《计算机组成原理》课程教学

[摘 要]“计算机组成原理”作为计算机专业的核心课程,它的教学工作应得到进一步的加强.本文围绕教材选定、实验设备选定、理论教学、实验教学及网络教学平台开发等几个环节进行了深入探索,以期促进该课程的教学质量.

[关 键 词]计算机组成原理；教学方法；实验教学

[中图分类号]G650[文献标识码]A[文章编号]1672-5905(2009)01-0081-02

一、课程教学现状

“计算机组成原理”是计算机本、专科专业的一门核心课程,它在计算机学科中起着承上启下和继往开来的作用.该课程主要讲解单台计算机的完整组成原理和内部运行机制,其工程性、实践性、技术性都比较强,还强调培养学生的动手动脑能力、创新意识、实验技能.这些要求更多的是通过教学互动、课后作业、教学实验、课程设计等环节来完成,要求学生有意识地加强分析和解决计算机系统实际问题的能力,尤其对自身底子薄的学生,及社会需求的应用型人才,所以需要对该课程内容加以改革,特别是实验教学,更应改进教学思路和教学方法.

目前,我国大多数高校制订的计算机专业培养目标中都会强调培养具有较强的软件和硬件设计能力,但实际教学中,计算机硬件教学却是较为薄弱的部分.主要原因是：第一,计算机硬件技术发展迅猛,但使用的教材、传授的知识却远滞后于发展,学生的学习劲头不足,兴趣不高.第二,传统教学模式以老师为主体,学生跟着老师走,被动接受知识,且教学手段单一.学生的主体地位没有得到充分体现,其学习的主动性没有得到挖掘.第三,由于实验经费、重视程度等方面的原因,大多数高校计算机组成原理实验设备更新速度慢.

二、教学方法的改革策略

(一)精选教材,组织内容

教材是体现教学内容和教学方法的知识载体,是进行教学的基本工具,好的教材是教学成功的重要保证.目前,高校采用的教材多为清华大学出版社王诚主编的《计算机组成原理》、科学出版社白中英主编的《计算机组成原理》、高等教育出版社唐朔飞编写的《计算机组成原理》、清华大学出版社王爱英主编的《计算机组成与机构》等等.我们针对学生特点和课程特征,多年来采用清华大学出版社王爱英主编的《计算机组成与机构》,从第2版一直使用到第4版.这些书籍结构合理、重点突出、深入浅出、知识点环环相扣,有利于教师合理的组织教学内容：以冯诺依曼结构为主要线条,分别讲解计算机的五大基本部分,按照自顶向下,由表及里的层次结构向学生逐步展示运算器、存储器、控制器、输入输出设备的构成和原理；同时教材从整体到部件,再从部件到整体,使得学生对“整机”概念加深了理解.

(二)形象教学,启发学生

计算机组成原理中有很多难理解的概念、专业术语和重要部件工作原理,用生活中通俗易懂的实例做类比,用多媒体教学手段做模拟,充分发挥学生的想象力,让学生把抽象的模型变成具体的、实际的模型.比如CPU中指令的执行过程,在时间上依靠时序控制,空间上用不同的部件区别,学生很难形象理解,大脑里形不成具体的模型.我们让每一个学生利用flash或Dreamweer制作CPU中指令执行过程的动画,通过这种亲自动手模拟实验,学生在大脑里清晰地构造出了CPU的模型、指令的运行过程和微程序的控制方法.通过对多届学生的统计调查,这种方法对理解部件的工作原理很有效.由此激发学生学习该门功课的积极性,产生学习计算机原理课的动力.

在计算机组成原理课程的教学中应用启发式教学方法,充分调动学生积极性,让学生积极主动学,参与教学过程,主动获取知识.计算机原理课理论性强,概念抽象.要使课上学生有所求,有所得,就必须加强预习,带着问题预习,在预习中找答案,再找出新问题,再带着问题进课堂.比如讲解硬盘的接口时,提出目前使用最多的是什么接口SATA接口的传输速度为什么比PATA接口的快PATA接口为什么不再使用这些问题留给学生讨论,课堂上让学生讲解,教师最后总结.课堂是师生交流、生生交流、生师交流的场所,是学生解开问题疑团的场所,是学生获取并建构知识的场所,利用课堂才能使学生的知识得以建构,得以系统化,得以应用,而这一切都必须要以学生认真预习新知识、体验新知识为前提.

(三)加强实验,培养能力

计算机组成原理实验在整个教学工作中占有重要位置,必须选择性能良好、合适的实验设备,再辅以先进的实验手段.我校多年来一直使用清华大学研发的实验设备,从tec-2到tec―xp,由于它功能齐全,既是8位机又是16位机,既有组合逻辑控制器又有微程序控制器,还有自己的监控程序和指令系统,是一台真正的计算机系统；tec―xp的缺点是工艺复杂,有100多个发光二极管、100多个跳线短路开管,预留学生自己可以扩充的硬件区域少,所以入门较难.我们将多媒体教学融入实验教学中,运用flash、Dreamweer等软件自行研制开发计算机组成原理配套的实验教学课件.课件具有演示直观、动态感强的特点,易于学生理解；能完成实验的动态显示和模拟仿真,满足了课堂所需要的实验要求,强化了学生的操作技能和理论知识应用能力的培养,提高了学生的自学能力和设计能力.

逐步建立开放性的实验环境(教学时间开放、教学内容开放、实验元器件开放).允许学生结合课程学习及自己的专业特点、时间安排或兴趣爱好提出实验题目、设计实验方案或实验构想,并可在一个较宽松的实验环境和可灵活选择的时间范围内完成.教师积极鼓励学生大胆提出自己的实验思路和构想,尽力创造条件引导和支持他们开展有意义的实验研究.设置这样的实验环境和条件,有利于培养学生主动学习的能力和创造意识.

(四)加强科研,锻炼研发能力

支持大学生的创业和科研创新热情是提高学生创新精神和实践能力的重要环节.经调查统计有20％的大学生有科研创新的,教师要积极引导和鼓励大学生树立创新意识,吸收学生参与教师的科研活动,让学生投身科技创新实践.我系部分学生在指导教师的带领下,研发了《基于vc++的计算机原理虚拟实验系统》.该项目利用高级语言实现计算机组成原理课程所需的实验项目.在研发过程当中,学生不仅要深刻理解计算机各部件的工作原理,同时要结合计算机组成原理实验箱功能、实验教程的设置.这一措施有效地调动了学生科技创新的积极性,促进了学生创新精神和动手能力的培养,加强了学生对计算机组成原理课程的兴趣,鼓励广大学生按自己的兴趣去选择自己的“创新”课题,发挥自己的潜能,培养自己的创新意识.

(五)网络开发,交互教学

在 计算机组成原理课程中,大部分内容是用逻辑框图解释计算机各个部件的基本组成及工作原理.时序逻辑控制部件信号的产生、指令和数据的时空关系.教师授课时普遍感到绘图量大、结构复杂,有些内容难以用语言及手势来表达；另一方面,一个固定不变的课件难以适应多变的教学要求,每个教师都去自己编写课件也浪费大量的精力.为了帮助学生随时学习此课程、方便教师备课的需要、充分利用我校强大的校园网平台,我们开发了基于Web的《计算机组成原理》研究性学习环境系统.该系统采用了软件工程的原则和方法进行研制、开发,在制作过程中,我们充分发挥学生的主观作用,组织多名学生参加设计和制作此软件,学生从他们学习《计算机组成原理》这门课程的切身体会出发,将该课程中难以理解的、比较抽象的部分通过软件显示出来.

充分利用网络教学也是改进教学的重要手段,是课堂教学的互补.通过网络教学,学生可以在教学平台上下载课件、提交作业、自我练习、提出问题和建议.教师可以上传课件、布置作业、公布答案、回答问题.通过这种方式,改变传统的师生交流方式,实现网络化的教学互动,提高教学效率,并获得良好的教学反馈.

[本文责任编辑：周中伟]