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第1篇：計算機組成原理教學(xué)范文

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；教學(xué)改革；學(xué)習(xí)遷移

計算機組成原理是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握計算機單處理機系統(tǒng)的組成和工作原理，建立計算機系統(tǒng)的整機概念，為其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。但是，經(jīng)筆者的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，被調(diào)查者對該課程的最深記憶是“理論性太強，基本概念太抽象，教學(xué)信息量大，教學(xué)內(nèi)容更新快，與實踐脫節(jié)嚴重，學(xué)習(xí)用處不大”等等，所以，該課程給人留下了“學(xué)生難學(xué)，老師難教”的印象，這種“兩難”似乎已經(jīng)成為計算機組成原理課程發(fā)展的瓶頸，甚至于成了計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展的一個難以回避的尷尬。在此，筆者產(chǎn)生了一個疑惑：既然該課程作為核心基礎(chǔ)課程，地位如此重要，為何學(xué)生覺得學(xué)了沒有用，甚至成了師生的“共苦”？筆者認為，學(xué)生對課程的“無用感”更多來自于學(xué)習(xí)中的無趣，這種無趣則源自對所學(xué)知識的“未來預(yù)期”產(chǎn)生了失望，而這些“失望”或是源自客觀上的教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實踐，抑或來自個人主觀上的興趣、能力、努力等。所謂的“未來預(yù)期”是指學(xué)生對所學(xué)知識之未來價值的期待，其產(chǎn)生的“失望”也就意味著“現(xiàn)有學(xué)習(xí)對未來學(xué)習(xí)可能會帶來無效影響”，實際上，這就涉及到“學(xué)習(xí)遷移理論”的相關(guān)內(nèi)容。立足學(xué)習(xí)遷移理論對計算機組成原理課

程的相關(guān)問題進行分析，探尋該課程教學(xué)中的內(nèi)在規(guī)律，將有助于為該課程擺脫現(xiàn)有困境提供良策。為此，本文試圖從“學(xué)習(xí)遷移”的角度進行問題的闡釋，以對問題的解決起拋磚引玉之效。

1學(xué)習(xí)遷移理論

學(xué)習(xí)遷移是指在一種情境中獲得的知識、技能或態(tài)度對另一種情境中知識、技能或態(tài)度的獲得形成的影響，即一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響。根據(jù)遷移的影響效果，可以把學(xué)習(xí)遷移分為正遷移和負遷移。在教育工作中所說的“為遷移而教”，就是指正遷移在教學(xué)中的應(yīng)用，在教學(xué)中要盡量避免或消除負遷移的影響。

為了把握學(xué)習(xí)遷移的規(guī)律，必須弄清影響遷移產(chǎn)生的因素。遷移并不是在任何情況下都能發(fā)生的，它會受到一系列的主客觀條件的影響。

1) 學(xué)習(xí)對象之間的共同因素。共同因素是指學(xué)習(xí)對象在知識、技能等方面具有相同或相似的成分，不同的學(xué)習(xí)對象具有共同因素就容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)遷移，兩種學(xué)習(xí)之間所包含的共同要素越多，遷移也就越容易產(chǎn)生。

2) 已有經(jīng)驗的概括水平。根據(jù)概括化理論，產(chǎn)生學(xué)習(xí)遷移的關(guān)鍵是學(xué)習(xí)者能概括出兩種學(xué)習(xí)存在的共同原理，也就是對已有經(jīng)驗的概括水平。對原有的知識經(jīng)驗的概括水平越高，遷移的可能性也越大，效果也就越好[1]。

3) 理解能力和智力水平。理論能力是知識學(xué)習(xí)的基本前提，只有當(dāng)學(xué)生真正理解了基本概念和原理時，才能產(chǎn)生正向遷移。而且，在同等條件下，每個人遷移的效果總是不盡相同，即遷移還受個人的智力水平這一主體條件影響，許多心理學(xué)家(如桑代克)的實驗研究都證實了這一點。

4) 思維定勢。思維定勢是由先前學(xué)習(xí)引起的對后繼學(xué)習(xí)活動產(chǎn)生影響的一種思想準備狀態(tài)。它對學(xué)習(xí)遷移的影響有積極的一面，體現(xiàn)為心理活動的穩(wěn)定性和前后一致性；同時，也有消極的一面，即妨礙學(xué)生思維的靈活性和智力發(fā)展，使思維活動表現(xiàn)出惰性，不利于知識遷移的靈活性和有效性。

雖然學(xué)習(xí)遷移存在各種不同的理論，但它們都存在一個共同的理論預(yù)設(shè)：學(xué)習(xí)遷移是客觀存在的，且有規(guī)可循，只要把握其內(nèi)在規(guī)律，就可以切實提高學(xué)習(xí)遷移的效率。因此，對教師來說，掌握遷移規(guī)律，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生對所學(xué)知識的遷移能力，進而提高教學(xué)工作的效率。在教學(xué)中，“授人以魚，不如授之以漁”，教師不僅要教給學(xué)生各種知識，更重要的是教會學(xué)生各種學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)能力，尤其是提高知識的遷移能力。在計算機組成原理教學(xué)中運用學(xué)習(xí)遷移理論，不僅有助于從源頭上分析教學(xué)的現(xiàn)有困境，提高解決問題的能力，而且對培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力，以及對知識的遷移和應(yīng)用都有著重要的促進作用。因此，運用學(xué)習(xí)遷移理論對解決該課程的“兩難困境”意義深遠。

2基于“學(xué)習(xí)遷移”的計算機組成原理教學(xué)困境分析

2.1教材建設(shè)滯后

教材是達成教學(xué)佳境不可缺少的基本教學(xué)工具，也是師生對話的一個重要平臺，它對基礎(chǔ)知識的組織和重難點的梳理都將起到不可忽視的作用。然而，對于計算機組成原理課程來說，教材建設(shè)可以說是一個非常薄弱的環(huán)節(jié)，大多數(shù)教材的知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)容組織都存在問題。

1) 知識結(jié)構(gòu)的通用性不強。計算機組成原理作為計算機科學(xué)、計算機工程、軟件工程、信息技術(shù)等計算機及相關(guān)專業(yè)公共的基礎(chǔ)核心課，由于各專業(yè)的培養(yǎng)目標不同，對該課程的教材編選也有所側(cè)重，所以，面世的教材也就五花八門，現(xiàn)有教材基本上不符合CC2005核心課程知識體系。加之，教育部規(guī)定，從2009年起計算機專業(yè)考研中的專業(yè)基礎(chǔ)課實行全國統(tǒng)一命題，但卻沒有給出統(tǒng)一的參考教材，這便進一步體現(xiàn)了問題的嚴重性[2]。知識結(jié)構(gòu)如果沒有很強的通用性，就使得學(xué)生很難找到有助于遷移的“共同因素”，這對后續(xù)學(xué)習(xí)的遷移來說絕對不利。

2) 教材內(nèi)容抽象。很多教材的知識點表述不夠詳盡，理論推導(dǎo)刪減過多，尤其在運算器和運算方法章節(jié)。如：二進制數(shù)補碼與真值的關(guān)系，0、1、2、3四類全加器的實現(xiàn)原理，ALU(多功能算數(shù)邏輯運算單元)的輸入輸出關(guān)系等知識點，若老師沒有補充相關(guān)知識，學(xué)生就很難理解。

3) 教材內(nèi)容陳舊。教材內(nèi)容缺乏與前沿技術(shù)的結(jié)合，可謂是教材建設(shè)面臨的最大困境。無法與前沿技術(shù)結(jié)合的教材最終是難以引領(lǐng)時代潮流的，從而也就難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)遷移的效果也就無從談起。就現(xiàn)有的教材改革來看，實踐者們對于這些方面的滯后問題似乎都顯得無所適從。

2.2教學(xué)內(nèi)容理論性強

在教學(xué)過程中，大多數(shù)教師惟教材是重，直接將教材的“抽象理論”搬到課堂，使得教學(xué)內(nèi)容知識點過多，概念性過于抽象，理論與實踐嚴重脫節(jié)，以致學(xué)生在知識學(xué)習(xí)的過程中感到難以理解甚或排斥。很多老師在介紹相聯(lián)存儲器概念時，僅僅說明相聯(lián)存儲器是按照內(nèi)容來訪問存儲單元的一種存儲器，學(xué)生對此很難透徹理解。如果能夠結(jié)合高速緩沖存儲器中塊表的實現(xiàn)過程來講解相聯(lián)存儲器的應(yīng)用，這就便于學(xué)生理解此概念。對任何一個學(xué)習(xí)者來說，抽象理論的接受都是有限度且需要一定情景的，將枯燥的概念生硬的傳給學(xué)生，最終的“學(xué)習(xí)遷移”恐怕更多是負向的。因為過于抽象的理論不利于學(xué)生識別各知識點之間的關(guān)系以形成“基于共同要素的遷移”，過多的知識點也不利于學(xué)生的及時掌握和理解，加之理論與實踐的脫節(jié)更是加重了學(xué)生對系統(tǒng)知識的把握難度，于是，學(xué)生對知識的經(jīng)驗概括能力更是難以得到鍛煉，學(xué)習(xí)的正遷移也就無法產(chǎn)生。就學(xué)習(xí)遷移而言，基本概念和知識結(jié)構(gòu)作為學(xué)習(xí)遷移的基礎(chǔ)，理解該課程的“原碼、補碼、反碼、移碼”等基本概念，把握“數(shù)的編碼方法和運算方法、指令的構(gòu)成與設(shè)計、指令的執(zhí)行過程”等系統(tǒng)知識，對該課程的學(xué)習(xí)遷移至關(guān)重要。缺乏基本概念和知識結(jié)構(gòu)，實際上遷移是不可能發(fā)生的，正如認知結(jié)構(gòu)的遷移理論所認為的，有意義的學(xué)習(xí)都是在原有基礎(chǔ)上進行的，沒有“基礎(chǔ)”哪里談得上有助于學(xué)習(xí)的遷移發(fā)生呢？也更談不上將課程的相關(guān)知識應(yīng)用到實踐并推進實踐。因此，教學(xué)中不可回避理論的抽象和概念本身存在的問題，而問題的解決還需立足遷移而教才可。

2.3教學(xué)方式單調(diào)

由于計算機組成原理課程的基礎(chǔ)性和理論性等特點，使得大多數(shù)授課老師習(xí)慣于采取傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方式，缺乏靈活而富啟發(fā)的討論和互動環(huán)節(jié)，沒有充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。即便是當(dāng)前許多課堂已經(jīng)引入了多媒體教學(xué)，而實際上多媒體的幻燈片只充當(dāng)了傳統(tǒng)黑板的角色，多媒體的生動性和靈活性等優(yōu)勢并沒有表現(xiàn)出來，多媒體使用形同虛設(shè)，學(xué)生在這種多媒體教學(xué)中仍是一個被動的接受者。大多數(shù)學(xué)生對“CPU(中央處理器)的功能和組成”學(xué)習(xí)感到極為枯燥，僅靠填鴨式教學(xué)和多媒體幻燈片難以講授清楚，必須精心設(shè)計一些互動環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在深刻理解核心內(nèi)容的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)。否則，學(xué)生在整個課程結(jié)束后對知識的把握似懂非懂，不知所云，完全靠死記硬背記住一些知識點，各個知識點之間無法銜接，難以形成該課程的整體框架。就學(xué)習(xí)遷移理論的“建構(gòu)主義”觀點來看，要真正產(chǎn)生學(xué)習(xí)的正遷移，當(dāng)然應(yīng)以學(xué)生為中心，但是，教師的作用不可忽視，尤其是適當(dāng)而靈活的教學(xué)方法對正遷移的影響至關(guān)重要。在整個教學(xué)過程中，教師應(yīng)該充當(dāng)組織者、指導(dǎo)者和促進者，為培養(yǎng)學(xué)生的積極性和首創(chuàng)性提供條件，以最終實現(xiàn)學(xué)生對當(dāng)前知識的意義建構(gòu)[3]。教師的角色是一個主導(dǎo)者而非主體，以教師為中心的填鴨式教學(xué)方法抹殺了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，呆板乏味的教學(xué)方法無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方法根本無助于知識學(xué)習(xí)的正向遷移。

2.4實踐環(huán)節(jié)力不從心

計算機組成原理是一門技術(shù)性、實踐性和工程性較強的硬件課程，實踐應(yīng)用不容忽視，學(xué)生的動手能力或許是檢驗課程質(zhì)量的一個重要指標。該課程實踐環(huán)節(jié)存在的主要問題如下。

1) 實驗課薄弱。當(dāng)前CPU芯片的研發(fā)和生產(chǎn)仍然是制約我國計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，盡管中科院計算機所已開發(fā)出了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“龍芯”系列CPU芯片，但要將其用于實際并帶動CPU芯片的產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚有一定的距離，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的滯后制約了學(xué)生對該課程實踐環(huán)節(jié)的熱情，也使實踐環(huán)節(jié)缺乏充分的案例設(shè)計和軟硬件基礎(chǔ)。

2) 實踐內(nèi)容與最新理論發(fā)展不同步。受“摩爾定律”的影響，計算機更新?lián)Q代非?？?，新概念、新內(nèi)容不斷涌現(xiàn)，但由于國內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展滯后，大部分教學(xué)理論仍然停留于傳統(tǒng)知識，理論教學(xué)很難跟上實際應(yīng)用，所以，學(xué)生對課程實踐性的懷疑乃至否定也很自然[4]。基于此條件下的實驗課程，要么流于形式，要么與實際應(yīng)用有很大差距，這樣，實驗效果欠佳，難以真正發(fā)揮實驗課程的應(yīng)有作用。這些對于課程本身來說很多時候都是身不由己，因為其發(fā)展受制于學(xué)科應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展困境。

學(xué)習(xí)遷移是先前學(xué)習(xí)對后續(xù)學(xué)習(xí)的影響，先前的認知結(jié)構(gòu)對遷移效果來說非常重要，但是，“實驗課程的薄弱”及“理論知識的日益更新”使得認知結(jié)構(gòu)的三個變量“可利用性、可辨別性和穩(wěn)定性”無從凸顯，于是，原有認知結(jié)構(gòu)無法成型，基于認知結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)遷移也就嚴重受阻。因此，該課程的整個實踐環(huán)節(jié)對課程改革來說有著力不從心的困境。

3“為遷移而教”的計算機組成原理教學(xué)改革之出路

3.1選擇適當(dāng)?shù)慕滩暮唾Y料，促進知識的意義建構(gòu)

教材和學(xué)習(xí)資料可以直接引導(dǎo)學(xué)生進行知識的意義建構(gòu)，合理選擇教材和學(xué)習(xí)資料需從如下幾個方面著手。

1) 教材選擇要體現(xiàn)基礎(chǔ)性和前沿性，不僅要把最基本、最具遷移價值的理論成果放在首位，而且還要注意用學(xué)科發(fā)展的新成果替換陳舊的教學(xué)內(nèi)容。講清楚計算機組成體系的知識體系、基本原理和方法，緊跟時代步伐，描述計算機組成體系的最新研究動態(tài)。

2) 教材和學(xué)習(xí)資料選擇要突出知識鏈上的共同因素，以及教學(xué)內(nèi)容的體系結(jié)構(gòu)和實際應(yīng)用價值，這將有助于正遷移的產(chǎn)生。

3) 學(xué)習(xí)資料選擇要注重因材施教，考慮學(xué)生的實際能力，針對不同專業(yè)方向和不同層次的學(xué)生要選擇與之相適應(yīng)的參考資料，因為學(xué)習(xí)者自身的能力將直接影響遷移的效率，所以，作為組織者和指導(dǎo)者的教師必須從學(xué)習(xí)資料的選擇上關(guān)注學(xué)習(xí)遷移的影響因素。

3.2合理組織教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)知識的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律

合適的教材并不代表教學(xué)內(nèi)容的安排一定合理。要使知識學(xué)習(xí)產(chǎn)生正向遷移，必須保證教學(xué)內(nèi)容的各構(gòu)成要素具有科學(xué)而合理的邏輯關(guān)系，充分體現(xiàn)各知識點的內(nèi)在聯(lián)系。教師要根據(jù)教材的難點和重點，結(jié)合學(xué)生的智力水平和知識結(jié)構(gòu)，將具有最大遷移價值的基本知識和基本技能的學(xué)習(xí)放在首位，并把那些概括性高、派生性強的主要內(nèi)容凸顯出來。無論計算機技術(shù)如何發(fā)展，也不管形式是單片機、DSP還是一些嵌入式處理器或巨型機，當(dāng)前計算機基本都是遵循馮諾依曼結(jié)構(gòu)(或哈佛結(jié)構(gòu))。因此，教學(xué)中必須使學(xué)生明白這個道理，要注意學(xué)習(xí)計算機組成的最基本原理和各種計算機的共有知識，在掌握這些基礎(chǔ)知識的前提下，才能針對具體領(lǐng)域?qū)W習(xí)專門性的計算機知識。對于“中央處理器、存儲器、指令系統(tǒng)的基本原理和實現(xiàn)方法”等基本知識點必須放在首位，將“計算機整機構(gòu)成的基本框架和思路”凸顯出來，以體現(xiàn)不同計算機的內(nèi)在聯(lián)系。共同因素是學(xué)習(xí)遷移的一個基本條件，當(dāng)先前學(xué)習(xí)與后續(xù)學(xué)習(xí)之間有相同或相似的內(nèi)在聯(lián)系時，就容易產(chǎn)生互相遷移，而且它們之間所包含的共同因素越多，學(xué)習(xí)遷移也就越容易產(chǎn)生[5]。學(xué)生往往不注意用已有知識來幫助新知識的學(xué)習(xí)，教師在教學(xué)過程中一定要把對新知識的講解同學(xué)生已有的背景知識相聯(lián)系，盡量找出新舊知識的共同因素，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)遷移。對于計算機組成原理的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)也是如此，因為不管哪一部分基礎(chǔ)知識，各知識點都有一定的聯(lián)系性，不同的只是其面向的問題和闡述的內(nèi)容不同而已。

3.3改革教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的自主性和概括能力

大學(xué)教育應(yīng)更多培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，傳統(tǒng)的講授式課堂已經(jīng)不利于發(fā)揮學(xué)生的主體性，結(jié)合學(xué)習(xí)遷移的特征，為推進計算機組成原理教學(xué)方式的改革，應(yīng)盡量減少傳統(tǒng)的“單向式教學(xué)”，適當(dāng)采用“參與式教學(xué)”讓學(xué)生參與“知識傳授”的過程，將教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體作用相結(jié)合，將傳授知識與培養(yǎng)技能相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)遷移能力。

首先，積極引進討論式教學(xué)方法，從課堂教學(xué)為主邁向小組互動教學(xué)為主。盡量采取小班授課，增加討論課的比重。積極推進討論式教學(xué)、實例教學(xué)等教學(xué)方法與合作式教學(xué)方式，如：講授Cache虛擬存儲器之前，可以先讓學(xué)生自己討論如何更有效的使用內(nèi)存，這樣更有利于知識的把握，進而引導(dǎo)學(xué)生追蹤本學(xué)科領(lǐng)域的最新進展和前沿理論，培養(yǎng)學(xué)生的自主性。

其次，注重引導(dǎo)學(xué)生對知識的概括。根據(jù)學(xué)習(xí)遷移的概括化理論，對所學(xué)習(xí)內(nèi)容概括總結(jié)得越好，學(xué)習(xí)遷移就越容易產(chǎn)生。因此，在計算機基礎(chǔ)理論的教學(xué)過程中，老師要安排專門時間訓(xùn)練學(xué)生對知識的總結(jié)和概括，尤其是“運算方法、內(nèi)部存儲器、中央處理器、指令系統(tǒng)”等核心內(nèi)容更應(yīng)注意訓(xùn)練學(xué)生的概括能力。

再次，積極開發(fā)和大力推進基于網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的教學(xué)手段，改善課堂教學(xué)的效果，增強知識學(xué)習(xí)的趣味性。

最后，采用比較方法，引導(dǎo)學(xué)生分析不同情境中教學(xué)內(nèi)容的相同點和不同點。參與比較的教學(xué)內(nèi)容在性質(zhì)上應(yīng)該具有聯(lián)系性和明確的比較標準，否則，比較就難以進行。對教學(xué)內(nèi)容進行系統(tǒng)的比較，有助于學(xué)生深入掌握基本知識點，避免新舊知識之間的干擾，促進新舊知識之間正遷移的發(fā)生。

3.4加強實踐環(huán)節(jié)，創(chuàng)建良好的學(xué)習(xí)遷移平臺

由于國內(nèi)計算機核心技術(shù)發(fā)展的滯后性，導(dǎo)致了相關(guān)支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的落后，這也使得計算機基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)缺乏良好的遷移土壤，進而實踐環(huán)節(jié)嚴重受挫。為此，該課程需要從以下方面加強實踐環(huán)節(jié)。

1) 重視實驗課教學(xué)。切實保證實驗課的學(xué)時數(shù)和有效性，關(guān)注學(xué)生對實驗課的學(xué)習(xí)效果，以彌補實驗課存在的不足，保證理論知識得以切實應(yīng)用。

2) 加強理論與實踐的聯(lián)系性。在國內(nèi)計算機技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)有背景下，加強計算機基礎(chǔ)知識的實踐性對教師來說的確是一項艱巨的任務(wù)。但是，結(jié)合學(xué)科發(fā)展的條件，我們可以找到解決問題的突破口，如關(guān)注學(xué)科發(fā)展前沿，將前沿理論引入課堂，并創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的虛擬實驗，使學(xué)生既能關(guān)注到理論知識的進展又能親自體驗新技術(shù)的發(fā)展，于是，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性自然便得以提升，積極的學(xué)習(xí)遷移也就容易產(chǎn)生，而積極的學(xué)習(xí)遷移又可以反過來促進學(xué)生創(chuàng)新能力的提高和新知識的增長。

3) 建立理論與實踐結(jié)合的有利平臺。知識學(xué)習(xí)的正遷移單憑課堂教學(xué)是遠遠不夠的，應(yīng)從學(xué)生自身實際出發(fā)，建立良好的教學(xué)與實踐結(jié)合的平臺，有針

對性地進行學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，開展與課程相關(guān)的校園科技活動，成立科研與實踐結(jié)合的學(xué)生科技活動團體，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)遷移和解決實際問題的能力。

4) 建立校外實習(xí)基地。積極拓展校際之間、校企之間、高校與科研院所之間的合作[6]，加強各種形式的實踐教學(xué)基地和實驗室建設(shè)，為學(xué)生提供更多的將學(xué)習(xí)和技能遷移到實踐的條件。

4結(jié)語

隨著計算機技術(shù)的日新月異，計算機組成原理課程的“漸進式”教學(xué)改革也必將成為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展面臨的一項長期而艱巨的任務(wù)。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識的自主性和技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)造性，立足“學(xué)生中心”的學(xué)習(xí)遷移能力的培養(yǎng)將會成為新時期進行該課程教學(xué)改革的一個重要切入點，也勢必成為該課程師生跨越“兩難”的助推器。

參考文獻：

[1] 索里•特爾福特. 教育心理學(xué)[M]. 高覺敷,等譯. 北京:人民教育出版社,1983:342-412.

[2] 陳智勇. “計算機組成原理”的教材建設(shè)[J]. 計算機教育,2009(18):147.

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The Predicaments and Strategies of Teaching Reform to the Course of Computer

LI Min-zheng, CHEN Zhi-yong

(School of Computer Science and technology, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China)

第2篇：計算機組成原理教學(xué)范文

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；教學(xué)水平；教學(xué)方法；課程改革

作者簡介：向征（1980-），男，廣東廣州人，廣東藥學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院，講師；余華芳（1975-），女，廣東廣州人，廣東藥學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院，講師。（廣東　廣州　510006）

基金項目：本文系廣東藥學(xué)院校級優(yōu)質(zhì)課程項目（52159505）的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）32-0061-02

“計算機組成原理”是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)中的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課。在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)計劃中占有重要的地位和作用。學(xué)好該課程對于提高學(xué)生的理論認識水平和實踐能力將起到極為重要的作用，因此該課程的教學(xué)目標是使學(xué)生掌握計算機硬件各子系統(tǒng)的組成原理及實現(xiàn)技術(shù)，建立計算機系統(tǒng)的整體概念，對培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計開發(fā)計算機系統(tǒng)的能力有重要作用。該課程為今后學(xué)習(xí)計算機體系結(jié)構(gòu)、計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機容錯技術(shù)、計算機并行處理、計算機分布式處理技術(shù)等課程打好基礎(chǔ)。

對于該類課程，各高等院校都從自身條件與角度給出了該類課程的教學(xué)改革或教學(xué)方法。清華大學(xué)提出了自己的建設(shè)目標和步驟，按照研究型大學(xué)的教學(xué)理念進一步向研究型教學(xué)模式轉(zhuǎn)化，全面深入地開展教學(xué)改革，將本課程建設(shè)成教學(xué)特色突出、教學(xué)效果優(yōu)良、在全國有較強輻射作用的精品課，進一步增強和完善研究型教學(xué)的成效，力爭使學(xué)生可以掌握本課程的主要專業(yè)知識，具備設(shè)計簡單可用的計算機系統(tǒng)的工作能力，培養(yǎng)良好的團隊精神和高度責(zé)任心，成為具有開創(chuàng)意識和一定創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。[1]

廣東藥學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院是個年輕的學(xué)院，在建院伊始，為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了計算機組成原理的課程，但上課效果一直不是很好。一方面是教師自身水平的問題，一方面是教學(xué)輔助材料的問題，當(dāng)然還有其他問題。為了進一步改進教學(xué)質(zhì)量，有效培育學(xué)生，有必要對該課程的教學(xué)進行探討。

一、“計算機組成原理”的課程特點

“計算機組成原理”是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，其重要性已經(jīng)得到廣泛認識。但怎樣才能取得良好的教學(xué)效果，這一問題是每一個任課教師不得不面對的問題。要想破解該問題，必須首先全面把握該課程的特點。[2]經(jīng)過長時間的研究與教學(xué)實踐，筆者認為，該課程主要包含以下特點：

1.抽象性

計算機組成是指如何實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性，它包括了很多對程序員來說是透明的硬件細節(jié)。例如，指令系統(tǒng)體現(xiàn)了機器的屬性，這是屬于計算機結(jié)構(gòu)的問題。但指令的實現(xiàn)，即如何取指令、分析指令、取操作數(shù)、如何運算、如何送結(jié)果等等，這些都屬于計算機組成問題。因此，當(dāng)兩臺機器指令系統(tǒng)相同時，只能認為它們具有相同的結(jié)構(gòu)。由于課程涉及到很多計算機體系的技術(shù)理論，而這些理論單純理解的話比較晦澀難懂，因此在設(shè)計具體實現(xiàn)這些屬性的架構(gòu)過程中會出現(xiàn)很多理解性的問題，這就是人們經(jīng)常說的抽象。在實際的上課中，這基本上是最大的問題。

2.關(guān)聯(lián)性

計算機組成原理并不是一門獨立的課程，其實要徹底學(xué)好弄明白這門課，必須學(xué)習(xí)其他很多課程，如操作系統(tǒng)、編譯原理、計算機體系結(jié)構(gòu)、匯編語言和微機原理等。只有把這些課程都學(xué)過之后才能在腦中有很清晰的概念或者框架，才能知道其所以然，不然總會有模糊不清的地方。另外，由于該課程的核心部分是CPU的設(shè)計，因此還要對CPU的發(fā)展歷史以及指令集的演化有深入的了解，不然也可能只能觀其一點而不得全貌。這些也間接導(dǎo)致了這門課的難度。

3.層次性

蘇軾在《題西林壁》中有詩云：橫看成嶺側(cè)成峰，遠近高低各不同。對計算機的視野也一樣，不同的人看計算機的時候可能看到的東西是不一樣的。一萬個人讀哈姆雷特有一萬種看法。從普通用戶來看計算機就是一臺電腦，是輔助做事情的，看不出計算機背后的東西；而從程序員的角度看，他可以把計算機分層。分層結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中虛擬機器M4是高級語言機器，負責(zé)把高級語言程序翻譯成匯編語言程序；虛擬機器M3是匯編語言機器，負責(zé)把匯編語言程序翻譯成機器語言程序；虛擬機器M2是操作系統(tǒng)機器，負責(zé)用機器語言解釋操作系統(tǒng)；傳統(tǒng)機器M1用微程序解釋機器指令；微程序機器M0由硬件直接執(zhí)行微指令。從下層向上層發(fā)展反映了計算機系統(tǒng)逐級生成的過程，而從下層往上層觀察則有助于了解應(yīng)用計算機求解問題的過程。因此，“計算機組成原理”的教學(xué)必須體現(xiàn)這種層次性。

二、計算機組成原理的教材體系及其問題

目前最常見的計算機組成原理教材主要有唐朔飛和白中英版，兩者各有特點。其中唐朔飛版采用從整體框架入手，自頂向下、由表及里、層層細化的敘述方法，通過對計算機系統(tǒng)概述、總線系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、中央處理器、控制單元的深入剖析和詳細講解，條理清晰，脈絡(luò)鮮明，使讀者能形象地理解計算機的基本組成和工作原理。[3]但經(jīng)過學(xué)習(xí)之后感覺作為考試的復(fù)習(xí)書尚可，想要深入學(xué)習(xí)的人會發(fā)現(xiàn)教材中后面幾章有關(guān)模型機的設(shè)計部分講得太少，這不利于建立整機觀念。如果只是把計算機的各個部分當(dāng)成分立的器件來看待，那也就失去了學(xué)習(xí)組成原理的意義。

第3篇：計算機組成原理教學(xué)范文

摘要：本文在分析信息化時代對人才全方位要求的基礎(chǔ)上，指出了“計算機組成原理”課程的傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，結(jié)合多年“計算機組成原理”課程教學(xué)的體會和經(jīng)驗，就信息化環(huán)境下教學(xué)改革中的教育模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方法等有關(guān)問題進行了探討和研究，為“計算機組成原理”課程的教學(xué)改革提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：“計算機組成原理”課程；教學(xué)改革；教學(xué)模式；教學(xué)方法；教學(xué)手段

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

“計算機組成原理”課程是計算機專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課程，是很多課程的前導(dǎo)課，也是計算機專業(yè)研究生入學(xué)考試的課程之一，因此學(xué)好這門課程對后面課程的學(xué)習(xí)和深造有著至關(guān)重要的作用。隨著信息化社會的發(fā)展和計算機科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在擔(dān)負著培養(yǎng)計算機專業(yè)人才的一流高等學(xué)校里,“計算機組成原理”課程教學(xué)改革的主要目的是使“計算機組成原理”教學(xué)跟上計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展步伐，適應(yīng)當(dāng)前計算機硬件的更新速度和軟件發(fā)展的需要，因此傳統(tǒng)的教育模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已不適應(yīng)信息化時代對人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。本文結(jié)合多年“計算機組成原理”課程教學(xué)的體會和經(jīng)驗，就信息化環(huán)境下教學(xué)改革中的有關(guān)問題進行探討和研究。

1教學(xué)模式的改革

1.1教學(xué)模式由灌輸型向引導(dǎo)型轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為中心，教師通過講授、板書等多種媒體的輔助，將教學(xué)內(nèi)容傳遞給學(xué)生或灌輸給學(xué)生。在這樣一種模式下，教師是主動施教者，學(xué)生是被動的外部刺激接受者即灌輸對象，媒體則是教師向?qū)W生灌輸?shù)墓ぞ撸滩膭t是灌輸?shù)膬?nèi)容。表面上學(xué)生參與教學(xué)活動，但這是一種被動的參與。它的優(yōu)點是有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，有利于教師對課堂的組織、管理與控制，有利于教師系統(tǒng)的傳授知識;缺點是忽視學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)，不能把學(xué)生的認識主體作用很好地體現(xiàn)出來，學(xué)生缺乏主動的思考、探索，其自主性、積極性難以發(fā)揮，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與創(chuàng)造性人才的成長。因此在教學(xué)中我們嘗試了由灌輸型教學(xué)模式向引導(dǎo)型教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。比如：在講述二進制加法器時，我們引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計十進制加法器；在介紹設(shè)計既能按8位訪問又能按16位訪問的存儲器時，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計既能按8位訪問又能按16位訪問還能按32位訪問的存儲器；在介紹完Cache存儲器的工作原理后引導(dǎo)學(xué)生分析實際微型計算機系統(tǒng)中的Cache存儲器；在介紹完所用教材里CPU結(jié)構(gòu)下指令流程圖后引導(dǎo)學(xué)生分析其他CPU結(jié)構(gòu)的指令流程圖；在介紹完微程序地址安排的基本技術(shù)后，引導(dǎo)學(xué)生安排實際微型計算機系統(tǒng)中指令流程圖的微地址，這些引導(dǎo)的內(nèi)容都是課本之外的，我們在教學(xué)中教的是方法和技術(shù)，因此學(xué)生發(fā)揮主觀能動性后便可以解決課本之外的有關(guān)問題。

這種教學(xué)模式是一種教與學(xué)雙向互動的教學(xué)模式，其核心在于既要發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。在這樣一種模式下，學(xué)生是信息加工的主體，是知識意義的主動建構(gòu)者；教師是課堂教學(xué)的組織者、指導(dǎo)者，是學(xué)生建構(gòu)意義的幫助者、促進者。學(xué)生主動地參與到教學(xué)過程中，教師則對教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)媒體進行總體的指導(dǎo)與把握，教師職責(zé)逐步從傳道、授業(yè)、解惑轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)、咨詢、組織、主持和設(shè)計教學(xué)上來。實踐證明這種模式的優(yōu)點是有利于學(xué)生的積極性、自主性的發(fā)揮，有利于學(xué)生主動思考、主動探索、主動發(fā)現(xiàn)，有利于學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)。

1.2教學(xué)模式由理論主導(dǎo)向能力主導(dǎo)轉(zhuǎn)變

“計算機組成原理”課程所用教材絕大部分都是介紹理論知識，如果仍多采用傳統(tǒng)的教育模式，過多地注重于知識的傳授、理論的灌輸，而對于學(xué)生是否能夠消化、是否能夠吸收、是否能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識結(jié)合到實踐中去進行創(chuàng)造，則注重不夠。這樣的人才只能單純地重復(fù)知識、記憶知識、進行模仿，其適應(yīng)性及創(chuàng)新能力都不夠。培養(yǎng)的學(xué)生死記硬背的多、高分低能的多、知其然而不知其所以然的多，學(xué)生缺乏創(chuàng)造性，許多畢業(yè)學(xué)員在工作崗位上無法開展創(chuàng)造性工作。因此大力推進現(xiàn)代教學(xué)模式，在傳授知識的同時，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實際、注重與學(xué)生的生產(chǎn)生活相聯(lián)系、注重學(xué)生對知識的駕馭非常重要。信息化時代培養(yǎng)的人才是復(fù)合型、應(yīng)用型、創(chuàng)造型三者的整合統(tǒng)一，必須具備較強的適應(yīng)性和較好的創(chuàng)新性，不僅熟悉和掌握一門專業(yè)、技術(shù)，而且熟悉和掌握相關(guān)學(xué)科的知識和技術(shù)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運用到生產(chǎn)、生活中，具有不斷創(chuàng)造的能力。

明確了教學(xué)的目標和現(xiàn)代的教學(xué)模式，在教學(xué)中我們不完全介紹書本上的純理論，不強調(diào)死記硬背，而是給學(xué)生自我發(fā)揮的空間。因此在介紹運算方法和實現(xiàn)后，對運算器的設(shè)計進行了練習(xí)；在介紹主存儲器的組成原理后，對實際存儲器的設(shè)計技術(shù)，比如模塊化存儲器設(shè)計、動態(tài)存儲器設(shè)計和交叉存儲器設(shè)計都進行了訓(xùn)練；在介紹指令系統(tǒng)時，在將操作碼的設(shè)計和尋址方式的設(shè)計介紹完后，對指令系統(tǒng)的設(shè)計進行了訓(xùn)練；在介紹控制器的設(shè)計技術(shù)后，對控制器的完整設(shè)計進行了訓(xùn)練。這樣的理論與實際相結(jié)合的方法即能把所學(xué)的理論融會貫通又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生感到自己所學(xué)的東西不是空洞的，而是學(xué)有所用的。

2教學(xué)手段的改革

教學(xué)手段已經(jīng)成為制約教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效益和教學(xué)模式的重要方面，因此在計算機課程的教學(xué)改革中，教學(xué)手段的改革也是刻不容緩的。傳統(tǒng)的教學(xué)手段是“粉筆+ 黑板”，不僅書寫黑板要花很多課題時間，而且老師面對的是很多粉筆灰和不停的寫了擦、擦了寫，學(xué)生看到的是死板的黑底白字。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的教師已經(jīng)充分運用多媒體、遠距離通訊等現(xiàn)代技術(shù)，改變傳統(tǒng)教學(xué)的局限與不足。課件教學(xué)已經(jīng)成為最主要的教學(xué)手段，但又出現(xiàn)了另外的極端，很多老師過分的依賴幻燈片，做在機器旁邊念課件，而學(xué)生把課件拷貝回去后有的干脆就不來聽課，因此出勤率大大下降。為此，我們采用了“課件+黑板”的教學(xué)手段，大部分內(nèi)容在課件上出現(xiàn)，但細節(jié)部分在黑板上給予適當(dāng)補充，而且一些臨時需要增加的內(nèi)容必須借助于黑板來發(fā)揮。采用黑板還可以讓學(xué)生有思考的余地，在黑板上我們可以讓學(xué)生指揮粉筆，由他們來告訴解題下面的答案，這種方法的試用效果很好，所以我們認為不能完全摒棄黑板，兩者的結(jié)合可以發(fā)揮到最好的教學(xué)效果。

3教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是教育思想、教育觀念在教學(xué)過程中的體現(xiàn)，是一種經(jīng)驗的積累，針對不同層次的學(xué)生和不同的能力需要實施不同的教學(xué)方法。在“計算機組成原理”課程的教學(xué)中我們嘗試了下列的幾種不同的教學(xué)方法:

(1) 問題式教學(xué)

在教學(xué)過程中我們經(jīng)常會提出與講解相關(guān)的問題，把學(xué)習(xí)引入到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，學(xué)生通過互相合作來解決這些問題，發(fā)現(xiàn)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。在設(shè)計中我們會給出一些故障問題，讓學(xué)生找出其中的錯誤，從而開啟學(xué)生的思維。比如某微機的尋址范圍為64KB，由8片8KB的芯片組成，如果運行時發(fā)現(xiàn)無論往哪個芯片存放8KB數(shù)據(jù)，尋址地址大于等于A000H起始地址的存儲芯片都有相同的數(shù)據(jù)，分析故障的原因；若發(fā)現(xiàn)譯碼器中的地址線A13與CPU斷開，并搭接到了高電平，分析其后果將如何。

(2) 任務(wù)式教學(xué)

任務(wù)式教學(xué)從實際問題入手，采取提出任務(wù)、分析任務(wù)、設(shè)計任務(wù)、解決任務(wù)、歸納規(guī)律的方法，讓學(xué)生在解決任務(wù)的過程中掌握知識。如在學(xué)習(xí)完控制器設(shè)計技術(shù)后，我們給學(xué)生提出任務(wù)，設(shè)計一個能控制完成10條指令的控制器，包括立即尋址、直接尋址、間接尋址、相對尋址等4種尋址方式。學(xué)生先進行總體方案設(shè)計、指令操作流程設(shè)計、微指令格式設(shè)計、微地址的設(shè)計和微程序控制器的設(shè)計，從解決任務(wù)中學(xué)生歸納出控制器設(shè)計的方法和步驟，即指令流程的設(shè)計從取指令開始、然后根據(jù)尋址方式取數(shù)、最后進行運算并存結(jié)果，設(shè)計過程與CPU結(jié)構(gòu)圖中的數(shù)據(jù)流通路有關(guān)，不能死記硬背，CPU結(jié)構(gòu)圖不同，同一條指令其操作流程圖相同，但微操作流程不一定相同；同樣微指令格式也與CPU結(jié)構(gòu)圖密切相關(guān)，與數(shù)據(jù)通路相對應(yīng)；微地址安排時一般采用下址和計數(shù)結(jié)合的方法。

(3) 討論式教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)一般是滿堂灌，學(xué)生完全處于被動的聽狀態(tài)，有時聽得直打瞌睡，為了避免這種狀況，我們必須讓學(xué)生的腦子有事可做，要讓他們思考，因此必要的時候我們會采取討論方式，讓學(xué)生發(fā)言或提問，大家都可以提出自己的想法。比如“某主存儲器訪問一次存儲器時傳送地址一個時鐘周期、讀/寫4個時鐘周期、數(shù)據(jù)傳送1個時鐘周期，如果采用4字寬主存、一次只能讀/寫4個字、但CPU與主存的數(shù)據(jù)傳送寬度為1個字的存儲器結(jié)構(gòu)，則讀取16個數(shù)據(jù)，需要多少時鐘周期；如果采用4體交叉存儲器、每個存儲體為單字寬的存儲器結(jié)構(gòu)，則讀取16個數(shù)據(jù)，又需要多少時鐘周期?！?，書上對這兩個問題的解答與學(xué)生們的想法有出入，因此我們交給學(xué)生去討論，大家對后續(xù)指令如何重疊展開了討論，各抒己見。通過討論式教學(xué)，學(xué)生可互相激勵、探討問題，增加了學(xué)生的參與度，使其全身心地投入到學(xué)習(xí)中去，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開發(fā)了其自身的潛能，提高了教學(xué)效率。

(4) 實踐式教學(xué)

眼過千遍，不如手動一遍 ，學(xué)生在學(xué)完了相關(guān)知識后，通過自己動手操作和深入實踐，能鞏固所學(xué)的知識。如在學(xué)習(xí)完運算器后，安排運算器的實驗，使學(xué)生了解運算器的組成、掌握運算器串并行進位方式組裝方法、掌握使用運算器進行各種運算的方法；學(xué)完存儲器后，安排了存儲器的實驗，使學(xué)生了解存儲器的組成、掌握字向擴展和位向擴展的電路組裝方法和存儲器的讀寫方法；在學(xué)完系統(tǒng)總線后安排了總線傳輸實驗，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)在存儲器模塊和運算器模塊這兩個模塊之間傳遞方法；在學(xué)完控制器設(shè)計后安排了微程序控制器的實驗，使學(xué)生了解微程序控制器的概念、微程序控制器的使用方法，微程序和指令程序的輸入方法和微程序的調(diào)試方法。各種實驗有效地調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性，有的學(xué)生在實踐中顯示出其獨特的創(chuàng)造性，對學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)起到了很好的促進作用。

4考核方式的改革

考試對學(xué)生起著重要的引導(dǎo)作用，考試不僅是評價學(xué)生的知識和能力，而且還應(yīng)推動學(xué)生的學(xué)習(xí)向最佳方向發(fā)展，同時也是對教學(xué)效果的信息反饋，可以促進教學(xué)工作的改善。新的教學(xué)觀念考核不是檢測記住了多少知識，而是檢測獲取知識和應(yīng)用知識的能力。由于計算機組成原理是偏向于原理，所以傳統(tǒng)的考試都是理論偏多，大部分考生內(nèi)容需要死記硬背，學(xué)生感覺和考政治差不多，很是頭痛。針對我們改革的教學(xué)模式和方法，既然我們的教學(xué)并不強調(diào)死記硬背，而是培養(yǎng)復(fù)合型、應(yīng)用型和創(chuàng)造型三者統(tǒng)一的人才，我們的考題以考學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力為主導(dǎo)，考試的內(nèi)容盡量少考或不考抽象的概念，而是傾向于分析和設(shè)計，一般在對知識的理解基礎(chǔ)上就能完成，而死記硬背的東西在考試時不能完全照搬，解題的靈活性能充分發(fā)揮學(xué)生的能力，使優(yōu)秀的學(xué)生脫穎而出。

成績的評定采用綜合成績，而不是一張試卷定乾坤，我們根據(jù)期末考試成績、平時測驗成績、作業(yè)成績和出勤等多項因素，綜合評定學(xué)習(xí)成績。通過考核激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，全面考核學(xué)生的能力和素質(zhì)。一般考試成績占70%，而平時成績占總成績的30%，這樣學(xué)生就會重視上課的出勤和平時的練習(xí)。

5結(jié)語

本文所提出的信息化時代“計算機組成原理”課程的教學(xué)改革模式、方法和手段都是我們實際教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)，在教學(xué)中取得了較好的效果，在此旨在與各位同仁和專家進一步探討和研究。本人從事“計算機組成原理”課程的教學(xué)長達二十多年，深感教學(xué)的模式、方法和手段不能一層不變，必須跟上時展的步伐，與社會對人才的要求相適應(yīng)，這樣才能培養(yǎng)出時代所需要的人才，當(dāng)然僅這一門課程的改革是遠遠不夠的，希望起到拋磚引玉的作用。

參考文獻：

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The Educational Research on the Course of Computer Organization Principle in the Information Age

XU Ai-ping , XU Xian-bin, CAI Zhao-hui, HUANG yuan

(School of Computer, Wuhan University, Wuhan 430079 , China )

第4篇：計算機組成原理教學(xué)范文

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；課程設(shè)計；知識體系

現(xiàn)代社會計算機技術(shù)發(fā)展一日千里，計算機的組成結(jié)構(gòu)與過去的小規(guī)模集成電路相比已不可同日而語，它已經(jīng)是超大規(guī)模的集成電路。高校開設(shè)“計算機組成原理”課程，其主要目的是學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，可以深入了解計算機的各功能部件，對每個部件在整機中起到的作用以及對應(yīng)需完成的任務(wù)進行學(xué)習(xí)[1]。

1 課程特點及教學(xué)任務(wù)

“計算機組成原理”是高校計算機專業(yè)的一門核心課程。它在先導(dǎo)課與后續(xù)課間起著承上啟下的重要作用，它的課程地位決定其知識范圍廣、知識容量大、更新速度快以及難度高的特點[2]。因此在本課程中，教師更應(yīng)該注意學(xué)生主體作用的體現(xiàn)。計算機技術(shù)日新月異，老師所傳授的知識要與時代的發(fā)展同步，使學(xué)生在校園內(nèi)接觸到的是新知識、新技術(shù)和新理念。

“計算機組成原理”是計算機本科專業(yè)必修的硬件課程。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，可以了解計算機常用的邏輯器件、部件的基本原理、基本結(jié)構(gòu)和初步設(shè)計方法，了解簡單、完備的單臺計算機組成原理。教學(xué)要求可以按照高、中、低分為三個層次，即“掌握”、“理解”和“了解”：“掌握”即要求學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容進行熟練掌握和深入理解，并且可以利用所學(xué)知識對相關(guān)的應(yīng)用、初步設(shè)計等問題做出

分析和解答；而“理解”要求學(xué)生可以利用所學(xué)內(nèi)容對相關(guān)問題做簡單的判斷分析；“了解”則是對所學(xué)內(nèi)容進行初步的了解[3]。

2 課程知識體系設(shè)計

常規(guī)的課程知識體系都要求具備一定的系統(tǒng)性、科學(xué)性以及完整性。不過相對于學(xué)習(xí)計算機原理的課程來說，上述也提到該課程的特點決定將其教學(xué)要求分為三個層次，因此，筆者認為可以將科學(xué)性標準作為需要主要把握的課程特性，而其系統(tǒng)性和完整性可以根據(jù)本課程的特點做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2.1 課程知識體系的構(gòu)成

課程知識體系由若干知識單元(如總線、存儲器等)構(gòu)成，知識單元由若干知識點(如總線結(jié)構(gòu)、特性等)構(gòu)成，知識單元的每個知識點間又有著內(nèi)在邏輯關(guān)系，每個知識單元中的知識點與其他單元的各知識點同樣有一定聯(lián)系，并且各知識單元之間同樣存在著相應(yīng)的關(guān)系，正是這些內(nèi)在的邏輯關(guān)系組成了一個完整的網(wǎng)狀系統(tǒng)，其所反映的就是課程知識體系結(jié)構(gòu)。新的知識要藉由長時記憶中的知識向?qū)W生自身的知識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，因此，在進行課程設(shè)計時要以這個觀點為基礎(chǔ)，強調(diào)學(xué)習(xí)該課程的知識體系結(jié)構(gòu)[4]，如圖1所示。

基金項目：黑龍江省智能教育與信息工程重點實驗室；黑龍江省重點學(xué)科(081203)。

作者簡介：李麗萍，女，教授，研究方向為計算機科學(xué)教育、計算機體系結(jié)構(gòu)。

2.2 建立課程知識體系結(jié)構(gòu)的方法

首先利用任務(wù)分析這一教學(xué)設(shè)計理論技術(shù)，采用教研組老師集體研究、分析的模式，確定出該課程的教學(xué)范圍以及課程深度[5]。再通過解釋結(jié)構(gòu)模型法，對教學(xué)順序以及教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)做進一步確定。在確定教學(xué)順序時，通常由專業(yè)人員以及課程教師來進行：先分析主題，把課程內(nèi)容的各知識點抽出，確定出各個知識點的內(nèi)部邏輯關(guān)系，即建立有向圖；通過矩陣運算初步整理有向圖，求取各知識點間教學(xué)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，繪出整體知識點層級網(wǎng)絡(luò)圖；最后再進行整體的審查以及局部修改。知識體系結(jié)構(gòu)中的每個知識點都要做任務(wù)目標的分析，進一步確定出具體教學(xué)內(nèi)容，參照上述確定的教學(xué)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，建立起教學(xué)目標和教學(xué)任務(wù)的關(guān)聯(lián)圖，最后就可以進行“計算機組成原理”的課程體系設(shè)計。

3 課程分析

3.1 教材分析

《計算機組成原理》教材經(jīng)過多次的改版和演變，已經(jīng)增加了很多的內(nèi)容。通過分析所用《計算機組成原理》教材，我們可以把教材全部10大章內(nèi)容先分為26個教學(xué)單元，每個單元再細分為若干個知識點。選擇每個單元內(nèi)容的主要知識點，再針對這些知識點間的內(nèi)在邏輯關(guān)系組織學(xué)習(xí)順序。在教學(xué)設(shè)計上強調(diào)清晰、簡潔、明確，使學(xué)生可以從整體把握該課程的知識結(jié)構(gòu)。因為學(xué)習(xí)過程中的每個知識點有著不同的難易程度，通常關(guān)鍵的知識點往往也是難點，因此在設(shè)計中要針對重點知識提供多層次、多形式的學(xué)習(xí)和練習(xí)。

3.2 學(xué)生特征分析

課程設(shè)計中確定教學(xué)進度、完成教學(xué)任務(wù)的第一步，就是對學(xué)生特征做出科學(xué)、準確的分析，只有對學(xué)生進行充分的了解，才能確定哪些學(xué)習(xí)內(nèi)容是可以通過學(xué)生自學(xué)完成的，哪些任務(wù)是需要老師加以引導(dǎo)的。分析學(xué)生特征可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)動力，引導(dǎo)學(xué)生編制自學(xué)計劃，在有限的時間實現(xiàn)教學(xué)目標。

學(xué)生特征信息通常來源于以下兩個渠道：

1) 通過老師和學(xué)生的面對面交談或者利用郵件、及時通訊工具等所做的交流。

2) 通過問卷調(diào)查，問卷的內(nèi)容主要包括學(xué)生在學(xué)習(xí)“計算機組成原理”時的態(tài)度、目的以及方法，還有具備相應(yīng)基礎(chǔ)知識的程度。采用問卷的形式與學(xué)生進行交流，可以直接掌握學(xué)生的具體情況，包括學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)知識以及設(shè)計能力。老師可以以此為參照進行教學(xué)目標的設(shè)計。要先促使基礎(chǔ)知識相對欠缺的學(xué)生對相關(guān)知識點進行補充學(xué)習(xí)，學(xué)生在具備了前導(dǎo)知識后，才能克服后續(xù)學(xué)習(xí)過程中的畏難心理，使得課程得以順利開展。而對于一部分學(xué)習(xí)熱情高、基礎(chǔ)扎實、喜歡計算機專業(yè)的學(xué)生，則可以引導(dǎo)他們制定一些綜合性的、有一定難度的自學(xué)計劃。學(xué)生在解決實際問題時，提高創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)能力，從而激發(fā)其求知欲，體會到學(xué)習(xí)的成就感，最終提高設(shè)計能力。

3.3 學(xué)習(xí)目標分析

本課程的學(xué)習(xí)目標按照上述課程體系結(jié)構(gòu)的組成，設(shè)計為“課程學(xué)習(xí)目標”、“單元學(xué)習(xí)目標”和“知識點學(xué)習(xí)目標”?？梢韵仍趯W(xué)期初提出課程學(xué)習(xí)目標，使學(xué)生對于課程的學(xué)習(xí)目的了然于胸；單元學(xué)習(xí)目標可以在學(xué)習(xí)各單元內(nèi)容之前呈現(xiàn)；而每個知識點的學(xué)習(xí)目標要在知識點的學(xué)習(xí)過程中呈現(xiàn)，并且將知識點的學(xué)習(xí)目標對照上述教學(xué)特點進行層次的劃分，使學(xué)生明確知道知識點是屬于“掌握”還是“理解”還是“了解”。老師給出相應(yīng)的引導(dǎo)和建議，學(xué)生按照不同的層次目標確定自己適用的學(xué)習(xí)策略。

4 教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

4.1 組織教學(xué)內(nèi)容

在實施本課程的教學(xué)活動時，除了引導(dǎo)學(xué)生在課堂這種正式渠道獲取理論知識外，還要充分利用校園局域網(wǎng)、因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)形式和網(wǎng)絡(luò)資源加以學(xué)習(xí)輔助。例如，計算機發(fā)展與展望、漢字在計算機中的處理、外部設(shè)備等一些與現(xiàn)代技術(shù)聯(lián)系密切的知識點，多采用學(xué)生分組學(xué)習(xí)討論方式。學(xué)生搜集查找的資料內(nèi)容遠比課本豐富，這種學(xué)習(xí)方式，既開拓了學(xué)生的知識面，也鍛煉了學(xué)生初步進行信息檢索歸類的科研探索能力。老師在課堂中通過精心制作的課件，采用知識可視化、信息可視化等先進的方法，向?qū)W生傳遞知識點；或者利用BBS、電子郵件等方式，與學(xué)生進行非正常渠道的溝通，在傳遞教材各顯性知識點的同時，還向?qū)W生傳授分析問題、解決問題的策略[6]。學(xué)生通過掌握這些隱性知識，不僅加快了知識點向自身知識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的過程，還提高了實際解決問題的能力。

4.2 設(shè)計學(xué)習(xí)環(huán)境

學(xué)習(xí)環(huán)境通常由自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)兩部分組成。自主學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計，除了老師引導(dǎo)學(xué)生制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)計劃外，還可以針對學(xué)生的階段測試、日常學(xué)習(xí)中的反饋信息設(shè)計出自學(xué)自測學(xué)習(xí)模式：收集每個階段測試以及日常練習(xí)中經(jīng)常出錯的習(xí)題，開發(fā)設(shè)計出自測試題庫，促使學(xué)生自覺進入該試題庫進行自我測試，通過對比發(fā)現(xiàn)不足，從而提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)積極性。而協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計，則可以采用項目教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動法等各種教學(xué)方法[7]，加強學(xué)生協(xié)作能力的鍛煉，培養(yǎng)其團隊精神。也可以在校內(nèi)局域網(wǎng)建立課程論壇、學(xué)習(xí)社區(qū)等，利用發(fā)貼與學(xué)分掛鉤的形式，提高學(xué)生的參與度。

4.3 開發(fā)教學(xué)資源

老師要采用多種教學(xué)策略為學(xué)生搭建一個理想的學(xué)習(xí)平臺。深入開發(fā)素材性課程資源，可以說課程資源是課程實施的基本條件之一，素材性課程資源是開展教學(xué)活動直接來源，學(xué)生轉(zhuǎn)化為自身知識結(jié)構(gòu)的對象。素材性課程資源分為靜態(tài)和動態(tài)兩種，很多老師比較側(cè)重于靜態(tài)資源(如講義、課件)的利用，而忽略了動態(tài)資源。所謂動態(tài)資源就指師生交互過程中所形成的資源，例如，學(xué)生時實的信息反饋等。其實動態(tài)資源的利用正是突出了“學(xué)生為學(xué)習(xí)主體”這一全新教學(xué)理念，它使學(xué)生和老師情感交流更為豐富，也提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.4 設(shè)計教學(xué)方法

由于“計算機組成原理”課程有很多抽象性的概念，筆者通過實踐發(fā)現(xiàn)，類比法對幫助學(xué)生理解抽象概念起著非常有效的作用。所謂類比法，是把計算機原理課程中的知識內(nèi)容與日常生活中接近的例子作對比，使得相關(guān)理論概念變得具像化，更容易理解和掌握[8]。類比法又分為對象方法類比及對象屬性類比兩種。其中對象屬性類比是利用該對象的屬性，與另外一個與其屬性特征相接近或者完全相同的對象做比較，使得具有抽象屬性的對象具像化，對該對象的屬性特征加以說明。如教材中對CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的描述都比較抽象，有時候僅用一個模型圖來說明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生理解起來比較困難。此時可以分析該知識單元：CUP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個互相協(xié)作但又相對獨立的整體，其各部分都有自己的功能特點，那么就可以將其與一家制造企業(yè)公司做類比。一家制造廠由經(jīng)理部、財務(wù)管理部、生產(chǎn)部、車間、企劃部、采購部等各部門組成，每個部門的職責(zé)范圍也不盡相同，如果把公司的組織架構(gòu)和CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成做類比，則理解起來就相對容易，因此可以做如表1所示的類比。

這種類比教學(xué)方法在課堂實施后，學(xué)生都認為對于CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)理解比較透徹。

而對象類比則是對某對象所具備的行為或過程與另外一個對象所具備的抽象性過程或行為進行類比，進而對抽象概念加以說明。

4.5 實驗設(shè)計

該課程是一門實踐性非常強的課程，因此，實驗的設(shè)計就尤為重要，這里按照開設(shè)實驗課程的時期提出幾種設(shè)計方法。

4.5.1 驗證式實驗

對于初期實驗課程來說，這種實驗方法比較常用，它可以幫助學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)實驗的步驟及方法。其實驗證式實驗就是老師先給出實驗的步驟、方法以及試驗?zāi)康?，并繪出線路圖，在上面寫出匯編程序，給出實驗結(jié)果，學(xué)生按照老師提供的思路進行試驗驗證。比如，一塊EPROM的芯片，由0地址開始寫上內(nèi)容，學(xué)生按照老師提供的電路圖構(gòu)成電路，讀出地址內(nèi)容單元，并與老師所寫的內(nèi)容做比較。這個試驗可以幫助學(xué)生初步了解單元電路的構(gòu)造及調(diào)試方法，及時排除錯誤。

4.5.2 模仿式實驗

開設(shè)中期實驗課程，學(xué)生可以參照一些程序或電路，對其進行改造或模仿，設(shè)計出類似的實驗程序和電路，得出課程要求的實驗結(jié)果，并對該結(jié)果進行觀察、分析和研究，這種方法就是模仿式實驗。

4.5.3 探索式實驗

實驗課程的后期階段，可以要求學(xué)生參照教材內(nèi)容，自行設(shè)計出實驗方案，對實驗電路、實驗流程、實驗程序進行自主的調(diào)試和構(gòu)造，從中獲取老師所要求的實驗結(jié)果。這種探索式實驗對于學(xué)生解決問題、分析問題的能力要求比較高，并且還要有較強的計算機軟件、硬件知識做支撐。學(xué)生經(jīng)過該階段實驗課程的訓(xùn)練，其動手能力、設(shè)計能力都會得到很大的提高。根據(jù)長期的計算機組成原理課程教學(xué)實踐，我們開發(fā)了基于EDA技術(shù)的教學(xué)實驗板，在實驗課中開展了新教學(xué)方法的教學(xué)實驗和研究，摸索和設(shè)計出了一套新型的計算機組成原理實驗課教學(xué)方法與模式。實踐表明，采用這種教學(xué)方法的突出特點是充分體現(xiàn)和發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，達到了加強學(xué)生綜合素質(zhì)的提高和實踐能力培養(yǎng)的目標。

4.6 教學(xué)評價體系設(shè)計

在設(shè)計教學(xué)評價體系時，老師要注意將多種評價方式相結(jié)合。在學(xué)習(xí)過程中運用形成性評價，老師可以設(shè)計出諸如“電子檔案袋”等形式的程序，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程做詳細記錄；在學(xué)習(xí)活動告一段落時，可以采用總結(jié)性評價方法，指出各階段性學(xué)習(xí)的不足，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果加以驗證。評價的手段也不能只采用考試一種，可以結(jié)合日常教學(xué)中的項目完成成果、在課程論壇中發(fā)帖的數(shù)量和質(zhì)量等，對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法做出全面評價。而評價的主體也要多樣化，不能僅以老師為評價的主體，學(xué)生也要真正參與到評價活動中來，如設(shè)計問卷調(diào)查，或者項目教學(xué)法中，讓學(xué)生作為評價的主體，進行各項目小組間的互相評價等。

5 結(jié)語

第5篇：計算機組成原理教學(xué)范文

關(guān)鍵詞：階梯化教學(xué)；教學(xué)實踐；“計算機組成原理”課程

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913 (2007) 20-0050-03

1引言

足夠長的杠桿可以撬動地球，足夠多的階梯可以攀登頂峰。

如果說計算機科學(xué)是一個金字塔，“計算機組成原理”課程無疑是這個聳入云天的金字塔的底座之一。無論是計算機硬件技術(shù)還是軟件技術(shù)，無一不與“計算機組成原理”課程直接或間接相關(guān)。在計算機教育大環(huán)境悄然改變的今天，像“計算機組成原理”這樣傳統(tǒng)的基礎(chǔ)課程教育模式的改進也需要與時俱進。

階梯化教學(xué)模式是指對一門課的教學(xué)在不同的階段針對不同的學(xué)生以多種多樣的且逐階向上的形式開展起來，以達到最大限度地理論聯(lián)系實際，科研結(jié)合教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)之目的的一種教學(xué)方法。

2 “計算機組成原理”階梯化教學(xué)的特點

對于“計算機組成原理”課程而言，階梯化教學(xué)的實現(xiàn)包含多方面含義：

(1) 多樣化。打破以往“計算機組成原理”課程理論講授配合少量實驗的單一形式，增加了課程設(shè)計、開放實驗室項目和畢業(yè)設(shè)計等多個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了教學(xué)環(huán)節(jié)的多樣化。

(2) 最大化。最大可能地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，最大程度地理論聯(lián)系實踐，最大限度地與最新技術(shù)接軌，以達到培養(yǎng)學(xué)生興趣，開發(fā)其潛能的目的。

(3) 階梯化最重要的一個含義是“逐階向上”的含義，也就是多種教學(xué)方法應(yīng)用的幾個層次是逐漸升高的，就像上樓梯一樣。如圖1所示，理論教學(xué)無疑是第一個臺階，實驗教學(xué)就是第二個臺階，其余逐漸升高的臺階順次是課程設(shè)計，開放實驗室項目，畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)。一個學(xué)生在這幾個環(huán)節(jié)中拾階而上，終于登頂?shù)臅r候，他將看到一個無比廣闊的發(fā)展空間。

(4) 合理的階梯寬度分布。階梯的寬度表現(xiàn)為持續(xù)時間的長短，參與學(xué)生的人數(shù)，教師輔導(dǎo)的程度等。由于每一級臺階的性質(zhì)、目的、內(nèi)容不同，每一級臺階的寬度也不相同，選擇一個合適的寬度比例對于最終階梯化教學(xué)的成功也是非常重要的。

(5) 必需的硬件設(shè)施。“欲善其工，先利其器”，一種教學(xué)改革方法如果沒有相適應(yīng)的硬件設(shè)施，那么就只能是紙上談兵了。“計算機組成原理”多媒體教學(xué)軟件和一種或幾種實驗系統(tǒng)對實現(xiàn)這種階梯化教學(xué)是非常必要的。

3階梯化教學(xué)的具體實現(xiàn)

下面就詳細介紹一下各步階梯的具體實現(xiàn)。

(1) 第一層階梯：減而彌精的理論教學(xué)

由于“計算機組成原理”課程的重要基礎(chǔ)課位置，以往該課程的理論學(xué)時是非常大的，伴隨計算機教育環(huán)境的變化，理論課時的壓縮是必然的。理論課時一般由64~72壓縮至48~56。但壓縮不意味著粗糙，也不意味著縮減。在縮小的課時里完成大綱要求，且求精求全，這就需要充分利用計算機。多媒體教學(xué)軟件可以在很短時間內(nèi)生動形象地解釋復(fù)雜知識點，幫助學(xué)生快速掌握重點，難點。而網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的應(yīng)用則可以通過幫助學(xué)生做好預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、測試、解惑等來實現(xiàn)課堂教學(xué)的輔助。計算機手段的應(yīng)用可以使理論教學(xué)縮而不少，減而彌精。

(2) 第二層階梯：推而廣之的實驗教學(xué)

縮減理論課時的同時，實驗教學(xué)要推而廣之。這里的推廣包括兩個方面，一個是在有可能的情況下適當(dāng)?shù)靥岣邔嶒瀸W(xué)時；另一方面要加大有限實驗課時的無限空間，內(nèi)容加多、知識加深、范圍加大。實驗課時可在10~16學(xué)時之間。在教學(xué)中有一個普遍的問題就是如何因材施教的問題。實驗課程是面向所有學(xué)生的。在學(xué)生中，接受能力、動手能力、自身努力的程度就有很大差異，在確保規(guī)定課時中完成教學(xué)任務(wù)的同時，還要求最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性是我們面臨的一個問題。為此可采取如下措施：

其一，修訂適合本校特色的實驗指導(dǎo)書。

其二，嚴抓學(xué)生的預(yù)習(xí)工作。

實驗教學(xué)是階梯教學(xué)的第二級臺階，卻是實驗教學(xué)的第一級臺階，在這個層次上可以使每一位學(xué)生對理論教學(xué)有一個感性的認識，初步建立整機結(jié)構(gòu)思想。很多理論課上抽象的知識在實驗課上得到了具體的體現(xiàn)。實驗課常常是使學(xué)生感到豁然開朗的一個環(huán)節(jié)。

(3) 第三層階梯：漸入佳境的課程設(shè)計

“計算機組成原理”課程的實驗教學(xué)的特點是每個實驗只涉及計算機組成結(jié)構(gòu)中一個或幾個設(shè)備的工作原理。增加一種面向所有學(xué)生的課程設(shè)計，以完成一個較為綜合的題目是使組成原理實踐教學(xué)漸入佳境的關(guān)鍵一步。課程設(shè)計時間及題目在各個學(xué)校有著很大區(qū)別，一般說1~2周較為合適。本學(xué)校應(yīng)根據(jù)實驗學(xué)時長短及后續(xù)實驗環(huán)節(jié)設(shè)置情況相應(yīng)調(diào)整。進入課程設(shè)計環(huán)節(jié)的學(xué)生已經(jīng)有了一定實踐經(jīng)驗，加之課程設(shè)計時間相對較長，所以教學(xué)方法就要變化了。課程設(shè)計指導(dǎo)書的內(nèi)容要比實驗指導(dǎo)書粗略，只應(yīng)該包括設(shè)計任務(wù)和一些設(shè)計所需的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)教師也僅對學(xué)生進行方向性指導(dǎo)，全部設(shè)計原理圖、連線、設(shè)計步驟、設(shè)計測試都由學(xué)生自行完成。指導(dǎo)教師僅對其進行關(guān)鍵技術(shù)的指導(dǎo)。充分放手讓學(xué)生自行設(shè)計。

通過課程設(shè)計這一環(huán)節(jié)，應(yīng)該說每一個按照要求走完這三步臺階的同學(xué)都掌握了計算機整體結(jié)構(gòu)的概念，且具備了相當(dāng)強的動手能力。他們關(guān)于組成原理的知識結(jié)構(gòu)，知識體系已達到了本科計算機專業(yè)的要求。如果還想更進一步的話，就可以登上下面的階梯。

(4) 第四層階梯：更上層樓的開放實驗

“計算機組成原理”開放實驗室項目可以只對部分感興趣的同學(xué)開展。這里開放的含義就是實驗室每天至少8小時開放，教師有針對性地指定一個或幾個題目，并選擇固定的時間進行指導(dǎo)，而學(xué)生可以在實驗室開放的任意時間到實驗室完成項目，以培養(yǎng)對硬件具有特殊興趣的同學(xué)向更深更廣的知識領(lǐng)域發(fā)展。

其一，人員以每位教師指導(dǎo)15人，3人為1組最適宜。

其二，設(shè)計題目可以運用EDA技術(shù)對ISP芯片進行開發(fā)。

其三，整個項目的實現(xiàn)分為4個階段：熟悉題目、設(shè)計邏輯和寫代碼、代碼調(diào)試與測試、總結(jié)并寫出設(shè)計報告。

這一級臺階的設(shè)立可以有效地改變學(xué)生心中“計算機組成原理”離實際太遠的一種印象，同時學(xué)生可以建立起硬件軟化的概念。這是使參與到項目中的學(xué)生完成量變到質(zhì)變飛躍的一個環(huán)節(jié)。

(5) 第五層階梯：已入佳境的畢業(yè)設(shè)計

計算機本科生的畢業(yè)設(shè)計題目在各個院校都極少有與“計算機組成原理”或者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的題目。除了教師重視不夠以外，缺乏相應(yīng)的設(shè)備也是一個客觀的原因。伴隨著實驗系統(tǒng)的改進，EDA技術(shù)的發(fā)展，綜合運用計算機組成原理、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)、硬件描述語言的畢業(yè)設(shè)計題目已經(jīng)成為可能。作為教師，提供一個平臺、一個指引、一個機會就很有可能成就一個計算機應(yīng)用領(lǐng)域的棟梁之才。

畢業(yè)設(shè)計題目的完成是培養(yǎng)真正的硬件人才的有效途徑。能夠走完這一步臺階的學(xué)生具有更強大的就業(yè)競爭力。五層臺階總結(jié)如下圖：

4實踐效果

“計算機組成原理”課程的階梯化教學(xué)改革在遼寧工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院進行了3年的試點研究，取得了較好的效果。理論課時完成了基礎(chǔ)理論的講授，實驗課上學(xué)生理論應(yīng)用于實踐，驗證了書本上的理論知識，也真正理解了理論。在課程設(shè)計中，學(xué)生在課外查找各種資料，使自己在實驗室的設(shè)計和實踐盡善盡美。每年有15名同學(xué)參與到開放實驗活動中，培養(yǎng)了自主分析問題、解決問題的能力。有少數(shù)同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計中選擇了與組成原理有關(guān)的題目，其中有一名同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計論文獲得了校優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計論文一等獎榮譽。

兩位筆者直接主持和參與了這三年的試點研究工作，在此之前筆者有十年的“計算機組成原理”教學(xué)經(jīng)驗，可是采取階梯化教學(xué)之后，筆者才真正感受到為人師的成就感。尤其是在開放實驗和畢業(yè)設(shè)計工作中，學(xué)生由最初的茫然無知，經(jīng)過不斷的實踐與理論相印證，一直到最終的深刻認識，他們幾乎是非常興奮地感受著求知的樂趣。學(xué)生中有多人考取了研究生，進一步深造?？梢哉f他們的成功也部分歸功于“計算機組成原理”階梯化教學(xué)手段的開展。

“計算機組成原理”的課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、課程設(shè)計、開放實驗室項目和畢業(yè)設(shè)計這五個環(huán)節(jié)面向不同的學(xué)生，從不同的層面實現(xiàn)了“計算機組成原理”課程教學(xué)的階梯化理念，從根本上解決了專業(yè)基礎(chǔ)課理論脫離實踐和學(xué)生不重視、學(xué)習(xí)無興趣的弊端。

為人師者不僅要用知識豐富學(xué)生的大腦，增長其才干，更應(yīng)該用為學(xué)生搭建通往成功之路的階梯，在能力范圍內(nèi)盡可能地將學(xué)生送入更高的平臺?！坝嬎銠C組成原理”的階梯化教學(xué)就是一個很好的嘗試，并在實踐中取得了一定的成就，其階梯化的思想可以應(yīng)用到其他學(xué)科、甚至其他專業(yè)。

參考文獻

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[3] 劉芳，戴葵，劉蕓，王志英. “計算機組成原理”中設(shè)計性環(huán)節(jié)的教學(xué)探討[J]. 計算機教育，2007，(4).

[4] 金海溶，周蘇，孟學(xué)多. 用實驗方法改革匯編語言程序設(shè)計的教學(xué)[J]. 計算機教育，2007，(1).

作者簡介

白媛，遼寧工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)教研室，從事以“計算機組成原理”為主的計算機應(yīng)用技術(shù)教學(xué)與科研工作13年。

第6篇：計算機組成原理教學(xué)范文

計算機學(xué)科是一門與實踐結(jié)合非常緊密的課程，純理論化的教學(xué)已經(jīng)無法滿足學(xué)生掌握計算機知識以及培養(yǎng)實踐能力的需求了。因此，計算機實驗課程在現(xiàn)有的計算機教學(xué)體系中所占的比例越來越高。該文針對所關(guān)注的計算機組成原理課程的教學(xué)方法，結(jié)合我們自己所開設(shè)的組成原理實踐課程，針對目前教學(xué)中所存在的一些問題，對組成原理的實驗課程方法作進一步的改進，使其更符合現(xiàn)在國內(nèi)教學(xué)現(xiàn)狀的需求，提高學(xué)生的實驗效率。

2 CPU實驗課程簡介

我們的CPU實驗課程主要目標為：指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出一個符合MIPS標準的CPU。從設(shè)計初級的數(shù)字邏輯器件出發(fā)，到實現(xiàn)一個完整的CPU，然后學(xué)生們可以圍繞自己設(shè)計的CPU編寫匯編器、高級語言編譯器甚至簡單的操作系統(tǒng)[1，2]。讓學(xué)生可以完整地了解計算機的運行原理。

參與本課程的學(xué)生所要實現(xiàn)的CPU使用如表1所示的31條指令，可以覆蓋大部分簡單程序的需求，其具體功能可以參考MIPS指令手冊[3-5]。

前兩個實驗比較簡單，主要為了讓學(xué)生能夠熟悉整個的開發(fā)環(huán)境與流程，而且譯碼器和選擇器也是將來在其他實驗中所需要使用到的部件。從第三個實驗開始，學(xué)生們將從簡到難地一步步實現(xiàn)CPU中的各個部件的設(shè)計，并在第七個實驗中最終完成一個完整的CPU。

3 實驗教學(xué)存在的問題

3.1 testbench用例不完善

我們的CPU實驗課程主要是對于硬件的設(shè)計，在硬件設(shè)計的過程中，testbench的編寫占有著舉足輕重的地位。而參與我們課程的學(xué)生絕大多數(shù)都是第一次接觸硬件的設(shè)計，并且對于CPU的各個部件并沒有一個良好的認識。所以對于這些參與到我們課程的學(xué)生來說，有相當(dāng)一部分學(xué)生沒有編寫完備的testbench的能力與意識。在遇到相對復(fù)雜的模塊時，學(xué)生們可能無法發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計中的缺陷，這為以后的設(shè)計留下了一定的隱患。而且隨著工程越來越大時，初期的錯誤就越來越難被發(fā)現(xiàn)。

3.2 學(xué)生開發(fā)機器運行緩慢

我們這門實驗課是口袋實驗室，參與到我們這項課程的同學(xué)都會將實驗板帶回宿舍作實驗，由于，學(xué)生各自的計算機性能并不能完全滿足CPU實驗的設(shè)計需求。特別是隨著工程的增大，在生成CPU后仿真的模型以及生成開發(fā)板所需的電路文件時，往往需要相當(dāng)長的時間，并且這個過程在CPU的開發(fā)過程中往往需要執(zhí)行很多次。而在此期間，學(xué)生往往只能等待而無法進行課程的學(xué)習(xí)，這會造成極大的時間浪費，降低學(xué)習(xí)效率的同時也很有可能增加學(xué)生的挫敗感。

3.3 應(yīng)用開發(fā)效率低下

CPU要執(zhí)行有一定功能的程序才會顯得有意義，我們的課程會鼓勵學(xué)生在自己設(shè)計的CPU上開發(fā)一些小應(yīng)用來顯示CPU的實用性。我們目前的課程只提供了基于我們課程所涉及指令的匯編器，但對于參加我們課程的學(xué)生而言，使用匯編程序編寫應(yīng)用所需要的技巧與經(jīng)驗往往他們都不具備，這增加了小應(yīng)用程序開發(fā)的難度，不利于學(xué)生們創(chuàng)意與想法的拓展。在我們的課程實踐中，學(xué)生們往往都會選擇開發(fā)一些類似的容易實現(xiàn)的應(yīng)用程序，造成了應(yīng)用程序的同質(zhì)化。

3.4 沒有統(tǒng)一的評分體系

任何課程都要面臨的一個考核的問題。如何能夠公平客觀的評價學(xué)生在整個課程中的表現(xiàn)不僅對于參與課程的學(xué)生，對于此課程未來的發(fā)展都至關(guān)重要。目前我們的課程主要依賴學(xué)生的自行演示以及助教的手工查看。此方法不僅效率低下，每周都要花大量的時間在實驗結(jié)果的檢查上，而且由于參與檢查的人數(shù)較多不容易保持評價標準的一致性。

目前我們的課程仍處于試驗性階段，參與的學(xué)生人數(shù)較少，若未來將此課程推廣，手工檢查的方式將無法滿足課程的需求。

4 針對目前教學(xué)中的問題的解決方法

4.1 統(tǒng)一的部件接口和測試平臺

通過給學(xué)生提供統(tǒng)一的部件接口，我們可以為學(xué)生提供統(tǒng)一的測試平臺。在完成每個部件的編寫后，學(xué)生們首先可以使用自己編寫的testbench來驗證自己設(shè)計的正確性，隨后再由統(tǒng)一的測試平臺來進一步確認部件的設(shè)計。這樣就可以有效地避免由于testbench的不完善而造成的部件設(shè)計缺陷，提高了每次部件實驗結(jié)果的可靠性，從而為接下來的實驗進程打下良好的基礎(chǔ)。

4.2 實驗結(jié)果驗證平臺

統(tǒng)一的部件接口使得自動化測試以及自動評分成為了可能。學(xué)生們可以將自己編寫的代碼提交到我們的測試平臺，運行統(tǒng)一的testbench，通過對比學(xué)生代碼的運行結(jié)果和標準的測試結(jié)果就可以為學(xué)生們編寫的部件提供一個客觀合理的評價。

我們可以根據(jù)學(xué)生每次提交的正確率以及最終通過測試所用的提交次數(shù)來作為學(xué)生每次實驗的評價參考。通過這種方法，我們可以不再逐個檢查學(xué)生的實驗結(jié)果，不僅可以免去每次人工檢查實驗結(jié)果的時間，也大大提高了每次實驗評價的客觀性。

4.3 CPU模擬器

我們的課程設(shè)計了一個基于部分MIPS指令集CPU的模擬器，其輸入可以為自行編寫的匯編程序，模擬器的運行的結(jié)果可以作為我們CPU運行結(jié)果的參照。同時我們課程中還擁有一個31條指令的匯編器，其輸入同樣為學(xué)生自行編寫的匯編程序，而輸出是二進制或十六進制的機器碼文件，該文件可以導(dǎo)入到學(xué)生自己的CPU中運行。然后學(xué)生可以通過對比Modelsim的仿真結(jié)果與模擬器的運行結(jié)果來驗證自己所設(shè)計的CPU的正確性。我們的課程也提供了一些小程序來幫助學(xué)生進行CPU的驗證。

4.4 綜合任務(wù)服務(wù)器

大多數(shù)情況下，學(xué)生們所使用的PC的性能進行完整的綜合與布線任務(wù)時往往都會花費很長的時間。我們可以為他們提供一個專門進行繁重計算任務(wù)的服務(wù)器。

學(xué)生們可以提交自己的設(shè)計到服務(wù)器上，通過服務(wù)器來生成所需的電路文件，將此文件下載到本地后載入FPGA，完成下板工作。鑒于服務(wù)器相對學(xué)生PC有著更出色的性能以及統(tǒng)一的工作環(huán)境，可以大大節(jié)省學(xué)生們完成一次設(shè)計修改的時間，提高學(xué)生們的開發(fā)效率。

4.5 合理使用C語言開發(fā)環(huán)境

高級語言可以大大降低程序的開發(fā)難度，而且通過完善的IDE（集成開發(fā)環(huán)境）可以更方便的確保程序的正確性。目前大部分學(xué)生所編寫的小程序都不會超出我們課程所使用的指令集。GCC編譯器在默認的配置下其編譯出的MIPS指令集不會超出MIPS-I中的所有指令。經(jīng)過多次測試，在多數(shù)情況下編譯出的指令多并不會超出我們目前所使用的31條指令。對于那些不在我們31條指令集范圍內(nèi)的MIPS-I指令，其中有相當(dāng)一部分指令是可以使用現(xiàn)有的指令組合來完成其功能的，我們僅需對GCC所編譯出的匯編程序進行一定的修改即可使用。這為我們使用C語言編寫開發(fā)板程序提供了很好的前提。

學(xué)生們可以首先使用C語言在現(xiàn)有的成熟IDE上進行編程，在驗證了程序的正確性后使用GCC將C語言編譯為MIPS-I的匯編程序，在對編譯完成的匯編程序進行一些修改后可以使用我們課程提供的匯編器生成機器碼來運行在學(xué)生自己設(shè)計的CPU上。

由于學(xué)生們對于C語言的熟悉程度要遠高于MIPS的匯編指令，通過合理使用C語言進行編程，可以大大降低學(xué)生們編寫應(yīng)用程序的難度。

第7篇：計算機組成原理教學(xué)范文

關(guān)鍵詞:醫(yī)學(xué)信息;計算機組成原理;教學(xué)改革

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)04-0924-02

Teaching Discussion of the Course of Principles of Computer Organization in the Specialty of Medicine and Information

YU Lei, WANG Zong-dian, YANG Song-tao, KAN Hong-xing, DU Chun-min

(Institute of Medicine and Information Technology, Anhui University of Traditional Chinese Medicine, Hefei 230031, China)

Abstract: Combined with the situation of high medical college, aimed at the characteristic of the specialty of medicine and information, the teaching experience of the course of principles of computer organization has been discussed and it has been elaborated in the aspects of the selection of teaching contents, the improvement of teaching method and the reform of teaching practice.

Key words: medicine and information; principles of computer organization; teaching reform

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,交叉性學(xué)科日益增多,醫(yī)學(xué)信息學(xué)就是一門涵蓋生物、計算機和醫(yī)學(xué)的交叉性學(xué)科。隨著計算機技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用的日益廣泛,目前國內(nèi)很多醫(yī)科類院校相繼開設(shè)了醫(yī)學(xué)信息類的相關(guān)專業(yè)。就我校安徽中醫(yī)學(xué)院而言,相繼開設(shè)了醫(yī)藥信息管理、醫(yī)藥軟件開發(fā)和醫(yī)藥信息工程監(jiān)理三個方向的本科專業(yè)。由于是培養(yǎng)醫(yī)藥信息的復(fù)合型人才,在課程的設(shè)置上,除了計算機專業(yè)的主干課程外,還有一些醫(yī)藥類及管理類課程,再加上三個方向的本科專業(yè)各有側(cè)重點,所以醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)的課程設(shè)置不像工科院校計算機專業(yè)那樣很深很細。但在我校的教學(xué)計劃中,三個方向的專業(yè)均開設(shè)了《計算機組成原理》課程,是三個方向?qū)I(yè)中均開設(shè)的唯一一門硬件類課?？梢?搞好《計算機組成原理》課程教學(xué),對于我校醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)整體教學(xué)質(zhì)量的提高有著舉足輕重的作用。下面,筆者結(jié)合本人的實際教學(xué)體會,就醫(yī)科院校醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)這門課程的教學(xué)問題和大家作一下探討。

1 聯(lián)系醫(yī)藥背景闡述課程的重要性

目前,有不少學(xué)生對硬件類的課程不太重視,認為硬件類課程與他們將來的就業(yè)聯(lián)系不太緊密,可有可無。在一些工科類院校中“重軟件、輕硬件”的現(xiàn)象比較普遍,在醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)中尤為明顯。作為該類課程的授課教師,在上課的整個過程中,就應(yīng)該根據(jù)自己的經(jīng)歷告知此類課程的重要性:硬件知識與軟件知識如同計算機學(xué)科知識的兩條手,缺一不可,任何一樣學(xué)不好,對將來的發(fā)展都會有影響。學(xué)習(xí)計算機,不光要知道“是什么”,還要知道“為什么”。對于醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)的學(xué)生,考慮到他們學(xué)習(xí)和將來就業(yè)的醫(yī)學(xué)背景,特別要聯(lián)系醫(yī)藥環(huán)境說一說:比如作為一個醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)的學(xué)生,將來除了要和醫(yī)院信息系統(tǒng)HIS打交道外,可能還要接觸一些醫(yī)療設(shè)備,而現(xiàn)在醫(yī)院的很多檢查設(shè)備如CT、B超實際上都是計算機,只不過與日常的PC機相比,就是輸入設(shè)備換了一下。還有在一些沿海城市的醫(yī)院,醫(yī)生的處方一開過,護士拿的PDA(實際上就是計算機的一個輸出終端)上就顯示處方的詳細信息,以便護士更好的服務(wù)病人。所以,要了解現(xiàn)代化的醫(yī)療設(shè)備,就必須學(xué)習(xí)一些計算機的硬件知識,掌握計算機的組成原理。這樣比泛泛講述學(xué)生的印象會更深刻。

2 教學(xué)內(nèi)容的選擇

就我校而言,醫(yī)藥信息管理、醫(yī)藥軟件開發(fā)和醫(yī)藥信息工程監(jiān)理三個方向的本科專業(yè)均開設(shè)《計算機組成原理》課程,但由于各專業(yè)的側(cè)重點不一樣,所以在授課的內(nèi)容和深度上有著不小的區(qū)別。

2.1 醫(yī)藥軟件開發(fā)專業(yè)

醫(yī)藥軟件開發(fā)方向是掛靠在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)下,在我校開設(shè)的醫(yī)學(xué)信息類的三個專業(yè)中,對《計算機組成原理》這門課程要求是最高的,屬于專業(yè)必修課。

由于本專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時,已系統(tǒng)學(xué)習(xí)過《大學(xué)物理》、《模擬電子》、《數(shù)字電路》、《匯編語言程序設(shè)計》等硬件類基礎(chǔ)課程,并且在后繼課程中將繼續(xù)學(xué)習(xí)《微型計算機原理及接口技術(shù)》、《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》等硬件類專業(yè)課程。而硬件類課程中有些教材上的內(nèi)容是重復(fù)的,所以在上《計算機組成原理》這門課時,要與相關(guān)課程的教師溝通,對于前面課程中已系統(tǒng)講述過和后繼課程中將詳細講述的內(nèi)容可以省略不講或者一筆帶過,而把有限的課時用在《計算機組成原理》這門課本身側(cè)重的內(nèi)容上。比如:在上第二章運算器時,對于“原碼、反碼和補碼”就可以一筆帶過,這部分知識在《匯編語言程序設(shè)計》中就已詳細講過;對于“基本邏輯元件”就可以不講,這部分知識在《數(shù)字邏輯》中就已詳細講過;在上第三章存儲器時,對于“存儲器芯片的擴展”就可以省略不講,因為在后繼課程《微型計算機原理及接口技術(shù)》將會詳細闡述;在上第四章指令系統(tǒng)時,對于“指令的格式和種類”以及“尋址方式”就省略不講,這部分知識在《匯編語言程序設(shè)計》中就已詳細講過;在上第八章外部設(shè)備時,對于每種外設(shè)的原理就可以一筆帶過,因為后面選修課程《多媒體技術(shù)》中會詳細闡述。

2.2 醫(yī)藥信息管理方向?qū)I(yè)和醫(yī)藥信息工程監(jiān)理方向?qū)I(yè)

醫(yī)藥信息管理方向?qū)I(yè)和醫(yī)藥信息工程監(jiān)理方向?qū)I(yè)都是掛靠在信息管理和信息系統(tǒng)專業(yè)之下,《計算機組成原理》這門課程在這兩個專業(yè)中都屬專業(yè)限選課。在這兩個專業(yè)中,側(cè)重點與醫(yī)藥軟件開發(fā)專業(yè)不太一樣,其開設(shè)的計算機類課程主要是軟件類的相關(guān)課程,而相關(guān)的硬件類基礎(chǔ)課程沒有開設(shè)或者要求很低。所以在授課過程中對于所涉及到的硬件基礎(chǔ)知識都要講述,如前面提到的醫(yī)藥軟件開發(fā)方向?qū)I(yè)所省略的內(nèi)容,而對于一些難度較大的內(nèi)容,如幾種存儲器的各自電路組成與結(jié)構(gòu)、硬布線控制器的設(shè)計等,就可以不占用上課時間,讓有興趣的學(xué)生課下自學(xué)。這樣,讓學(xué)生在有限的課時中掌握計算機學(xué)科更多的硬件知識,以達到專業(yè)選修的目的。

3 教學(xué)方法的改進

3.1 運用類比方法幫助學(xué)生理解

《計算機組成原理》這門課涉及到的概念較多,非常抽象枯燥。運用類比方法,將難懂的概念和原理類比成他們可理解并接受的事件,然后再擴展成書本上的內(nèi)容,這樣教學(xué)效果非常好。

例如,在講解“總線的仲裁部分”中的“鏈式查詢”方式時,可類比成“學(xué)生在食堂排隊等著吃午餐”這個情境。餐點是一樣一樣的出來,每次只能有一個同學(xué)吃到(只能有一個部件獲得總線的控制權(quán)),誰吃到由老師判定(中央仲裁器判定總線的授權(quán))。第一次出來一個包子,因為并不是所有的同學(xué)都喜歡吃包子,誰想吃就向老師提出申請(同一時刻,可能有幾個部件向總線仲裁器提出總線請求)。在這種方式下,老師會將包子傳遞給離他最近的同學(xué)(鏈式仲裁優(yōu)先級最高的部件離仲裁器最近)。如果這個同學(xué)剛才沒有發(fā)出要吃包子的申請,就會傳給他的下面同學(xué),依次類推,直到傳到剛才第一個發(fā)出吃包子請求的同學(xué)為止,那么他得到了吃包子的權(quán)利(離仲裁器最近的剛才發(fā)出請求的部件獲得總線的控制權(quán),某個部件只有在它前面所有的部件都沒有提出申請的情況下才會獲得總線控制權(quán))。這樣一來,學(xué)生在輕松快樂中就理解了這個原理。

類似的例子還有很多:在講述“補碼”時就可用鐘表校準的方法來類比;在講“總線”時用城市的道路來類比,在講“CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路”時可用城市自來水管網(wǎng)進行類比[1]等等。這里就不再一一舉例了。

3.2 充分利用多媒體課件

《計算機組成原理》課程中很多內(nèi)容比較抽象、難以理解,如果采用單純的板書講述,教學(xué)難度很大。為此可充分的利用多媒體課件,將所講述的內(nèi)容通過動畫并輔以文字解釋的形式展現(xiàn)出來,以便學(xué)生的理解。如在講解“指令的執(zhí)行過程”時,首先將控制器各部分的組成及功能以圖解的形式分步顯示,然后再以分步動畫的形式展示五條典型指令的執(zhí)行過程,使學(xué)生對此內(nèi)容有更加感性的認識,增強了學(xué)習(xí)效果。

4 實踐環(huán)節(jié)的改革

在目前很多工科類院校中,《計算機組成原理》的實踐環(huán)節(jié)分為課內(nèi)實驗和課程設(shè)計兩部分,而由于醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)的要求不同和課時限制,我校目前僅開設(shè)課內(nèi)實驗部分。

首先,為使學(xué)生更直觀、更全面的理解將要學(xué)習(xí)的知識,可在講述該門課程正式內(nèi)容之前(即在第二章之前)進行2到4個課時的計算機組裝實驗[2-3]。這個實驗是讓學(xué)生自己動手把計算機的硬件如CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、主板等進行拆卸及組裝,使學(xué)生在鍛煉實際操作能力的同時也對目前PC 機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)建立起初步的感性認識,為順利進行后續(xù)教學(xué)做好鋪墊。

接下來的是基于組成原理實驗箱的驗證性實驗,以便學(xué)生及時的鞏固所學(xué)的理論知識。但由于現(xiàn)在的組成原理實驗箱元件都是集成好的,無須學(xué)生自己動手安裝,只要按照原理圖正確連線便可看到結(jié)果,所以學(xué)生對硬件系統(tǒng)組成的理解基本停留在原理圖層面。為此,可對實踐環(huán)節(jié)做些改進,引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)原理圖和實際使用的器件查閱其實際電氣參數(shù)及封狀等工程說明文檔,并要求在實驗箱中找出具體的芯片位置,說明實際的數(shù)據(jù)通路等[4]。這樣,在一定程度上改善了醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)多數(shù)學(xué)生“偏軟怕硬”的狀況。

特別提出的是,針對醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)學(xué)生就業(yè)的醫(yī)藥背景,可讓他們在學(xué)習(xí)完該課程后參觀一下目前醫(yī)院的幾種主要的醫(yī)療設(shè)備,如CT、B 超等,并請相關(guān)醫(yī)技人員講一下各種設(shè)備的原理及操作方法,以使學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)意義有更加深刻的認識,真正做到“理論聯(lián)系實際”。這一點我校正在積極探索中。

參考文獻:

[1] 黎慧,劉旭明.計算機組成原理課程教學(xué)探討[J].信息技術(shù),2007(15):85-86.

[2] 穆曉芳,陰桂梅 計算機組成原理在師范院校教學(xué)改革的探討[J].科技信息.2008(35):29-30.

第8篇：計算機組成原理教學(xué)范文

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；教學(xué)模式；研究性教學(xué)；實施方法

0 引言

計算機組成原理課程是計算機專業(yè)的一門核心硬件課，是全國計算機類考研專業(yè)課的統(tǒng)考課程之一。該課程重點介紹微型計算機硬件系統(tǒng)的基本組成原理和內(nèi)部運行機制，教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生對計算機硬件的分析設(shè)計能力，為開發(fā)硬件打好基礎(chǔ)。無論是從學(xué)校建設(shè)計算機學(xué)科的角度考慮，還是從學(xué)生考研及就業(yè)的角度考慮，計算機組成原理在專業(yè)課中都占有很重要的地位，但是概念多和原理性強是這門課程最大的2個特點。授課教師如果只是被動地講述計算機硬件系統(tǒng)的基本知識，那么就無法實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)目標。因此，我們引入研究性教學(xué)方法，即在教師傳授計算機組成原理基本知識的同時，教師和學(xué)生均以研究的態(tài)度參與教和學(xué)，教師在教學(xué)過程中逐步滲入科學(xué)研究的各個元素，教學(xué)重心從讓學(xué)生單純地獲取知識轉(zhuǎn)移到掌握基本科學(xué)方法、提高綜合運用知識解決實際問題能力上來。

1 研究性教學(xué)的起源及思想

“大學(xué)存在的理由在于，它聯(lián)合青年人和老年人共同對學(xué)問進行富有想象的研究，以保持知識和火熱的生活之間的聯(lián)系。大學(xué)傳授知識，但它是富有想象力地傳授知識。至少，這就是大學(xué)對社會應(yīng)履行的職責(zé)。一所大學(xué)若做不到這一點，它就沒有理由存在下去”。教學(xué)是教與學(xué)相互融合和相互統(tǒng)一的教育活動，需要師生共同參與。研究性教學(xué)是指在教學(xué)過程中，以教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認識水平為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)一種類似于科學(xué)研究的教學(xué)環(huán)境和氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動思考和主動實踐，自主地應(yīng)用知識并解決問題，從而達到積累知識、發(fā)展能力和提高素質(zhì)的教學(xué)要求。開展研究性教學(xué)活動的主要目的就在于將學(xué)生單一的知識接受性、記憶性的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變成基于自身興趣掌握基本科學(xué)研究方法和主動獲取知識的學(xué)習(xí)方式。

2 研究性教學(xué)活動在計算機組成原理課程中的實施方法

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

在傳統(tǒng)的以知識傳授為目的的教學(xué)模式中，首先學(xué)校會根據(jù)課程選擇教材，然后教師根據(jù)教材選擇講授內(nèi)容，最后學(xué)生根據(jù)講授的內(nèi)容完成該門課程的學(xué)習(xí)。在現(xiàn)代社會追求應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的要求下，我們應(yīng)構(gòu)建開放式教學(xué)與自主性學(xué)習(xí)方式相適應(yīng)的教學(xué)模式。因此，根據(jù)教材選擇教學(xué)內(nèi)容的方式必須被淘汰。

2.1.1 理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

關(guān)于理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計，我們有3點考慮：①計算機組成原理課程在全國計算機類碩士研究生考試的統(tǒng)考專業(yè)課中占有很大比重，因此課堂教學(xué)內(nèi)容應(yīng)涵蓋該課程在此考試中的所有知識點；②每年有越來越多的學(xué)生參加國家計算機技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格（水平）考試，學(xué)生如果能通過此考試，不僅是對學(xué)習(xí)的最好肯定，而且為就業(yè)奠定了一定的知識基礎(chǔ)，因此理論教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)涵蓋該課程在此考試中的所有知識點；③要注意先修課程、后續(xù)課程與計算機組成原理課程在教學(xué)內(nèi)容上的銜接，避免重復(fù)?；谝陨?點，我們確定了計算機組成原理課程54學(xué)時理論教學(xué)的基本內(nèi)容。當(dāng)然，我們在理論教學(xué)過程中要側(cè)重技巧和突出重點而不是面面俱到，要理論聯(lián)系實際，將學(xué)以致用的教學(xué)思想貫穿始終，根據(jù)學(xué)科發(fā)展對教學(xué)內(nèi)容進行有選擇的更新，注重教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、研究性和應(yīng)用性。

2.1.2 實驗教學(xué)內(nèi)容改革

實驗教學(xué)共24學(xué)時，全部在計算機組成原理專業(yè)實驗室完成。教師在實驗教學(xué)上要構(gòu)建層次化實驗內(nèi)容，應(yīng)既有基礎(chǔ)驗證性實驗，又有綜合創(chuàng)新性實驗。教師在基礎(chǔ)驗證性實驗中，要讓每名學(xué)生獨立完成計算機系統(tǒng)各基本部件的實驗，如運算器、存儲器、控制器、時序電路、總線等部件的實驗；在綜合創(chuàng)新性實驗中，可以讓學(xué)生分組完成簡單模型機到復(fù)雜模型機的設(shè)計與實現(xiàn)實驗。教師在實驗過程中要注重培養(yǎng)學(xué)生的工程推理和解決問題能力，認真設(shè)計實驗成績評價方法，力圖體現(xiàn)學(xué)生的真實能力。

2.1.3 實踐課開設(shè)

在計算機組成原理課程結(jié)束后，我們開設(shè)了32學(xué)時的計算機組成原理實踐課，將工程設(shè)計的思想和方法引入實踐課的教學(xué)活動中。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的計算機組成原理知識，使用VHDL語言進行程序設(shè)計，實現(xiàn)一個完整模型機系統(tǒng)的設(shè)計，加深對計算機各功能部件工作原理及各部件之間如何相互協(xié)調(diào)工作的理解。該課程緊密聯(lián)系實際，既能夠培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力，又能夠提高學(xué)生的系統(tǒng)分析、設(shè)計和實踐能力。

2.2 教學(xué)活動組織

2.2.1 充分發(fā)揮課件和教學(xué)網(wǎng)站的作用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

對于任何學(xué)習(xí)，只有有興趣才能繼續(xù)，因此培養(yǎng)并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是授課教師的一項主要任務(wù)。在計算機組成原理課程的教學(xué)過程中，教師要充分發(fā)揮課件的作用以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，用動畫演示動態(tài)的過程，如并行通信和串行通信、CPU對內(nèi)存單元的讀/寫過程等。在動畫演示過程中，學(xué)生可以非常清晰并直觀地看到指令流和數(shù)據(jù)流在計算機系統(tǒng)內(nèi)的流動過程。動畫演示實現(xiàn)了抽象化到生動化的轉(zhuǎn)變，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師也可以建立教學(xué)網(wǎng)站，上傳所有的教學(xué)資源，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)交流的平臺，加強師生交流和研討，也便于教師根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的難點適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)計劃。

2.2.2 開展研究性教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法

學(xué)生有了學(xué)習(xí)興趣的同時，教師必須開展合適的教學(xué)活動才能達到教與學(xué)的完美結(jié)合。教師不能只拘泥于板書及講述的教學(xué)方法，而應(yīng)采用研究性教學(xué)方法以激發(fā)學(xué)生擁有更大的學(xué)習(xí)動力。教師可以給學(xué)生指定研究性課題以便進行研究，如計算機硬件系統(tǒng)的多總線結(jié)構(gòu)還可以怎么設(shè)計、超流水線技術(shù)對緩存的要求等；也可以給學(xué)生指定閱讀材料，要求學(xué)生閱讀并進行分析；還可以指定當(dāng)前的某種硬件設(shè)計，要求學(xué)生進行評價。學(xué)生在這樣的教學(xué)活動中，既增強了主動學(xué)習(xí)的動力，又在學(xué)習(xí)過程中汲取到更多的專業(yè)知識。在這個過程中，學(xué)生相信客觀知識的存在并愿意通過自己的研究活動認識客觀世界，這實際上就是使用科學(xué)的思維方式獲取知識的過程。

2.2.3 鼓勵學(xué)生大膽猜想，通過研究和實踐得出結(jié)論

猜想是一種領(lǐng)悟事物內(nèi)部聯(lián)系的直接思維，常常是證明與計算的先導(dǎo)。猜想的東西不一定是真實的，其真實性最后還要靠邏輯或?qū)嵺`來判定，但它卻有極大的創(chuàng)造性。在計算機組成原理課程的教學(xué)中，教師要鼓勵學(xué)生對未知的事物作出大膽猜想，然后讓學(xué)生通過自己的研究和實踐得出結(jié)論，但是任何結(jié)論都是暫時的，隨著新事物的出現(xiàn)、新技術(shù)的發(fā)展以及新知識的獲取，結(jié)論也有可能被。只有不斷地否定結(jié)論，才會不斷進步。

2.2.4 不斷提高教師素質(zhì)，促進研究性教學(xué)深入實施

研究性教學(xué)活動的開展需要教師最大程度地發(fā)揮創(chuàng)造力，并從更高的層面和更廣闊的視角出發(fā)對教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式作出新的構(gòu)思和處理，設(shè)計適合研究性教學(xué)的教學(xué)方案，根據(jù)方案開展具有特色的教學(xué)活動。教師要不斷提高自身素質(zhì)，組織并指導(dǎo)學(xué)生參與每一項教學(xué)活動。

第9篇：計算機組成原理教學(xué)范文

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；教學(xué)改革；啟發(fā)式教學(xué)

一

“計算機組成原理”是計算機專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，可以從層次的觀點掌握計算機組成和運行機制方面的基本概念、基本原理、基本設(shè)計和分析方法等系統(tǒng)知識，奠定必要的專業(yè)知識基礎(chǔ)；可以從系統(tǒng)的觀點，理解提高計算機整機的軟硬件性能的各種可行途徑，了解計算機系統(tǒng)中軟件、硬件的功能劃分和相互配合關(guān)系；從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度初步了解進一步提高系統(tǒng)性能的主體思想，能站在更高層次上思考和解決工作中遇到的問題。

本課程是計算機專業(yè)的核心課程之一，在整個計算機專業(yè)課教學(xué)中起著承上啟下的作用，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下重要的基礎(chǔ)。但是在實際教學(xué)過程中，往往不能達到預(yù)期的理想教學(xué)效果。主要包括以下一些問題：

一是課程內(nèi)容比較抽象，學(xué)生不易理解，且課程的內(nèi)容比較死板，往往無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二是與其他相關(guān)課程聯(lián)系緊密，在教學(xué)中往往會較多涉及其他相關(guān)課程的內(nèi)容，而受到課時限制不可能講授所有知識點。

三是課程有些內(nèi)容相對陳舊，跟不上計算機技術(shù)發(fā)展的最新趨勢，尤其實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱。

二

對“計算機組成原理”課程教學(xué)進行改革，提高課程的教學(xué)質(zhì)量、達到預(yù)期的教學(xué)效果是當(dāng)前急需解決的問題。

1.合理安排教學(xué)內(nèi)容

一方面，“計算機組成原理”課程的特點是內(nèi)容較多、概念抽象，難學(xué)，難懂。為了搞好“計算機組成原理”的課程建設(shè)，教師必須與時俱進，改進教學(xué)內(nèi)容，對于教材的內(nèi)容做適當(dāng)刪減和補充。比如在“指令格式”舉例中，教材所介紹的機型目前已經(jīng)很少使用了，可以適當(dāng)縮減內(nèi)容；而對于一些應(yīng)用比較多的機型的指令格式可以適當(dāng)增加，這樣學(xué)生既了解了不同機器指令格式設(shè)計上的差別，也對當(dāng)前應(yīng)用較多的機器指令格式有所認識，具有更好的實用效果。

再比如在講解“存儲器”這部分內(nèi)容時，軟盤存儲器、磁帶存儲器等也已經(jīng)很少被使用，對這些內(nèi)容也可以適當(dāng)刪減，而補充閃存的存儲原理，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時也學(xué)到與實踐和應(yīng)用相關(guān)的知識。

另一方面，“計算機組成原理”課程與其他一些專業(yè)課程密切相關(guān)，在安排教學(xué)內(nèi)容時要盡量考慮與其先修及后續(xù)課程的融合?！坝嬎銠C組成原理”課程的先修課程包括模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯、匯編語言程序設(shè)計等；后續(xù)課為程操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機體系結(jié)構(gòu)，各專業(yè)課程知識之間是密切聯(lián)系的，如果教學(xué)只局限于本課程，就會造成學(xué)生知識結(jié)構(gòu)過于單一，不能很好地融會貫通，形成完整的科學(xué)體系，因此，講授中應(yīng)重視與其他相關(guān)課程的銜接與融合。比如講解“虛擬存儲器”時，可以與操作系統(tǒng)課程中的多任務(wù)管理相結(jié)合；講解“指令系統(tǒng)”時，可以引用匯編程序設(shè)計課程中的一些80×86中的指令實例等。

2.采用啟發(fā)式教學(xué)方法

啟發(fā)式教學(xué)是教師啟發(fā)學(xué)生積極思維，使學(xué)生主動掌握知識的教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)應(yīng)做到內(nèi)容突出，通過問題引出重點和難點內(nèi)容，然后分析問題并啟發(fā)學(xué)生解決問題，達到更好的效果。比如在講解“溢出”這部分內(nèi)容時，如果只是簡單介紹溢出的概念，學(xué)生就不容易理解。我們可以通過實際補碼加減運算時兩個正數(shù)相加結(jié)果為負數(shù)，以及兩個負數(shù)相加結(jié)果卻為正數(shù)來引入溢出的概念，引導(dǎo)學(xué)生分析溢出產(chǎn)生的原因是什么，這樣就會收到更好的教學(xué)效果。

教師在授課時應(yīng)與學(xué)生互動，避免教師一味講解的情況發(fā)生，充分激發(fā)學(xué)生的主動性。對一些重點內(nèi)容，教師可以多提出一些問題讓學(xué)生思考，這樣當(dāng)教師再講解答案時，學(xué)生可以有更深刻的印象。比如講解“尋址方式”這部分內(nèi)容時，可以讓學(xué)生比較各種尋址方式的特點，然后再講解各種尋址方式的主要應(yīng)用領(lǐng)域，如此就容易記憶了。

“計算機組成原理”課程理論性強，概念比較多且比較抽象，由于計算機設(shè)計與實現(xiàn)的很多方法和技術(shù)就是來源于日常生活，因此，在講解時可以盡量拿日常生活中的一些例子來進行類比，幫助學(xué)生理解概念。比如可以用鐘表的時間校準來類比補碼的實現(xiàn)；用賓館的房間來類比存儲器單元的編址；用交通道路來類比總線；用員工職務(wù)高低來類比優(yōu)先級別等。教師對課程的內(nèi)容做到充分掌握，講課時就可以用一些通俗易懂的實例來解釋復(fù)雜的概念，真正提高教學(xué)質(zhì)量。

3.采用多媒體與黑板相結(jié)合的教學(xué)手段

充分采用多媒體的手段來授課是必要的，因為通過多媒體課件的演示，可以給學(xué)生一個感性、直觀的認識，使學(xué)生集中注意力加深對內(nèi)容的理解。比如在講解“指令周期”的數(shù)據(jù)流時，通過一個工作流程動畫的演示，從取指到分析譯碼到最后指令的執(zhí)行過程一目了然，學(xué)生很容易理解整個過程。但是教師并不能完全依賴于多媒體手段，而是要與黑板講授方式結(jié)合起來。因為某些推導(dǎo)過程如果通過多媒體課件來放映，不利于學(xué)生理解結(jié)果是如何推導(dǎo)出來的。比如Booth法，它是由校正法推導(dǎo)得來的，因此最好在黑板上講解整個推導(dǎo)過程，學(xué)生才能有深刻的印象。

4.實驗教學(xué)注重實用性

“計算機組成原理”這門課屬于工程性、技術(shù)性和實踐性都特別強的一門課。因此，在開展好課堂教學(xué)的同時，必須對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)給以足夠的重視，要有充足的實驗學(xué)時，提供實驗性能良好的實驗計算機系統(tǒng)或?qū)嶒炑b置，能進行反映主要教學(xué)內(nèi)容的、水平較高的實驗項目。教學(xué)的整個過程中，在深化計算機各功能部件實驗的同時，加強對計算機整機硬件系統(tǒng)組成與運行原理有關(guān)內(nèi)容的實驗；在堅持以硬件知識為主的同時，加深對計算機系統(tǒng)中軟硬件的聯(lián)系與配合的認識。因此，在實踐教學(xué)中要注重做到：

（1）及時更新實驗設(shè)備，實驗設(shè)備的選擇要考慮是否能利用計算機新的技術(shù)，是否能開發(fā)學(xué)生的實踐能力。

（2）設(shè)置合理的實驗項目，實驗的內(nèi)容應(yīng)與課程重點內(nèi)容相對應(yīng)，除了運算器、存儲器、數(shù)據(jù)通路等基本驗證性實驗外。還應(yīng)適當(dāng)增加設(shè)計性實驗，以增強學(xué)生的實際動手能力。

（3）從根本上改變學(xué)生“重理論，輕實驗”的態(tài)度，要求大家必須完整記錄并整理實驗數(shù)據(jù)，認真完成實驗報告。

改進后的計算機組成原理實驗教學(xué)將應(yīng)用性、技術(shù)的前沿性和趣味性很好地結(jié)合在一起，與課程內(nèi)容完全對應(yīng)，使學(xué)生更容易理解相關(guān)理論知識。

計算機技術(shù)的發(fā)展日新月異，計算機教育也應(yīng)該與時俱進，跟上計算機發(fā)展的步伐。作為一名教師，應(yīng)該從課程的內(nèi)容，授課方法，教學(xué)手段等多方面積極進行改革，從而提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出優(yōu)秀的計算機人才。

參考文獻：

[1]唐朔飛.計算機組成原理(第2版)[M].北京：高等教育出版社,2008.