《計算機組成原理》實驗教學改革的研究與實踐

王冬

（塔里木大學信息工程學院，阿拉爾 843300）

《計算機組成原理》實驗教學改革的研究與實踐

王冬

（塔里木大學信息工程學院，阿拉爾 843300）

針對計算機科學與技術專業的硬件核心課程——《計算機組成原理》的實驗教學設置情況，從當前實驗教學過程中所遇到的問題出發，歸納在傳統的實驗教學存在的一些不足方面，從如何提高《計算機組成原理》實驗課的教學質量、提高學生的理論與實踐結合能力、創新能力及綜合素質的方法和途徑等方面進行研究與探索。探討利用EDA技術在《計算機組成原理》實驗課程教學中的應用。

計算機組成原理；教學模式改革；教學實施

0 引言

《計算機組成原理》是計算機專業的核心專業基礎課程之一，也是一門理論與實踐結合很強的專業基礎課，是學習計算機硬件系統的關鍵課程。傳統的教學模式往往以理論學習為主，實驗教學只是為驗證理論課的某些內容而設立，因此無論是實踐教學的學時，還是教師和學生的重視程度，都無法與理論教學相比。隨著教學對實踐動手能力的要求越來越高，要求實驗課的指導教師主動通過實驗課教學模式改革，提高學生理論與實踐結合的能力[1]。因此，我們需要分析《計算機組成原理》實踐課目前所存在的問題，并且針對這些問題，提出較好的解決方法，讓《計算機組成原理》實踐課更好地發揮作用，以提高學生理論與實踐結合的能力。

1 存在問題

以往的《計算機組成原理》實驗課的教學雖然開展順利，但是還是有幾點不足的地方。

（1）教材和實驗設施落后。處理器技術、存儲技術的發展很難及時反映到教材和實驗設備上，實踐教學內容與計算機相關行業的需求有一定差距的問題。實驗設備大多由實驗箱構成，不能很好地體現硬件的設計性，導致學生硬件設計能力不足。

（2）理論教學和實踐教學通常較為獨立，缺乏系統性和連續性。課程之間重復內容較多，很少考慮相互關聯的問題。學生常常由于孤立知識點的學習而難以達到較好的學習效果，實驗只是對特定部分知識或技能的理解和應用，很難形成綜合性的系統開發和創新能力。

（3）大多數學生沒有認清到實踐教學在整個課程教學過程中的重要作用，存在“輕實驗”的思想[2]。在實際的實驗課中，大多數學生往往不是很清楚該實驗所要達到的目的，對實驗原理、實驗內容認識模糊，只是機械地按實驗指導書的步驟完成電路連接、填寫實驗報告，往往把所有實驗同等對待，實驗過程不求甚解，使得真正的實驗目的并未達到。

2 改革思路與實踐

2.1 建立新的實驗教學體系

根據該課程實驗系統結構的模塊化特點，在實驗進度安排上采用循序漸進的學習方式，將實驗進度分為基礎驗證型實驗、設計應用型實驗和綜合設計型實驗三個層次（如表1所示），形成從部分到整體、使學生從接受知識型到綜合能力型逐級提高的實驗體系，形成新的《計算機組成原理》實驗教學體系[3]。

表1 三層實驗教學體系

首先是基礎驗證型實驗，該類實驗主要涉及課程的相關基礎知識點，實驗目的是使學生驗證、理解、鞏固，培養學生對設備、開發工具的操作能力，加深對基本教學內容的理解。

其次是設計應用型實驗。該類實驗主要是培養學生的設計能力和獨立工作的能力。實驗以“任務”或“課題”形式提出實驗要求和具體的實驗成果，要求學生能夠明確任務，通過查閱有關資料，掌握實驗所涉及的知識，并能綜合利用這些知識來設計、開發并最終完成實驗項目。

最后是綜合創新型實驗。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。在實驗過程中畫出必要的實驗原理圖，尋求各種解決問題的方法。從原理、方法和使用工具等多方面提出完成實驗任務的依據及實驗步驟，并對結果進行評價、分析和總結。

2.2 EDA、MCAI技術與實驗教學相結合

隨著VHDL語言硬件類語言工具性能的提高，以及EDA技術、多媒體技術的發展，在《計算機組成原理》實驗教學中結合虛擬現實和多媒體，利用EDA實現《計算機組成原理》虛擬實驗平臺，通過軟件技術模擬出真實的實驗儀器和實驗場景，可有效解決傳統實驗受到實驗設備易損壞，實驗的空間、時間等因素的限制。利用MCAI技術，能夠創設形象、生動和直觀的實驗教學情景，有利于溝通知識之間、圖形之間的聯系，增強趣味性，吸引學生的注意力，并及時反饋學習信息，真正做到實驗教學與學生學習之間信息的交流[4]。例如，在移位運算實驗中，利用虛擬實驗平臺可以模擬傳統實驗箱上通過撥動按鍵開關完成的數據輸入、狀態設置的操作，并直接通過軟件界面直接查看運行結果，而不是再在實驗箱的LED燈查看結果，如圖1所示。

圖1 虛擬實驗平臺實例

3 教學實施

為保證實驗教學的實際效果，在實驗過程中，采用啟發式、引導式、探討式的互動教學，強調實驗環節和過程，注重基礎知識和動手能力的培養，加強綜合能力和創新設計能力的訓練，使學生對基礎理論知識和實驗內容能夠較好地聯系起來，并加深理解[5]。同時實驗成績的評定方法包括實驗操作能力及原始記錄（50%）、預習及回答提問（20%）、實驗報告（20%）、實驗考勤（10%）作為最后實驗成績的考核依據。

在《計算機組成原理》實驗教學中，必須加強教師的實驗指導，規范實驗教學，學生可根據本專業特點選擇實驗設計內容，增加實驗的靈活性、自由性，突出學生計算機硬件設計能力的培養。通過工程實訓或者畢業設計等相關活動，從而使學生進一步掌握計算機硬件設計的方法和思想，激發了學生學習興趣和學習動力；在學校學院的支持下組成團隊引導學生參加計算機軟件大賽、電子設計大賽、嵌入式設計大賽等創新活動中，提高在校學生的團隊協作精神和創新設計能力。

4 結語

我們通過對《計算機組成原理》實驗教學的改革與實踐，使得學生進一步理解了計算機整機的概念，并增強了學生的實際動手能力，調動了學生學習的積極性，通過改進實驗的教學實施以及和虛擬技術的“軟”/“硬”結合，保證了實驗教學改革的實際效果。

[1] 劉全利，黃賢英，楊宏雨.計算機組成原理課程群建設的探討[J].科技信息，2008（4）：9,47

[2] 鄭均輝趙凱.《計算機組成原理》課程實驗教學模式研究[J].黑龍江科技信息，2011（33）：250

[3] 李彩虹，等．《計算機組成原理》實驗課教學模式探討與實踐[J]．高等理科教育，2006（2）：74～75

[4] 王冬.計算機輔助教學在《計算機組成原理》課程教學改革中的應用[J].科教導刊2014（9）：119～121

[5] 李宜芳,王元元.基礎化學實驗獨立設課考核體系的改革與實踐[J].廣州化工，2010，38（7）：278～279

Research and Practice of Teaching Reformation of Principle of Computer Composition Experiment

WANG Dong
（College of Information Engineering,Tarim University,Alar 843300）

Aiming at the setting up of the computer science and technology professional hardware core curriculum，Principles of Computer Composition experimental teaching,starts from the experimental teaching process encountered problems in current,inductive in some disadvantages of traditional experiment teaching,from how to improve the study and exploration of Principle of Computer Composition experiment teaching quality,theory and practice of improving the students with methods and ways of ability,innovation ability and comprehensive quality etc..Discusses the application of Principle of Computer Composition experiment teaching of computer by using EDA technology.

Principlesof Computer Composition;Reformation of Teaching Mode;Teaching Practice

1007-1423（2015）06-0050-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.06.012

王冬（1980-），男，四川南充人，研究生，講師，研究方向為嵌入式系統開發

2015-01-04

2015-02-01

塔里木大學高等教育教學研究課題（No.TDGJ1308）