摘要：文章總結(jié)了我校計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系在教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系中的課程特點(diǎn)，在傳統(tǒng)教學(xué)模式基礎(chǔ)上，對教學(xué)方法、教材選用、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)改革進(jìn)行闡述。該項(xiàng)改革取得了良好效果，提高了學(xué)生對計(jì)算機(jī)硬件課程的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的綜合能力。
　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；課程體系；教師團(tuán)隊(duì)；教學(xué)改革
　　
　　1　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系
　　
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系組又稱硬件組，普通高校計(jì)算機(jī)的學(xué)生對硬件課程都存在或多或少的抵觸心理，原因主要有3個(gè)：1)硬件課程比較抽象，不容易理解，不像軟件語言課程直觀；2)學(xué)生認(rèn)為計(jì)算機(jī)專業(yè)就是編程，學(xué)習(xí)硬件課程沒有用；3)硬件課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不容易建立和維護(hù)，導(dǎo)致相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)施時(shí)不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。針對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系在教學(xué)中存在的問題，我們按照課程先修順序、社會(huì)需求，以及從理論到應(yīng)用的順序，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系中的課程進(jìn)行合理安排。
　　
　　1.1　專業(yè)基礎(chǔ)必修課程
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系所涉及的專業(yè)必修課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)課程，通過這些課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握計(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理，并為計(jì)算機(jī)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。同時(shí)，我們也注意到，這些專業(yè)基礎(chǔ)課程理論性較強(qiáng)，內(nèi)容抽象、不易理解，課程大多開設(shè)在大學(xué)階段的前期。
　　數(shù)字邏輯電路是計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系的第一門課，該課程的學(xué)習(xí)目的是使學(xué)生掌握從數(shù)字系統(tǒng)到集成電路實(shí)現(xiàn)所需邏輯功能的整個(gè)過程的完整知識，作為必修課程，開設(shè)在大一第二學(xué)期。計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，本課程使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)原理的基本知識，為下一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)，并能對當(dāng)前計(jì)算機(jī)的最新研究、發(fā)展與應(yīng)用趨勢有一般性的了解，作為必修課程開設(shè)在大二第一學(xué)期。匯編語言課程是解決CPU級編程的問題，使學(xué)生掌握CPU級語言的特點(diǎn)、編程方法和基本技能，為深入學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件、軟件方面的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，作為必修課程開設(shè)在大二第二學(xué)期的上半學(xué)期。微機(jī)原理與接口技術(shù)課程以PC機(jī)及其兼容機(jī)中最常用的80×86系列為主線，講述微型計(jì)算機(jī)與接口的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，作為必修課程可與匯編語言并行開設(shè)在大二第二學(xué)期。這兩門課程安排在同一學(xué)期，有利于學(xué)生掌握。通過兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，學(xué)生對匯編語言的掌握和應(yīng)用，以及微機(jī)原理的接口應(yīng)用能力大大提高。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)講述計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，著重介紹軟、硬件功能分配以及如何最佳、最合理地實(shí)現(xiàn)軟、硬件功能分配，作為必修課程開設(shè)在大三第一學(xué)期。
　　
　　1.2　專業(yè)應(yīng)用選修課程
　　在大三第一學(xué)期結(jié)束后，學(xué)生已學(xué)完計(jì)算機(jī)專業(yè)硬件和軟件相關(guān)基礎(chǔ)課程，具有一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開發(fā)的能力。從大三第二學(xué)期開始，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系將面向計(jì)算機(jī)應(yīng)用開設(shè)兩門任選課程，它有利于學(xué)生就業(yè)，縮短學(xué)校到社會(huì)的過渡時(shí)間。
　　單片機(jī)原理及應(yīng)用課程以MC-51系列單片機(jī)為基礎(chǔ)介紹硬件和軟件的組成，以及程序設(shè)計(jì)技能。為將來步入微計(jì)算機(jī)的信息處理和測控系統(tǒng)領(lǐng)域的學(xué)生提供一個(gè)基礎(chǔ)平臺，作為任選課程開設(shè)在大三的第二學(xué)期。嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)課程使學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)技術(shù)，掌握其軟硬件設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力和經(jīng)驗(yàn)，建議作為任選課程開設(shè)在大四的第一學(xué)期。
　　
　　2　教師團(tuán)隊(duì)的建立
　　
　　為了提高教學(xué)質(zhì)量，提高教師教學(xué)水平，我們建立了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系教師團(tuán)隊(duì)，并為每門課程設(shè)置一名首席教師，并配備2～4名主講教師。教師團(tuán)隊(duì)建立后，每星期舉行一次教學(xué)活動(dòng)，提出授課中存在的問題，討論學(xué)生的接受能力，最后給出先修課程和后續(xù)課程的調(diào)整方案。實(shí)踐證明，教師團(tuán)隊(duì)的成立提高了教學(xué)質(zhì)量，受到廣大師生的好評，結(jié)合教學(xué)的相關(guān)教學(xué)教研項(xiàng)目逐漸增多。反過來，相應(yīng)的教改項(xiàng)目的實(shí)施又促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量，形成了教學(xué)效果的良性循環(huán)。
　　
　　3　教材的選擇
　　
　　眾所周知，教材直接影響教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系抽象、難懂，其課程教材的選用一直是我校計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中的一個(gè)重要問題。由于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生普遍認(rèn)為自己將來的就業(yè)方向是軟件開發(fā)，所以，不重視硬件課程體系中的課程。因此，如何有效選用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系的教材成為教學(xué)的一大難題。下面，我們以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例介紹教材的選擇。
　　
　　3.1　國內(nèi)外同類教材優(yōu)缺點(diǎn)
　　目前，國內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教材主要由國內(nèi)一些重點(diǎn)大學(xué)的專家編寫，教學(xué)對象為重點(diǎn)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生，同時(shí)，作為研究生的參考書。從近年我校以及我省其他普通本科院校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生使用上述教材的效果看，這些教材存在以下一些問題，如書中理論概念過多，部分內(nèi)容過時(shí)，對體系結(jié)構(gòu)新進(jìn)展介紹不多，上述問題導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果也不理想，不太適合普通二本院校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生使用。
　　
　　3.2　自編教材情況
　　為了改變計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)在普通二本院校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生中存在的上述問題，我們經(jīng)過調(diào)查論證、搜集素材，并與本省其他院校協(xié)商，結(jié)合授課教師切身體會(huì)以及學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)遇到的普遍性問題，編寫了適合普通二本院校本科生學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教材。
　　自編教材《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》2009年7月由清華大學(xué)出版社出版，該教材在遵循教育部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)大綱基礎(chǔ)上，采用“量化研究方法”，系統(tǒng)講述了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法，以及當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的主要進(jìn)展。摒棄了目前傳統(tǒng)教材中已經(jīng)過時(shí)的理論知識，精簡了授課內(nèi)容，突出了重點(diǎn)難點(diǎn)，較好地適應(yīng)了普通二本院校計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)需要。
　　該教材內(nèi)容編排大體是按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程，即馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)一改進(jìn)的馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)——非馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)這條線索。以經(jīng)典馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)(第2章)為基礎(chǔ)，介紹現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法以及和相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果，內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)(第3章)、存儲(chǔ)系統(tǒng)(第4章)、輸入輸出系統(tǒng)(第5章)、流水線技術(shù)(第6章)、并行處理機(jī)技術(shù)(第7章)，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)展(第8章)。
　　參加該教材編寫的人員來自不同本科院校，均為擔(dān)任計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的主講教師，該教材在著重論述體系結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)量化的分析方法，使學(xué)生能夠能更具體、實(shí)際地分析和理解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。教材內(nèi)容選擇上不再覆蓋整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而是重點(diǎn)論述現(xiàn)代大多數(shù)計(jì)算機(jī)都采用的比較成熟的思想、結(jié)構(gòu)和方法等，通過大量的實(shí)例分析，深入淺出地闡述計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所涉及的各個(gè)方面內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)上，強(qiáng)調(diào)從總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析這一角度來研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)等課程中所學(xué)的軟、硬件知識有機(jī)地結(jié)合起來，從而使學(xué)生建立起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的完整概念，教學(xué)效果良好。
　　
　　4　開放式的教學(xué)模式
　　
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，強(qiáng)調(diào)知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，傳統(tǒng)單一的課堂知識傳授已經(jīng)不能滿足學(xué)生的要求，而相關(guān)課程本身存在理論性強(qiáng)、抽象難懂的特點(diǎn)。所以，我們在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上提出開發(fā)式教學(xué)方式，以提高學(xué)生探究能力和學(xué)習(xí)興趣。開放式的教學(xué)模式主要包括以下4個(gè)方面內(nèi)容。
　　1)匯聚師生共同力量，提高現(xiàn)代化教學(xué)介質(zhì)課件的質(zhì)量。
　　傳統(tǒng)的課堂教育是教學(xué)模式的基礎(chǔ)，在首席教師主持下，發(fā)揮教師團(tuán)隊(duì)的力量，利用現(xiàn)代教育技術(shù)和信息技術(shù)，開發(fā)符合學(xué)生接受能力的高質(zhì)量教學(xué)課件。例如，通過動(dòng)畫形象生動(dòng)地演繹課程中抽象難懂的概念和原理。此外，發(fā)動(dòng)學(xué)生參與課程網(wǎng)站建設(shè)，在師生間建立互動(dòng)鏈，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。
　　2)根據(jù)先修課程內(nèi)容，實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)。
　　課程講授采用啟發(fā)式教學(xué)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系中的各門課程之間存在聯(lián)系，在授課過程中，我們要利用先修課程的內(nèi)容啟發(fā)當(dāng)前課程中的內(nèi)容，以便于學(xué)生理解，同時(shí)，提高學(xué)生的綜合能力。例如，講授計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中“指令集優(yōu)化”章節(jié)時(shí)，先讓大家回憶匯編語言中80×86型計(jì)算機(jī)的指令集的條數(shù)，然后，提出計(jì)算機(jī)的指令條數(shù)和格式如何確定，最后，層層深入，給出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)針對指令集研究的內(nèi)容和解決方法。又如，講授計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中操作碼優(yōu)化的章節(jié)時(shí)，結(jié)合數(shù)字邏輯電路中的邏輯設(shè)計(jì)，分析不同編碼方式的優(yōu)缺點(diǎn)和采用擴(kuò)展的Huffman編碼理由，以及計(jì)算機(jī)如何辨析不同的操作碼，以便加深學(xué)生理解。
　　3)開展多樣化教學(xué)方式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。
　　從提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，以課堂講授為主，采用學(xué)生講課、小組討論和專題報(bào)告等多樣化的教學(xué)方法。例如，針對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中現(xiàn)代非-馮，諾依曼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展，舉行專題報(bào)告，每個(gè)小組討論一種結(jié)構(gòu)，通過參閱各種參考資料和網(wǎng)上資源對所分配的專題開展自主學(xué)習(xí)、交流、討論和研究，最后，各小組分別進(jìn)行專題講座，多樣化的教學(xué)方式培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。
　　
　　5　加強(qiáng)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，與社會(huì)需求接軌
　　
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系的實(shí)踐性很強(qiáng)，實(shí)踐環(huán)節(jié)是整個(gè)教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，也是學(xué)生對理論知識進(jìn)行內(nèi)化和升華的重要手段。然而，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系所要求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不易建立和維護(hù)，實(shí)驗(yàn)題目不易選取。因此，大多數(shù)高校計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的實(shí)踐流于形式，不能真正提高學(xué)生綜合能力和利用所學(xué)理論知識解決實(shí)際問題的實(shí)踐動(dòng)手能力，也不能培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的自主開發(fā)的創(chuàng)新能力。針對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系實(shí)踐環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，我們給出以下幾點(diǎn)建議。
　　1)調(diào)整驗(yàn)證性與綜合性和開發(fā)性實(shí)驗(yàn)比例。
　　增加綜合性和開發(fā)性實(shí)驗(yàn)的比例。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系中的所有課程都有實(shí)驗(yàn)課，而大多數(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合性和開發(fā)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比例較少。在實(shí)驗(yàn)過程中，由于驗(yàn)證性試驗(yàn)的軟件和硬件為現(xiàn)成的，學(xué)生不能進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，同時(shí)，又沒有能力進(jìn)行軟件的編寫，大部分學(xué)生將實(shí)驗(yàn)當(dāng)做任務(wù)來完成，創(chuàng)新能力得不到發(fā)揮。因此，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們要加大綜合性和開發(fā)性實(shí)驗(yàn)的比例，最大程度地發(fā)揮學(xué)生自己的能動(dòng)性。
　　2)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，選取實(shí)際對象作為項(xiàng)目來源。
　　增加綜合性和開發(fā)性實(shí)驗(yàn)的比例必須有適合學(xué)生開發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如果實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過難，學(xué)生將失去做實(shí)驗(yàn)的信心；如果實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏容易，實(shí)驗(yàn)就失去了其綜合性和開發(fā)性的本質(zhì)；因此，項(xiàng)目應(yīng)來源于生產(chǎn)活動(dòng)，是相對完整和相對獨(dú)立的事件，與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程或現(xiàn)實(shí)使用有直接的關(guān)系，具有一定的應(yīng)用性。例如，設(shè)置單片機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目——“聲控?zé)簟?，既能將理論知識和實(shí)踐技能結(jié)合在一起，又能調(diào)動(dòng)學(xué)生解決問題的興趣。
　　3)以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮教師的協(xié)助作用。
　　在教學(xué)過程中，要充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新精神，讓學(xué)生根據(jù)自身行為的信息來實(shí)現(xiàn)自我反饋，同時(shí)，也不能忽略教師的指導(dǎo)作用。例如，在項(xiàng)目的選取上，師生要共同參與，教師要啟發(fā)學(xué)生去主動(dòng)發(fā)現(xiàn)身邊的素材，選擇難度適合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
　　
　　6　結(jié)語
　　
　　通過兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，我校計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果，首先，從學(xué)生角度看，將計(jì)算機(jī)底層的硬件基礎(chǔ)課放在大學(xué)生在校教育的前期，有利于學(xué)生掌握基本原理和基本知識；應(yīng)用性強(qiáng)的課程放在后期，有利于學(xué)生與社會(huì)需求的接軌。其次，從教師角度看，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程體系的教師組織起來建立教師團(tuán)隊(duì)，有利于教學(xué)效果的提高，便于教改活動(dòng)的組織。適當(dāng)?shù)慕滩倪x取，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)，優(yōu)質(zhì)的教學(xué)課件和多形式的教學(xué)模式，將課堂教學(xué)變得生動(dòng)、形象，把過去的“重教輕學(xué)”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)向“師生互動(dòng)”的教學(xué)模式。將學(xué)生被動(dòng)聽講的課堂變?yōu)楣膭?lì)學(xué)生主動(dòng)參與討論，引導(dǎo)學(xué)生積極探索，以提高學(xué)生素質(zhì)。最后，實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革能使學(xué)生將硬件課程內(nèi)容融會(huì)貫通，合理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
　　
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