李仲生 黃美玲

摘 ? ?要： 文章針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程知識(shí)點(diǎn)多、覆蓋面寬、抽象性強(qiáng)等特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際生源情況，引入溯源法，通過(guò)回溯探求化繁為簡(jiǎn)、串知識(shí)成鏈的路子，并以存儲(chǔ)器教學(xué)為例，系統(tǒng)地給出溯源法教學(xué)的層層推進(jìn)過(guò)程。課堂教學(xué)證實(shí)：此法有助于消除學(xué)生的畏難情緒，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)組成原理 ? ?溯源法 ? ?存儲(chǔ)器 ? ?教學(xué)探索

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及相其關(guān)專業(yè)的專業(yè)骨干課程，它一方面以模擬電路、數(shù)字邏輯電路、匯編語(yǔ)言等課程為基礎(chǔ)，另一方面是操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等課程的基礎(chǔ)，從指令的硬件實(shí)現(xiàn)角度對(duì)計(jì)算機(jī)的部件如總線、存儲(chǔ)器、CPU、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、指令的譯碼控制等展開(kāi)論述，知識(shí)點(diǎn)多，覆蓋面寬，抽象性強(qiáng)，是學(xué)生易生畏難心理的課程之一。

為消除學(xué)生的這種畏難心理，眾多研究者對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)作了探索。王前莉[1]從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與動(dòng)手能力培養(yǎng)等方面對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)作了討論;李紹強(qiáng)[2]針對(duì)民辦院校計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種課程教學(xué)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)方法;王昊[3]針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)提出“提問(wèn)式教學(xué)模式”、“啟發(fā)式教學(xué)模式”和“連接式教學(xué)模式”三種教學(xué)模式。這些文獻(xiàn)從整體視角對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)給出了一些可資借鑒的方法，但未系統(tǒng)涉及內(nèi)容細(xì)節(jié)，為以簡(jiǎn)潔流暢的方式組織教學(xué)內(nèi)容細(xì)節(jié)，下文引入溯源教學(xué)法，以存儲(chǔ)器為例探索溯源教學(xué)法的課堂實(shí)施。

1.溯源法教學(xué)

溯源最初源于進(jìn)化論。進(jìn)化論認(rèn)為萬(wàn)物不是憑空出現(xiàn)的，而是有源的，比如人由類人猿進(jìn)化面來(lái)、源于受精卵。通常來(lái)說(shuō)，源頭總比當(dāng)前狀態(tài)簡(jiǎn)單、易于理解，比如受精卵就比胎兒簡(jiǎn)單，胎兒比幼兒簡(jiǎn)單，等等。概言之，溯源，能建立一種由簡(jiǎn)到繁的遞推鏈，能加深人們對(duì)萬(wàn)物的客觀存在性的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)人們以辯證唯物觀分析問(wèn)題，建立具體印象。

鑒于溯源法的化繁為簡(jiǎn)、化抽象為具體的這些強(qiáng)化存在性的能力，在教育領(lǐng)域已有應(yīng)用。比如語(yǔ)言類教學(xué)中，利用此法探尋文字的源頭、演變史、文化相關(guān)性，對(duì)知識(shí)點(diǎn)建立完整的知識(shí)鏈，讓“知其然”的學(xué)習(xí)者“知其所以然”。在線教育網(wǎng)站三好網(wǎng)認(rèn)為“溯源法具有雙向追溯的特性，既能夠由表及里深入剖析，追根溯源，也能由內(nèi)而外，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題和錯(cuò)誤進(jìn)行預(yù)判，因而有效地解決問(wèn)題”[4]，基于這一理念，可在學(xué)習(xí)過(guò)程中根據(jù)學(xué)習(xí)者出現(xiàn)的問(wèn)題的表象，追溯學(xué)習(xí)者的本源知識(shí)結(jié)構(gòu)，找到讓學(xué)習(xí)者快速、有效理解知識(shí)點(diǎn)的解決方案。

計(jì)算機(jī)組成原理之所以給學(xué)生帶來(lái)困惑，是因?yàn)樗旧淼某橄笮院蛷?fù)雜性。抽象性讓學(xué)生難以建立對(duì)知識(shí)點(diǎn)的客觀存在感，使學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)如浮水之萍，無(wú)處生根，這種情況的不斷積累，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生最終不知老師所云，學(xué)習(xí)興趣全消。復(fù)雜性源于知識(shí)點(diǎn)的多樣性，計(jì)算機(jī)組成原理基于匯編語(yǔ)言、模擬電路和數(shù)字邏輯路，各類知識(shí)交融，說(shuō)千頭萬(wàn)緒也不為過(guò)。為降低計(jì)算機(jī)組成原理課程的這種抽象性和復(fù)雜性，溯源法是一個(gè)可選方案：找其知識(shí)點(diǎn)根源，降低復(fù)雜性;形成知識(shí)鏈，強(qiáng)化知識(shí)的客觀存在性，削弱抽象性。下文以存儲(chǔ)器講解為例，說(shuō)明溯源法在教學(xué)中的具體實(shí)施。

2.溯源教學(xué)在存儲(chǔ)器教學(xué)中的具體實(shí)施

知識(shí)都有其固有脈絡(luò)，順著脈絡(luò)，可溯其根源、自然成鏈，有根有據(jù)、形成思路的知識(shí)，會(huì)讓學(xué)生接受起來(lái)更輕松。存儲(chǔ)器作為計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要部件，其知識(shí)結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)性更加明顯，下文模仿實(shí)際課堂，闡述溯源法在存儲(chǔ)器教學(xué)中的應(yīng)用。

首先，簡(jiǎn)述馮·諾以曼結(jié)構(gòu)，明確存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的地位。接下來(lái)，逆向溯源，步步切近知識(shí)的本質(zhì)內(nèi)容，化抽象為具體，形成知識(shí)鏈。提問(wèn)：“存儲(chǔ)器用來(lái)作什么？”學(xué)生回答：“存放數(shù)據(jù)?！睆?qiáng)化：“存放指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)存放的是幾進(jìn)制數(shù)據(jù)？”學(xué)生答：“二進(jìn)制。”引導(dǎo)：“二進(jìn)制有兩個(gè)數(shù)碼，分別是0和1，存儲(chǔ)器用什么存放它們？”學(xué)生的反應(yīng)是多樣的，有些無(wú)語(yǔ)，有些說(shuō)數(shù)字邏輯電路，有些說(shuō)鎖存器，等等，此時(shí)加以引導(dǎo)：“如同旅館有一間間房子一樣，存儲(chǔ)器中有單元電路，每個(gè)單元電路負(fù)責(zé)一位數(shù)據(jù)的存放。請(qǐng)同學(xué)們想想，在現(xiàn)實(shí)生活中，有什么東西可幫你用電荷存放一位數(shù)據(jù)？”學(xué)生開(kāi)始猜測(cè)，注意控制氣氛，然后給出答案：“電池。如果把一節(jié)電池有電時(shí)看成1，沒(méi)電時(shí)看成0，它就實(shí)現(xiàn)了一位數(shù)據(jù)的存放?！庇袑W(xué)生恍然大悟，有學(xué)生笑，有學(xué)生反問(wèn)：“這和存儲(chǔ)器有什么關(guān)系？”答：“動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的單元電路中的核心元件就是電容，與電池存放數(shù)據(jù)的原理一致。通常地，我們把八個(gè)這樣的單元電路集成在一起，形成一個(gè)字節(jié)，請(qǐng)同學(xué)們想想，為什么是八個(gè)呢？”有學(xué)生回答：“規(guī)定的?！绷⒓醋穯?wèn)：“憑什么規(guī)定的？”這還要理由？學(xué)生迷惑，此時(shí)解釋：“和ASC碼有關(guān)，此碼中包括34個(gè)控制字符在內(nèi)，共有128個(gè)字符。同學(xué)們想想，如果有128位同學(xué)，從0開(kāi)始連續(xù)編學(xué)號(hào)，每個(gè)同學(xué)的學(xué)號(hào)唯一，需要多少個(gè)學(xué)號(hào)？”“0-127，共128個(gè)。”“好！再請(qǐng)同學(xué)們想想，如果用二進(jìn)制來(lái)表示這些學(xué)號(hào)，則需要多少位？”“7位?！薄皩?duì)。要編碼出128個(gè)不同的字符，需要7位二進(jìn)制位。為了檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送時(shí)的正誤，ASC碼在7位數(shù)碼的基礎(chǔ)上，還要加一位奇偶檢驗(yàn)位，即構(gòu)成8位二進(jìn)制數(shù)字，形成一個(gè)字節(jié)。同學(xué)們聯(lián)想一下，如果采用漢字設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)，由你來(lái)確定多少個(gè)單元電路組合到一起，你會(huì)采用多少位？”答：“16位?！薄?個(gè)字節(jié)8位，存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，請(qǐng)計(jì)算一下，210位等于多少個(gè)字節(jié)？”“除以8，27個(gè)字節(jié)?！薄耙g碼出這些字節(jié)，至少需要多少根地址線？”“7位?！薄叭绻捎?位地址，能完成多大的存儲(chǔ)體譯碼？”“256個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)休?！薄昂?，請(qǐng)計(jì)算地址為42的字節(jié)的二進(jìn)制地址?！睂W(xué)生的計(jì)算結(jié)果列為表1。

“請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)結(jié)果想一想，如果將256個(gè)字節(jié)分組，16個(gè)字節(jié)一組，這個(gè)地址屬于第幾組？”“從0起計(jì)數(shù)的第2組?！薄皩?duì)，也就是說(shuō)，將8位地址劃開(kāi)，低4位是組內(nèi)地址，高4位組號(hào)。為什么組內(nèi)地址用4位呢？”“因?yàn)橐粋€(gè)組內(nèi)共16個(gè)字節(jié)?！薄皩?duì)。256個(gè)字節(jié)共分成了16個(gè)組，這16個(gè)組的組內(nèi)地址全相同，對(duì)不對(duì)？”“對(duì)?！薄安煌谀模俊薄敖M號(hào)?！薄罢_！如果我用高3位地址作組號(hào)，能將它們分成幾組？每組多大？”“8組，低5位為組內(nèi)地址，每組32個(gè)字節(jié)?！薄罢_！……”

在完成以上溯源后，即可把一些知識(shí)點(diǎn)比如內(nèi)存字?jǐn)U展、Cache—主存地址映射等歸結(jié)為地址的劃分問(wèn)題。表2、表3、表4為Cache—主存地址映射中的主存地址劃分。

以上劃分，直觀地凸顯出三種映射方式的異同。

3.結(jié)語(yǔ)

上文對(duì)溯源法進(jìn)行了探討，并以計(jì)算機(jī)組成原理課程的存儲(chǔ)器教學(xué)為例對(duì)溯源法的應(yīng)用作示例分析。進(jìn)一步的工作，將考慮將溯源法與啟發(fā)式教學(xué)、連接式教學(xué)、類比式教學(xué)等教學(xué)模式深度結(jié)合，探尋更高效的教學(xué)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]王前莉.創(chuàng)新素質(zhì)教育下的計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)改革研究[J].考試周刊，2010，9：9-10.

[2]李紹強(qiáng).民辦院校計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)現(xiàn)狀分析及解決對(duì)策.考試周刊，2011，37：131-132.

[3]王昊.計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)改革與實(shí)踐.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2015，17（3）：1-4.

[4]陳鳳英.“溯源法”—三好網(wǎng)因材施教的方法論[EB/OL].[2015-7-16].http：//u.zp.china.com.cn/news-17625-1.html.

基金項(xiàng)目：湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題（項(xiàng)目號(hào)：XJK015BXX007）