原理，以及程序設計、電路設計以及人工智能等基本方法，如何使得機器人能自主行走甚至奔跑、上下樓梯，能聽會說，能相互間競爭與合作等。進一步，結合任課教師部分科研成果，演示基于單片機的電機運動控制系統、基于自動語音識別與圖像跟蹤的移動小車系統，使學生認識到學習本專業基礎理論與基本方法的重要性，達到培養學習興趣的目的。

4.學習能力培養教育。教學過程中，注重啟發式教學，鼓勵學生透過現象看本質，由生動的圖片視頻演示回歸到核心課程基礎知識與基本技能的學習討論中。鼓勵學生勤于思考、勇于提出問題，了解為什么必須學習各核心課程以及各課程的要點內容，理解并掌握學習各核心課程要點的方法。在課堂教學中對能夠主動提出問題、主動回答的學生，給予期末成績加分獎勵。注重學生思維能力與主動學習能力培養，要求學生通過Google學術搜索、中國知網、IEEE/IET、Springer以及ACM等中英文學術期刊數據庫，對課堂布置的計算機理論熱點與前沿技術關鍵詞進行檢索、歸納總結，提交文獻綜述報告，并作為期末成績的一個重要組成部分進行考核。

三、教學效果

持續跟蹤接受該計算機導論課程授課的近兩屆學生，發現學生對該課程及后續核心課程的課堂出勤率、期終考試成績及格率與優秀良好率、以及報名參與各學科競賽的學生比例均有明顯提高，表明該課程授課方式對培養學生的學習興趣，提高學習積極性與主動學習能力具有一定積極影響。

四、結語

作為計算機專業本科生的入門課程，計算機導論課程的地位與內容具有特殊要求。兼顧計算機基本操作技能教學，突出核心課程關鍵知識點講授，并注重通過引入學科理論熱點與前沿技術的演示教學，培養學生學習興趣與主動學習能力，跟蹤效果表明該教學內容組織與教學方法對學生具有一定的積極影響，同學們在后續每門核心課程的學習中，不僅具有較強的學習主觀能動性，而且能夠迅速把握該課程的要點。

參考文獻：

[1]張銘，李文新，陳徐宗，等.北京大學計算機系本科課程改革進展[J].計算機教育，2009，（5）：7-11.

[2]楊俊.關于計算機專業課程設置的思考[J].哈爾濱商業大學學報（社會科學版），2003，（2）：111-112.

[3]劉淼，張汛淶，湯茂斌.開展計算機專業學生學術科技活動的實踐與思考[J].計算機教育，2012，（4）：23-25.

基金項目：長安大學專業綜合改革試點項目[計算機科學與技術（交通信息工程）（項目編號：201210）]

作者簡介：宋青松（1980-），男，河南省扶溝縣人，長安大學信息工程學院講師，博士，從事智能信息處理與移動機器人研究。