文章編號：1672-5913(2008)20-0100-04

摘 要：本文介紹了筆者自己在“計算機組成原理實驗”研究性教學實施過程中的體會，同時總結經(jīng)驗，改進不足，以便逐步完善和推廣研究性實驗教學。

關鍵詞：計算機組成原理；研究性教學；創(chuàng)新人才

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

研究性教學是教師以課程內(nèi)容和學生的實際知識架構為基礎，以轉(zhuǎn)變學生的學習方式為目的，使其由要我學，變?yōu)槲乙獙W，從而引導學生自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題。在此過程中使其積累知識并強調(diào)一種主動探索和創(chuàng)新實踐的精神，著眼于傳授給學生終身受用的學習能力。但是，開展研究型教學受辦學條件、生源質(zhì)量、師資水平、考核改革、院校政策、教師待遇等諸多條件的影響，不同院校、院系、專業(yè)、課程、年級的差異往往較大。因此，如何從學生實際出發(fā)，以學生為本，依據(jù)課程特點開展研究性教學，提高教學質(zhì)量，讓每個學生都有所收獲，是我們高校教師值得探索的問題。

本期學校首次舉行了研究性教學比賽，比賽程序是首先參賽教師上報教學實施方案；方案通過后經(jīng)學校督導團教師現(xiàn)場聽課4次；學生填寫調(diào)查表；召開學生座談會聽取學生的反饋意見；召開教師座談會，參賽教師進行匯報總結；最后，督導團教師匯總經(jīng)綜合評定給出結果。筆者是全校22名參賽教師中唯一上實驗課的，經(jīng)過一個學期的努力，所上的“計算機組成原理實驗”課獲得了督導團和學生的好評，排名第一。下面筆者從6個方面談談自己的體會，借此機會與教師們共同探討研究性教學的實施；同時總結經(jīng)驗，逐步完善和推廣研究性教學，讓更多的學生受益。

1 “計算機組成原理實驗”研究性教學的實施體會

(1) 課前準備充足，制定詳盡的教學方案

研究性教學的重要特征是改變學習方法，使學生由被動學變?yōu)橹鲃訉W。它更多注重的是教學的組織。因此教師在開課之前必須做好充分準備，考慮教學的各個環(huán)節(jié)，制定詳盡的教學組織方案。

計算機組成原理是一門專業(yè)基礎課，在計算機整個課程體系中起著舉足輕重的作用。具有知識面廣、內(nèi)容多、抽象、枯燥、難理解等特點，而我們開設的計算機組成原理實驗課就是針對這些來幫助學生解決問題的。我們要達到的教學目標是通過本期實驗使學生掌握以下技能：理解CPU的組成及各組成部分的工作原理，牢固建立整機概念；CPU的設計調(diào)試方法；EDA工具軟件的使用；軟件仿真的技能；文檔資料的總結及論文的寫作技能。

依據(jù)教學目標，開課前我們制定了詳盡的教學方案并建立了相應文檔資料庫，內(nèi)容包括：教學大綱、課程運行圖、實驗項目一覽表、課表、實驗組織管理辦法、考核方式、各模塊的講稿(部分含F(xiàn)LASH演示案例、PPT等)、實驗中學生遇到的問題(暫時空，每次實驗時及時記錄并整理)、每次實驗總結(暫時空，每個實驗完后及時總結)、測試安排、學生反饋意見調(diào)查表(全部實驗完后學生填寫，從中聽取學生意見，以便下次改進)、教學總結(課程完后及時總結)。有句話說得好：“不打無準備的仗?！敝挥袦蕚涑浞至耍覀儾庞锌赡苌虾靡婚T課，特別是實驗課。

(2) 改變傳統(tǒng)實驗方法，自主研發(fā)實驗設備，開發(fā)實驗項目，自編教材

實驗方法的研究是研究性教學的一個重要部分，實驗教師應在實驗教學過程中不斷探索，要及時把最新技術傳授給學生。先進的實驗方法能吸引學生，使學生緊跟時代步伐，掌握最新知識。在計算機組成原理實驗教學中，傳統(tǒng)的方法是利用已經(jīng)全部做好的CPU各個組成部件的計算機模型實驗系統(tǒng)來實驗的。學生只需按要求連線，撥動開關就能完成實驗。這種實驗方法使得很多學生對實驗過程不求甚解，只求結果，缺乏對實驗的主動思考的能力，這樣做實驗無法達到我們的預期教學目標。

隨著EDA技術的發(fā)展，傳統(tǒng)實驗方法必須改進。是否可以通過數(shù)字電路實驗、計算機組成原理實驗等基礎硬件實驗讓學生掌握最新的技術呢？基于以上考慮，我們研制并動手制作了DDA-I型實驗箱，并開發(fā)了相關實驗項目，編寫并出版了教材。自己研制的實驗箱是依據(jù)課程實驗的要求而設計的，簡單明了，只需花幾分鐘的時間就能讓學生掌握它的使用方法，實驗的開設具有自己的特色，能吸引學生，設備維護也簡單方便，總體來說能達到我們的教學目標。

(3) 實驗內(nèi)容安排及對學生的要求體現(xiàn)層次性，給通才定規(guī)則，給天才留空間

研究性教學應強調(diào)對于不同層次的學生提出不同的要求，也就是說給通才定規(guī)則，給天才留空間。在教學過程中，我們會在第一次的課堂上把實驗課的相關事宜(內(nèi)容、組織方法、要求、考核等)告之學生。對于教學內(nèi)容要求學生分為三個層次掌握：一般基本要求，較高要求，以及更高要求。其中基本要求是讓學生掌握一個簡單的模型機的工作原理及設計；較高要求是實現(xiàn)教材中給定的模型機，并在此基礎上有所改進(如增加指令等)；更高要求是用多種方法實現(xiàn)并改進模型機的功能。我們會鼓勵學生提前完成基本內(nèi)容并依據(jù)自己能力實現(xiàn)較高要求或更高要求，并對于這些同學有相應鼓勵機制(免測試、最后實驗成績加分、推薦參加SIT、競賽等)，以此帶動全班同學對該門實驗課程學習的氣氛。這樣的安排，能讓各層次的學生依據(jù)各自的興趣與能力完成實驗，讓每個學生都有成就感，樹立學生的信心，激發(fā)他們的學習興趣。

(4) 改變教學觀念，堅持“以教師為主導，學生為主體”的原則

研究性教學強調(diào)學生在掌握基本知識的同時，要挖掘其研究與創(chuàng)新的潛力。教師作為引導者應尊重學生，精心發(fā)現(xiàn)學生的潛在能力。要做到這一點，教師要充分了解每個班的每位學生?？梢酝ㄟ^多接觸、多談心、多融洽的方式了解學生的興趣，學習習慣，接受能力，理解水平，個別差異，弄清每個班的整體差異和特點，然后才能“以學論教”和“因材施教”。例如針對不同層次的班有不同的教學方法，對不同學生準備不同問題等。這樣才能讓學生對你有信任感，并讓學生從思想上認識到努力學習的重要性，從而引導他們立足于為自身的發(fā)展而學，使其從要我學，變?yōu)槲乙獙W。

本期上了3個班的課，學生層次有很大差別。其中一個班是成教生。成教生普遍基礎較差，學習態(tài)度也不是很認真。對待這樣的學生一定要有耐心，適當把要求降低。特別是第一次的實驗不能太難，在教師的指導下大多數(shù)同學應能做出來，并讓做出來的學生充當小老師去指導其他學生。這樣，對前者是鼓勵而對后者來說也不會有畏懼感。完成實驗后教師要及時表揚學生，讓每位同學都有成就感，認為自己還行，不是太差，這樣他們就會對以后的實驗產(chǎn)生興趣，以便我們能順利指導他們完成以后的實驗，達到教學目的。另外2個班是計算機通信專業(yè)的本科生，而通1班(19名同學選修此課)學習積極性高，每次實驗總有6、7位同學能提前驗收。對這些學生，我們在課堂上及時表揚，并要求他們最后的模型機實驗中機器指令集要改，而且要用不同的方法實現(xiàn)。及時的表揚以及對他們提出的更高要求更加激勵了他們的學習興趣，課余時間經(jīng)常見他們泡在實驗室，有時忘記了吃飯。在他們的帶動下，全班同學你追我趕，學習氣氛相當濃厚。最后實驗中班上大多數(shù)同學達到較高要求，全班三分之一的同學用兩種或兩種以上的方法實現(xiàn)了CPU。這次教學給我感觸很深，學生的潛力是相當大的，看我們教師怎樣去挖掘，用心去教總會讓你很感動。

總之，教學中堅持以“教師為主導，學生為主體”的原則，通過研究性教學，提高學生獨立獲取知識的能力，為以后的學習和發(fā)展奠定基礎。在此過程中，作為教師應鼓勵學生通過不斷體味、不斷探索，從而獲取新知識，培養(yǎng)科學研究的精神。

(5) 教學過程的摸索，推行開放與半開放相結合的教學模式

開展研究性教學的目的就是要提高教學質(zhì)量，讓更多的學生收獲更多。如何達到目標這需要每位教師在自己的教學中主動摸索，積累經(jīng)驗，找出最有效、最適用的方法。依據(jù)“計算機組成原理實驗”課程的教學目的以及該課程的特點我們采用了半開放的實驗教學模式：課堂上教師只是啟發(fā)性的講解組成CPU的各?？斓墓ぷ髟?，其余部分全部由學生獨立完成，實驗過程中要求他們把自己實驗過程中遇到的問題以及對這些問題的思考、解決方法及時記錄在實驗日志中，培養(yǎng)學生自主的發(fā)現(xiàn)問題、獨立思考、獨立研究的習慣。學生每人一組獨立實驗并根據(jù)自己的實際能力除在規(guī)定的上課時間內(nèi)完成必做的14個實驗項目外，還有9個實驗項目可供選做，完成選做項目者可適當加分。實驗室全天開放，學生除上課時間外可自由來實驗室做實驗。任課教師除上課時間外，每周還安排了多次答疑時間。

實驗中的模塊我們只給出框圖，其具體內(nèi)容要求自己用電路圖或VHDL硬件描述語言完成。另外，學生也可以完全拋開所給的框圖全部重新設計。在編譯調(diào)試過程中遇到困難盡量由學生根據(jù)所學理論知識自己解決，并記錄在實驗日志中，讓教師充分了解每位學生的實驗情況。在每個模塊部分我們還安排了障礙讓學生修改，提高他們的實驗興趣。實驗內(nèi)容的安排遵循驗證與設計相結合、注重基礎、突出應用的原則。實驗嚴格遵循課前預習、課堂訓練、課后準備、實驗調(diào)試(實驗日志記錄)、驗收、測試的實驗環(huán)節(jié)。做到課上課下相結合，切實培養(yǎng)學生的實踐能力。

在教學實際操作過程中，學生實驗技能和動手能力的差異較大，我們的宗旨是讓所有同學通過實驗課程的學習，各自的實踐與動手能力都有所提高。不能只注重對好學生的培養(yǎng)，還應注重學習接受能力差一點的學生，半開放式的實驗教學模式能顧及到各個層面的學生。課堂上我們針對多數(shù)同學講解基本知識要點，要求多數(shù)學生完成指定任務。接受能力差一點的學生可在課余時間內(nèi)來實驗室，老師會耐心給予個別輔導，使他們能夠完成實驗任務，這樣也會有成就感，樹立自信心。對于優(yōu)秀學生，課余時間也可以來實驗室，教師會給他們提供一個最大限度的能力發(fā)揮空間，對學生提出更高的設計要求，并在考核中給予適當加分以資鼓勵，增進實驗興趣。

(6) 依據(jù)教學目的，制定多元化的考核方式

考核是檢查和評價教學質(zhì)量的重要手段，采取何種考核方式是研究性教學的一個重要組成部分。相對理論教學，實驗課的評價有其特殊性。對實驗成績的考核，單純的操作考試與單純的筆試(口試)都有其片面性。前者盡管能直接檢測學生的實際操作能力，但畢竟考試時只能涉及到一個實驗內(nèi)容，考核評分很難把握，主觀因素不可避免；后者考試內(nèi)容雖然廣泛，但有可能導致學生死記硬背實驗原理及相關內(nèi)容，達不到實驗目的。因此，為了對教學質(zhì)量和學生成績有一個真實的評價，我們要因課制宜，依據(jù)不同實驗課程的特點以及我們的教學目的制定多元化的綜合考核方式。

“計算機組成原理實驗”的成績評定貫穿于課程開始直至課程結束全過程，每個環(huán)節(jié)我們都有跟蹤記錄?？己顺煽冇擅總€實驗項目的課堂訓練(電路的軟件設計及仿真)、硬件調(diào)試、實驗文檔(預習報告、實驗日志、實驗報告)、平時開放時間的實驗情況和兩次測試等部分組成。具體如下：

① 實驗總成績(100%)=平時成績1{實踐操作總成績(綜合考查課堂訓練+實驗操作驗收，含驗收時的答辯)40%}+平時成績2{預習報告總成績10%+實驗日志及實驗報告總成績30%}+測試成績(20%)

其中實踐操作總成績、預習報告總成績、實驗日志及報告總成績(下全簡寫為總成績)計算公式如下：

總成績= 第I次實驗成績=

說明：

：占實驗總成績的比。即“實驗驗收操作總成績”為40%；“預習報告總成績”為10%；“實驗日志總成績”為30%。

：第I次實驗比重(百分比)。即：

：第I次實驗成績(百分制)。ABCD等級制需要折算成百分制。

實驗考核表格中的項目設置：

課堂訓練、實驗驗收：等級法表示，例：A等=0.9， B等=0.8，C等=0.7， D等=0.6。

預習報告、實驗日志及實驗報告、測試成績：百分制。

每次實驗完，我們及時將跟蹤記錄的各項成績登陸到下表，圖1為一個實驗項目的實驗成績，各模塊實驗以及測試結束后得出學生最終成績，圖2為最后的總成績：

圖1

圖2

② 文檔資料的總結以及論文寫作能力的培養(yǎng)是我們的教學目的之一。引導學生重視寫好報告，訓練學生掌握論文、研究報告和寫作要求，使得總結材料具有條理性和科學邏輯性。為了達到目標，我們提高了實驗文檔資料整理在考核中所占比例，由原來的30%提升為40%，并采用任務驅(qū)動式教學，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。具體措施是“預習—日志—報告”三環(huán)相接。

實驗預習是實驗順利完成的前提條件，我們要求學生的預習工作包括實驗原理部分的敘述，要求用自己的語言簡要說明原理知識的關鍵點，學生必須多花時間認真思考，才能對書本上的知識點進行加工處理，寫出簡明扼要的原理說明。

實驗日志是我們實行的新舉措。記實驗日志能很好地反映實驗的全過程，對學生順利完成設計任務起了很大的作用，對提高分析和解決問題的能力也很有幫助。在調(diào)試中，不斷地回頭動手找原因并把這一過程記錄下來，不僅培養(yǎng)了同學的耐心和相互之間的溝通能力，也培養(yǎng)了他們嚴謹、細致、堅持不懈的科學態(tài)度和良好的科研習慣。我們要求學生按時間順序主要記錄：實驗進行中(包括課上與課后)發(fā)現(xiàn)的問題、遇到的問題、解決方法(必做)；回答實驗教材中以及教師課堂上提出的思考題(必做)；學生由實驗中的某部分引申開去，結合背景知識提出的一些看法(選做，老師視情況給予加分)；最后是實驗感受和體會(必做)。實驗日志是實驗成功的咽喉，它將貫穿于整個實驗階段，體現(xiàn)學生實際實驗的情況，是學生獨立實驗的一項重要證明。我們要求學生認真對待，并給出手寫稿。這樣，一方面，學生課內(nèi)課外動手做實驗，就會主動去發(fā)現(xiàn)問題，主動去解決問題，并經(jīng)過思考，及時記錄下來，有利于實驗特別是大型設計的順利完成。這一舉措吸引了學生主動走入實驗室，并帶動了同學之間相互討論問題的濃厚的學習氣氛。另一方面，也讓教師更多地了解每位同學的真實的實驗情況，給出更加真實的考核成績。

③ 實驗測試的安排是為了督促并讓全體同學都能掌握基本知識點與基本技能。其中一次測試安排在綜合性實驗項目微程序控制器中，要求學生寫出實驗中每條微指令的代碼，因為代碼如何形成是本次也是整個CPU實驗的關鍵。第二次實驗測試是一個綜合性的測試，安排在最后的模型機實驗中，具體要求如下：對每位同學給出不同的題目，學生必須依據(jù)所給題目稍稍修改電路、編寫測試程序、最后下載到實驗箱調(diào)試出正確的結果，演示并附加說明講解給教師聽。這種方式的測試大大減少了學生之間抄襲實驗的惡習。其中對于每位同學所給的不同題目是題庫自動生成的，而題庫的設計者則是上屆實驗做得好的并推薦進行SIT計劃的同學。本期實驗測試正式啟用，效果良好，減輕了教師出題的負擔，提高了效率。

④ 對于能提前完成規(guī)定實驗項目或能完成較高要求、更高要求實驗內(nèi)容，以及有一定創(chuàng)新思想的學生，給予適當加分或免實驗測試等鼓勵措施，并以實驗綜合成績作為課程學習總評成績。

由于“計算機組成原理實驗”的實驗項目環(huán)環(huán)相扣，外加嚴格的實驗考核，引起學生對實驗的重視，前面沒做好會影響到后面的實驗效果。多元化的考核方式使得學生的學習由被動變主動，同時學生的實踐能力得到良好的培訓和鍛煉，綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神也有很大提高。

2 總結與改進

課程結束后，我們分發(fā)了問卷調(diào)查表，書面征求學生們的建議和想法。學生普遍認為這門實驗課的內(nèi)容安排由淺入深、系統(tǒng)性較強、各模塊環(huán)環(huán)相扣，使得初學者能夠

一步一步在清晰的思路下完成，同時又能吸引他們繼續(xù)深入，最終完成CPU的設計與實現(xiàn)。當他們看到每一步指令的執(zhí)行結果在數(shù)碼管上顯示出來時，那種喜悅的心情無法用言語表達。有位學生在他的實驗報告中寫過這樣的體會：計算機組成原理實驗是我進大學后做過的“最痛苦”、“最耗時”、“最快樂”、“最難忘”的實驗。實驗中我們采用的“預習—日志—報告”三環(huán)相接的方法以及手寫日志、報告及實驗測試方法便于讓學生對實驗理解得更加透徹，很大程度上減少了實驗抄襲現(xiàn)象，實驗室的開放又極大地方便了同學細心鉆研實驗內(nèi)容。很多學生反映這門課的實驗方法鍛煉了獨立思考的能力，使他們能夠自主地查找資料進行實驗，特別是教師先讓他們嘗試如何設計實驗，最后才為他們講解。這種實驗的方法是值得肯定的，大學正是要培養(yǎng)這種自主學習、獨立思考的能力。

通過問卷調(diào)查，我們也發(fā)現(xiàn)了不足之處，下面對此進行總結，希望以后的教學中能有所改進。

① 排課時間安排不合理：本期由于計算機通信專業(yè)實驗課程較多，實驗課因為是三節(jié)連上，部分班級只能安排在早上7：30-9：40，導致遲到現(xiàn)象常有發(fā)生；而排在中午的課12：50-15：10，學生和教師的精神都不是很好，特別是夏天；

② 有部分學生反映寫報告花的時間太多；這個問題我們考慮過，鑒于計算機組成原理實驗實際上是完成一個大型的CPU設計實驗，它的系統(tǒng)性、連貫性較強，因此決定下期實驗報告要求學生子模塊報告可簡化，即省略目的、實驗器材等，原理部分用語言簡單總結即可，步驟可濃縮在波形仿真說明中。最后的模型機調(diào)試實驗再要求學生寫份完整的報告。實驗日志部分不能缺少，這樣可以適當減輕學生負擔。

③ 由于學院改革，部分理論課程的相關課程實驗安排在實驗室上，占用了較多實驗室資源，使得開放的時間相對少了些。針對這個問題，實驗室正在開發(fā)預約系統(tǒng)，希望系統(tǒng)運行時能有效利用實驗室資源。

④ 近期實驗室又研制了DDA-III型實驗箱，準備新安裝QUARTUS軟件。下期計算機組成原理實驗課準備讓部分學生用新軟件和新實驗箱完成實驗，讓他們掌握更多的知識。

3 結束語

研究性教學的開展促使教師主動去探索并關注教學的各個環(huán)節(jié)，更重要的是改變了傳統(tǒng)的教學理念。實踐教育的一個非常重要的特征是學生積極主動地學習，教師傳授給學生的是方法，是終身受用的學習能力。我們還將繼續(xù)對計算機組成原理實驗的研究性教學以及它的“軟件、硬件”進行進一步探索，和廣大的教師、學生一起共同探討，完善和推廣研究性教學，提高教學質(zhì)量，讓學生收獲更多。

參考文獻

[1] 方愷晴．關于提升“計算機組成原理實驗”課程教學質(zhì)量的探討[J]．實驗室研究與探索，2008，(3):97-100.

[2] 田虹．本科研究性學習能力的培養(yǎng)[J]．吉林省教育學院學報，2006，(3).

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