“計算機組成與結構”課程教學方法探討

木合亞提·尼亞孜別克，古力沙吾利·塔里甫，孫 晶

(1.新疆大學 信息科學與工程學院，新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆醫科大學中醫學院，新疆 烏魯木齊市 830011)

0 引言

隨著信息技術的快速發展，計算機系統在眾多領域得到廣泛應用，這就要求大學生專業課程教學工作不斷適應時代發展，使學生在學習基本理論的基礎上，盡可能多地接觸到課程相關的科研研究成果與最新技術[1]。引導學生分析問題、提出問題并積極思考專業領域相關內容，主動發表自己的見解及參與學校或學院級別的各種大學生創新項目，結合理論和實際，一步一步提高實踐動手能力。在教學過程中，需要針對該課程教學工作進行反饋分析，及時發現實際教學中存在的問題并采取有效措施解決存在的問題，完善教學課件和課程結構體系，保證和滿足學生學習過程中的各類需要，從而提高學生的學習積極性與主動性，為其后的發展奠定良好基礎。

1 課程內容與教學目的

“計算機組成與結構”課程為一門專業核心課程，主要講授計算機系統概論以及計算機硬件系統的基本知識和各個功能部件以及之間的相互關系，還有程序設計語言和軟件設計相關的概念[2]。其中計算機的邏輯部件主要涵蓋各種常見的組合邏輯電路、各種數據的編碼以及這些數據在計算機中的運算方式，介紹各種存儲器存儲信息的基本原理及邏輯設計方法，指令系統設計、操作碼和尋址方式等，以及各種常見的指令類型。還有中央處理器的概念和結構及內部邏輯組成，存儲系統的概念和設計原理以及高速緩存和虛擬存儲器，輸入輸出設備及計算機硬件系統的最新發展等等。

授課的主要教學目的是讓學生了解計算機硬件的基本知識，掌握計算機系統中各功能部件的工作原理，掌握定點數、浮點數的編碼與數據校驗碼的實現原理，掌握計算機存儲程序和數據的原理以及計算機系統的發展與指令格式、類型、尋址方式等。掌握中斷、DMA、總線的概念及工作原理，了解磁盤、磁帶、光盤和固態盤等輔助存儲器的基本結構與工作原理，并可運用課程中學到的知識對計算機系統硬件進行初步設計、組裝和調試[3]。教學過程中教師應做到正確引導學生思考問題的思路，不斷激發學生的興趣、好奇、探究等情緒，使教學過程始終對學生存有吸引力，激發學生自己主動學習、提出問題，逐步提升學生的信息獲取分析與應用能力，并形成良好的學習策略。

2 現階段授課過程中存在的不足與展望

現今高校計算機專業的課程教學計劃中，硬件類和軟件類課程都有涉及，且一般情況下硬件課程和軟件課程之間有一定關聯，大部分課程相互之間都有密切且多面的內在聯系。但是在貫穿計算機硬件類課程的教學過程中，學生普遍存在“重軟怕硬”現象。同時，也有人提出“計算機組成與結構”課程所涉及的知識內容較深，知識面廣、內容多，例如微控制及硬布線控制計算機、cache算法及數據的編碼等部分內容存有一定難度，理解起來較為困難。也存在實驗條件和設施較為老化及部分設施缺乏等等問題。

實際上，計算機系統是軟件和硬件的統一體，硬件和軟件知識是相輔相成的，都包含豐富的知識內涵與先進技術。在社會科技不斷發展的過程中，計算機軟硬件的界限也不再有明顯的限制，計算機硬件系統的發展推動軟件的推陳出新，計算機軟件系統的發展又促進硬件系統的更新換代[4]。如此，硬件系統和軟件系統的雙向成長促進推動著計算機科學與技術的快速發展。故而，教師在教學中應使用“軟硬結合”的教學手段，使學生更好地掌握計算機軟硬件知識，正確建立現代計算機系統的整體概念，為學生將來從事有關計算機開發應用、各類語言的編程設計以及不同技術領域的研究工作做好充分的準備。

一般來說，目前多數軟件仍主要基于硬件系統的需要進行設計、調節并完成開發，這也是現階段乃至今后一段時間內的計算機專業課程教學工作在適應未來發展時必須要重視的內容。在教學內容的設計和教學方式的改革方面，應要求教師在擁有整體觀的同時具備創新與實踐意識，在組織學生的實踐過程中教師應適當地設計一些大型作業，并有目的地幫助學生解決實踐過程中遇到的問題并引導學生運用并掌握理論課程中學習的知識[5]。在教學過程中，教師應強調對一個計算機系統來說硬件是基礎，軟件在硬件的基礎上完成相應功能，系統中的硬件和軟件是一個整體的概念。勿讓學生脫離硬件的基礎讓軟件成為無根之萍，也勿讓硬件缺乏實現交互與功能的軟件成為徒有框架沒有血肉的系統。

21世紀的計算機科學技術發展如此迅速，因此，根據計算機學科的發展情況來及時、動態地調整教學內容，及時引入最新技術及發明是本課程教學中的一個重要方面。比如多核處理器、信息材料、Soc技術和納米器件等概念。與此同時，同行之間的經驗交流學習也是非常重要的，教師群體之間也應在教學改革的各個教學環節中共同努力，對教學大綱、教學內容、教學手段、實驗教學等方面的工作繼續不斷地交流經驗、互相修改完善，進一步為提高學科教學質量而努力。

3 充分發揮多媒體教學的作用和加強實驗實踐教學環節

通過將文字、圖形、圖像、聲音等多種媒體結合起來的多媒體教學模式是可以提高教學質量的有效手段之一[6]。多媒體教學能夠綜合處理多種可感知的信息媒體，如視覺、聽覺等，還可通過多媒體的各種動畫設計和模擬演示的變化過程，使教學演示生動而形象，讓傳統授課形式中枯燥無味的課堂變得活潑生趣，能夠大大激發學生的學習興趣并提升學生的學習效率。因此，教師應在教學過程中充分發揮現代教學手段的優勢，在教學內容以及教學方法兩個方面上都下功夫，結合多媒體教學來提高課堂教學的質量與效率。

實驗實踐在教學過程中也是非常重要的一個部分。在計算機科學技術飛速發展的今天，各種最新硬件領域的理論知識越來越趨于抽象，需要足夠的邏輯思維能力才能產生一定的理解，而一個優質的實驗環節能夠很好地進一步加深對知識概念的理解與運用。比如通過運算器實驗來說明計算機系統的算法和運算過程，通過存儲器的實驗來進一步說明計算機系統中的數據存取過程、講授存儲器在整個系統中作用，還有微程序及數據通信等實驗，通過分步拆解一步一步講解各個部件之間連接的總線的概念及其組織方式和數據通信的原理及過程等。因此，完善實驗設備和實驗環境，對課程的教學效果及學生動手能力和掌握能力的提升與培養都具有不可替代的作用[7]。實驗實踐教學課程的內容中既同時包含硬件和軟件兩大部分，也同時涵蓋并考驗學生對理論知識的理解與應用，因此可以說在整個計算機專業課程的學習進程中，實踐課程起到了將各版塊知識橋梁銜接、將理論知識框架內化運用的承前啟后作用。

對多媒體教學與實驗實踐教學的重視均源于對全面并優質地達到教學目的的需求。教師在教學過程中應通過理論與實際結合的方式，培養學生對計算機系統的實際分析、使用、開發能力，而所謂理論與實際結合的實現很大程度上就落在多媒體教學與實驗實踐等非傳統式單純理論授課的形式上。與此同時，教師也應鼓勵學生積極利用校園網或其他信息資源以及各種線上音像資源，培養學生的自學能力、知識獲取能力和創新能力，促使學生綜合素質的提高、創新精神的加強與興趣個性的發展，達到真正育才、立才的教學目的。

4 結語

隨著21世紀信息技術的飛速發展、計算機應用的日益普及、教學理念的逐步更新、教學手段的逐漸改善以及教學改革的不斷深入等變革，“計算機組成與結構”課程在講授內容、教學目標和教學方法等方面也應該持續不斷地進行更新、調整和改進。除了教學過程需要認真規劃和設計外，考核制度也應相應從概念記憶的理論型考核向實際知識應用的能力型考核轉變，這樣也能夠督促學生注重加強自身的知識理解和動手操作能力，進一步促進學生主動自覺學習。因此，在課堂教學的設計中，要通過授課內容、授課方式等多方面的改進與完善，有效突出學生的主體地位，不斷強化學生的知識理解內化效率、理論聯系實際的能力和創新能力。使教學體系在實踐中不斷探索、改革和提高，并培養出更多適應社會發展的綜合型人才。