《計算機組成原理》課程中“DMA方式”知識點的教學設計

智愛娟　劉雅琴　侯鳳云

摘要：教學設計是為了提高教學效率和教學質量，根據課程標準的要求和教學對象的特點，將教學諸要素有序安排，形成教學方案的設想和計劃。本文通過對教材和學情的分析，從學什么，為什么學，如何學三方面探討了《計算機組成原理》課程“DMA方式”一節的教學設計，利用該教學設計形成的教學方案在河南省教育系統教學技能競賽中得到了學生和同行的好評。

關鍵詞：教學設計;DMA方式;教學目標;教學案例

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）12-0170-02

1 引言

美國教育家加涅（R.M.Gagne）1988年在《教學設計原理》中提出：教學設計是一個系統化（systematic）規劃教學系統的過程。教學設計要從“為什么學”入手，確定“學什么”“如何學”，最后通過對學習效果的評價，修正各個教學環節，最終力求獲得最佳的教學效果。

《計算機組成原理》是我校信息技術學院計算機科學與技術專業、物聯網工程專業和網絡工程專業的一門專業基礎課程，主要講述計算機五大部件的內部結構及工作原理。課程內容枯燥乏味、抽象難懂。因此，教師在課前要針對學生情況對講述的知識進行教學設計，化難為易、循序漸進引導學生進入知識環境，將抽象知識具體化，激發學生產生興趣，共同完成教學任務。本文以“DMA方式”為例探討教學設計的方法。

2 “DMA方式”教學設計

2.1 教材分析和學情分析

1）教材分析

本節課內容選自高等教育出版社出版的《計算機組成原理（第2版）》（唐碩飛編著）中的第5章輸入輸出系統的第6節。在講授本節課之前學生剛學習了程序中斷方式接口電路的基本組成，以及程序中斷方式下主機和外部設備傳輸數據的原理，為本節課的學習奠定了基礎。本節課是繼續講述DMA接口電路的基本組成以及DMA的工作過程的基礎，也對后續課程《微機原理與接口技術》中8259DMAC的理解和編程應用起著知識鋪墊的作用。

2）學情分析

《計算機組成原理》是計算機科學與技術學科的一門核心專業基礎課，本節課的學習對象為2018級計算機科學與技術專業的本科生。本班學生在之前已經完成了培養計劃中規定的如下課程的學習：大學物理、高級語言程序設計、電子技術、匯編語言程序設計等。目前學生的專業知識、基礎知識和人文素養基礎都比較扎實，具備學好本課程的知識和能力;同時，本課程作為必修課和考研課，學生對本課程學習的積極性和主動性也較強，有助于對于本課程知識的理解和掌握。

2.2 教學內容、教學重點和難點

根據對教材和學生情況的分析，確定本節課的教學內容及教學重點、難點，教師在此過程中明確學生要“學什么”的問題。

1）教學內容

① DMA的概念。

② DMA方式的特點。

③ DMAC與CPU共享主存的方法（即DMA與主存交換數據的方法）。

④ CPU出讓總線使用權的時間。

2）教學重點

① DMA方式的特點。

② DMAC與CPU共享主存的方法（即DMA與主存交換數據的方法）。

③ CPU出讓總線使用權的時間。

3）教學難點

① DMA方式的特點。

② DMAC與CPU共享主存的方法（即DMA與主存交換數據的方法）。

2.3 教學目標

基于對學情和教材的分析，根據本節課是教學內容、教學的難點和重點確定知識、能力和情感態度三維教學目標，在此過程中教師明確學生“為什么要學”的問題。

1）知識目標

通過學習，使學生能夠掌握DMA的概念、DMA方式的特點、CPU和DMA接口共享主存的方法以及DMA方式下CPU出讓總線使用權的時間。

2）能力目標

① 通過學習，使學生能夠理解高速外設為什么要采用DMA方式與主機傳輸數據？

② 通過學習，使學生能夠理解和掌握DMA方式下外設和主機進行數據傳輸的特點。

③ 通過學習，使學生能夠掌握DMA方式下接口和CPU共享主存的3種方法，以及各自的使用場合。

④ 通過學習，使學生能夠理解DMA方式下CPU出讓總線使用權的時間。

3）情感態度目標

① 使學生感受DMA技術在現代計算機的最新應用，享受跟隨時代的喜悅。

② 培養學生探索求知、激發獨立思考、主動獲取新知識的學習習慣。

2.4 “DMA方式”教學設計

本節課的教學內容主要以理解和記憶為主，數據在高速外設和主存間的傳輸過程在計算機運行過程中無法直觀地看到，內容既抽象，又難以理解。因此，一開始教師利用現代多媒體手段，通過動畫演示“中斷方式下主機和外設通信過程”說明在外設速度較高時存在的問題，之后帶領學生探求解決問題的思路和方法。在50分鐘的時間內采用PPT和板書相結合的方式，將抽象問題具體化，方便學生理解和記憶。教學設計包括教學過程設計和板書設計兩部分，在此過程中明確教師怎樣主導，學生“怎么學”的問題。

1）教學過程設計

教學過程設計包括教學過程、內容及時間分配、各環節采用的具體教學方法和手段等，具體設計過程如表1。

為了考查本節課的教學效果，布置了作業1和作業2：作業1的第27、28題是問答題，主要考查學生對“DMA特點”和“CPU對總線使用權出讓時間”的掌握情況;第30題是畫圖題，主要考查學生對“CPU和DMAC共享主存的方法”的掌握情況。作業2是選擇題和判斷題，主要考查學生對本節課的一些知識細節的掌握情況。

2）板書設計

由于教室黑板較小，授課內容在PPT上基本上都有顯示，而且重點也有不同顏色標識，故采用提綱挈領式板書設計，僅保留節標題和主要內容的標題。

3 結束語

《計算機組成原理》課程的教學內容抽象、難懂，因此，為了提高教學效率和教學質量，教師在教學過程中就要根據課程教學大綱和培養方案的要求，以及教學對象的特點，將教學諸要素進行合理、有序安排，形成合適的教學設計方案。本文從教材分析、學情分析、教學目標、教學內容和重難點、教學設計五方面詳細探討了《計算機組成原理》課程“DMA方式”一節的教學設計，使教師在備課過程中明確學生“學什么”“為什么學”，“如何學”的問題，利用該教學設計形成的教學方案，通過課堂教學過程的實踐取得了良好的教學效果，得到了學生和同行的好評。

參考文獻：

[1]《物理通報》資料室. 教學設計定義及特征[J].物理通報.2018（10）：6.

[2] 劉雅琴.《微機原理與接口技術》課程說課設計——以“存儲器容量的字擴充”為例[J].電腦知識與技術，2020，16（8）：120-126.

[3] 唐朔飛.計算機組成原理 [M].2版.北京：高等教育出版社，2008.

[4] 王愛英.計算機組成與結構[M].5版.北京：清華大學出版社，2013.

[5] 包健，馮建文，章復嘉.計算機組成原理與系統結構[M].北京：高等教育出版社，2009.

[6] 加涅.教學設計原理[M]. 王小明， 譯. 上海：華東師范大學出版社，2007.

[7] 劉琳，陳曉慧.對教學設計研究方法的探討[J].現代教育技術，2010，20（7）：18-20.

[8] 劉美鳳，康翠，董麗麗.教學設計研究：學科的視角[M].北京：北京師范大學出版社，2018.

【通聯編輯：王力】