計算機組成原理教學方法探析

彭雅琴+王萬生

摘要：計算機組成原理課程是一門非常重要的專業課，課程具備知識點多、理論性強、內容抽象等特點。為此對課程中的教學方法進行了研究，探討了啟發式教育、串聯式方法、設置陷丼法、課上線下互動法等多種教學方法，并將其應用于實際教學中，獲得了良好的教學結果。

關鍵詞：計算機組成原理；教學方法；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）10-0205-02

《計算機組成原理》是計算機專業區別于其他專業的一門非常重要的課程，課程教學具有知識面廣、內容多、難度大、更新快等特點[1]。其前導課程包括“模電”、“數電”，后續課程包括“微機原理及接口”、“單片機原理及應用”，等等，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]。因此如何充分利用計算機組成原理課堂教學的有限學時，更加高效地幫助學生理解計算機硬件組成知識，激發學生的主動學習能力非常值得探討。本文從教學方法的角度進行了探討。

一、教學中面臨的問題

計算機組成原理課程是偏向硬件的一門專業課，其內容主要包括CPU、存儲器、運算器、外設等硬件的組成和工作原理。由于其內部結構很難分解給學生一個直觀的實物，學生會覺得課程知識比較抽象，學習難度很大；另外計算機中的運算方法與平時的運算方法有所不同，學生接受起來比較困難，以上都可能導致學生學習興趣不高，學習效果達不到要求。所以有必要針對這門課程的特點，在教學中引入與此相對應的教學方法，有目的的展開教學改革，幫助學生更好的掌握這門課程?，F結合多年的教學經驗，淺談該課程中的教學思路和基本方法。

二、教學方法探討

1.啟發式方法。計算機組成原理的知識相對來說會比較抽象，所以學生在理解的時候會有些困難，因此可以在教學過程中，采用啟發式教學方法，由淺入深的掌握知識。比如在講解外設如何與主機進行數據交換時，可以對程序查詢方式、中斷方式和直接存儲器訪問方式輔以比喻。將教師比作CPU，學生比作外設，教師布置作業并要求學生完成。程序查詢方式就可以理解為是以下場景：教師布置一道作業后，就一直站在學生旁邊問：作業寫完了沒有。等學生寫完一道作業，繼續布置下條作業。這樣教師大多數的時間都花在等待和詢問上，效率低下。所以可以考慮以下方案：教師布置完一道作業后，自己去備課，學生完成一個作業后主動通知教師過來收作業并且布置下一個作業。這個方案就是中斷的思想?；蛘呓處熖α耍梢云赣靡粋€教學助理，教師只布置作業總量，其他作業的細節事情都交由教學助理來打理，最后來檢查總體作業就行。通過這樣的比喻，學生對這三種數據交換方式的理解會更加深刻，也可以激發學生學習的興趣。

2.串聯式方法。計算機組成原理課程中的一些知識點相對零散，學生在學習時會覺得沒有頭緒，所以在教學過程中可以采用串聯式教學方法，將這些零散的知識點用一根知識主線串起來，幫助學生去記憶。比如在講半導體存儲器時，可以先講一個基本存儲器元的構成及其讀寫方式，而后擴展到存儲器單元，并以存儲單元作為編址單位。存儲器單元只夠一個字符類型的數據存放，如果需要存放其他數據，需要多個存儲單元，在此引入編址規則并同時講解地址譯碼過程。將若干個存儲單元及其讀寫電路等封裝就構成了相應的芯片，隨即引出芯片引腳的定義。而芯片的容量有限，一般都需要將芯片通過并聯、串聯、混聯的方式構成最終的存儲器。通過這樣一條主線，可以將所有共性的知識串聯在一起，且前后聯系，一環扣著一環，這樣學生對知識的掌握就會比較透徹，會覺得知識的學習是連貫的。

3.設置陷阱法。在傳統的教學中，一般都是教師先講解知識點，然后給出相應例題，并強調易錯點。但是對于易錯點，學生接受效果甚微。如果將錯誤故意設置在教學中，則可以引起學生的好奇心，從而全身心的投入到錯誤中。例如，在講解補碼加減法運算時，假設機器字長為4位二進制，讓學生應用補碼規則分別計算“4+6”和“1-7”。學生計算完會發現兩個結果都一樣，會感到疑問和好奇，從而再去驗算結果。這時再讓學生把結果轉化為真值，學生就會發現第一個計算的結果為負值，在此引入溢出的原因和說法，學生會對這個知識點掌握的非常扎實，而且在以后遇到類似的知識點時，會特別注意計算機數據的表示范圍。

4.與其他課程結合。課程之間的知識點絕對不是獨立的，所以可以結合其他課程的知識點，輔助計算機組成原理的教學。例如在C語言課程中，標準TC環境下int數據類型的表示范圍是-32768~32767，學生對這個數據表示范圍比較熟悉，但對為什么是這個范圍一般不清楚，這個內容就與計算機組成原理課程中的機器數相關。所以在課堂上可以先拋出這個問題，吸引學生注意力，而后用補碼的知識求解int數據類型的范圍。這樣做既可以說明數據范圍與分配的存儲空間相關，也可以通過范圍的不對稱性解釋清楚補碼的表示規則，從而對比原碼得出范圍不對稱的根本原因就是0的表示方法是唯一的。在講解大端次序和小端次序時，為了加深學生印象，可以在教師機上編寫一段C語言代碼，測試機器上的存儲數據方法。程序如下所示：

# include

void main（）

{

Int x = 1；

if（*（char *）&x == 1）

printf（"小端＼n"）;

else

printf（"大端＼n"）;

}

5.與實際應用結合?，F在電子產品越來越普及，所以在實際生活中，人們會發現計算機組成原理中學到的知識應用到了生活的各個角落。將這些實際應用與課程中的知識點相結合，會極大地提起學生的學習興趣，從而更加激發學生的學習主動性。比如在講解進制之間的轉換時，首先問一個問題：馬路上的紅燈，你等過最長的時間是多少秒？如果超過100秒，兩個LED顯示燈會怎么表示？這個問題會引起學生的極大興趣，能夠讓學生主動的思考，進而自然的引出十六進制，之后就可以告訴學生，如果顯示燈上為A9，那要等多少秒，問題就又轉化為進制之間的轉化了。

講解存儲器章節時，就可以問學生：你們平常用的U盤是多大空間？屬于ROM還是屬于RAM？另外還可以結合手機SD卡，與ROM和RAM相結合。手機這個話題學生比較感興趣，大多數同學不會再等著教師給出答案，而會自己主動查找答案，那學習效果就會明顯提高。

6.課上線下互動。課堂的主人應該是學生，所以在課堂上的互動非常關鍵，且互動對教學的推進非常重要?；邮浇虒W給教師提出了更高的要求，要求教師有淵博的知識和課堂的控制力，但是對于增強學生的學習效果非常好。例如在講解精簡指令集RISC和復雜指令集CISC知識點時，以性別分組提前布置預習任務，讓學生分別從概念、優缺點、適用場合、編程等角度準備資料，然后針對這兩個知識開展課堂辯論。辯論的主題就是“RISC和CISC誰更優？”教師就是這場辯論的主席，在辯論中需要仔細傾聽學生觀點的表述是否正確，內容是否全面，同時還要能夠調控辯論的順序和氣氛，在結束總結中也要對不足進行補充；學生就是辯論選手，需要將事先準備的內容在辯論中有針對性的展開。通過這樣的形式，教學就從課堂之內擴展到了課堂之外，學生們的學習方式也轉化為部分自學的方式，且是帶著目的去學習。

7.加強實物和動畫展示。課程中主要講述的是計算機五大硬件的組織結構和工作原理，如CPU、存儲器等，教學內容相對比較抽象，學生對各部件缺乏直觀認識，因此不容易理解課堂教學內容。如果學生因長時間不理解課堂教學內容而處于消極學習狀態，就會使學習積極性和自信心大大降低[3]。為此可以在課堂上加強對組成部件的實物和動畫展示。例如在講到內存相關內容時，教師可以主動向學生展示幾款存儲器，并讓每個學生近距離觀察，引導學生思考：ROM和RAM最主要的區別是什么？RAM上的芯片是怎么排列的？問題結合實物演示，可以幫助學生理解硬件內部的工作原理，同時也可以提高學生的學習興趣。

三、結語

計算機組成原理內容抽象、知識點多、與多門課程存在內容交叉，根據不同的內容采用靈活多變的教學方式，才能激發學生學習興趣[4]，發揮主觀能動性，提高課堂教學效果。在今后的工作中，將繼續探討教學改革方法，進一步提高學習效果。

參考文獻：

[1]王昊.計算機組成原理教學改革和實踐[J].遼寧工業大學學報(社會科學版),2015,(3):117-119.

[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]紀祿平,羅克露.計算機組成原理創新型教學方法設計[J].計算機教育,2011,(4):85-87.

[4]劉懷愚,葛方振,李璟,宋文.計算機組成原理教學方法探討[J].牡丹江師范學院學報(自然科學版),2015,(2):61-63.

Research on the Teaching Mode of Principle of Computer Composition

PENG Ya-qin,WANG Wan-sheng

(Department of Information Science and Engineering,Sanjiang University,Nanjing,Jiangsu 210012,China)

Abstract:The principle of computer composition is a very important course,which has many knowledge points,complex theory and abstract content. Therefore teaching method of this course is studied,such as:heuristic education,tandem method,set trap method,interaction in class and out class and so on,these methods are used in actual teaching,good teaching result has been obtained.

Key words:principle of computer composition;teaching methods;teaching reform