王冬

摘 要 針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)的方法進(jìn)行了一定的探索，文章探討了該課程傳統(tǒng)教學(xué)在教學(xué)方法、教學(xué)過(guò)程存在的不足；結(jié)合“計(jì)算機(jī)組成原理” CAI（Computer Assisted（aided） Instruction--計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)）課件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，闡述了如何將CAI技術(shù)更好地融入到課程教學(xué)中的思路和方法，從而更好地加強(qiáng)計(jì)算機(jī)組成原理課程建設(shè)。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)組成原理 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 交互性 教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The Computer Aided Teaching Application Composition

Teaching Reform in the Course of Computer Principle

WANG Dong

（Information Engineering College of Tarim University， Alar， Xinjiang 843300）

Abstract A method for teaching computer organization carried out some exploration， the article discusses the lack of teaching in the course of traditional teaching methods， teaching process exists； combined with "Computer Organization" CAI （Computer Assisted （aided） Instruction-- computer-aided teaching） courseware design and development， explains how the CAI technology to better integrate into the curriculum ideas and teaching methods in order to better strengthen computer architecture course construction.

Key words computer organization； computer aided instruction； interaction； teaching reform

計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，通過(guò)這些技術(shù)發(fā)展而來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段成為當(dāng)前的一個(gè)熱門(mén)研究課題，它也是現(xiàn)代教育管理和教學(xué)媒體的重要工具。

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的核心硬件基礎(chǔ)，在一系列軟件、硬件課程中起著承上啟下和支撐作用，是所有后續(xù)硬件專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)和支撐。本課程以計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)為中心闡述基本概念和原理，具體介紹了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中各大部件的組成原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及互連構(gòu)成整機(jī)的技術(shù)。但是，由于該課程理論性強(qiáng)、概念抽象、內(nèi)容多、難度大，有些內(nèi)容難以通過(guò)課堂講授和硬件實(shí)驗(yàn)被學(xué)生理解掌握；現(xiàn)有的硬件仿真實(shí)驗(yàn)箱也無(wú)法直觀、形象地描述計(jì)算機(jī)內(nèi)部組成的工作過(guò)程和原理。多數(shù)學(xué)生對(duì)該門(mén)課程學(xué)習(xí)畏難、學(xué)不入門(mén)、學(xué)習(xí)效率低、感性認(rèn)識(shí)差，給學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)帶來(lái)了諸多的困難。因此，迫切需要進(jìn)行教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革探索。

針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文歸納了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)存在的一些不足方面，初步探討計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)較好的方法，著重研究了如何把計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段引入到計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)中，尋找到一種既提高學(xué)生的興趣與自覺(jué)性，又提高學(xué)習(xí)效率，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，又符合現(xiàn)代教學(xué)原則的教學(xué)模式，使其能得到良好的教學(xué)效果。

1 計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)存在問(wèn)題分析

計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)本身存在著知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容雜、抽象、難以理解等特點(diǎn)，傳統(tǒng)課程教學(xué)是采用“三段式”的基本程序進(jìn)行教學(xué)的，即：組織教學(xué)、講授新課、小結(jié)內(nèi)容。

這種教學(xué)方法存在的不足主要表現(xiàn)在：（1）學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性難以調(diào)動(dòng)。傳統(tǒng)課程教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程都是程式化、固定不變的，它不會(huì)隨著學(xué)生思維火花的閃現(xiàn)而變動(dòng)，在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，教師處于教學(xué)的中心地位，往往大都把某個(gè)問(wèn)題的“為什么”、“是什么”、“怎么樣”太過(guò)具體化；學(xué)生只能按照教師講授的內(nèi)容被動(dòng)地接受灌輸，其學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性很難被調(diào)動(dòng)起來(lái)。①（2）難以發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性。學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的欠缺，同時(shí)會(huì)引發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性的不足。因?yàn)樵诓捎脗鹘y(tǒng)課程教學(xué)方法的教學(xué)活動(dòng)中，教師和學(xué)生在傳授以及接受知識(shí)的過(guò)程中，受書(shū)本知識(shí)內(nèi)容的影響較大，使得書(shū)本知識(shí)內(nèi)容一定程度上約束了教學(xué)過(guò)程的活力。學(xué)生缺乏主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、主動(dòng)探究的學(xué)習(xí)環(huán)境。（3）扼殺了學(xué)生的個(gè)性。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)的過(guò)程本身就是“滿堂灌”的形式，教學(xué)中較少考慮到學(xué)生間接收知識(shí)、理解知識(shí)的差異，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和消化；同時(shí)，缺少教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的交流與相互作用，②扼殺了學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。

2 CAI在計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

CAI的主要特點(diǎn)是采用圖文聲像并茂的內(nèi)容形式，友好的交互性界面，超文本結(jié)構(gòu)組織信息，提供豐富的信息資源。它能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與，擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面，提供多種教學(xué)路徑。③CAI作用于課程教學(xué)的基本原理如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，教師利用計(jì)算機(jī)完成課程多媒體內(nèi)容設(shè)計(jì)，學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況選擇某學(xué)習(xí)內(nèi)容，并利用多媒體的交互性來(lái)檢測(cè)學(xué)習(xí)效果；計(jì)算機(jī)將結(jié)果反饋給教師，教師可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，從而確保學(xué)生理解和掌握相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容。

圖1 CAI基本原理圖

2.1 改進(jìn)教學(xué)方法和體系

CAI的教學(xué)模式，能充分發(fā)揮其的交互處理能力，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將教師的授課內(nèi)容通過(guò)動(dòng)畫(huà)、圖像、圖形、視頻、聲音等形式展現(xiàn)出來(lái)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，將抽象與形象、理性與感性相結(jié)合，提升課堂教學(xué)效果。這對(duì)學(xué)生知識(shí)面的拓寬是非常有利的，并且在學(xué)習(xí)過(guò)程中提升了學(xué)生對(duì)于先進(jìn)教學(xué)思想的感知。

2.2 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)是采用教師“組織教學(xué)、講授新課、小結(jié)內(nèi)容” 的教學(xué)形式，學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個(gè)被動(dòng)灌輸?shù)倪^(guò)程。而采用CAI教學(xué)模式中，能利用計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)設(shè)形象、生動(dòng)和直觀的教學(xué)情景，有利于溝通知識(shí)之間、圖形之間的聯(lián)系，增強(qiáng)教學(xué)的趣味性，吸引學(xué)生的注意力。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求和能力，對(duì)某個(gè)知識(shí)進(jìn)行一般了解、深入研究等篩選性學(xué)習(xí)，并及時(shí)反饋學(xué)習(xí)信息，真正做到教與學(xué)之間信息的交流，體現(xiàn)了教學(xué)過(guò)程中因材施教的原則，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。④

2.3 緊跟現(xiàn)代教育的需求

在推廣素質(zhì)教育的今天，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)越來(lái)越重，教學(xué)時(shí)數(shù)不斷減少與教學(xué)信息量的矛盾不斷增加，CAI在處理這個(gè)矛盾中發(fā)揮了巨大優(yōu)勢(shì)，使得我們更好地實(shí)施素質(zhì)教育。⑤

3 計(jì)算機(jī)組成原理CAI研制的實(shí)現(xiàn)

3.1 總體方案設(shè)計(jì)

總體方案應(yīng)該根據(jù)教學(xué)課程的學(xué)科特點(diǎn)、教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)要貫徹一定的教育思想和教學(xué)策略，遵循科學(xué)的開(kāi)發(fā)方法，體現(xiàn)出CAI教學(xué)的時(shí)效性、靈活性、共享性和個(gè)性化等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要注意突出內(nèi)容難點(diǎn)與重點(diǎn)，采用多媒體技術(shù)將課件有關(guān)的文本、圖像、圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻等相關(guān)聯(lián)；而且也要考慮教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)性，CAI的內(nèi)容應(yīng)該符合不斷深入、循序漸進(jìn)的教學(xué)原則。CAI總體設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

3.2 腳本的編寫(xiě)

腳本的設(shè)計(jì)要與課程的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容保持一致，符合教學(xué)的整體設(shè)計(jì)，能為整體教學(xué)服務(wù)。它不僅要呈現(xiàn)了CAI課件包含的具體內(nèi)容，也體現(xiàn)了CAI編制的設(shè)計(jì)思想和要求，只有這樣才能達(dá)到輔助的目的和效果。⑥腳本設(shè)計(jì)應(yīng)該應(yīng)給出各種教學(xué)信息和交互控制等內(nèi)容，同時(shí)對(duì)CAI課件制作中的各種指示、要求能做出相應(yīng)反應(yīng)；腳本能很好地把文本素材、圖片素材、聲音素材和動(dòng)畫(huà)素材聯(lián)系起來(lái)，以達(dá)到交互式教學(xué)的目的。例如，在講解計(jì)算機(jī)中指令執(zhí)行過(guò)程中，可通過(guò)CAI制作出CPU內(nèi)部的ALU、IR、OP、Cache、R、內(nèi)部總線等模型圖，以動(dòng)畫(huà)的形式反映指令執(zhí)行的詳細(xì)過(guò)程，數(shù)據(jù)如何在CPU內(nèi)部流動(dòng)和存儲(chǔ)的，這樣可以確保學(xué)生有了直觀的感性認(rèn)識(shí)，也能更好地理解和掌握相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容。腳本設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2 CAI設(shè)計(jì)流程

3.3 交互性設(shè)計(jì)

CAI具有雙向信息傳遞方式，在授課過(guò)程中不僅可以向?qū)W生演示信息，同時(shí)允許學(xué)生向程序傳遞一些控制信息，這就是我們說(shuō)的具有交互性。它改變了學(xué)習(xí)者只能被動(dòng)接受的局面，學(xué)生可以通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等來(lái)控制程序的運(yùn)行，體現(xiàn)了CAI實(shí)時(shí)、雙向的特點(diǎn)。

在計(jì)算機(jī)組成原理CAI多媒體課件設(shè)計(jì)中，運(yùn)用多媒體技術(shù)使得各類(lèi)交互圖標(biāo)和函數(shù)實(shí)現(xiàn)填空題、選擇題、判斷題、簡(jiǎn)答題等等，并在ODBC數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，實(shí)現(xiàn)多媒體考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這樣增強(qiáng)了多媒體課件的交互性，同時(shí)提高了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)生可以在課程每章節(jié)學(xué)習(xí)完后，通過(guò)如上的填空、選擇等測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)的效果。

3.4 CAI課件的制作

利用多媒體技術(shù)，結(jié)合教學(xué)的特點(diǎn)，在腳本編寫(xiě)的基礎(chǔ)上，完成了計(jì)算機(jī)組成原理CAI課件的設(shè)計(jì)。該課件打破了傳統(tǒng)教室的時(shí)空限制，支持教師備課、講課、輔導(dǎo)答疑、批改作業(yè)；學(xué)生可隨時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、提問(wèn)、提交作業(yè)、練習(xí)、測(cè)試等。

圖3 腳本設(shè)計(jì)

4 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和其他教學(xué)方法相結(jié)合

將CAI技術(shù)引入到計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)有許多優(yōu)越之處，但也有缺點(diǎn)和不足，先進(jìn)的教學(xué)手段不應(yīng)完全取代傳統(tǒng)教學(xué)，只有揚(yáng)長(zhǎng)避短，保證傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)有機(jī)結(jié)合，才能真正發(fā)揮CAI教學(xué)的先進(jìn)作用；在教學(xué)中應(yīng)該保證給學(xué)生充足的思維空間，注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，在教學(xué)中，應(yīng)注意計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)、類(lèi)比教學(xué)等其他教學(xué)方法相結(jié)合的原則。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)現(xiàn)狀，從傳統(tǒng)的教學(xué)方法和采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的引入能更好地為學(xué)生創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，幫助學(xué)生解除抽象思維、邏輯思維、語(yǔ)言理解等方面的困難；變抽象為具體，變靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，化枯燥為生動(dòng)，提高思維信息的活動(dòng)量；能在有限的時(shí)間內(nèi)提供傳統(tǒng)教學(xué)手段根本無(wú)法達(dá)到的信息量，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方式在直觀感、立體感、動(dòng)態(tài)感等方面的不足，全面拓展了學(xué)生的思維，真正提高了課堂教學(xué)效率。但在實(shí)際課程教學(xué)中，注意把傳統(tǒng)教學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)相互結(jié)合，充分發(fā)揮兩種教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)。

基金項(xiàng)目：塔里木大學(xué)高等教育教學(xué)研究課題（TDG J1308）

注釋

①②劉志棟.高職高專(zhuān)課堂教學(xué)技術(shù)路線應(yīng)如何改變[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（1）：104-108.

③ 王穎純.MCAI課件的設(shè)計(jì)制作與思考[J].天津理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011.9：113-114.

④ 王港，吳鐵橋.計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）在體育教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].體育與科學(xué)第21卷（總第122期）：59-61.

⑤ 傅賓忠.CAI在《機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].金花職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008.4.8（2）：65-69.

⑥ 陳躍峰，劉猛，肖自美.基于多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2001.18：31-33.