计算机组成原理课程教学改革

摘 要： 根据实际的教学经验,分析了计算机组成原理课程在课堂教学和实验教学中的难点,从教学方法和教学手段两个方面对该门课程的教学提出了一些改革措施,并提出通过增加实践环节等方法培养学生对硬件的动手能力和和创新能力.该教学改革措施实施后,取得了较好的教学效果.

关 键 词 ： 硬件； 教学改革； 实践教学； 课堂教学

中图分类号：G642 文献标志码：B 文章编号：1006-8228（2013）07-60-02

0 引言

计算机组成原理是计算机科学与技术专业一门核心课程,通过学习该课程,学生可以了解计算机硬件的基本组成及其工作原理,在此基础上掌握计算机的工作过程及其各部分硬件之间的联系,最终建立起整机的概念,该课程能为学生学习其他硬件课程奠定一定的基础,也能为学生进行硬件系统的分析和开发奠定一定的理论基础.但在讲授该课程的过程中,存在着很多实际问题,本文首先分析了该课程教学过程中存在的一些问题,并对该课程的教学改革进行了讨论.

1.教学过程中存在的问题

计算机组成原理已经纳入了计算机专业考研的科目,它的课程地位越来越重要,但是教学过程中存在着许多实际问题.学生学习兴趣不大,感觉枯燥乏味,以至于课堂气氛不够活跃,学习效率不高.我们经过课后对学生进行调查,从几个方面总结出问题存在的主要根源.

1.1 理论知识多,教学内容比较抽象

计算机组成原理的内容主要是各硬件部分的工作原理以及计算机的工作过程,理论知识点多,基本概念多,所以学生学了以后印象还是一些文字的描述,而没有深入地理解.而且随着计算机技术和电子技术的飞速发展,计算机内部结构日趋复杂、庞大和高度集成化,这就更显计算机组成原理课程知识面广、内容多、更新快的特点,学生普遍感到这门课程难学、概念抽象、感性认识差[1].

1.2 学生硬件基础较差

计算机组成原理的先行课程是数字电子技术和模拟电子技术,很多学生没有学好这两门课以至于在计算机组成原理课讲到相关内容时什么都听不懂.比如,将存储器与CPU连接时,涉及到译码器[2],许多学生就不懂译码器.所以由于学生的硬件基础差,加上对先行课程的相关知识没有掌握好,导致学习积极性下降.

1.3 实践环节少且薄弱

计算机组成原理是一门理论性比较强的课程,在讲授的过程中只安排了少量的课时用于实验,而在实验中也是验证性的实验比较多,一般是根据给定的实验步骤验证结果是否正确.比如运算器的实验,根据输入结果,来看输出结果是否正确,很少有学生去研究其中的原理,所以这样的实验对学生并没有起到真正的实践作用.

1.4 学生对课程的重要性认识不够

学生中普遍存在对硬件课程认识不足的问题.有的学生认为自己想往软件编程方向发展,只需掌握编程语言即可,有的学生认为硬件课程应用性不强,没有多大的必要性去学习,甚至认为硬件课程是可有可无的.

除了上述的问题,还有一个所有课程当中普遍存在的问题,就是上课时教师与学生的互动较少,这在一定程度上造成了教师主动,学生被动的现象.根据以上分析,本人认为可以从教学方法和教学手段入手对该门课程的教学进行改革.

2.教学方法的改革

为了提高学生学习效率和学习的积极性,可以从以下几个方面来对教学方法进行改革.

2.1 精选教材,合理安排教学内容

要学好一门课程,教材的选用非常重要,教材的内容要能跟上当今的形势,反映最新的发展动态和最新的技术知识[3].我们选用了唐朔飞编著、高等教育出版社出版的计算机组成原理.该教材既强调基本概念和基础知识,又注意与实际应用相结合,并且对许多新技术和新的发展方向作了不同程度的介绍.在精选主教材的同时,为学生推荐辅助教材,如清华大学出版社王爱英主编的计算机组成与结构,电子工业出版社罗克露主编的计算机组成原理等等并引导其阅读.使学生们能在学习主教材内容的同时适当阅读辅助参考资料,通过参考资料的学习,进一步加深对教材内容的理解,更全面、更透彻地掌握相关知识.

教学内容组织围绕着存储器、运算器、控制器、输入系统、输出系统五大模块内容为主线,以其组成结构、工作原理、组织方式、性能设计、实现方法为重点,分类讲解各个部件的知识点.讲解各部件时也应把与相关部件的联系不断提出,使得各部件不是孤立的东西,不仅让学生知道单个部件的作用和地位,而且还要知道与其他部件在总体结构上的联系.以各个模块知识单元内在逻辑关系为纽带组成一个完整的知识网络,使学生可以从整体把握该课程的知识结构.在教学内容编排上应该抓住重点,详略得当,对重点和难点作出分析和讲解.

在教学过程的每一环节,应注意介绍技术发展最新动向,补充一些当前最新的技术知识和新型元器件的介绍,拓展学生的知识面.如：在讲解主存时,可以补充一些与当前流行的计算机内存的相关知识,如 DDRII、DDRIII等；在讲解处理器时加入市面上流行的奔腾双核、酷睿2双核、酷睿4双核等技术简介[4],让学生在学习理论知识的同时也学到一些与实践和应用相关的知识,这样可以提高学生的学习兴趣,产生较好的教学效果.

2.2 采用多种教学方法,提高学生学习兴趣

第一,采用启发式教学法.在教学过程中教师尽可能地设计一些问题情境,引导学生积极思考.例如,讲解总线控制时可以提问：总线上连接着多个部件,什么时候由哪个部件发送信息,如何给信息传送定时,如何防止信息丢失,如何避免多个部件同时发送等.在讲解存储器的层次结构时,可以先提问：存储器为什么要分这些层次,计算机如何管理这些层次[3].在讲解各个部件时都应该多提一些相关问题,这样能让学生自己去思考解决问题的方法,而且留有深刻的印象.

第二,运用类比法进行教学.类比是人脑把一些事物和现象放在一起进行比较的过程.在讲课时运用类比法可以加深学生对知识的理解和巩固.如学习数据总线、地址总线和控制总线时,都有总线宽度、总线带宽等性能指标.在介绍存储器的分类时,主存储器、辅助存储器、缓冲存储器等都有其组成方式和工作原理.从整机结构上看,如存储器、处理器、外部设备等在内容上也都有很多相似的地方.通过类别方法可以发现各个部件之间的区别和联系,这样会进一步加深学生对教学内容的理解和掌握. 第三,采用参与式教学法.在授课过程中,可以在课前事先设计一些问题并让学生预先思考,把学生分成若干学习小组,在课上围绕这些问题展开互动讨论,所有小组对这些问题的结果达成一致后,由每个小组推选出一名代表将解答结果提出来,请其他小组提出意见和不同观点,最后由教师将所有的观点进行概括总结.这样,不仅能够充分发挥学生的自主性、创造性和积极性,而且使教师和学生之间形成了良性互动,从而最大限度地调动学生的主动性,营造出积极、和谐的课堂教学气氛.

2.3 突出实际动手能力,加强实践性环节

计算机组成原理是一门技术性和实践性都很强的课程,因此,在教学过程中应该注重提高学生的实际动手能力,加强实践性教学,实验项目的设置要合理,“计算机组成原理实验”课程的内容应该涵盖课程的重点内容,同时具有一定的灵活性,学生可以在简单模型机设计的基础上,根据自己的要求重新设计.实验内容应以验证性实验为主,减少不必要的演示性,适当添加设计性和综合性实验.验证性实验是通过让学生自己动手完成各基本单元的连接并验证,训练学生掌握实验方法,掌握仪器和设备的正确使用技能,理解实验所用芯片的功能和特征[5].设计性实验在实验过程中只给出实验任务、要求及设备如何连接,由学生自行设计实验方案,独立完成,目的是训练学生独立的实验能力和分析能力.综合性实验主要让学生自己开动脑筋,自行设计各种部件,培养学生部件综合设计能力和科学研究能力[6].在实际操作过程,应提前布置实验内容,让学生提前查阅资料,了解相关内容,并对实验进行设计,这样在学生在实验过程中就会有更多的积极性；要给予更多的指导,及时解决实验中出现的情况和问题.最后,所有实验做完后都要学生提交实验报告,要求准确记录实验数据,写出实验步骤、结果、收获、体会和建议,这不仅是学生对实验的分析与总结,也是帮助教师发现问题,解决问题,并改进教学方法的重要手段.

通过这些实践环节不仅能够使学生的知识结构得到提升,而且有利于发挥学生的主动性与创造性,丰富了实践教学内容,提高了实践操作能力.

2.4 利用现代化教学手段,提高教学效率

计算机组成原理课程中很多概念都比较抽象或难懂,而且许多工作过程都发生在芯片内部,既看不见也摸不着,如果单纯通过教师的口述讲解和板书图解进行教学,学生很难理解.如果借助多媒体课件,利用计算机动态演示各部件的数据流、控制流以及工作时序等信息,把高度抽象的知识和工作流程真实而直观地显示出来,就可以使得学生耳目一新,既增加了学习乐趣,也容易掌握所学知识.此外,进行网络课程建设也是改进教学的重要手段.通过网络平台,学生可以下载教师授课内容、教案及视频；查阅需要的论文或书籍；可以提交作业；与其他学生或教师进行在线交流、探讨等等.网络课程是对课堂教学内容的扩展和补充,通过这种方式丰富了教学形式,提高了教学效率,能获得较好的教学效果.

3.结束语

计算机组成原理课程的教学改革是计算机科学与技术专业的发展面临的一项长期而艰巨的任务,需要长期地研究、探索和实践,本文通过仔细分析该门课程在课堂教学和实践教学中存在的问题,提出了一些改革措施,通过激发学生对硬件的兴趣,提高学生的创新能力,使本课程的教学效果得到了一定程度的改善和提高.但是学生对硬件的创新能力还表现较弱,所以在教学中更需要我们突破系统的教学方法,注意教学策略,进行深入的教学改革,最终培养出适应当今社会发展的高素质计算机应用型人才.