計算機輔助教學在計算機組成原理課程教學改革中的應用

王冬

摘 要 針對計算機組成原理教學的方法進行了一定的探索，文章探討了該課程傳統教學在教學方法、教學過程存在的不足；結合“計算機組成原理” CAI（Computer Assisted（aided） Instruction--計算機輔助教學）課件的設計與開發，闡述了如何將CAI技術更好地融入到課程教學中的思路和方法，從而更好地加強計算機組成原理課程建設。

關鍵詞 計算機組成原理 計算機輔助教學 交互性 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

計算機多媒體技術、網絡技術和虛擬現實技術的發展，使得計算機在教育領域的應用更加廣泛，通過這些技術發展而來的計算機輔助教學手段成為當前的一個熱門研究課題，它也是現代教育管理和教學媒體的重要工具。

計算機組成原理是計算機專業的核心硬件基礎，在一系列軟件、硬件課程中起著承上啟下和支撐作用，是所有后續硬件專業課的基礎和支撐。本課程以計算機組成結構為中心闡述基本概念和原理，具體介紹了計算機硬件系統中各大部件的組成原理、邏輯實現、設計方法及互連構成整機的技術。但是，由于該課程理論性強、概念抽象、內容多、難度大，有些內容難以通過課堂講授和硬件實驗被學生理解掌握；現有的硬件仿真實驗箱也無法直觀、形象地描述計算機內部組成的工作過程和原理。多數學生對該門課程學習畏難、學不入門、學習效率低、感性認識差，給學生后續專業課程的學習帶來了諸多的困難。因此，迫切需要進行教學方法和教學模式的改革探索。

針對這種現狀，本文歸納了傳統的計算機組成原理課程教學存在的一些不足方面，初步探討計算機組成原理教學較好的方法，著重研究了如何把計算機輔助教學手段引入到計算機組成原理教學中，尋找到一種既提高學生的興趣與自覺性，又提高學習效率，符合學生認知規律，又符合現代教學原則的教學模式，使其能得到良好的教學效果。

1 計算機組成原理教學存在問題分析

計算機組成原理教學本身存在著知識點多、內容雜、抽象、難以理解等特點，傳統課程教學是采用“三段式”的基本程序進行教學的，即：組織教學、講授新課、小結內容。

這種教學方法存在的不足主要表現在：（1）學生學習的主動性難以調動。傳統課程教學中，教學目標、教學內容、教學過程都是程式化、固定不變的，它不會隨著學生思維火花的閃現而變動，在整個教學活動中，教師處于教學的中心地位，往往大都把某個問題的“為什么”、“是什么”、“怎么樣”太過具體化；學生只能按照教師講授的內容被動地接受灌輸，其學習的積極性和主動性很難被調動起來。①（2）難以發揮學生學習的創造性。學生學習主動性的欠缺，同時會引發學生創造性的不足。因為在采用傳統課程教學方法的教學活動中，教師和學生在傳授以及接受知識的過程中，受書本知識內容的影響較大，使得書本知識內容一定程度上約束了教學過程的活力。學生缺乏主動發現、主動探究的學習環境。（3）扼殺了學生的個性。傳統計算機組成原理教學的過程本身就是“滿堂灌”的形式，教學中較少考慮到學生間接收知識、理解知識的差異，不利于學生對知識的理解和消化；同時，缺少教師與學生、學生與學生之間的交流與相互作用，②扼殺了學生個性的發展。

2 CAI在計算機組成原理教學中的優勢

CAI的主要特點是采用圖文聲像并茂的內容形式，友好的交互性界面，超文本結構組織信息，提供豐富的信息資源。它能激發學生學習的興趣，調動學生積極參與，擴大學生知識面，提供多種教學路徑。③CAI作用于課程教學的基本原理如圖1所示。

根據圖1可知，教師利用計算機完成課程多媒體內容設計，學生可根據自己的學習情況選擇某學習內容，并利用多媒體的交互性來檢測學習效果；計算機將結果反饋給教師，教師可根據學生的實際情況調整教學內容，從而確保學生理解和掌握相關的知識內容。

圖1 CAI基本原理圖

2.1 改進教學方法和體系

CAI的教學模式，能充分發揮其的交互處理能力，應用計算機技術將教師的授課內容通過動畫、圖像、圖形、視頻、聲音等形式展現出來，增強學生的感性認識，將抽象與形象、理性與感性相結合，提升課堂教學效果。這對學生知識面的拓寬是非常有利的，并且在學習過程中提升了學生對于先進教學思想的感知。

2.2 實現人機交互，提高學生學習的主動性和激發學習興趣

傳統的計算機組成原理教學是采用教師“組織教學、講授新課、小結內容” 的教學形式，學生的學習是一個被動灌輸的過程。而采用CAI教學模式中，能利用計算機技術創設形象、生動和直觀的教學情景，有利于溝通知識之間、圖形之間的聯系，增強教學的趣味性，吸引學生的注意力。學生可以根據自己的學習需求和能力，對某個知識進行一般了解、深入研究等篩選性學習，并及時反饋學習信息，真正做到教與學之間信息的交流，體現了教學過程中因材施教的原則，從而激發學生學習的主動性和創造性。④

2.3 緊跟現代教育的需求

在推廣素質教育的今天，學生的學習任務越來越重，教學時數不斷減少與教學信息量的矛盾不斷增加，CAI在處理這個矛盾中發揮了巨大優勢，使得我們更好地實施素質教育。⑤

3 計算機組成原理CAI研制的實現

3.1 總體方案設計

總體方案應該根據教學課程的學科特點、教學大綱、教學內容、教學目標和教學對象進行設計，同時要貫徹一定的教育思想和教學策略，遵循科學的開發方法，體現出CAI教學的時效性、靈活性、共享性和個性化等優點。在設計過程中不僅要注意突出內容難點與重點，采用多媒體技術將課件有關的文本、圖像、圖像、動畫、視頻等相關聯；而且也要考慮教學內容的連續性，CAI的內容應該符合不斷深入、循序漸進的教學原則。CAI總體設計流程如圖2所示。

3.2 腳本的編寫

腳本的設計要與課程的教學大綱和教學內容保持一致，符合教學的整體設計，能為整體教學服務。它不僅要呈現了CAI課件包含的具體內容，也體現了CAI編制的設計思想和要求，只有這樣才能達到輔助的目的和效果。⑥腳本設計應該應給出各種教學信息和交互控制等內容，同時對CAI課件制作中的各種指示、要求能做出相應反應；腳本能很好地把文本素材、圖片素材、聲音素材和動畫素材聯系起來，以達到交互式教學的目的。例如，在講解計算機中指令執行過程中，可通過CAI制作出CPU內部的ALU、IR、OP、Cache、R、內部總線等模型圖，以動畫的形式反映指令執行的詳細過程，數據如何在CPU內部流動和存儲的，這樣可以確保學生有了直觀的感性認識，也能更好地理解和掌握相關的知識內容。腳本設計如圖3所示。

圖2 CAI設計流程

3.3 交互性設計

CAI具有雙向信息傳遞方式，在授課過程中不僅可以向學生演示信息，同時允許學生向程序傳遞一些控制信息，這就是我們說的具有交互性。它改變了學習者只能被動接受的局面，學生可以通過鍵盤、鼠標等來控制程序的運行，體現了CAI實時、雙向的特點。

在計算機組成原理CAI多媒體課件設計中，運用多媒體技術使得各類交互圖標和函數實現填空題、選擇題、判斷題、簡答題等等，并在ODBC數據庫的支持下，實現多媒體考試系統的設計。這樣增強了多媒體課件的交互性，同時提高了學習者學習的興趣。學生可以在課程每章節學習完后，通過如上的填空、選擇等測試來檢驗自己的學習的效果。

3.4 CAI課件的制作

利用多媒體技術，結合教學的特點，在腳本編寫的基礎上，完成了計算機組成原理CAI課件的設計。該課件打破了傳統教室的時空限制，支持教師備課、講課、輔導答疑、批改作業；學生可隨時進行學習、復習、提問、提交作業、練習、測試等。

圖3 腳本設計

4 計算機輔助教學和其他教學方法相結合

將CAI技術引入到計算機組成原理教學有許多優越之處，但也有缺點和不足，先進的教學手段不應完全取代傳統教學，只有揚長避短，保證傳統教學與多媒體教學有機結合，才能真正發揮CAI教學的先進作用；在教學中應該保證給學生充足的思維空間，注重培養學生的獨立思考能力和創新能力。同時，在教學中，應注意計算機輔助教學與啟發式教學、類比教學等其他教學方法相結合的原則。

5 結語

針對計算機組成原理教學現狀，從傳統的教學方法和采用計算機輔助教學的應用進行了分析和探討。計算機輔助教學的引入能更好地為學生創設教學情境，幫助學生解除抽象思維、邏輯思維、語言理解等方面的困難；變抽象為具體，變靜態為動態，化枯燥為生動，提高思維信息的活動量；能在有限的時間內提供傳統教學手段根本無法達到的信息量，彌補了傳統教學方式在直觀感、立體感、動態感等方面的不足，全面拓展了學生的思維，真正提高了課堂教學效率。但在實際課程教學中，注意把傳統教學和計算機輔助教學相互結合，充分發揮兩種教學模式的優勢。

基金項目：塔里木大學高等教育教學研究課題（TDG J1308）

注釋

①②劉志棟.高職高專課堂教學技術路線應如何改變[J].廣東技術師范學院學報，2009（1）：104-108.

③ 王穎純.MCAI課件的設計制作與思考[J].天津理工學院學報，2011.9：113-114.

④ 王港，吳鐵橋.計算機輔助教學（CAI）在體育教學改革中的應用[J].體育與科學第21卷（總第122期）：59-61.

⑤ 傅賓忠.CAI在《機械基礎》教學中的應用[J].金花職業技術學院學報，2008.4.8（2）：65-69.

⑥ 陳躍峰，劉猛，肖自美.基于多媒體數據庫的計算機輔助教學系統的設計與實現[J].計算機工程與應用，2001.18：31-33.