新時代高等院校計算機組成原理課程教學探索

池凌鴻

[摘? ? ? ? ? ?要]? 計算機組成原理是計算機專業傳統的硬件課程。分析新時代下對計算機組成原理課程提出的新要求，包括社會需求、技術需求以及教學方式需求，探索新時代下計算機組成原理課程的教學新方法，具有一定的實際價值。

[關? ? 鍵? ?詞]? 計算機組成原理;課程思政;教學探索

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）22-0060-02

一、引言

計算機組成原理是計算機專業傳統的硬件課程，在計算機專業課程體系中具有承上啟下的作用，是核心專業基礎課之一。通過描述計算機系統以及各個子系統的組成、聯系以及工作方式，不僅使學生了解和掌握計算機整機系統技術，而且也是學生下一階段學習微機原理、操作系統、編譯原理等課程的基礎[1-2]。

但是目前計算機專業學生往往較注重軟件編程能力的培養，對電子電路知識的學習相對較為薄弱。教授抽象與高度理論化并存的本課程時，照本宣科式以習題講解為重點的教學方式效果往往差強人意。學生不僅上課難以集中注意力，甚至可能因為內容晦澀抽象對課程產生一定的畏懼心理，這是比成績不理想更嚴重的后果。因此，探討計算機組成原理的教學，尤其是在新時代背景下，有相當高的實際價值和意義。

二、新時代下對計算機組成原理課程的要求

（一）中國特色社會主義新時代對課程的要求

2017年10月18日，在中國共產黨第十九次全國代表大會上，習近平總書記鄭重宣示：“經過長期努力，中國特色社會主義進入了新時代，這是我國發展新的歷史方位。[3]”2018年4月12日，教育部在關于印發《新時代高校思想政治理論課教學工作基本要求》的通知中強調：“為繼續打好提高思想政治理論課質量和水平的攻堅戰，……全面推動習近平新時代中國特色社會主義思想進教材進課堂進學生頭腦。[4]”

切實推進習近平新時代中國特色社會主義思想融入計算機組成原理課程思政全過程，關鍵是要做到將課程思政目標與課程內容有機結合，具體地說，通過對計算機系統及其子系統的組成、聯系以及工作原理的介紹，引導學生思考和認識其中的系統論、設計方法學、發展規律以及重中之重的價值評判等問題，培養學生運用唯物主義辯證法分析和解決計算機組成相關問題的能力;通過計算機行業相關實時熱點新聞的解讀與討論，幫助學生樹立符合社會主義核心價值觀的關于計算機組成課程專業知識的世界觀、價值觀和人生觀[5]。

（二）新時代計算機體系的巨大發展對課程的要求

進入21世紀，工藝技術的進步和計算機應用的變化推動了計算機體系結構的迅猛發展，使計算機組成原理的研究內容和研究方法發生了很大變化。因特網和多媒體應用賦予計算機系統新的含義，大大拓廣了計算機組成的研究內容。

這種變化與擴充主要表現在兩個方面。首先是計算機體系結構方向的轉變，研究重點從對獨立芯片或者獨立計算機的研究，漸漸轉變到由傳感器、移動終端、數據中心等組成的分布式計算機系統的研究上來，這種轉變要求更強調系統、驅動型應用以及超越性能的以人為本的設計目標等特點，以適應新時代智能感知、云計算等方面的需求。其次，隨著新技術、新工藝的出現，計算機系統出現了很多新理念、新設備，系統設計的目標、內容與方法都有所改變，使新時代下計算機系統與教科書上傳授的傳統計算機系統的差異性越來越大。因此，在計算機技術日新月異的新時代，作為信息技術基礎的計算機組成原理課程應較之前更緊跟時代步伐，才能將具備時效性的專業知識傳授給未來社會建設主力的大學生群體，滿足其日后工作發展的需要。

（三）新時代國內計算機技術的飛速發展對課程的要求

隨著我國綜合國力的不斷增強，在世界計算機領域中的角色也逐漸從使用者、跟隨者向設計者、競爭者甚至領導者（某些細分領域）轉變，這就決定了新時代計算機組成原理課程的教學目標，相較之前若干年的教學目標應有所提高，才能跟上當前國內飛速發展的計算機領域的步伐，才能滿足不斷擴張的計算機業界的需求。

（四）新時代教學方式對課程的要求

作為計算機專業的考研課程，傳統的計算機組成原理課程往往以習題講解為主，借助對抽象問題的逐步講解，力求使學生循序漸進地在邏輯上理解和掌握相關的知識。但是，隨著技術的發展與普及，以線上線下混合式教學、翻轉課堂為代表的教學方式逐漸被學生和教師接受并在全世界傳播開來。尤其是計算機相關專業，新知識、新技術、新應用層出不窮，培養學生自主學習的能力和團隊協作精神尤為重要[6]。

具體表現在教師與教科書不再是也不應是學生獲取相關知識的唯一途徑，借助互聯網等新時代信息技術與資源，學生可以獲得海量的最新的課程與業界內容;自主編輯的多媒體技術已經普遍進入課堂，抽象的、深奧的知識往往可以通過教師的個人勞動，轉換成形象生動的講解動畫;以學生為主導的翻轉課堂也逐漸取代單向的傳授方式成為主要的授課方式，激發學習積極性、培養自主學習能力成為高校教學的主流。因此，探索適應新時代教學方式下計算機組成原理課程的教學具有重大的實際意義。

三、新時代高等院校計算機組成原理教學探索

（一）立足新時代，培養新型人才

習近平總書記在2018年全國教育大會上指出要“著重培養創新型、復合型、應用型人才”。因此，探索新時代下計算機組成原理的教學方式與方法，使之成為培養具備創新、復合、應用屬性的新型人才的有力保障，為有中國特色的社會主義建設服務，有非常重要的意義[7]。

創新型人才的培養，需要尊重學生的興趣、愛好和特長，支持學生個人發展意向，并積極提供相應的教育內容，強調知行合一，使學生在學思結合、“手腦并用”的過程中創造性地解決實際問題，有效錘煉創新素質、心理素質、管理素質、社會素質等，最大限度喚醒人的內在潛能。具體到本課程，應在教學過程中充分發揮學生的主觀能動性，設計開放性問題，引導學生創造性地分析和解決計算機組成原理中遇到的問題，進而到設計新型計算機結構的過渡，逐步培養學生在計算機組成領域的創新能力。

復合型人才的培養，關鍵是不要把計算機組成原理孤立成一門課程，而是要與其他課程聯系起來。縱向上，應與數字邏輯和微機原理為代表的硬件課程相關聯，在邏輯上梳理清楚計算機專業整個硬件課程體系的相互關系;橫向上，與高級語言編程和操作系統為代表的軟件課程互相滲透，如在講存儲器時兼顧操作系統課程中內存管理的內容，使學生能融會貫通、舉一反三，從更高的角度審視課程間的邏輯聯系，從而全方面綜合提高自己的知識水平。

應用型人才的培養，著重于培養學生的動手能力。不僅講授課本上的理論知識，更重要的是使學生了解這些知識的應用點以及掌握應用方法。因此需要對計算機組成原理課程的實驗進行改革和創新，使之從驗證性、演示型的實驗，向創新型、應用型的實驗進化。舊的實驗系統只是讓學生通過連線，簡單地將各個模塊組合成演示機;新的實驗系統應具備讓學生開放設計的能力，并與相關企業合作，讓學生接觸到前沿知識的同時，領會將所學的計算機組成知識應用到實際的過程與方法。

當然，在新時代下，計算機組成原理課程的具體教學過程更應該以社會主義核心價值觀為靈魂和主線，以專業技能知識為載體，深入挖掘課程蘊含的思想政治教育資源，將思想政治教育融入本課程教學過程。例如，講授超級計算機相關課程時，通過介紹國內神威系列機器，激發學生對我國計算機技術發展的信心;又如在小組討論熱點話題時，引入中興華為事件與芯片自主可控話題，引導學生進行矛盾分析，進而對價值觀與人生觀進行討論，等等。通過一系列的思政教學，端正學生的思想，堅定學生的信念，引導學生樹立正確的學習方向，激發愛國主義熱情，為實現信息產業的底層基礎設施“中國造”而努力奮斗。

（二）改進與創新教學方法

傳統的計算機組成原理課程教學基本以“課堂講授理論+實驗”的模式進行。在不斷有新技術、新思路引入教學過程的新時代下，可對課程進行改進與創新[8]。

首先，充分利用多媒體技術，將抽象不易理解的內容，制作成生動形象的動畫或視頻進行演示，幫助學生理解課程內容。如在講解隨機存儲器相關內容時，為了清晰地演示存儲器讀寫（充放電）的過程，可以將課本中靜態的演示圖制作成動畫，通過動畫的方式將數據在隨機存儲器的存儲與讀取的過程直觀地展示出來，使學生更好地理解整個工作流程。應該注意到，互聯網關于計算機結構也有很多優秀的科普或教學視頻，在授課過程中也可以有選擇地讓學生觀看與學習相關的視頻，或者留待課后學習。

其次，采用線上線下相結合的教學方法。線下是傳統的課堂教學模式，學生每次學習時間有限，不利于知識的深入與梳理。因此通過在線上建立完善便捷的計算機原理課程資源，幫助學生擴展學習的時間與空間，達到更好的學習效果。具體實施上，除了將授課課件以及各種教學視頻作為共享資源發布在線上平臺，還應用了相關的教學平臺作為在線交流答疑、在線作業與自測平臺，使學生離開了教室與教師，也能跟進教學進度，掌握學習資源。

最后，將翻轉課堂應用到實踐中。翻轉課堂的具體實施包括以下幾個步驟：（1）教師按照教學計劃，將當前所授的內容發布于在線教學平臺。（2）要求學生提前進行在線學習的打卡并反饋自己的學習進度和提出與內容相關的問題。（3）在課堂上，根據學生的反饋和打卡情況展開討論和交流，鼓勵學生上臺按照自己的理解講授本章知識，教師予以點評及打分。翻轉課堂的教學模式結合最新的網絡教育技術，能夠呈現多種教學方式，體現了學生的學習主體地位，使枯燥乏味的計算機組成原理課程學習充滿樂趣。

（三）堅持提升教師自身業務水平

新時代的人才培養，對教師自身的業務水平提出了更高的要求。首先，教師應精通計算機組成原理課程的相關知識，才能將其準確無誤地傳授給學生，并解答學生的疑問;其次，為了培養復合型人才，教師應掌握與計算機組成相關的其他課程知識，從電子電路等硬件課程，到匯編語言、高級語言、操作系統等軟件課程，這樣才能在教學過程中觸類旁通，引導學生從更高的維度來思考計算機結構等問題;再次，教師應有實際的項目經歷或工作經歷，才能從工程的角度出發來討論與教授知識，滿足新時代對應用型人才培養的需求;最后，教師還應與時俱進，不斷充實自己的相關知識庫與工具庫，跟上計算機科學發展的步伐，才能源源不斷地將最新的相關知識帶給學生。

四、結語

隨著社會主義建設進入新時代，隨著新一輪科技革命的發展，新一代人工智能的熱潮已經來臨，計算機專業人才的市場需求越來越大，對計算機專業教育的要求也隨之提高。計算機組成原理作為計算機專業的重要課程，應不斷與時俱進，探索符合時代的教學方法與手段，培養滿足社會主義新時代需要的合格建設者。

參考文獻：

[1]何世添，譚德立.課內外協同的《計算機組成原理》課程教學模式探索與實踐[J].計算機工程與科學，2019，41（S1）：144-148.

[2]郭玉峰，虎曉紅，孫昌霞.計算機組成原理與系統結構課程教學改革探討[J].河南教育（高教），2019（9）：90-92.

[3]習近平.決勝全面建成小康社會 奪取新時代中國特色社會主義偉大勝利[N].人民日報，2017-10-18.

[4]教育部.新時代高校思想政治理論課教學工作基本要求》[EB/OL].[2018-04-12].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A13/moe_772/201804/t20180424_334099.html.

[5]吳強，彭蔓蔓.計算機組成課程思政教學實踐與探討[J].計算機教育，2019（11）：11-15.

[6]吳旭.計算機組成原理課程的翻轉課堂教學研究[J].福建電腦，2020，36（1）：100-101.

[7]趙富偉.應用型高校構建“三位一體”創新創業人才培養平臺的理論與實踐[J].浙江水利水電學院學報，2020，32（1）：82-86.

[8]蘭勇，張朝陽，王偉，等.計算機組成原理教學改革探索與實踐[J].計算機教育，2019（1）：13-15，20.

編輯 馮永霞