摘要：本文討論了“計(jì)算機(jī)組成原理”階梯化教學(xué)的五層階梯：理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)教學(xué)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。這五層階梯層層遞進(jìn)，步步深入，從不同的方位、角度達(dá)到從根本上鍛煉學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，最終實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐水平全面提高的目的。

關(guān)鍵詞：階梯化教學(xué)；教學(xué)實(shí)踐；“計(jì)算機(jī)組成原理”課程

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913 (2007) 20-0050-03

1引言

足夠長(zhǎng)的杠桿可以撬動(dòng)地球，足夠多的階梯可以攀登頂峰。

如果說(shuō)計(jì)算機(jī)科學(xué)是一個(gè)金字塔，“計(jì)算機(jī)組成原理”課程無(wú)疑是這個(gè)聳入云天的金字塔的底座之一。無(wú)論是計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)還是軟件技術(shù)，無(wú)一不與“計(jì)算機(jī)組成原理”課程直接或間接相關(guān)。在計(jì)算機(jī)教育大環(huán)境悄然改變的今天，像“計(jì)算機(jī)組成原理”這樣傳統(tǒng)的基礎(chǔ)課程教育模式的改進(jìn)也需要與時(shí)俱進(jìn)。

階梯化教學(xué)模式是指對(duì)一門(mén)課的教學(xué)在不同的階段針對(duì)不同的學(xué)生以多種多樣的且逐階向上的形式開(kāi)展起來(lái)，以達(dá)到最大限度地理論聯(lián)系實(shí)際，科研結(jié)合教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)之目的的一種教學(xué)方法。

2 “計(jì)算機(jī)組成原理”階梯化教學(xué)的特點(diǎn)

對(duì)于“計(jì)算機(jī)組成原理”課程而言，階梯化教學(xué)的實(shí)現(xiàn)包含多方面含義：

(1) 多樣化。打破以往“計(jì)算機(jī)組成原理”課程理論講授配合少量實(shí)驗(yàn)的單一形式，增加了課程設(shè)計(jì)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)環(huán)節(jié)的多樣化。

(2) 最大化。最大可能地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，最大程度地理論聯(lián)系實(shí)踐，最大限度地與最新技術(shù)接軌，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生興趣，開(kāi)發(fā)其潛能的目的。

(3) 階梯化最重要的一個(gè)含義是“逐階向上”的含義，也就是多種教學(xué)方法應(yīng)用的幾個(gè)層次是逐漸升高的，就像上樓梯一樣。如圖1所示，理論教學(xué)無(wú)疑是第一個(gè)臺(tái)階，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是第二個(gè)臺(tái)階，其余逐漸升高的臺(tái)階順次是課程設(shè)計(jì)，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。一個(gè)學(xué)生在這幾個(gè)環(huán)節(jié)中拾階而上，終于登頂?shù)臅r(shí)候，他將看到一個(gè)無(wú)比廣闊的發(fā)展空間。

(4) 合理的階梯寬度分布。階梯的寬度表現(xiàn)為持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，參與學(xué)生的人數(shù)，教師輔導(dǎo)的程度等。由于每一級(jí)臺(tái)階的性質(zhì)、目的、內(nèi)容不同，每一級(jí)臺(tái)階的寬度也不相同，選擇一個(gè)合適的寬度比例對(duì)于最終階梯化教學(xué)的成功也是非常重要的。

(5) 必需的硬件設(shè)施?！坝破涔ぃ壤淦鳌?，一種教學(xué)改革方法如果沒(méi)有相適應(yīng)的硬件設(shè)施，那么就只能是紙上談兵了。“計(jì)算機(jī)組成原理”多媒體教學(xué)軟件和一種或幾種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)這種階梯化教學(xué)是非常必要的。

3階梯化教學(xué)的具體實(shí)現(xiàn)

下面就詳細(xì)介紹一下各步階梯的具體實(shí)現(xiàn)。

(1) 第一層階梯：減而彌精的理論教學(xué)

由于“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的重要基礎(chǔ)課位置，以往該課程的理論學(xué)時(shí)是非常大的，伴隨計(jì)算機(jī)教育環(huán)境的變化，理論課時(shí)的壓縮是必然的。理論課時(shí)一般由64~72壓縮至48~56。但壓縮不意味著粗糙，也不意味著縮減。在縮小的課時(shí)里完成大綱要求，且求精求全，這就需要充分利用計(jì)算機(jī)。多媒體教學(xué)軟件可以在很短時(shí)間內(nèi)生動(dòng)形象地解釋復(fù)雜知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生快速掌握重點(diǎn)，難點(diǎn)。而網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用則可以通過(guò)幫助學(xué)生做好預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、測(cè)試、解惑等來(lái)實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的輔助。計(jì)算機(jī)手段的應(yīng)用可以使理論教學(xué)縮而不少，減而彌精。

(2) 第二層階梯：推而廣之的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

縮減理論課時(shí)的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要推而廣之。這里的推廣包括兩個(gè)方面，一個(gè)是在有可能的情況下適當(dāng)?shù)靥岣邔?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)；另一方面要加大有限實(shí)驗(yàn)課時(shí)的無(wú)限空間，內(nèi)容加多、知識(shí)加深、范圍加大。實(shí)驗(yàn)課時(shí)可在10~16學(xué)時(shí)之間。在教學(xué)中有一個(gè)普遍的問(wèn)題就是如何因材施教的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)課程是面向所有學(xué)生的。在學(xué)生中，接受能力、動(dòng)手能力、自身努力的程度就有很大差異，在確保規(guī)定課時(shí)中完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，還要求最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性是我們面臨的一個(gè)問(wèn)題。為此可采取如下措施：

其一，修訂適合本校特色的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。

其二，嚴(yán)抓學(xué)生的預(yù)習(xí)工作。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是階梯教學(xué)的第二級(jí)臺(tái)階，卻是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一級(jí)臺(tái)階，在這個(gè)層次上可以使每一位學(xué)生對(duì)理論教學(xué)有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，初步建立整機(jī)結(jié)構(gòu)思想。很多理論課上抽象的知識(shí)在實(shí)驗(yàn)課上得到了具體的體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)課常常是使學(xué)生感到豁然開(kāi)朗的一個(gè)環(huán)節(jié)。

(3) 第三層階梯：漸入佳境的課程設(shè)計(jì)

“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)是每個(gè)實(shí)驗(yàn)只涉及計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)中一個(gè)或幾個(gè)設(shè)備的工作原理。增加一種面向所有學(xué)生的課程設(shè)計(jì)，以完成一個(gè)較為綜合的題目是使組成原理實(shí)踐教學(xué)漸入佳境的關(guān)鍵一步。課程設(shè)計(jì)時(shí)間及題目在各個(gè)學(xué)校有著很大區(qū)別，一般說(shuō)1~2周較為合適。本學(xué)校應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)長(zhǎng)短及后續(xù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)置情況相應(yīng)調(diào)整。進(jìn)入課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的學(xué)生已經(jīng)有了一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加之課程設(shè)計(jì)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，所以教學(xué)方法就要變化了。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)的內(nèi)容要比實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)粗略，只應(yīng)該包括設(shè)計(jì)任務(wù)和一些設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)教師也僅對(duì)學(xué)生進(jìn)行方向性指導(dǎo)，全部設(shè)計(jì)原理圖、連線(xiàn)、設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)測(cè)試都由學(xué)生自行完成。指導(dǎo)教師僅對(duì)其進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的指導(dǎo)。充分放手讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)。

通過(guò)課程設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，應(yīng)該說(shuō)每一個(gè)按照要求走完這三步臺(tái)階的同學(xué)都掌握了計(jì)算機(jī)整體結(jié)構(gòu)的概念，且具備了相當(dāng)強(qiáng)的動(dòng)手能力。他們關(guān)于組成原理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，知識(shí)體系已達(dá)到了本科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的要求。如果還想更進(jìn)一步的話(huà)，就可以登上下面的階梯。

(4) 第四層階梯：更上層樓的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)

“計(jì)算機(jī)組成原理”開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目可以只對(duì)部分感興趣的同學(xué)開(kāi)展。這里開(kāi)放的含義就是實(shí)驗(yàn)室每天至少8小時(shí)開(kāi)放，教師有針對(duì)性地指定一個(gè)或幾個(gè)題目，并選擇固定的時(shí)間進(jìn)行指導(dǎo)，而學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的任意時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室完成項(xiàng)目，以培養(yǎng)對(duì)硬件具有特殊興趣的同學(xué)向更深更廣的知識(shí)領(lǐng)域發(fā)展。

其一，人員以每位教師指導(dǎo)15人，3人為1組最適宜。

其二，設(shè)計(jì)題目可以運(yùn)用EDA技術(shù)對(duì)ISP芯片進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

其三，整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)分為4個(gè)階段：熟悉題目、設(shè)計(jì)邏輯和寫(xiě)代碼、代碼調(diào)試與測(cè)試、總結(jié)并寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。

這一級(jí)臺(tái)階的設(shè)立可以有效地改變學(xué)生心中“計(jì)算機(jī)組成原理”離實(shí)際太遠(yuǎn)的一種印象，同時(shí)學(xué)生可以建立起硬件軟化的概念。這是使參與到項(xiàng)目中的學(xué)生完成量變到質(zhì)變飛躍的一個(gè)環(huán)節(jié)。

(5) 第五層階梯：已入佳境的畢業(yè)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目在各個(gè)院校都極少有與“計(jì)算機(jī)組成原理”或者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的題目。除了教師重視不夠以外，缺乏相應(yīng)的設(shè)備也是一個(gè)客觀的原因。伴隨著實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)，EDA技術(shù)的發(fā)展，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)、硬件描述語(yǔ)言的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目已經(jīng)成為可能。作為教師，提供一個(gè)平臺(tái)、一個(gè)指引、一個(gè)機(jī)會(huì)就很有可能成就一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的棟梁之才。

畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的完成是培養(yǎng)真正的硬件人才的有效途徑。能夠走完這一步臺(tái)階的學(xué)生具有更強(qiáng)大的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。五層臺(tái)階總結(jié)如下圖：

4實(shí)踐效果

“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的階梯化教學(xué)改革在遼寧工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)行了3年的試點(diǎn)研究，取得了較好的效果。理論課時(shí)完成了基礎(chǔ)理論的講授，實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐，驗(yàn)證了書(shū)本上的理論知識(shí)，也真正理解了理論。在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生在課外查找各種資料，使自己在實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)和實(shí)踐盡善盡美。每年有15名同學(xué)參與到開(kāi)放實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，培養(yǎng)了自主分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。有少數(shù)同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中選擇了與組成原理有關(guān)的題目，其中有一名同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文獲得了校優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一等獎(jiǎng)榮譽(yù)。

兩位筆者直接主持和參與了這三年的試點(diǎn)研究工作，在此之前筆者有十年的“計(jì)算機(jī)組成原理”教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，可是采取階梯化教學(xué)之后，筆者才真正感受到為人師的成就感。尤其是在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，學(xué)生由最初的茫然無(wú)知，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐與理論相印證，一直到最終的深刻認(rèn)識(shí)，他們幾乎是非常興奮地感受著求知的樂(lè)趣。學(xué)生中有多人考取了研究生，進(jìn)一步深造?？梢哉f(shuō)他們的成功也部分歸功于“計(jì)算機(jī)組成原理”階梯化教學(xué)手段的開(kāi)展。

“計(jì)算機(jī)組成原理”的課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)這五個(gè)環(huán)節(jié)面向不同的學(xué)生，從不同的層面實(shí)現(xiàn)了“計(jì)算機(jī)組成原理”課程教學(xué)的階梯化理念，從根本上解決了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課理論脫離實(shí)踐和學(xué)生不重視、學(xué)習(xí)無(wú)興趣的弊端。

為人師者不僅要用知識(shí)豐富學(xué)生的大腦，增長(zhǎng)其才干，更應(yīng)該用為學(xué)生搭建通往成功之路的階梯，在能力范圍內(nèi)盡可能地將學(xué)生送入更高的平臺(tái)。“計(jì)算機(jī)組成原理”的階梯化教學(xué)就是一個(gè)很好的嘗試，并在實(shí)踐中取得了一定的成就，其階梯化的思想可以應(yīng)用到其他學(xué)科、甚至其他專(zhuān)業(yè)。

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作者簡(jiǎn)介

白媛，遼寧工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教研室，從事以“計(jì)算機(jī)組成原理”為主的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)教學(xué)與科研工作13年。

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