問題教學法在《計算機組成原理》課程教學中研究應用

彭雅琴+王萬生

【摘 要】一個好的老師不僅要熟悉教學內容，而且還要有好的教學方法和教學手段。本文就《計算機組成原理》課程教學如何采用問題教學方法來組織課堂教學進行了研究，探討了問題教學法的一般要求，并將其實際應用于教學中，獲得了良好的教學結果。

【關鍵詞】問題教學法；計算機組成原理；教學方法

1 問題教學法的核心

所謂問題教學法，是以提出問題→分析問題→找出解決問題的方法為主線來組織教學和展開教學的一種教學模式。首先根據課堂教學內容，將所要講解課程的核心內容以問題的形式提出，然后探討解決問題的具體方法，最后針對每一種具體方法存在的不足之處，再啟發學生去思考、并探索新的解決問題的方法。

問題教學法的關鍵要求是老師必須對所教課程內容非常熟悉，要能夠從整體出發，根據所教課程的教學內容和要求，結合現實生活的實際需求提出具體問題，而后需要老師就如何解決這個問題提出解決這個問題方法和設想。解決一個問題可能有很多方法，每個方法的具體實現，就是這門課程中的主要教學內容。每一方法的優點、缺點是什么？針對缺點提出新的解決方法，這可能就是本學科的發展歷史和將來的發展趨勢。根據這樣的教學思路，不僅可以使學生知道本門課程主要講授內容、與所學專業之間的關系，以及該學科目前最新的發展動態，而且可以引導和啟發學生獨立思考，提高分析問題和解決實際問題的能力。

2 問題教學法中設置問題的一般要求

2.1 問題的難度要適宜

學生的知識基礎和學習能力不盡相同，所以教師在設計問題時，應該從大多數同學的認知能力出發，設置難度適宜的問題，使得每一位學生都能夠通過問題教學法得到收益。太簡單的問題，比如書上能直接找到答案的問題意義不大，這樣的問題學生不需要思考，因此能力得不到提高；太復雜的問題，比如需要多個課程知識綜合解決的題目，在課堂上比較費時間，而且不能很好地提高學生的學習興趣，最好是能夠課后先布置，給學生準備的時間。最好的方法是由淺入深，循序漸進地設計問題，而且將多個問題串成一條線，讓學生感覺在蓋房子，堆建知識的大樓，從而形成一個完整、牢固的知識體系。

2.2 多種形式的問題相結合

教學中設置問題的最終目的都是為了幫助學生更好地掌握知識，因此在不同的環節可以設置不同形式的問題，使其更加具備針對性。在課程的第一節課設置的問題應該是讓學生明白這門課程的意義和基本內容，明確學習的目標。在理論課復習環節時，就可以設置答案指向性較強的題目來考查學生的學習情況。而在新課環節時，教師應該注重準備能夠培養學生思維能力、引導學生發散性思維能力的題目，最好是開發式的題目，這類題目沒有標準答案，但是能夠非常有效地引導學生去思考，而且學生有時候的想法會非常有創意，對教師的能力提高也是很有幫助。在實驗課上，可以讓學生自己思考題目的條件，比如給出題目的部分要求，然后給出實驗結果，讓學生思考為了得到這個實驗結果，題目中還應該增加的條件和步驟，以結果反向推導問題會激發學生的斗志，從而非常地投入實驗中，獲得很好的實驗效果。

2.3 問題有實際相聯系

“教育即生活，教育即經驗的改造”[1]。在設計問題的時候，如果與學生的實際生活相結合會引起學生的共鳴，促使學生去思考。因此教師本身要加強與學生的溝通，時刻關注學生的課外生活和思想動態，理解學生的關注點和熱點，做一名與時俱進的教師，在設計問題時，加入趣味化、多元化、熱門的生活元素，會得到事半功倍的效果，全部學生的積極性會被調動，每個人都愿意參與到問題的討論中，課堂的氣氛非常活躍，學習效果非常好。

3 問題教學法在教學過程中的具體應用

下面以《計算機組成原理》這門課為例，說明如何運用問題教學法來組織和展開課堂的教學。

《計算機組成原理》這門課是計算機各專業的專業基礎課，其前導課程有《模擬電子技術》、《匯編語言》等，后續課程有《操作系統原理》、《接口與通信》、《接口與匯編》、《計算機硬件技術及系統結構》、《嵌入式控制系統》、《計算機網絡基礎》等，本課程在先導課與后續課之間起著重要的承上啟下作用[2]。所以在第一堂課就要明確：為什么要學習計算機組成原理這門課？根據這個大問題，可以設置若干個小問題：

1 C語言教學中提到的int類型的表示范圍為-32768-32767，為什么是這個范圍？那么就可以初步解釋數據在計算機中數據類型的不同，存儲的位數也是不同的。然后依據機器數的編碼規則，提及到補碼的簡單概念。這就是計算機要對信息進行處理遇到的第一個問題：必須將被處理的信息表示成計算機可以接受的形式即“機器數”，這正是課程中“數據表示方法”章節要講解的內容。

2 我們買的手機，里面有哪幾種存儲器？學生對手機都非常了解，所以這個問題學生會非常感興趣，然后根據學生的回答，可以再擴展到U盤、硬盤、光盤等。隨后可以再討論手機的屏幕發展史，請同學們談談藍屏和觸摸屏的區別，以及科技的進步帶給用戶的感受。那么這個問題的細節內容就會出現在“存儲器的存儲原理”和“輸入輸出設備”章節。

3 程序最終的執行會轉化為CPU中指令系統的執行，請問如果是你設計指令系統，指令條數傾向于多還是少？為什么？那么每個學生的回答會不一樣，而后需要教師靈活地根據學生的回答，再針對性的、有目的的提出問題，引導學生進一步思考。這個問題就會延伸出“指令系統”章節和“中央處理器”章節要講解的內容。

最后就可以把問題總結，告訴學生為什么要發明計算機，就是要將人從繁雜的算術計算中解脫出來，計算機就是一個高速的自動連續的計算工具。作為一個高速的自動的計算工具，計算機應該包括哪些功能部件？一個完整的計算機硬件系統必須包括運算器，控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備，即馮.若依曼計算機的結構體系中的組成計算機的五大功能部件。

以上這些問題就構成了《計算機組成原理》這門課程各章節的主要教學內容。

下面再以《第2章：數據表示方法》[3]為例，對具體章節問題做進一步細化。第二章的主要內容是探討什么是數據，不同的數據形式在計算機中是如何來進行存儲的，因此就可以有針對性地設計一些問題，例如：

1 第二章的要點就是告訴學生如何將現實中的數據轉化為計算機能夠識別和存儲的數據，因此首先可以設置問題，請學生回答，現實中有哪些數據？在這個問題中，就可以充分地將學生感興趣的數據形式——電影，歌曲，圖像等加入到問題的回答和討論中，這個環節會對拓展學生對數據的認識，也會理解不同的數據形式轉換到計算機中會采用不同的辦法，那么這些都為后續的教學進行了很好的鋪墊。

2 二進制可以取代現實生活中的十進制嗎？學生就會思考二進制和十進制的區別，然后分析這兩者進制的不同，最后給出他的想法。這樣的題目難度不大，可以幫助學生去總結進制的作用，而且沒有標準答案，學生可以有大膽的思考，培養學生的思考能力。

3 任何數據在計算機中都是以0、1的二進制形式存放，所以接下來可以給學生介紹數字化的思想，比如+為0，-為1。然后再探討小數點的表示，學生會很自然地想到是不是要用0、或者1表示，所以根據學生的選擇就可以設計問題，比如將小數1000101機器數轉化為真值。接下來請多位學生對比下答案，然后通過分析，就會發現將小數點數字化并不合適，然后就可以介紹定點小數表示和浮點小數表示。

4 機器數的編碼規則一般會提到三種：原碼、補碼、反碼，接下來就可以引導學生，數據在計算機內的表示方法其最終目的就是要方便運算器對數據進行處理、方便運算器的實現，以及能夠最大限度地提高運算器的運算速度，接下來就可以請學生探討對這三種編碼方式的理解，這就是不同編碼表示的機器數的運算方法和運算器的實現這一章節主要討論的問題，這就很自然地過渡到下一章“機器數的運算規律和運算器的設計”講解的教學內容。

4 結束語

在計算機組成原理教學過程中運用問題教學法，在課堂教學中不斷提出問題，并引導學生去分析問題，提出解決問題的方法，能夠提高學生的思維能力和創新能力，激發學生的學習興趣，讓學生充分地參與到課堂中，從而提高學習效果。對于教師，在設計問題的過程中，能提高對課程知識的認識，會拓展對課程的認識，從而提高自身的業務能力和素質。

【參考文獻】

[1]高飛，李英平.問題教學法在高校思政課中的運用[J].山西經濟干部管理學院學報，2016（24）：110-114.

[2]鄒紅文，聶雅琳.計算機組成原理教學設計研究與實踐[J].洛陽理工學院學報（自然科學版），2008（1）：87-90.

[3]王萬生.計算機組成原理實用教程[M].北京：清華大學出版社，2011.

[責任編輯：李書培]