《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革研究

王玉潔，楊 焱，徐淑艷

（北京農(nóng)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，北京 102206）

《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革研究

王玉潔，楊 焱，徐淑艷

（北京農(nóng)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，北京 102206）

信息化社會(huì)的教育不但要為學(xué)生傳授知識(shí)，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力。本文結(jié)合《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革的研究探索實(shí)踐工作，總結(jié)了教學(xué)改革的做法與經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)高等農(nóng)業(yè)院校學(xué)生特點(diǎn)，將抽象理論形象化、根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)分類指導(dǎo)等，取得了好的教學(xué)效果。

信息化社會(huì)；計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)；教學(xué)改革

《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)課程奠定良好的理論基礎(chǔ)。該課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造與分析、邏輯分析能力、抽象思維和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)起到十分重要的作用。《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程的概念多，理論性、抽象性、邏輯性強(qiáng)，理解難度大，是較難掌握的一門課程。必須根據(jù)課程特點(diǎn)、學(xué)生的具體情況，進(jìn)行教學(xué)改革，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面提高。

一、信息化社會(huì)發(fā)展需要教學(xué)改革

1.社會(huì)發(fā)展需要傳統(tǒng)教育到能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。在計(jì)算機(jī)日益普及的今天，信息化的社會(huì)需要什么樣的計(jì)算機(jī)人才，高校如何根據(jù)信息化社會(huì)的發(fā)展及時(shí)調(diào)整計(jì)算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)方案及教學(xué)方法，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的計(jì)算機(jī)類人才是值得關(guān)注的一個(gè)重要問題。信息化社會(huì)的教育不但要為學(xué)生傳授知識(shí)，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力，對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)，更要側(cè)重于此。因此，必須改變傳統(tǒng)教育方式，重視對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)的快速捕捉與掌握及綜合應(yīng)用和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。

2.學(xué)校特色與學(xué)生特點(diǎn)。北京農(nóng)學(xué)院是北京市屬農(nóng)業(yè)高校，學(xué)校的辦學(xué)定位，應(yīng)以發(fā)揮市屬農(nóng)業(yè)高校學(xué)科在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、科學(xué)研究、推廣農(nóng)業(yè)信息化新技術(shù)以及服務(wù)北京都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)中的作用為最終目標(biāo)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，應(yīng)該既要滿足信息化社會(huì)進(jìn)程的需要，又要滿足首都農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)的需要，為都市農(nóng)業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才。我校學(xué)生大部分來自于北京，但也有一部分學(xué)生來自于偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)。我們進(jìn)行了關(guān)于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生現(xiàn)狀的調(diào)查，分析了目前的問題：大學(xué)新生入學(xué)時(shí)所具備的計(jì)算機(jī)知識(shí)能力水平參差不齊。另外，從生源水平來看，北京農(nóng)學(xué)院是第二批次招生的北京市屬高校，學(xué)生入學(xué)時(shí)的成績(jī)相對(duì)于第一批次招生高校的學(xué)生要低一些，從一定程度上反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，這是在教學(xué)過程中必須考慮到的。顯然，《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)，必須結(jié)合北京農(nóng)學(xué)院學(xué)校的辦學(xué)定位、學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行教學(xué)改革，探索出一套行之有效的課程改革之路。

3.教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法要與時(shí)俱進(jìn)。信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得傳統(tǒng)高等教育中一些與信息化社會(huì)的要求不相適應(yīng)的問題導(dǎo)致了教學(xué)效果方面的不適應(yīng)，其結(jié)果是對(duì)學(xué)生的綜合能力素質(zhì)培養(yǎng)不全面。與信息技術(shù)密切相關(guān)的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)，更要解決這些不適應(yīng)，注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力、對(duì)新知識(shí)技術(shù)的學(xué)習(xí)掌握能力、獨(dú)立解決問題能力以及合作交流能力的培養(yǎng)，全面提高學(xué)生的水平。（1）教育理念的改革。信息化社會(huì)的高等教育要樹立現(xiàn)代的學(xué)習(xí)觀、教師觀和學(xué)生觀。教師在教學(xué)過程中要注意調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，使學(xué)生在主觀能動(dòng)性的驅(qū)使下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，而不是無奈地接受知識(shí)灌輸[2]。（2）教學(xué)內(nèi)容的改革。《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》的教學(xué)內(nèi)容必須及時(shí)反映計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的最新知識(shí)技術(shù)成果，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。（3）教學(xué)方法的改革。教學(xué)方法的改革是關(guān)鍵。教學(xué)過程中應(yīng)充分利用信息技術(shù)輔助教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

二、課程教學(xué)體系的設(shè)計(jì)

修改教學(xué)計(jì)劃，改革教學(xué)內(nèi)容。在2011年進(jìn)行了新一輪的本科計(jì)算機(jī)類人才培養(yǎng)方案、教學(xué)計(jì)劃修訂，在教學(xué)計(jì)劃中進(jìn)一步壓縮理論教學(xué)學(xué)時(shí)，由2007年的2630學(xué)時(shí)壓縮為2396學(xué)時(shí)，學(xué)分由2007年的188學(xué)分減為174.5學(xué)分。對(duì)于《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程，由原來的理論課80學(xué)時(shí)，改為理論課64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時(shí)，再加上一周的課程設(shè)計(jì)，加大了實(shí)踐教學(xué)的比例。精簡(jiǎn)了理論學(xué)時(shí)后，要求教師結(jié)合實(shí)際把最基本、最能代表學(xué)科前沿的內(nèi)容和思維方法教給學(xué)生；授課內(nèi)容要重點(diǎn)突出，力爭(zhēng)做到“少、精、寬、新”，提高課堂效率；通過采用先進(jìn)的教學(xué)手段，增加教學(xué)的生動(dòng)性、直觀性和靈活性；堅(jiān)持研究型、開放式的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的參與和創(chuàng)新意識(shí)。課程考核重在考查學(xué)生對(duì)基本原理和概念的掌握，以及分析問題和解決問題的能力。提高課堂討論、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)在總成績(jī)中的比重，將過去的平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的20%，改為課堂討論、作業(yè)成績(jī)占總成績(jī)的30%；實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的20%，體現(xiàn)全過程考核，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程重點(diǎn)內(nèi)容的把握及對(duì)學(xué)習(xí)過程的重視。將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成的思想移植到對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)之中，以晶體管級(jí)（管）、邏輯門級(jí)（門）、寄存器級(jí)（器）、系統(tǒng)級(jí)的方式貫穿于教學(xué)的全過程，通過由“管”組“門”、由“門”到“器”、由“器”達(dá)“系統(tǒng)”的實(shí)踐教學(xué)過程完成學(xué)生能力的培養(yǎng)。“管”是針對(duì)與學(xué)生知識(shí)、能力相關(guān)的本門課程的知識(shí)點(diǎn)及相應(yīng)的單項(xiàng)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如：運(yùn)算器的組成與工作原理、微程序控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等；“門”是以課程內(nèi)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在關(guān)系為線索，開設(shè)的課程綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，包括課程設(shè)計(jì)、專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)等；“器”是針對(duì)課程之間的通融性和共性、按課程群而設(shè)置的專業(yè)綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，如主存儲(chǔ)器的組成原理，便與《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》、《數(shù)字邏輯》課程密切相關(guān)，根據(jù)這些課程設(shè)置綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及課程設(shè)計(jì)等；“系統(tǒng)”是指對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)進(jìn)行立體訓(xùn)練的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，包括本課程的學(xué)習(xí)及后續(xù)的畢業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)、校內(nèi)模擬實(shí)習(xí)與校外頂崗實(shí)習(xí)、工程與社會(huì)應(yīng)用實(shí)踐、本科生科學(xué)研究項(xiàng)目等。通過這樣完整的系統(tǒng)工程，使學(xué)生得到全面的培養(yǎng)。

三、調(diào)動(dòng)學(xué)生主體的學(xué)習(xí)積極性

改革教學(xué)方式是大學(xué)生能力培養(yǎng)的重要內(nèi)容。改革教學(xué)方式，變“教學(xué)過程”為“學(xué)習(xí)過程”。在課堂教學(xué)中，以教學(xué)內(nèi)容為媒介，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生及學(xué)生之間的交互，以促進(jìn)學(xué)生高效地掌握課程的重要原理、思想方法，促進(jìn)其全面提高。

1.將抽象理論形象化。針對(duì)《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程的概念多，理論性、抽象性、邏輯性強(qiáng)，理解難度大的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中采用由淺入深層層遞進(jìn)、將抽象理論轉(zhuǎn)為形象化的例子、加大學(xué)生提問互動(dòng)力度等方法，功課教學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)。如在教學(xué)課件中多加入插圖及動(dòng)畫，例如將計(jì)算機(jī)的核心部件運(yùn)算器、控制器的組成結(jié)構(gòu)及工作過程制成動(dòng)畫，因?yàn)閳D及動(dòng)畫的具體、直觀、形象化，不像書本中的概念那樣抽象，所以會(huì)立刻引起學(xué)生的興趣，建立感性認(rèn)識(shí)，以幫助學(xué)生達(dá)到理解的目的。用講臺(tái)上的幾個(gè)粉筆盒形象化地再現(xiàn)堆棧的操作，用團(tuán)體操的和諧統(tǒng)一說明時(shí)序控制問題，用教學(xué)樓的格局幫助理解總線的結(jié)構(gòu)等等，通過大量學(xué)生熟悉的豐富生動(dòng)的例子，將抽象理論形象化，把復(fù)雜問題分解，使之簡(jiǎn)單化。多進(jìn)行課堂互動(dòng)，在每一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)都要鼓勵(lì)學(xué)生提問題，師生共同探究，形成課堂教學(xué)的師生互動(dòng)。如講到定點(diǎn)數(shù)的加減法運(yùn)算時(shí)，教師給出運(yùn)算規(guī)則，由學(xué)生給出運(yùn)算題目，師生共同完成例題、探討溢出的原因及判斷方法。作業(yè)講評(píng)由學(xué)生自己完成，每次都根據(jù)自愿的原則，安排學(xué)生代表講評(píng)作業(yè)中的難題，提高學(xué)生參與教學(xué)的積極性。

2.增強(qiáng)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性。注重在實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。在實(shí)驗(yàn)課程依據(jù)《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程在知識(shí)體系中的位置與性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)層次：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，且將三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行融合。每個(gè)實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容完成后，都有深一層次的選做內(nèi)容供學(xué)生選擇完成，以進(jìn)一步深化訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)課程做到由淺入深，由易到難，由簡(jiǎn)單到綜合，逐步提高動(dòng)手能力，著力培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和解決問題的能力。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生遇到問題時(shí)，教師要善于用啟發(fā)誘導(dǎo)的方式讓學(xué)生自己找到問題所在，鼓勵(lì)學(xué)生做一下，通過做一下探索解決問題的方法或找到答案，讓學(xué)生最大限度地發(fā)揮自身的能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神及科研能力。使學(xué)生從一個(gè)小問題的解決中獲得成就感，更愿意自己積極努力學(xué)會(huì)解決問題，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、舉一反三的能力。

四、分類指導(dǎo)，分層次教學(xué)

在教學(xué)過程中對(duì)所有的學(xué)生，不斷增強(qiáng)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育，加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)意識(shí)，使其意識(shí)到計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)理論與實(shí)踐在自己知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)過程中的重要意義。要滿足各層次學(xué)生求知的需要，適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，促進(jìn)為學(xué)生能力和素質(zhì)的提高。課堂討論不僅讓那些掌握知識(shí)好的學(xué)生發(fā)表意見，也經(jīng)常鼓勵(lì)面露難色的學(xué)生給教師出題，由教師與學(xué)生共同解題。這樣，學(xué)習(xí)較差的學(xué)生也欣喜地看到自己提出的問題得到解決，增強(qiáng)了自信與參與的積極性。在實(shí)驗(yàn)課中更是注重根據(jù)學(xué)生的具體情況分類指導(dǎo)，分層系教學(xué)。對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ι圆铧c(diǎn)的學(xué)生需要更多的關(guān)注與指導(dǎo)，教師根據(jù)他們現(xiàn)有的水平提供動(dòng)手練習(xí)的機(jī)會(huì)，便于他們及時(shí)掌握基本操作，養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)中思考的習(xí)慣，為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。對(duì)大多數(shù)中間水平的學(xué)生，教師加以鼓勵(lì)和引導(dǎo)，多讓他們進(jìn)行思考，拓展其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α＠缭诳刂破鲗?shí)驗(yàn)中，提出將程序中的幾條指令用另外的指令代替會(huì)怎樣？讓學(xué)生針對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)問題，探討分析原因，提出解決的辦法。這使得學(xué)生既增加了實(shí)驗(yàn)興趣，又看到了自己跳一跳得到的果實(shí)，會(huì)促進(jìn)其向上努力的自覺性。對(duì)于理論理解及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰軓?qiáng)的學(xué)生，教師應(yīng)積極引導(dǎo)他們進(jìn)行更深層次的探索研究。在每個(gè)規(guī)定實(shí)驗(yàn)完成后，鼓勵(lì)這部分學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)他們的想法給予肯定，可提供與研究性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相關(guān)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)方案，幫助他們基本獨(dú)立完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程。能使學(xué)生興奮的是他們通過根據(jù)已掌握知識(shí)技術(shù)的努力研究、一次又一次地嘗試，終于找到了解決問題的辦法[3]。

通過幾年來對(duì)《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革的不斷努力探索、實(shí)踐，在教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)的循環(huán)，教學(xué)相長(zhǎng)。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、課堂活躍度顯著增強(qiáng)，學(xué)習(xí)效率得到提高，學(xué)習(xí)成績(jī)也有所提高。以往很多學(xué)生都不能通過課程的考核，教學(xué)改革后，學(xué)生的通過率明顯的提高，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。2011年計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生參加“全國(guó)軟件人才開發(fā)與設(shè)計(jì)大賽”，獲得北京賽區(qū)二等獎(jiǎng)1名，三等獎(jiǎng)5名；2010年，在“情系e鄉(xiāng)”全國(guó)大學(xué)生鄉(xiāng)村信息化創(chuàng)新大賽中，經(jīng)過層層闖關(guān)，在一萬多個(gè)代表隊(duì)中脫穎而出，獲得前50名的好成績(jī)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)的村官共同建設(shè)了延慶鎮(zhèn)大學(xué)生村官網(wǎng)，幫助村莊進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬規(guī)劃圖設(shè)計(jì)，積極為農(nóng)戶開通網(wǎng)上綠色通道，搭建農(nóng)業(yè)市場(chǎng)與農(nóng)民之間信息橋梁。

[1]周濟(jì).注重培養(yǎng)創(chuàng)新人才 增強(qiáng)高水平大學(xué)創(chuàng)新能力[J].中國(guó)高等教育，2006，（15／16）：4-9.

[2]秦必瑜，田杰.信管專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)模式研究[J].中國(guó)電力教育，2008，（12）上：135.

[3]姜雪娟.大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究與實(shí)踐探討[J].江西教育，2009，（1/2）：34-35.

G642.0

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1674-9324（2014）35-0032-02

王玉潔，女，博士，教授，北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院教師，主要研究方向?yàn)椋喝斯ぶ悄埽r(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等。