计算机组成原理课程的教学改革与实践

【摘 要】针对计算机组成原理课程的特点,结合作者的教学经验,从教学内容的组织、教学方法、教学手段和实践教学环节等角度出发,对计算机组成原理课程的教学改革与实践进行阐述.

【关 键 词】计算机组成原理；教学改革；教学内容；教学方法；教学手段；实践教学

1.引言

计算机组成原理课程是计算机科学与技术、软件工程等相关本科专业的主干核心课程,该课程比较全面的阐述计算机硬件系统的组成结构和工作原理,学生通过本课程的系统学习,能够较好的掌握计算机系统的工作过程,建立起完整的计算机系统框架知识,为其他后继课程的学习打下良好的基础；同时自2009年开始,全国硕士研究生统一入学考试中计算机组成原理课程被列为计算机学科专业基础综合的必考科目之一.而且,随着电子技术和计算技术的飞速发展,计算机组成原理课程的内容也不能一成不变,只有保证课程教学内容与新技术、新知识的一致性,才能确保教学效果的优秀性.因此教师在教学的过程当中,如何对计算机组成原理课程在教学内容、教学方法及手段等方面进行改革,以提高教学效果和教学质量,使它跟上计算机技术的发展,是我们必须探索的课题.

2.教学改革与实践

2.1、合理的组织教学内容

各个学校的定位不同,学生基础有别,因此应根据课程设置和学生的实际情况制定合适的教学大纲,合理的安排教学内容.根据我院的实际情况,我们选择科学出版社出版白中英主编的《计算机组成原理》（第四版.立体化教材）或高等教育出版社出版唐朔飞主编的《计算机组成原理》（第2版）作为授课用的教材,在内容安排时把重点放在数据的表示和运算、存储器层次结构、指令系统、时序控制方式、处理器、总线原理、输入输出（I/O）系统的工作原理上,这些内容的安排既和本课程考研大纲的要求一致,又能构成本课程完整的知识体系.同时,教师在教学的过程中要注意三个方面的内容：（1）本课程具有涉及面广、抽象性强和学习难度大的特点,因此教师在每节课上课前都应先做进行精心的准备,确保每节课的重点、难点突出,清晰的阐述基本理论知识,对于重点内容力争讲深、讲透；（2）本课程以其先导课程计算机导论、程序设计、电子电路、汇编语言和逻辑电路等为基础对计算机专业知识进行拓展,它与其先导课程的内容有着密切的关系,因此在授课的过程中应注意它和这些课程的融合和联系；（3）在讲授基本原理的过程中,注意融入计算机发展的新技术和新动向,注重基础理论与先进技术的融合,使得本课程内容既符合计算机技术的发展潮流,又具有专业基础课的相对稳定性.

2.2、采用多种教学方法和教学手段

计算机组成原理课程内容多、难度大,很多工作过程都发生在芯片内部,既看不见也摸不着,内容很抽象,而且时序图和电路图也非常多,因此有些学生因为课程难度太大而失去学习的兴趣,甚至产生畏学或厌学的心理.为此我们在本课程教学改革的研究中,应该注重改进教学方法、实验方式、教学辅导方式,采用多种教学方法及充分使用多种教学手段以保障对该课程教学的需求,在提高教学质量的同时,提高学生学习的积极性.

（1）采用启发式教学法提高学生的注意力

计算机学科的知识体系是一个动态变化的知识体系,对于计算机组成原理这门课,在教学的过程中,启发学生充分思考计算机硬件系统发展不同阶段的需求、基本背景和应解决的问题,远比直接的知识灌输重要得多.启发式教学法是指在课堂上激发学生思考问题,然后引导学生提出问题,又引导学生去思考如何解决这些问题的教学方法,它可以由一问一答、一讲一练的形式来体现,也可以通过教师的生动讲述使学生产生联想,留下深刻的印象而实现.例如,针对存储器这一章,存储器的设计是一个重点的内容,对于存储器的设计,教师可以这样对学生进行启发：1）单个芯片的容量很小,而计算机中的内存容量很大,能否用多个存储芯片构成一个存储器?2）若能,需要解决什么问题?3）地址线、数据线、片选信号等问题又该如何解决?4）解决上述问题,存储器内部的芯片应如何排列?5）CPU是如何使用组合后的存储器的?通过对上述问题的提出和解答引导学生进行积极思考,使其参与其中,从而实现观点的撞击.

（2）突出多媒体教学的核心地位

计算机组成原理课程的内容具有较强抽象性,授课的过程当中有很多知识点的讲授如存储器的组成、指令的执行过程、微程序控制器等需要一些辅助的图示才能讲解清楚,而这些图在黑板上用手画出来将占用比较多的课堂时间,因此现在许多教师都普遍采用多媒体教室授课来代替普通教室传统的黑板授课.电子教案应力求从静态为主的幻灯片方式变为动态演示为主的多媒体课件,用形象的动画在大屏幕上展示抽象的原理和算法的实现过程,可以使学生寓教于乐,极大的改善课程中枯燥、抽象难懂部分的教学效果,既能提高课堂效率,又能吸引学生的注意力.

（3）突出网络教学的重要性

提高教学质量不仅要充分利用上课时间,而且也要发挥现有课外资源让课堂效果持续增长.这方面我们主要利用我校局域网上提供的“天空教室”教学平台.将自己精心准备的课件、学习资料、相关的教学视频等上传到该平台,以方便学生下载来学习.另外,还可以通过该平台布置在线作业和在线批改作业、在线答疑或者针对某个问题设置一些讨论组进行讨论等,及时了解学生反馈的信息.通过网络教学平台改变了传统的师生交流方式,实现网络化的教学互动,可以提高教学效率,极大地提高教学质量,并获得了良好的教学反馈.

2.3、适当的设置习题

针对计算机组成原理课程抽象难懂的这一特点,适当的做一些习题使学生加深课本基本知识的理解和巩固所学的知识都有很大的帮助.教师在设置习题时应遵循验证所学、启发思考的选题思路.习题一般有两类：一是针对理论课教学中一些比较抽象的、易混淆的基本概念和基本原理而设计的习题；二是针对基本理论的操作和应用而设置的习题.对于习题完成情况的检查,可以让学生先独立完成后教师批改,然后根据批改的结果进行适当的讲解；也可以根据具体情况组织学生进行讨论,这种讨论可以在课堂上进行,也可以通过网络教学平台进行.在讨论的过程中会不断有多钟解决方案的提出、已有问题的解决及新问题的产生,学生的独立思考能力就能得到锻炼和提高.通过了解学生的对习题的完成情况,教师可以及时的发现教学中的问题,采取适当的补救方法,以提高教学效果.

2.4、加强实践教学环节

计算机组成原理是一门理论性比较强的课程,但其实践性亦不容忽视,通过实践教学环节提高学生分析问题、解决问题的能力.本课程的实践教学环节可分为基础验证型实验、设计应用型实验和综合设计型实验三个层次.

基础验证型实验是通过实验让学生验证各单元模块的工作过程,其目的是让学生掌握实验系统单元模块的内部结构及相关电子芯片的基本逻辑,理解单元模块的工作原理,其内容包括运算器、存储器、总线传输和微程序控制器等,这些实验内容涉及课程的相关知识点,通过实验验证加深学生对课堂基本教学内容的理解.根据我院学生的情况,我们把重点放在基础验证型实验上,对这类实验要求所有的学生必须完成,而对于设计应用型实验和综合设计型实验有能力的学生可以在已经完成第一类实验的情况下选做,不做统一的要求.

3.结束语

计算机组成原理课程的教学改革需要长期的研究探索和实践,是一个逐步深化的长期过程.在计算机技术不断发展的今天,计算机组成原理课程的教学仍然还有很多工作要我们去研究和实践,只有不断探索、不断总结才能有效地提高教学质量,满足学生不断增长的求知需要.