王曉麗

摘 要： 根據實際的教學經驗，分析了計算機組成原理課程在課堂教學和實驗教學中的難點，從教學方法和教學手段兩個方面對該門課程的教學提出了一些改革措施，并提出通過增加實踐環(huán)節(jié)等方法培養(yǎng)學生對硬件的動手能力和和創(chuàng)新能力。該教學改革措施實施后，取得了較好的教學效果。

關鍵詞： 硬件； 教學改革； 實踐教學； 課堂教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：B 文章編號：1006-8228（2013）07-60-02

0 引言

計算機組成原理是計算機科學與技術專業(yè)一門核心課程，通過學習該課程，學生可以了解計算機硬件的基本組成及其工作原理，在此基礎上掌握計算機的工作過程及其各部分硬件之間的聯(lián)系，最終建立起整機的概念，該課程能為學生學習其他硬件課程奠定一定的基礎，也能為學生進行硬件系統(tǒng)的分析和開發(fā)奠定一定的理論基礎。但在講授該課程的過程中，存在著很多實際問題，本文首先分析了該課程教學過程中存在的一些問題，并對該課程的教學改革進行了討論。

1 教學過程中存在的問題

計算機組成原理已經納入了計算機專業(yè)考研的科目，它的課程地位越來越重要，但是教學過程中存在著許多實際問題。學生學習興趣不大，感覺枯燥乏味，以至于課堂氣氛不夠活躍，學習效率不高。我們經過課后對學生進行調查，從幾個方面總結出問題存在的主要根源。

1.1 理論知識多，教學內容比較抽象

計算機組成原理的內容主要是各硬件部分的工作原理以及計算機的工作過程，理論知識點多，基本概念多，所以學生學了以后印象還是一些文字的描述，而沒有深入地理解。而且隨著計算機技術和電子技術的飛速發(fā)展，計算機內部結構日趨復雜、龐大和高度集成化，這就更顯計算機組成原理課程知識面廣、內容多、更新快的特點，學生普遍感到這門課程難學、概念抽象、感性認識差[1]。

1.2 學生硬件基礎較差

計算機組成原理的先行課程是數字電子技術和模擬電子技術，很多學生沒有學好這兩門課以至于在計算機組成原理課講到相關內容時什么都聽不懂。比如，將存儲器與CPU連接時，涉及到譯碼器[2]，許多學生就不懂譯碼器。所以由于學生的硬件基礎差，加上對先行課程的相關知識沒有掌握好，導致學習積極性下降。

1.3 實踐環(huán)節(jié)少且薄弱

計算機組成原理是一門理論性比較強的課程，在講授的過程中只安排了少量的課時用于實驗，而在實驗中也是驗證性的實驗比較多，一般是根據給定的實驗步驟驗證結果是否正確。比如運算器的實驗，根據輸入結果，來看輸出結果是否正確，很少有學生去研究其中的原理，所以這樣的實驗對學生并沒有起到真正的實踐作用。

1.4 學生對課程的重要性認識不夠

學生中普遍存在對硬件課程認識不足的問題。有的學生認為自己想往軟件編程方向發(fā)展，只需掌握編程語言即可，有的學生認為硬件課程應用性不強，沒有多大的必要性去學習，甚至認為硬件課程是可有可無的。

除了上述的問題，還有一個所有課程當中普遍存在的問題，就是上課時教師與學生的互動較少，這在一定程度上造成了教師主動，學生被動的現(xiàn)象。根據以上分析，本人認為可以從教學方法和教學手段入手對該門課程的教學進行改革。

2 教學方法的改革

為了提高學生學習效率和學習的積極性，可以從以下幾個方面來對教學方法進行改革。

2.1 精選教材，合理安排教學內容

要學好一門課程，教材的選用非常重要，教材的內容要能跟上當今的形勢，反映最新的發(fā)展動態(tài)和最新的技術知識[3]。我們選用了唐朔飛編著、高等教育出版社出版的計算機組成原理。該教材既強調基本概念和基礎知識，又注意與實際應用相結合，并且對許多新技術和新的發(fā)展方向作了不同程度的介紹。在精選主教材的同時，為學生推薦輔助教材，如清華大學出版社王愛英主編的計算機組成與結構，電子工業(yè)出版社羅克露主編的計算機組成原理等等并引導其閱讀。使學生們能在學習主教材內容的同時適當閱讀輔助參考資料，通過參考資料的學習，進一步加深對教材內容的理解，更全面、更透徹地掌握相關知識。

教學內容組織圍繞著存儲器、運算器、控制器、輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)五大模塊內容為主線，以其組成結構、工作原理、組織方式、性能設計、實現(xiàn)方法為重點，分類講解各個部件的知識點。講解各部件時也應把與相關部件的聯(lián)系不斷提出，使得各部件不是孤立的東西，不僅讓學生知道單個部件的作用和地位，而且還要知道與其他部件在總體結構上的聯(lián)系。以各個模塊知識單元內在邏輯關系為紐帶組成一個完整的知識網絡，使學生可以從整體把握該課程的知識結構。在教學內容編排上應該抓住重點，詳略得當，對重點和難點作出分析和講解。

在教學過程的每一環(huán)節(jié)，應注意介紹技術發(fā)展最新動向，補充一些當前最新的技術知識和新型元器件的介紹，拓展學生的知識面。如：在講解主存時，可以補充一些與當前流行的計算機內存的相關知識，如 DDRII、DDRIII等；在講解中央處理器時加入市面上流行的奔騰雙核、酷睿2雙核、酷睿4雙核等技術簡介[4]，讓學生在學習理論知識的同時也學到一些與實踐和應用相關的知識，這樣可以提高學生的學習興趣，產生較好的教學效果。

2.2 采用多種教學方法，提高學生學習興趣

第一，采用啟發(fā)式教學法。在教學過程中教師盡可能地設計一些問題情境，引導學生積極思考。例如，講解總線控制時可以提問：總線上連接著多個部件，什么時候由哪個部件發(fā)送信息，如何給信息傳送定時，如何防止信息丟失，如何避免多個部件同時發(fā)送等。在講解存儲器的層次結構時，可以先提問：存儲器為什么要分這些層次，計算機如何管理這些層次[3]。在講解各個部件時都應該多提一些相關問題，這樣能讓學生自己去思考解決問題的方法，而且留有深刻的印象。

第二，運用類比法進行教學。類比是人腦把一些事物和現(xiàn)象放在一起進行比較的過程。在講課時運用類比法可以加深學生對知識的理解和鞏固。如學習數據總線、地址總線和控制總線時，都有總線寬度、總線帶寬等性能指標。在介紹存儲器的分類時，主存儲器、輔助存儲器、緩沖存儲器等都有其組成方式和工作原理。從整機結構上看，如存儲器、中央處理器、外部設備等在內容上也都有很多相似的地方。通過類別方法可以發(fā)現(xiàn)各個部件之間的區(qū)別和聯(lián)系，這樣會進一步加深學生對教學內容的理解和掌握。

第三，采用參與式教學法。在授課過程中，可以在課前事先設計一些問題并讓學生預先思考，把學生分成若干學習小組，在課上圍繞這些問題展開互動討論，所有小組對這些問題的結果達成一致后，由每個小組推選出一名代表將解答結果提出來，請其他小組提出意見和不同觀點，最后由教師將所有的觀點進行概括總結。這樣，不僅能夠充分發(fā)揮學生的自主性、創(chuàng)造性和積極性，而且使教師和學生之間形成了良性互動，從而最大限度地調動學生的主動性，營造出積極、和諧的課堂教學氣氛。

2.3 突出實際動手能力，加強實踐性環(huán)節(jié)

計算機組成原理是一門技術性和實踐性都很強的課程，因此，在教學過程中應該注重提高學生的實際動手能力，加強實踐性教學，實驗項目的設置要合理，“計算機組成原理實驗”課程的內容應該涵蓋課程的重點內容，同時具有一定的靈活性，學生可以在簡單模型機設計的基礎上，根據自己的要求重新設計。實驗內容應以驗證性實驗為主，減少不必要的演示性，適當添加設計性和綜合性實驗。驗證性實驗是通過讓學生自己動手完成各基本單元的連接并驗證，訓練學生掌握實驗方法，掌握儀器和設備的正確使用技能，理解實驗所用芯片的功能和特征[5]。設計性實驗在實驗過程中只給出實驗任務、要求及設備如何連接，由學生自行設計實驗方案，獨立完成，目的是訓練學生獨立的實驗能力和分析能力。綜合性實驗主要讓學生自己開動腦筋，自行設計各種部件，培養(yǎng)學生部件綜合設計能力和科學研究能力[6]。在實際操作過程，應提前布置實驗內容，讓學生提前查閱資料，了解相關內容，并對實驗進行設計，這樣在學生在實驗過程中就會有更多的積極性；要給予更多的指導，及時解決實驗中出現(xiàn)的情況和問題。最后，所有實驗做完后都要學生提交實驗報告，要求準確記錄實驗數據，寫出實驗步驟、結果、收獲、體會和建議，這不僅是學生對實驗的分析與總結，也是幫助教師發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，并改進教學方法的重要手段。

通過這些實踐環(huán)節(jié)不僅能夠使學生的知識結構得到提升，而且有利于發(fā)揮學生的主動性與創(chuàng)造性，豐富了實踐教學內容，提高了實踐操作能力。

2.4 利用現(xiàn)代化教學手段，提高教學效率

計算機組成原理課程中很多概念都比較抽象或難懂，而且許多工作過程都發(fā)生在芯片內部，既看不見也摸不著，如果單純通過教師的口述講解和板書圖解進行教學，學生很難理解。如果借助多媒體課件，利用計算機動態(tài)演示各部件的數據流、控制流以及工作時序等信息，把高度抽象的知識和工作流程真實而直觀地顯示出來，就可以使得學生耳目一新，既增加了學習樂趣，也容易掌握所學知識。此外，進行網絡課程建設也是改進教學的重要手段。通過網絡平臺，學生可以下載教師授課內容、教案及視頻；查閱需要的論文或書籍；可以提交作業(yè)；與其他學生或教師進行在線交流、探討等等。網絡課程是對課堂教學內容的擴展和補充，通過這種方式豐富了教學形式，提高了教學效率，能獲得較好的教學效果。

3 結束語

計算機組成原理課程的教學改革是計算機科學與技術專業(yè)的發(fā)展面臨的一項長期而艱巨的任務，需要長期地研究、探索和實踐，本文通過仔細分析該門課程在課堂教學和實踐教學中存在的問題，提出了一些改革措施，通過激發(fā)學生對硬件的興趣，提高學生的創(chuàng)新能力，使本課程的教學效果得到了一定程度的改善和提高。但是學生對硬件的創(chuàng)新能力還表現(xiàn)較弱，所以在教學中更需要我們突破系統(tǒng)的教學方法，注意教學策略，進行深入的教學改革，最終培養(yǎng)出適應當今社會發(fā)展的高素質計算機應用型人才。

參考文獻：

[1] 李民政，陳智勇.計算機組成原理教學改革的困境及其出路[J].計算機教育，2010.24：40-44

[2] 白中英.計算機組成原理（第四版）[M].科學出版社，2008.

[3] 陳智勇.“計算機組成原理”的教材建設[J].計算機教育，2009.18：147

[4] 唐朔飛.計算機組成原理（第二版）[M].高等教育出版社，2010.

[5] 易法令，謝云.計算機硬件教學的系統(tǒng)性和實踐性探討[J].理工高教研究，2005.24（1）：83-84

[6] 劉建英，徐愛萍.計算機組成原理實驗課教改方案的設計[J].實驗室研究與探索，2005.2：57-58