《計算機組成與體系結構》課程教學改革研究

王玉潔+楊焱+徐淑艷

摘要：信息化社會的教育不但要為學生傳授知識，更重要的是要培養學生的信息技術應用能力。本文結合《計算機組成與體系結構》課程教學改革的研究探索實踐工作，總結了教學改革的做法與經驗，針對高等農業院校學生特點，將抽象理論形象化、根據學生特點分類指導等，取得了好的教學效果。

關鍵詞：信息化社會；計算機組成與體系結構；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）35-0032-02

《計算機組成與體系結構》課程是計算機科學與技術專業的一門很重要的專業基礎課，為后續課程奠定良好的理論基礎。該課程對培養學生的計算機系統構造與分析、邏輯分析能力、抽象思維和創造能力的培養起到十分重要的作用?！队嬎銠C組成與體系結構》課程的概念多，理論性、抽象性、邏輯性強，理解難度大，是較難掌握的一門課程。必須根據課程特點、學生的具體情況，進行教學改革，不斷提高教學質量，促進學生知識、能力、素質的全面提高。

一、信息化社會發展需要教學改革

1.社會發展需要傳統教育到能力培養的轉變。在計算機日益普及的今天，信息化的社會需要什么樣的計算機人才，高校如何根據信息化社會的發展及時調整計算機專業的培養方案及教學方法，培養符合社會需求的計算機類人才是值得關注的一個重要問題。信息化社會的教育不但要為學生傳授知識，更重要的是要培養學生的信息技術應用能力，對于計算機科學與技術專業的學生培養，更要側重于此。因此，必須改變傳統教育方式，重視對學生的知識、能力、素質培養，加強學生對新知識、新技術的快速捕捉與掌握及綜合應用和解決實際問題能力的培養。

2.學校特色與學生特點。北京農學院是北京市屬農業高校，學校的辦學定位，應以發揮市屬農業高校學科在培養創新型人才、科學研究、推廣農業信息化新技術以及服務北京都市現代農業建設中的作用為最終目標。計算機科學與技術專業學生的培養，應該既要滿足信息化社會進程的需要，又要滿足首都農業信息化建設的需要，為都市農業培養應用型人才。我校學生大部分來自于北京，但也有一部分學生來自于偏遠貧困地區。我們進行了關于計算機專業學生現狀的調查，分析了目前的問題：大學新生入學時所具備的計算機知識能力水平參差不齊。另外，從生源水平來看，北京農學院是第二批次招生的北京市屬高校，學生入學時的成績相對于第一批次招生高校的學生要低一些，從一定程度上反映了學生的學習能力與學習的積極主動性，這是在教學過程中必須考慮到的。顯然，《計算機組成與體系結構》課程的教學，必須結合北京農學院學校的辦學定位、學生的實際情況進行教學改革，探索出一套行之有效的課程改革之路。

3.教學理念、教學內容、教學方法要與時俱進。信息技術的快速發展，使得傳統高等教育中一些與信息化社會的要求不相適應的問題導致了教學效果方面的不適應，其結果是對學生的綜合能力素質培養不全面。與信息技術密切相關的計算機專業學生培養，更要解決這些不適應，注重學生對知識的應用能力、對新知識技術的學習掌握能力、獨立解決問題能力以及合作交流能力的培養，全面提高學生的水平。（1）教育理念的改革。信息化社會的高等教育要樹立現代的學習觀、教師觀和學生觀。教師在教學過程中要注意調動學生學習的積極主動性，使學生在主觀能動性的驅使下進行自主學習，而不是無奈地接受知識灌輸[2]。（2）教學內容的改革?！队嬎銠C組成與體系結構》的教學內容必須及時反映計算機組成與體系結構發展的最新知識技術成果，有助于培養學生創新能力、適應學生自主學習的目標實現。（3）教學方法的改革。教學方法的改革是關鍵。教學過程中應充分利用信息技術輔助教學，提高教學質量和效果。

二、課程教學體系的設計

修改教學計劃，改革教學內容。在2011年進行了新一輪的本科計算機類人才培養方案、教學計劃修訂，在教學計劃中進一步壓縮理論教學學時，由2007年的2630學時壓縮為2396學時，學分由2007年的188學分減為174.5學分。對于《計算機組成與體系結構》課程，由原來的理論課80學時，改為理論課64學時，實驗課16學時，再加上一周的課程設計，加大了實踐教學的比例。精簡了理論學時后，要求教師結合實際把最基本、最能代表學科前沿的內容和思維方法教給學生；授課內容要重點突出，力爭做到“少、精、寬、新”，提高課堂效率；通過采用先進的教學手段，增加教學的生動性、直觀性和靈活性；堅持研究型、開放式的教學方法，培養學生的參與和創新意識。課程考核重在考查學生對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、實驗在總成績中的比重，將過去的平時成績占總成績的20%，改為課堂討論、作業成績占總成績的30%；實驗成績占總成績的20%，體現全過程考核，促進學生對課程重點內容的把握及對學習過程的重視。將計算機系統組成的思想移植到對學生知識、能力、素質的培養之中，以晶體管級（管）、邏輯門級（門）、寄存器級（器）、系統級的方式貫穿于教學的全過程，通過由“管”組“門”、由“門”到“器”、由“器”達“系統”的實踐教學過程完成學生能力的培養?！肮堋笔轻槍εc學生知識、能力相關的本門課程的知識點及相應的單項性實驗項目，如：運算器的組成與工作原理、微程序控制器的設計與實現等；“門”是以課程內各個知識點之間的內在關系為線索，開設的課程綜合性實踐項目，包括課程設計、專業認識實習等；“器”是針對課程之間的通融性和共性、按課程群而設置的專業綜合性實踐項目，如主存儲器的組成原理，便與《計算機導論》、《數字邏輯》課程密切相關，根據這些課程設置綜合性的實驗內容及課程設計等；“系統”是指對學生的知識、能力、素質進行立體訓練的綜合性實踐項目，包括本課程的學習及后續的畢業實習與畢業設計、校內模擬實習與校外頂崗實習、工程與社會應用實踐、本科生科學研究項目等。通過這樣完整的系統工程，使學生得到全面的培養。

三、調動學生主體的學習積極性endprint

改革教學方式是大學生能力培養的重要內容。改革教學方式，變“教學過程”為“學習過程”。在課堂教學中，以教學內容為媒介，實現教師與學生及學生之間的交互，以促進學生高效地掌握課程的重要原理、思想方法，促進其全面提高。

1.將抽象理論形象化。針對《計算機組成與體系結構》課程的概念多，理論性、抽象性、邏輯性強，理解難度大的特點，在教學過程中采用由淺入深層層遞進、將抽象理論轉為形象化的例子、加大學生提問互動力度等方法，功課教學的重點難點。如在教學課件中多加入插圖及動畫，例如將計算機的核心部件運算器、控制器的組成結構及工作過程制成動畫，因為圖及動畫的具體、直觀、形象化，不像書本中的概念那樣抽象，所以會立刻引起學生的興趣，建立感性認識，以幫助學生達到理解的目的。用講臺上的幾個粉筆盒形象化地再現堆棧的操作，用團體操的和諧統一說明時序控制問題，用教學樓的格局幫助理解總線的結構等等，通過大量學生熟悉的豐富生動的例子，將抽象理論形象化，把復雜問題分解，使之簡單化。多進行課堂互動，在每一個重要知識點都要鼓勵學生提問題，師生共同探究，形成課堂教學的師生互動。如講到定點數的加減法運算時，教師給出運算規則，由學生給出運算題目，師生共同完成例題、探討溢出的原因及判斷方法。作業講評由學生自己完成，每次都根據自愿的原則，安排學生代表講評作業中的難題，提高學生參與教學的積極性。

2.增強學生參加實驗的主動性。注重在實驗過程中調動學生的積極性。在實驗課程依據《計算機組成與體系結構》課程在知識體系中的位置與性質，實驗分為三個層次：基礎實驗、綜合實驗、設計型實驗，且將三個層次的實驗進行融合。每個實驗基本內容完成后，都有深一層次的選做內容供學生選擇完成，以進一步深化訓練。實驗課程做到由淺入深，由易到難，由簡單到綜合，逐步提高動手能力，著力培養學生的學習興趣、創新意識、創新精神和解決問題的能力。在實驗過程中學生遇到問題時，教師要善于用啟發誘導的方式讓學生自己找到問題所在，鼓勵學生做一下，通過做一下探索解決問題的方法或找到答案，讓學生最大限度地發揮自身的能動性，培養學生的創新精神及科研能力。使學生從一個小問題的解決中獲得成就感，更愿意自己積極努力學會解決問題，培養主動學習、獨立思考、舉一反三的能力。

四、分類指導，分層次教學

在教學過程中對所有的學生，不斷增強計算機專業教育，加強學生的專業意識，使其意識到計算機組成與體系結構理論與實踐在自己知識、能力、素質培養過程中的重要意義。要滿足各層次學生求知的需要，適應學生的個性發展，促進為學生能力和素質的提高。課堂討論不僅讓那些掌握知識好的學生發表意見，也經常鼓勵面露難色的學生給教師出題，由教師與學生共同解題。這樣，學習較差的學生也欣喜地看到自己提出的問題得到解決，增強了自信與參與的積極性。在實驗課中更是注重根據學生的具體情況分類指導，分層系教學。對實驗能力稍差點的學生需要更多的關注與指導，教師根據他們現有的水平提供動手練習的機會，便于他們及時掌握基本操作，養成實驗中思考的習慣，為進一步的實驗打好基礎。對大多數中間水平的學生，教師加以鼓勵和引導，多讓他們進行思考，拓展其實驗能力。例如在控制器實驗中，提出將程序中的幾條指令用另外的指令代替會怎樣？讓學生針對這個問題進行設計，在運行中發現問題，探討分析原因，提出解決的辦法。這使得學生既增加了實驗興趣，又看到了自己跳一跳得到的果實，會促進其向上努力的自覺性。對于理論理解及實驗能力很強的學生，教師應積極引導他們進行更深層次的探索研究。在每個規定實驗完成后，鼓勵這部分學生設計一個相關的實驗，對他們的想法給予肯定，可提供與研究性、設計性實驗相關的設計思想、實驗方案，幫助他們基本獨立完成設計實驗的過程。能使學生興奮的是他們通過根據已掌握知識技術的努力研究、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《計算機組成與體系結構》課程教學改革的不斷努力探索、實踐，在教學過程中，實現雙向互動的循環，教學相長。學生的學習積極性、課堂活躍度顯著增強，學習效率得到提高，學習成績也有所提高。以往很多學生都不能通過課程的考核，教學改革后，學生的通過率明顯的提高，為后續專業課的學習奠定了良好的基礎。2011年計算機科學與技術專業學生參加“全國軟件人才開發與設計大賽”，獲得北京賽區二等獎1名，三等獎5名；2010年，在“情系e鄉”全國大學生鄉村信息化創新大賽中，經過層層闖關，在一萬多個代表隊中脫穎而出，獲得前50名的好成績。計算機科學與技術專業畢業的村官共同建設了延慶鎮大學生村官網，幫助村莊進行計算機模擬規劃圖設計，積極為農戶開通網上綠色通道，搭建農業市場與農民之間信息橋梁。

參考文獻：

[1]周濟.注重培養創新人才 增強高水平大學創新能力[J].中國高等教育，2006，（15/16）：4-9.

[2]秦必瑜，田杰.信管專業實踐能力培養模式研究[J].中國電力教育，2008，（12）上：135.

[3]姜雪娟.大學生數學創新能力培養研究與實踐探討[J].江西教育，2009，（1/2）：34-35.

作者簡介：王玉潔，女，博士，教授，北京農學院計算機與信息工程學院教師，主要研究方向為：人工智能，農業物聯網等。endprint