计算机组成原理教学与实践的探讨
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作者: 袁宝华 曹红根 储久良
摘 要：本文简述了《计算机组成原理》教学中的现状和存在的问题，笔者结合自身的教学体会，提出了根据学生的特点，制定特色的教学大纲；在教学过程中，融合多种教学方式；在实验环节中，设置多层次的实验内容的解决方案，进行了教学改革初浅的尝试。
关键词：计算机组成原理 教学大纲 实验内容
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门专业核心课程，在整个专业课的教学中起到了承上启下的作用。通过对这门课的学习可以使学生掌握计算机硬件的基本设计与分析方法，建立起计算机整机工作的概念。
随着计算机技术快速发展，计算机的硬件不断更新换代，《计算机组成原理》课程呈现知识面广、内容多、更新快的特点，学生普遍感到这门课程难学、概念抽象、感性认识差。学生在学习上表现为一是兴趣不足，二是方法不当，三是自控能力弱。本文就如何开展计算机组成原理的教学与实践，进行一些粗浅的尝试与探讨。
一、因材施教，制定特色的教学大纲
教学大纲是规范教学工作、科学严谨地指导教学的一个重要依据。教学大纲制定的好坏，直接关系到教学执行情况和教学质量的优劣。制定出切实可行的教学大纲，是课程建设的重要工作之一。在教学过程中，笔者尝试从教学内容的改革、课程时间的分配、实践内容的修改三个方面来制定合适的大纲。
1.教学内容的改革
本课程的基本教学内容主要讨论了计算机单机系统的组成原理及其内部工作机制，包括各大部件的工作原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成计算机整机的技术。主要强调计算机的基本原理、基本知识和基本技巧的训练。通过本课程的学习，要求学生掌握计算机硬件的设计与分析方法，建立起计算机整机工作概念。要实现教学内容改革要以基本教学内容为基础，针对本课程的特点和学生特点来进行。
由于课时从80学时减少为56学时，这就要求教师以课程的基本要求和课程的重难点为出发点，在有限的时间内精炼教学内容，从而完成教学大纲的要求。例如：两位乘法运算和除法运算可以根据教学进度少讲或不讲。由于计算机组成原理和计算机网络两门课程都有循环冗余校验码的内容，在教学时，循环冗余校验码的内容重点可放在计算机网络课程中，计算机组成原理在课程中可少讲。
2.课程时间的分配
课程时间的安排要体现一些原则，重点、难点内容应该加大时间和比重，尤其对习题课比重需加大。加重习题课的比重，一方面能够提高学生理解能力和创新能力，另一方面能够提供丰富的教学反馈信息。
在习题课上主要针对理论课教学过程中学生尚未理解透彻、容易混淆的概念及学生自学中没有解决的问题，进行分析和讨论。通过一题多解和分析，加深学生对基本概念和基本理论的理解，起到了举一反三、触类旁通的作用，有助于学生在以后的课程设计中结合实际进行具体应用。在讨论问题的同时，学生又会提出新的问题，如此良性循环，学生的独立思考能力可得到培养和锻炼。
3.实践内容的修改
实践内容对于培养应用型人才至关重要，是培养动手能力的主要手段。主要从三个方面着手：精心选择实践项目，合理设置实践思考，增加实践预习环节。
首先，精心选择实践项目，对实践内容合理调整。例如：减少复杂模型机的实践项目，加重基本模型机的实践项目，虽然总体上降低了难度，但是通过巧妙设计实验内容，加重实践设计能力，提高学生动手能力的培养，引导学生在实验中创新能力的培养。
其次，在实验中合理设置实践思考，要求学生在实验过程中对实践思考点做出回答。通过回答这些思考点，培养学生独立思考能力和创新能力，拓展学生的知识面。带着问题做实验并且鼓励学生自己发现问题，能够调动学生的积极性，激发他们的学习兴趣，让他们自己学会解决问题。
再次，增加实验预习环节，在预习环节中设置一些与实验内容相关的基础问题。这些问题的设置，能加深他们对实验内容的理解。在实验过程中，既加深了感性认识，又理解了抽象的概念，对理论教学也起到了一定的促进作用。
二、多样化的教学方式，提高教学效果
1.充分利用类比方法，培养学生理解能力。
类比法是以相似比较为基础的一种科学研究方法，是利用两种事物之间某种相似关系而进行的推理。运用类比的方法，能将抽象、难以理解的模型的某个特性的理解转换为对比较具体、形象的容易理解的模型的对应特性的理解，可以使学生加强对内容的理解，也是培养学生学习方法的一种重要手段。通过类比方法可以发现它们的共性和异性，这会使学生更好地加深对教学内容的理解和掌握。
讲授CPU章节过程中，为了帮助学生建立数据通路的概念，可借助于城市自来水管网模型，它们之间有很多共性：水流通路和数据通路之间有很多类似的地方。
讲解轮询和中断两种程序控制方式时，借助于教师依次收作业和科代表收齐作业的事例来帮助学生理解这两种方式的特点。
2.适当介绍本学科新技术，拓展学生的知识面。
因为计算机发展迅速，课本知识更新速度不快，所以有必要在课堂上补充新技术。例如：组织学生讨论如何购买计算机，需要考虑哪些因素，在他们讨论中适当引导，将硬件新技术融入到讨论中。然后，布置学生查找计算机硬件发展状况的文章。通过这次作业，学生查找文献的能力提高了，对计算机硬件的兴趣提高了，对当前新技术也有所了解了。
讲解校验码时，引入ECC（Error Checking and Correcting，错误检查和纠正）内存新技术的应用。讲到CISC（complex instruction set computer，复杂指令集计算机）和RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）指令风格时，注意介绍两个技术的最新应用，指出技术发展是交替发展的。
3.采用多媒体技术，激发学生的兴趣。
多媒体教学方式能够使教学形象化、生动化。《计算机组成原理》课程的教学内容具有较强的抽象性和技术性，相当一部分内容是用传统教学手段无法直观、形象地描述的。例如：计算机内部组成的工作过程和原理，这些内容难以通过课堂讲授完全让学生理解和掌握。所以，在教学准备过程中应精心制作多媒体动画，从而更好地提高教学效果。在指令执行的过程这一教学环节中，可以利用Flash动画形式让学生更清楚地看到读取指令、分析指令到执行指令的各种信息流的流动过程。
讲解IEEE754单精度浮点数标准时，课堂上利用多媒体演示在Visual C++6.0环境下单精度浮点数在计算机中的表现形式，如：float num=5.0/32，查看反汇编结果。从而让学生切身感受到IEEE754的应用。
讲解海明校验码的编码规则和校验时，先通过讲解一个8位二进制海明校验码的C语言实现的程序，然后让学生编制出一个7位二进制海明校验程序，不光将前后学过的知识融会贯通，又加深了对海明校验码这个知识点的理解。
多媒体手段可以运用精确、逼真、动态的图像、视频、声音等多种媒体全方位调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣，强化学习效果。
4.借助网络技术，提高学生自学能力。
现代的社会是信息化社会，网络无所不在，已经融入到社会的各个方面。采用网络技术，组织教学自学延伸了教学活动。由于网络中有丰富的教学资源，在教学过程中，积极推荐学生课后上国家级精品课程网站，开展课后学习。在自学的过程中，学生的困惑可以通过电子邮件、QQ等形式与教师进行有效的交流。通过网络途径，不仅丰富了教学内容，而且弥补了教学的不足，提高了学生的自学能力。
三、多层次的实验内容设置，注重学生动手能力的培养
在实验进度安排上采用循序渐进的学习方式，形成三个层次的实验内容。将实验内容分为验证性实验、综合性实验、设计性实验，形成从部分到整体、从接受知识型到综合能力型逐级提高的实验内容。
1.验证性实验
验证性实验主要学习基本实验仪器的使用，掌握基本的实验方法和技术，了解实验机系统结构的组成。通过设计一系列小实验的验证和应用，要求学生掌握实验系统单元模块的内部结构及相关电子芯片的基本逻辑，理解单元模块的工作原理及该单元模块在整机系统中的应用。
2.综合性实验
综合性实验让学生建立整机思想，在掌握单元模块工作原理的基础上，掌握计算机整机系统地协调运行。为了达到这一教学目的，我们在教学内容中安排一定量的综合设计实验，要求学生通过一系列此类实验，掌握整机运行模式，让学生通过实践，建立牢固的整机思想，进一步深刻理论知识。
3.设计性实验
设计性实验是原理应用能力的培养阶段。通过这一阶段的系列实验，要求学生能利用在第二阶段建立的整机思想，对指导教师提出的课题任务，提出解决方案，陈述原理的应用，自主设计实验所用的单元模块以及实验步骤，进而通过实践得出实验结论。学生在这一阶段，通过自主实验的设计，从成功与失败交替中受到训练，得到整体素质提高。比如：指令系统的设计，要求学生根据设计中对计算机功能和组成的要求来完成对指令系统的设计。
总结
本文主要从教学大纲的制订、多种教学方式的融合、多层次实验内容设置三个方面进行了计算机组成原理教学与实践一些初步尝试。在教学过程中，应从培养学生的学习兴趣入手，加强学生学习动机的培养，以学生为中心，发挥教师和学生的积极性，提高计算机组成原理的教学质量，努力培养应用型、创新型人才。同时，我们也清楚认识到教学改革是一个逐步深化的长期过程，广大学生和教师自身的素质有待发展和提高。
参考文献：
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[4]徐爱萍，刘建英，吴松梅.计算机组成原理课程教学改革研究[J].高等建筑教育，2004，(3).
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