《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)研究與探索

趙靜，張欣

摘要：文章分析了《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的特點(diǎn)和傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，對該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等進(jìn)行了研究，從而探討更加有效的教學(xué)方法和改革措施。

關(guān)鍵詞：教學(xué)研究；計(jì)算機(jī)組成原理；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）29-0046-02

《計(jì)算機(jī)組成原理》是高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)核心的基礎(chǔ)課程。該課程要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件的主要組成結(jié)構(gòu)和基本工作原理，在整個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)課的教學(xué)體系中具有承上啟下的作用。該課程具有知識面廣、內(nèi)容多、難度大等特點(diǎn)，教師教學(xué)難度高、學(xué)生學(xué)習(xí)難度大。因此對《計(jì)算機(jī)組成原理》課程進(jìn)行教學(xué)研究，探索更有效的教學(xué)方法和教學(xué)手段是必不可少的。

一、課程教學(xué)中存在的問題

1.《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的特點(diǎn)。《計(jì)算機(jī)組成原理》課程概念繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及計(jì)算機(jī)內(nèi)部的運(yùn)算器、控制器、存儲系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)等各部件的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，授課過程中需要分析各種運(yùn)算方法、結(jié)構(gòu)圖、信號流程圖等，所講授的內(nèi)容都集中于芯片的內(nèi)部，看不見、摸不著，非常抽象。這些特點(diǎn)要求教師不僅對基本概念要清楚，還要有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和邏輯性，同時(shí)要能及時(shí)反映計(jì)算機(jī)發(fā)展的新技術(shù)和新動向，更必須根據(jù)學(xué)生對課程教學(xué)的反應(yīng)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，改進(jìn)授課方法，使教與學(xué)達(dá)到完美的結(jié)合。

2.傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端。傳統(tǒng)教學(xué)模式更多的依賴“灌輸”式教學(xué)，教師將授課內(nèi)容通過課本、PPT原封不動的傳授給學(xué)生，學(xué)生被動接收這些抽象的計(jì)算方法、部件結(jié)構(gòu)和信號流程，難以理解、毫無興趣，漸漸失去了對課程的學(xué)習(xí)積極性，這非常不利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。所以針對課程的特點(diǎn)和傳統(tǒng)模式的弊端，教師必須吸取經(jīng)驗(yàn)、揚(yáng)長避短，在授課過程中注意對學(xué)生的引導(dǎo)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中變被動為主動，學(xué)會主動思考，從而啟迪學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

3.實(shí)踐環(huán)節(jié)不夠重視。針對《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的特點(diǎn)，學(xué)生要理解封裝在芯片內(nèi)的部件結(jié)構(gòu)和原理，模擬和實(shí)驗(yàn)是非常重要的方法，所以實(shí)踐課程在整個(gè)教學(xué)工作中是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。但是傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，對實(shí)踐環(huán)節(jié)仍然不夠重視，表現(xiàn)為：①實(shí)驗(yàn)課時(shí)太少。將理論教學(xué)作為主要的教學(xué)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐動手能力得不到充足的鍛煉。②實(shí)驗(yàn)題目設(shè)置不夠合理。學(xué)生只做幾個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和動手能力。③實(shí)驗(yàn)環(huán)境有待改善。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和裝置更新速度慢、技術(shù)落后，無法完成整機(jī)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，難以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生能力的目標(biāo)。

二、教學(xué)改革的探索

1.精選教材、教參，合理組織教學(xué)內(nèi)容。首先，選好教材和教參是首要任務(wù)。目前《計(jì)算機(jī)組成原理》可選擇的教材很多，在課程的內(nèi)容安排、章節(jié)銜接、表述方式等方面都有所不同。我們選取白中英主編的《計(jì)算機(jī)組成原理》（科學(xué)出版社）作為主教材，該教材內(nèi)容全面、系統(tǒng)性強(qiáng)，使學(xué)生在掌握計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和功能原理的基礎(chǔ)上能建立整機(jī)概念，有合理的知識結(jié)構(gòu)并力圖反映新技術(shù)和新動向，非常符合本門課程的教學(xué)要求。另外選用唐朔飛主編的《計(jì)算機(jī)組成原理》（高等教育出版社）作為輔助教材。其次，合理組織和安排各項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容。針對《計(jì)算機(jī)組成原理》課程在課程體系中的地位和作用，在教學(xué)初始就要對授課內(nèi)容做好規(guī)劃。在課程內(nèi)容組織過程中注重其承上啟下的內(nèi)容安排，對于《數(shù)字邏輯電路》等先修課在課程教學(xué)之初即要求掌握，同時(shí)在教學(xué)過程中體現(xiàn)該課程對后續(xù)課《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》、《微機(jī)原理與接口技術(shù)》、《嵌入式系統(tǒng)》等課程的重要性。必須嚴(yán)格要求課程教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教學(xué)課件和教案等各項(xiàng)教學(xué)文件，以課程大綱為基礎(chǔ)，明確教學(xué)要求和學(xué)時(shí)分配，合理組織各部分內(nèi)容，突出重點(diǎn)、說明難點(diǎn)，在教學(xué)日歷、課件和教案中具體體現(xiàn)。課程考核與成績評定也是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。對于該課程的考核，需要從學(xué)生的課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)情況以及期末考試等多個(gè)方面綜合考量，真正考查學(xué)生的掌握情況和理解程度，鍛煉學(xué)生解決問題的能力。

2.改革教學(xué)手段。《計(jì)算機(jī)組成原理》涉及的結(jié)構(gòu)圖和邏輯圖較多，抽象性和技術(shù)性非常強(qiáng)，學(xué)生很難理解。而對于在結(jié)構(gòu)圖上介紹的各組成部分的工作原理，學(xué)生學(xué)起來更是難上加難。如果是傳統(tǒng)的照本宣科的講解方式，只會抹殺學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。所以，我們將多媒體技術(shù)應(yīng)用到課程教學(xué)當(dāng)中。對于復(fù)雜的、抽象的邏輯結(jié)構(gòu)或工作流程，通過動畫演示的方式加以表述，原本枯燥生硬的內(nèi)容變得生動形象了，復(fù)雜難懂的結(jié)構(gòu)原理也變得簡單易懂，這大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果明顯改善。另外，實(shí)物展示也是很好的教學(xué)輔助手段。在講解計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分時(shí)，都可以通過展示實(shí)際部件來進(jìn)行說明，從而讓學(xué)生主動探索各部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理。

3.教學(xué)方法的改革。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中變被動為主動，需要教師正確引導(dǎo)學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生多思考、多討論，鍛煉其解決問題的能力。因此我們在教學(xué)過程中，需要多種教學(xué)方法相結(jié)合，取長補(bǔ)短，以提高教學(xué)質(zhì)量。①采用啟發(fā)式教學(xué)方法。首先，突出重點(diǎn)、確定難點(diǎn)；其次，講解時(shí)針對重點(diǎn)難點(diǎn)知識提出問題，啟發(fā)學(xué)生主動思考；然后，再一起分析問題，由學(xué)生提出解決方案；最后解決問題。例如：在講解第五章“中央處理器”時(shí)，大部分人都知道CPU對于整個(gè)計(jì)算機(jī)的重要性，但是對CPU內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)與工作原理卻不清楚，而這部分卻是本門課程中非常重要的一個(gè)知識點(diǎn)。對這部分的講解可以通過幾條典型指令的指令周期來實(shí)現(xiàn)，這里就可以首先提出問題，讓學(xué)生考慮指定位置的指令怎么處理，并讓大家簡單描述處理過程，這時(shí)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，最后通過對典型指令處理過程的學(xué)習(xí)加深了學(xué)生對CPU工作原理的認(rèn)識和理解。②采用形象化教學(xué)方法。將課程中復(fù)雜抽象的概念以及重要部件的結(jié)構(gòu)和原理，用通俗易懂的例子進(jìn)行類比，或用生動形象的動畫效果來演示。例如：上面所說的CPU原理的講解，每一條指令的每一個(gè)處理過程都可以通過動畫效果演示給學(xué)生看，這大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外在講解浮點(diǎn)運(yùn)算器的流水技術(shù)時(shí)，可以以工業(yè)加工中的流水線做類比。將浮點(diǎn)運(yùn)算的各個(gè)運(yùn)算步驟對應(yīng)到牛奶裝盒流水線，簡化現(xiàn)實(shí)牛奶裝盒流程，假設(shè)有封裝奶盒、殺菌消毒、蓋印日期三個(gè)步驟，對應(yīng)浮點(diǎn)加減運(yùn)算的對階、尾數(shù)加減、規(guī)格化三個(gè)步驟，類比講解流水技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程，使得課程中枯燥、抽象、難懂的內(nèi)容變得形象易懂，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生的理解和認(rèn)識。③運(yùn)用討論式教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的參與性。針對課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識，也可以通過討論的方式，讓學(xué)生各抒己見，提出解決辦法，從而加深對知識的理解和掌握，并鍛煉其思考能力和團(tuán)隊(duì)意識。通過討論也培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考和分析判斷問題的能力。

4.強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。為了讓學(xué)生學(xué)好理論知識，提高實(shí)踐動手能力，必須加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。首先，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境。我校針對組成原理課程，專門建設(shè)了計(jì)算機(jī)組成和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，可以完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)，充分鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動手能力，并培養(yǎng)其思考問題和解決問題的能力。其次，合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)。我們將組成原理課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)設(shè)置為18學(xué)時(shí)，利用9周的時(shí)間可以讓學(xué)生不僅實(shí)現(xiàn)簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還能在此基礎(chǔ)上完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對計(jì)算機(jī)的硬件組成和原理由淺到深逐步掌握。再次，合理劃分實(shí)驗(yàn)小組，有效完成實(shí)驗(yàn)考核。課后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并做實(shí)驗(yàn)總結(jié)。對于設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，一般安排3人一組，每個(gè)小組做好分工。實(shí)驗(yàn)老師課上檢查實(shí)驗(yàn)成果，課后小組提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，說明分工情況以及實(shí)驗(yàn)過程，并做實(shí)驗(yàn)總結(jié)。通過合理的分組和考核方式，每個(gè)學(xué)生都積極參與到實(shí)踐環(huán)節(jié)，動手能力大大提高，團(tuán)隊(duì)意識得到加強(qiáng)。

《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的教學(xué)研究和改革需要從教學(xué)活動的各個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，作為一名教育工作者，一定要靜下心來、虛心請教，探索更加行之有效的教學(xué)方法和改革措施，這是一項(xiàng)需要嚴(yán)謹(jǐn)對待并持之以恒的長期工作，也是需要不斷學(xué)習(xí)的過程。

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基金項(xiàng)目：青島工學(xué)院校長基金資助項(xiàng)目（2012KC013）。

作者簡介：趙靜（1981-），女，山東青島人，碩士研究生，講師。endprint