李仲生 黃美玲

摘 ? ?要： 文章針對計算機組成原理課程知識點多、覆蓋面寬、抽象性強等特點，根據(jù)實際生源情況，引入溯源法，通過回溯探求化繁為簡、串知識成鏈的路子，并以存儲器教學為例，系統(tǒng)地給出溯源法教學的層層推進過程。課堂教學證實：此法有助于消除學生的畏難情緒，強化學習效果。

關鍵詞： 計算機組成原理 ? ?溯源法 ? ?存儲器 ? ?教學探索

計算機組成原理是計算機科學與技術及相其關專業(yè)的專業(yè)骨干課程，它一方面以模擬電路、數(shù)字邏輯電路、匯編語言等課程為基礎，另一方面是操作系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)結構等課程的基礎，從指令的硬件實現(xiàn)角度對計算機的部件如總線、存儲器、CPU、輸入輸出設備、計算機的運算、指令的譯碼控制等展開論述，知識點多，覆蓋面寬，抽象性強，是學生易生畏難心理的課程之一。

為消除學生的這種畏難心理，眾多研究者對計算機組成原理課程教學作了探索。王前莉[1]從教學內容、教學方式與動手能力培養(yǎng)等方面對計算機組成原理課程教學作了討論;李紹強[2]針對民辦院校計算機組成原理教學存在的問題，設計了一種課程教學過程和實驗方法;王昊[3]針對計算機組成原理教學提出“提問式教學模式”、“啟發(fā)式教學模式”和“連接式教學模式”三種教學模式。這些文獻從整體視角對計算機組成原理教學給出了一些可資借鑒的方法，但未系統(tǒng)涉及內容細節(jié)，為以簡潔流暢的方式組織教學內容細節(jié)，下文引入溯源教學法，以存儲器為例探索溯源教學法的課堂實施。

1.溯源法教學

溯源最初源于進化論。進化論認為萬物不是憑空出現(xiàn)的，而是有源的，比如人由類人猿進化面來、源于受精卵。通常來說，源頭總比當前狀態(tài)簡單、易于理解，比如受精卵就比胎兒簡單，胎兒比幼兒簡單，等等。概言之，溯源，能建立一種由簡到繁的遞推鏈，能加深人們對萬物的客觀存在性的認識，引導人們以辯證唯物觀分析問題，建立具體印象。

鑒于溯源法的化繁為簡、化抽象為具體的這些強化存在性的能力，在教育領域已有應用。比如語言類教學中，利用此法探尋文字的源頭、演變史、文化相關性，對知識點建立完整的知識鏈，讓“知其然”的學習者“知其所以然”。在線教育網(wǎng)站三好網(wǎng)認為“溯源法具有雙向追溯的特性，既能夠由表及里深入剖析，追根溯源，也能由內而外，對可能出現(xiàn)的問題和錯誤進行預判，因而有效地解決問題”[4]，基于這一理念，可在學習過程中根據(jù)學習者出現(xiàn)的問題的表象，追溯學習者的本源知識結構，找到讓學習者快速、有效理解知識點的解決方案。

計算機組成原理之所以給學生帶來困惑，是因為它本身的抽象性和復雜性。抽象性讓學生難以建立對知識點的客觀存在感，使學生的知識點如浮水之萍，無處生根，這種情況的不斷積累，會導致學生最終不知老師所云，學習興趣全消。復雜性源于知識點的多樣性，計算機組成原理基于匯編語言、模擬電路和數(shù)字邏輯路，各類知識交融，說千頭萬緒也不為過。為降低計算機組成原理課程的這種抽象性和復雜性，溯源法是一個可選方案：找其知識點根源，降低復雜性;形成知識鏈，強化知識的客觀存在性，削弱抽象性。下文以存儲器講解為例，說明溯源法在教學中的具體實施。

2.溯源教學在存儲器教學中的具體實施

知識都有其固有脈絡，順著脈絡，可溯其根源、自然成鏈，有根有據(jù)、形成思路的知識，會讓學生接受起來更輕松。存儲器作為計算機的一個重要部件，其知識結構的嚴謹性更加明顯，下文模仿實際課堂，闡述溯源法在存儲器教學中的應用。

首先，簡述馮·諾以曼結構，明確存儲器在計算機中的地位。接下來，逆向溯源，步步切近知識的本質內容，化抽象為具體，形成知識鏈。提問：“存儲器用來作什么？”學生回答：“存放數(shù)據(jù)。”強化：“存放指令和數(shù)據(jù)。計算機存放的是幾進制數(shù)據(jù)？”學生答：“二進制?！币龑В骸岸M制有兩個數(shù)碼，分別是0和1，存儲器用什么存放它們？”學生的反應是多樣的，有些無語，有些說數(shù)字邏輯電路，有些說鎖存器，等等，此時加以引導：“如同旅館有一間間房子一樣，存儲器中有單元電路，每個單元電路負責一位數(shù)據(jù)的存放。請同學們想想，在現(xiàn)實生活中，有什么東西可幫你用電荷存放一位數(shù)據(jù)？”學生開始猜測，注意控制氣氛，然后給出答案：“電池。如果把一節(jié)電池有電時看成1，沒電時看成0，它就實現(xiàn)了一位數(shù)據(jù)的存放?！庇袑W生恍然大悟，有學生笑，有學生反問：“這和存儲器有什么關系？”答：“動態(tài)存儲器的單元電路中的核心元件就是電容，與電池存放數(shù)據(jù)的原理一致。通常地，我們把八個這樣的單元電路集成在一起，形成一個字節(jié)，請同學們想想，為什么是八個呢？”有學生回答：“規(guī)定的。”立即追問：“憑什么規(guī)定的？”這還要理由？學生迷惑，此時解釋：“和ASC碼有關，此碼中包括34個控制字符在內，共有128個字符。同學們想想，如果有128位同學，從0開始連續(xù)編學號，每個同學的學號唯一，需要多少個學號？”“0-127，共128個?！薄昂?！再請同學們想想，如果用二進制來表示這些學號，則需要多少位？”“7位?！薄皩?。要編碼出128個不同的字符，需要7位二進制位。為了檢測數(shù)據(jù)傳送時的正誤，ASC碼在7位數(shù)碼的基礎上，還要加一位奇偶檢驗位，即構成8位二進制數(shù)字，形成一個字節(jié)。同學們聯(lián)想一下，如果采用漢字設計計算機，由你來確定多少個單元電路組合到一起，你會采用多少位？”答：“16位?！薄?個字節(jié)8位，存儲器按字節(jié)編址，請計算一下，210位等于多少個字節(jié)？”“除以8，27個字節(jié)?！薄耙g碼出這些字節(jié)，至少需要多少根地址線？”“7位?！薄叭绻捎?位地址，能完成多大的存儲體譯碼？”“256個字節(jié)的存儲休?！薄昂?，請計算地址為42的字節(jié)的二進制地址?！睂W生的計算結果列為表1。

“請同學們根據(jù)結果想一想，如果將256個字節(jié)分組，16個字節(jié)一組，這個地址屬于第幾組？”“從0起計數(shù)的第2組?！薄皩?，也就是說，將8位地址劃開，低4位是組內地址，高4位組號。為什么組內地址用4位呢？”“因為一個組內共16個字節(jié)?！薄皩?。256個字節(jié)共分成了16個組，這16個組的組內地址全相同，對不對？”“對?！薄安煌谀?？”“組號?！薄罢_！如果我用高3位地址作組號，能將它們分成幾組？每組多大？”“8組，低5位為組內地址，每組32個字節(jié)。”“正確！……”

在完成以上溯源后，即可把一些知識點比如內存字擴展、Cache—主存地址映射等歸結為地址的劃分問題。表2、表3、表4為Cache—主存地址映射中的主存地址劃分。

以上劃分，直觀地凸顯出三種映射方式的異同。

3.結語

上文對溯源法進行了探討，并以計算機組成原理課程的存儲器教學為例對溯源法的應用作示例分析。進一步的工作，將考慮將溯源法與啟發(fā)式教學、連接式教學、類比式教學等教學模式深度結合，探尋更高效的教學方式。

參考文獻：

[1]王前莉.創(chuàng)新素質教育下的計算機組成原理教學改革研究[J].考試周刊，2010，9：9-10.

[2]李紹強.民辦院校計算機組成原理教學現(xiàn)狀分析及解決對策.考試周刊，2011，37：131-132.

[3]王昊.計算機組成原理教學改革與實踐.遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版），2015，17（3）：1-4.

[4]陳鳳英.“溯源法”—三好網(wǎng)因材施教的方法論[EB/OL].[2015-7-16].http：//u.zp.china.com.cn/news-17625-1.html.

基金項目：湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃課題（項目號：XJK015BXX007）