計算機組成原理課程教學新思路

趙 宇 喬 蕊

周口師范學院 河南周口 466001

計算機組成原理課程教學新思路

趙 宇 喬 蕊

周口師范學院 河南周口 466001

計算機組成原理課程是計算機專業本科階段極其重要的核心課程，內容多且難度大，在計算機專業課程體系中起著承上啟下的作用。本文指出了目前課程教學中存在的問題，分別從教學內容、教學手段、教學方法、考核方式等方面提出了一系列的新思路，通過實踐證明這些新思路在實際教學過程中是行之有效的。

計算機組成原理；課程教學；新思路

計算機組成原理課程是計算機專業本科階段極其重要的核心課程，內容多、學習難度大，多年來一直被認為是既難教又難學的課程。它的主要教學任務是使學生能系統而完整地理解計算機硬件系統的組成結構和工作原理，通過實驗課程的操作訓練培養學生對計算機硬件結構分析、應用、設計的能力，在整個專業課的教學過程中，它起到了承上啟下的作用。近幾年隨著超大規模集成電路技術和計算機體系結構的不斷發展，該課程的基本內容也在不斷發展演變，它又被列入全國研究生入學考試必考科目之一，且占總分的30%，這些新情況的出現就給該課程的教學提出了新的要求。

1 目前教學中存在的問題

計算機組成原理課程教學一直以理論教學為主，少量實驗教學為輔。學生學習過程難度較大，教學效果不理想，目前教學中存在的問題主要表現在以下幾個方面。

1.1 教材內容陳舊，缺乏好的教材和課件

當前許多教材的內容已遠遠落后于計算機體系結構的發展，教學內容的直接應用目標不清晰，學生難以理解課程的直接應用價值。許多教材理論性較強，內容陳舊且知識覆蓋面窄，缺乏與前沿技術的結合，教材中的知識點多且雜，學生對課程不感興趣。另外多數隨教材配套課件都是教材內容的簡單羅列，內容空洞，對重要及抽象知識點的理解幫助不大，缺乏使用價值，很難激發學生的學習熱情。

1.2 教學方法及教學手段落后

教師過分依賴多媒體課件，教學過程中缺乏必要的推理分析，仍然采用長期以來“灌輸式”的教學方法，沒有充分調動學生的主觀能動性，忽略了學生的主體地位。多數教師在教學中缺少理論與實踐相結合的具體內容，授課枯燥，內容抽象。

1.3 實踐性環節薄弱

實驗條件落后，實驗內容與講授內容不匹配，課程實驗多以驗證型實驗為主，知識點的講授缺乏有效載體，學生學習難度大；實踐課成績評定方式單一，缺少科學性；學生實際動手能力和創新能力的培養和訓練不足，不能突出學校的人才培養目標和教學特色。

1.4 部分授課教師本身缺乏計算機硬件方面的設計和工程經歷，對課程知識點和精髓的理解深度不夠

2 課程教學改革新思路

2.1 教學內容的改革思路

課程教學內容的選擇是關鍵，教材只是一個教學內容的框架，講授課程不能沒有取舍而照本宣科，對于教材中較陳舊的內容要大膽地舍去，新的內容有選擇地溶入到課堂，但也不能為了突出所謂的先進和新穎，把層出不窮的新技術不加選擇地加入教學內容。如隨著計算機流水技術的不斷發展變化，計算機的指令周期、機器周期和時鐘周期的概念也在發展變化，過去強調一個指令周期由若干個機器周期構成，一個機器周期又包含若干個時鐘周期，而現在隨著標量或超標量流水線的出現，一個時鐘周期就可能執行一條指令甚至是多條指令。CPU的結構除了引入多級Cache外，還引入了多核結構，這就使得相應的教材內容要進行變化，就要求教師在講解這些內容時要加入標量、超標量及多核結構的內容，來系統講解這幾個周期之間的關系。總之教師應該按照學校的總體辦學要求、人才培養的目標、具備的教學條件、學生的實際水平和教師的具體情況，在保證完成教學大綱基本要求的前提下，做出合理的選擇，突出自己的教學特色。依據計算機組成原理教學大綱，要把最基本的內容講精、講透。針對某1本教材，如唐朔飛老師的《計算機組成原理》，有的教學內容可以讓學生自學，獨立思考，完成教師提出的問題；有的教學內容必須精講精練，而且要做一定的習題量，完成知識點的掌握。也就是以一本教材為主線，針對某個知識點有取舍地加入其他教材內容。另外，要把握好不同課程之間的銜接，在開設計算機組成原理課程之前，一定要先學習它的先導課程，如計算機組裝與維護、數字邏輯電路、匯編語言等。同時要根據學校不同的辦學目標和辦學性質，針對不同的教學對象，可以把教學內容實施方案分為科學型、工程型、應用型，不同的教學對象選擇不同的內容實施方案，具體的實施方案建議查看參考文獻1的內容。

在完善課堂教學內容的同時還要加強實踐教學的改革，提高課程的實際教學效果。實踐教學要為教學目標服務，要與理論課程教學內容相結合，體現課程的特點，體現課程的內容要求。針對計算機組成原理這門課程，筆者認為主要應做好課程設計和課程實驗。課程實驗要分為課內實驗和獨立實驗2種，課內實驗主要指在理論課內含有的實驗，主要用來使學生更好地掌握理論課上所講的內容；獨立實驗是與理論課程內容相對應，其獨立性較強、復雜度更高。實驗要緊密結合課堂理論教學內容，著眼于幫助學生加深理論教學內容的理解，培養學生實踐操作能力及創新能力，設計一組難度適中的實驗題目。課程實驗設計要遵循以下原則：⑴目標性原則。緊緊圍繞課程教學目標，注重實踐能力的培養。⑵系統化原則。按照組成課程實驗教學的各個分實驗的地位、作用及相互之間的內在聯系不，使各個分實驗做到相互銜接、彼此關聯，貫穿于課程學習的全過程。⑶規范化原則。要規范實驗的內容、形式，制定出相應的考核標準和要求。

在完成課程實驗的基礎上要進一步完善課程設計，因為僅僅依靠課程實驗的內容很難系統地培養學生綜合運用所學知識的能力，課程設計可以激發學生學習知識的主動性和創造性，開設課程設計使學生不僅對學科技術及其發展有比較全面的認識，而且對一些新的領域或跨學科的知識以及各學科之間的聯系有比較多的了解，能給學生一個整體的概念，有利于個性的培養和學科綜合能力的提高。另外，通過課程設計可以較好的解決目前課程設置、教學實驗內容和學時限制方面的所存在的諸多問題。

2.2 教學手段的改革思路

教學手段是制約教學質量、教學模式的重要因素，傳統的教學手段是“粉筆+黑板”，書寫黑板要占用很多課堂時間，學生不感興趣且效率低下。目前大多高校教師都已能充分運用多媒體、網絡等技術來改變傳統教學的局限與不足，課件教學已經成為最主要的教學手段，但又出現了另外的極端，很多教師過分的依賴幻燈片，出現讀課件的情況嚴重。由于采用課件使教學過程速度過快，學生沒有思考時間跟不上教師的講解。通過實踐證明，采用“課件+黑板+網絡”的教學手段，能得到較好的教學效果。授課的部分內容(如：例題、原理圖、表、信號動態流向）在課件上出現，通過比較生動的畫面，把原本只能通過抽象思維的計算機內部傳遞過程、控制狀態傳遞等內容通過直觀的方式展現出來，把抽象思維和直觀觀察緊密結合。理論推導等細節部分在黑板上給予適當補充，在細節推理過程中要給學生有充分的思考時間。給出一個新的內容后，馬上要緊跟一個具體例子，加深學生對新的知識點的理解。另外要有效利用網絡教學資源，充分發揮虛擬教室、遠程教學、分布式教學等現代化教學技術的作用，最好建立網上課程教學系統，把教學課件、電子教案、習題、答疑等放在教學系統上進行，可以大大節約課堂時間，使學生的課余時間也得到了充分利用。組織教研室教師在網上進行作業批改，輔導答疑，可以大大提高工作效率。所以筆者認為使用課件教學的同時決不能完全摒棄黑板，要把課件、黑板、網絡進行有機的結合可以得到較好的教學效果。

2.3 教學方法的改革思路

計算機組成原理課程的理論性較強，重點難點較多，內容抽象不易理解，教學過程主要是引導學生對知識點的深入理解，培養學生抽象思維能力和對基本知識掌握。教學過程中培養學生的興趣是至關重要的，所以筆者主張在課堂教學中貫徹興趣驅動和任務驅動的教學思想，激發學生的學習興趣，建立以學生為主體的教學模式，充分發揮學生的自學能力和團隊協作能力。教師在教學中應起組織、引導、答疑的作用，從知識的傳授者、教學的組織領導者轉變成為學習過程中的咨詢者、指導者，充分調動學生學習的能動性，使學生變被動學習為主動學習。這個轉變就要求教師要充分備好課，要把知識點在腦海里真正消化，把教學內容變成自己的語言，使學生感到這些知識是從教師大腦思維中自然流出的，使學生與教師在“教”與“學”的過程中達到同步，在教師的引導與啟發下去積極思考問題。這不僅提高了學生的學習興趣，更重要的是能培養他們發現問題、分析問題、解決問題的意識和能力。

2.4 考核方式的改革思路

計算機組成原理課的傳統考核方式是通過1次期中或期末考試作為學生的學業成績，缺乏過程管理，筆者通過近幾年的教學過程已深深感覺到這一考核方式的弊端。此課程的考核應該建立多元化考核評價體系，要特別注重實驗環節的考核方式，構建過程化的實驗考核體系，實行平時成績和實驗環節成績、競賽成績、興趣小組活動成績和期末考試成績相結合的評價方式，以全面考核學生的學習效果和綜合素質，防止死記硬背的機械化學習，對學生的學習起到良好的導向作用。

平時成績：由任課教師根據學生平時作業，平時問答，課堂表現等進行評價。

實驗環節成績：在傳統的實驗課考核的基礎上，加入隨機檢查的成績評定方式。隨機檢查是當學生在實驗時，對學生進行隨機的提問，讓其簡述實驗步驟及目的。學生的每個實驗項目均必須有教師驗收檢查并給出成績，最后把出勤情況、預習實驗完成情況、實驗操作過程、提問回答情況、實驗報告等實驗項目成績綜合后給出每個學生的實驗環節成績。

期末成績：是全面綜合的課程知識考試，教師組織試卷時應嚴格按照課程教學大綱要求進行，既要考查學生對基本理論、基礎知識的掌握程度，更要檢查學生創新思維、分析問題及解決問題的能力，試卷要有較大覆蓋面，評卷要客觀公正，實行流水評卷。多元化評定成績可全面反映學生的實際能力，激發學生完成平時作業、回答提問的積極性，保持了學生掌握知識的連貫性和持續性。

3 結束語

計算機組成原理課程的教學改革需要長期的研究探索和實踐，研究并實踐一種有效的教學模式，對幫助學生從微觀層面掌握本課程的知識單元，從宏觀層面建立該課程知識體系，進而培養學生關于計算機硬件系統的認知能力、設計能力和創新能力，具有重要的作用。通過對目前此課程實際教學中存在的問題分析，分別從教學內容、教學手段、教學方法、考核方式等方面提出了一系列的解決方案和改革思路，這些改革思路在實際教學中取得了良好的教學效果。

[1]蔣宗禮.高等學校計算機科學與技術專業核心課程教學實施方案[M].北京：高等教育出版社，2009

[2]計算機科學與技術教學指導委員會.高等學校計算機科學與技術專業實踐教學體系與規范[M].北京：清華大學出版社，2009

[3]白中英.計算機組成原理[M].北京：中國科學出版社，2009

[4]郭同柱.計算機組成原理教學探討[J].科技信息，2009

Abstract: The course of computer organization principle is an extremely important core curriculum for undergraduates who major in computer science. This course is comprehensive in content and very difficult to learn, plays the role of linking the preceding with the following in the whole computer major curricula system.This paper points out the problems existing in the present teaching and proposes a series of solutions and new ideas from the aspects of teaching content, teaching means, teaching methods and assessment methods, etc. And these new ideas have been proved effective through the teaching practice.

Key words: principle of computer organization; teaching course; new ideas

New ideas on teaching course of computer organization principle

Zhao Yu, Qiao Rui
Zhoukou normal university, Zhoukou, 466001, China

2010-10-24

趙宇，碩士，副教授。

周口師范學院高等教育教學改革研究項目“計算機組成原理課程體系與教學內容改革研究與實踐”(編號：J200836)。