徐愛萍　許先斌　蔡朝暉　黃　源

文章編號：1672-5913(2009)10-0042-03

摘要：本文在分析信息化時代對人才全方位要求的基礎(chǔ)上，指出了“計算機組成原理”課程的傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，結(jié)合多年“計算機組成原理”課程教學(xué)的體會和經(jīng)驗，就信息化環(huán)境下教學(xué)改革中的教育模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方法等有關(guān)問題進行了探討和研究，為“計算機組成原理”課程的教學(xué)改革提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：“計算機組成原理”課程；教學(xué)改革；教學(xué)模式；教學(xué)方法；教學(xué)手段

中圖分類號：G642

文獻標(biāo)識碼：A

“計算機組成原理”課程是計算機專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課程，是很多課程的前導(dǎo)課，也是計算機專業(yè)研究生入學(xué)考試的課程之一，因此學(xué)好這門課程對后面課程的學(xué)習(xí)和深造有著至關(guān)重要的作用。隨著信息化社會的發(fā)展和計算機科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在擔(dān)負著培養(yǎng)計算機專業(yè)人才的一流高等學(xué)校里,“計算機組成原理”課程教學(xué)改革的主要目的是使“計算機組成原理”教學(xué)跟上計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展步伐，適應(yīng)當(dāng)前計算機硬件的更新速度和軟件發(fā)展的需要，因此傳統(tǒng)的教育模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已不適應(yīng)信息化時代對人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。本文結(jié)合多年“計算機組成原理”課程教學(xué)的體會和經(jīng)驗，就信息化環(huán)境下教學(xué)改革中的有關(guān)問題進行探討和研究。

1教學(xué)模式的改革

1.1教學(xué)模式由灌輸型向引導(dǎo)型轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為中心，教師通過講授、板書等多種媒體的輔助，將教學(xué)內(nèi)容傳遞給學(xué)生或灌輸給學(xué)生。在這樣一種模式下，教師是主動施教者，學(xué)生是被動的外部刺激接受者即灌輸對象，媒體則是教師向?qū)W生灌輸?shù)墓ぞ?，教材則是灌輸?shù)膬?nèi)容。表面上學(xué)生參與教學(xué)活動，但這是一種被動的參與。它的優(yōu)點是有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，有利于教師對課堂的組織、管理與控制，有利于教師系統(tǒng)的傳授知識;缺點是忽視學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)，不能把學(xué)生的認識主體作用很好地體現(xiàn)出來，學(xué)生缺乏主動的思考、探索，其自主性、積極性難以發(fā)揮，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與創(chuàng)造性人才的成長。因此在教學(xué)中我們嘗試了由灌輸型教學(xué)模式向引導(dǎo)型教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。比如：在講述二進制加法器時，我們引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計十進制加法器；在介紹設(shè)計既能按8位訪問又能按16位訪問的存儲器時，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計既能按8位訪問又能按16位訪問還能按32位訪問的存儲器；在介紹完Cache存儲器的工作原理后引導(dǎo)學(xué)生分析實際微型計算機系統(tǒng)中的Cache存儲器；在介紹完所用教材里CPU結(jié)構(gòu)下指令流程圖后引導(dǎo)學(xué)生分析其他CPU結(jié)構(gòu)的指令流程圖；在介紹完微程序地址安排的基本技術(shù)后，引導(dǎo)學(xué)生安排實際微型計算機系統(tǒng)中指令流程圖的微地址，這些引導(dǎo)的內(nèi)容都是課本之外的，我們在教學(xué)中教的是方法和技術(shù)，因此學(xué)生發(fā)揮主觀能動性后便可以解決課本之外的有關(guān)問題。

這種教學(xué)模式是一種教與學(xué)雙向互動的教學(xué)模式，其核心在于既要發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。在這樣一種模式下，學(xué)生是信息加工的主體，是知識意義的主動建構(gòu)者；教師是課堂教學(xué)的組織者、指導(dǎo)者，是學(xué)生建構(gòu)意義的幫助者、促進者。學(xué)生主動地參與到教學(xué)過程中，教師則對教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)媒體進行總體的指導(dǎo)與把握，教師職責(zé)逐步從傳道、授業(yè)、解惑轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)、咨詢、組織、主持和設(shè)計教學(xué)上來。實踐證明這種模式的優(yōu)點是有利于學(xué)生的積極性、自主性的發(fā)揮，有利于學(xué)生主動思考、主動探索、主動發(fā)現(xiàn)，有利于學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)。

1.2教學(xué)模式由理論主導(dǎo)向能力主導(dǎo)轉(zhuǎn)變

“計算機組成原理”課程所用教材絕大部分都是介紹理論知識，如果仍多采用傳統(tǒng)的教育模式，過多地注重于知識的傳授、理論的灌輸，而對于學(xué)生是否能夠消化、是否能夠吸收、是否能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識結(jié)合到實踐中去進行創(chuàng)造，則注重不夠。這樣的人才只能單純地重復(fù)知識、記憶知識、進行模仿，其適應(yīng)性及創(chuàng)新能力都不夠。培養(yǎng)的學(xué)生死記硬背的多、高分低能的多、知其然而不知其所以然的多，學(xué)生缺乏創(chuàng)造性，許多畢業(yè)學(xué)員在工作崗位上無法開展創(chuàng)造性工作。因此大力推進現(xiàn)代教學(xué)模式，在傳授知識的同時，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實際、注重與學(xué)生的生產(chǎn)生活相聯(lián)系、注重學(xué)生對知識的駕馭非常重要。信息化時代培養(yǎng)的人才是復(fù)合型、應(yīng)用型、創(chuàng)造型三者的整合統(tǒng)一，必須具備較強的適應(yīng)性和較好的創(chuàng)新性，不僅熟悉和掌握一門專業(yè)、技術(shù)，而且熟悉和掌握相關(guān)學(xué)科的知識和技術(shù)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運用到生產(chǎn)、生活中，具有不斷創(chuàng)造的能力。

明確了教學(xué)的目標(biāo)和現(xiàn)代的教學(xué)模式，在教學(xué)中我們不完全介紹書本上的純理論，不強調(diào)死記硬背，而是給學(xué)生自我發(fā)揮的空間。因此在介紹運算方法和實現(xiàn)后，對運算器的設(shè)計進行了練習(xí)；在介紹主存儲器的組成原理后，對實際存儲器的設(shè)計技術(shù)，比如模塊化存儲器設(shè)計、動態(tài)存儲器設(shè)計和交叉存儲器設(shè)計都進行了訓(xùn)練；在介紹指令系統(tǒng)時，在將操作碼的設(shè)計和尋址方式的設(shè)計介紹完后，對指令系統(tǒng)的設(shè)計進行了訓(xùn)練；在介紹控制器的設(shè)計技術(shù)后，對控制器的完整設(shè)計進行了訓(xùn)練。這樣的理論與實際相結(jié)合的方法即能把所學(xué)的理論融會貫通又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生感到自己所學(xué)的東西不是空洞的，而是學(xué)有所用的。

2教學(xué)手段的改革

教學(xué)手段已經(jīng)成為制約教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效益和教學(xué)模式的重要方面，因此在計算機課程的教學(xué)改革中，教學(xué)手段的改革也是刻不容緩的。傳統(tǒng)的教學(xué)手段是“粉筆+ 黑板”，不僅書寫黑板要花很多課題時間，而且老師面對的是很多粉筆灰和不停的寫了擦、擦了寫，學(xué)生看到的是死板的黑底白字。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的教師已經(jīng)充分運用多媒體、遠距離通訊等現(xiàn)代技術(shù)，改變傳統(tǒng)教學(xué)的局限與不足。課件教學(xué)已經(jīng)成為最主要的教學(xué)手段，但又出現(xiàn)了另外的極端，很多老師過分的依賴幻燈片，做在機器旁邊念課件，而學(xué)生把課件拷貝回去后有的干脆就不來聽課，因此出勤率大大下降。為此，我們采用了“課件+黑板”的教學(xué)手段，大部分內(nèi)容在課件上出現(xiàn)，但細節(jié)部分在黑板上給予適當(dāng)補充，而且一些臨時需要增加的內(nèi)容必須借助于黑板來發(fā)揮。采用黑板還可以讓學(xué)生有思考的余地，在黑板上我們可以讓學(xué)生指揮粉筆，由他們來告訴解題下面的答案，這種方法的試用效果很好，所以我們認為不能完全摒棄黑板，兩者的結(jié)合可以發(fā)揮到最好的教學(xué)效果。

3教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是教育思想、教育觀念在教學(xué)過程中的體現(xiàn)，是一種經(jīng)驗的積累，針對不同層次的學(xué)生和不同的能力需要實施不同的教學(xué)方法。在“計算機組成原理”課程的教學(xué)中我們嘗試了下列的幾種不同的教學(xué)方法:

(1) 問題式教學(xué)

在教學(xué)過程中我們經(jīng)常會提出與講解相關(guān)的問題，把學(xué)習(xí)引入到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，學(xué)生通過互相合作來解決這些問題，發(fā)現(xiàn)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。在設(shè)計中我們會給出一些故障問題，讓學(xué)生找出其中的錯誤，從而開啟學(xué)生的思維。比如某微機的尋址范圍為64KB，由8片8KB的芯片組成，如果運行時發(fā)現(xiàn)無論往哪個芯片存放8KB數(shù)據(jù)，尋址地址大于等于A000H起始地址的存儲芯片都有相同的數(shù)據(jù)，分析故障的原因；若發(fā)現(xiàn)譯碼器中的地址線A13與CPU斷開，并搭接到了高電平，分析其后果將如何。

(2) 任務(wù)式教學(xué)

任務(wù)式教學(xué)從實際問題入手，采取提出任務(wù)、分析任務(wù)、設(shè)計任務(wù)、解決任務(wù)、歸納規(guī)律的方法，讓學(xué)生在解決任務(wù)的過程中掌握知識。如在學(xué)習(xí)完控制器設(shè)計技術(shù)后，我們給學(xué)生提出任務(wù)，設(shè)計一個能控制完成10條指令的控制器，包括立即尋址、直接尋址、間接尋址、相對尋址等4種尋址方式。學(xué)生先進行總體方案設(shè)計、指令操作流程設(shè)計、微指令格式設(shè)計、微地址的設(shè)計和微程序控制器的設(shè)計，從解決任務(wù)中學(xué)生歸納出控制器設(shè)計的方法和步驟，即指令流程的設(shè)計從取指令開始、然后根據(jù)尋址方式取數(shù)、最后進行運算并存結(jié)果，設(shè)計過程與CPU結(jié)構(gòu)圖中的數(shù)據(jù)流通路有關(guān)，不能死記硬背，CPU結(jié)構(gòu)圖不同，同一條指令其操作流程圖相同，但微操作流程不一定相同；同樣微指令格式也與CPU結(jié)構(gòu)圖密切相關(guān)，與數(shù)據(jù)通路相對應(yīng)；微地址安排時一般采用下址和計數(shù)結(jié)合的方法。

(3) 討論式教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)一般是滿堂灌，學(xué)生完全處于被動的聽狀態(tài)，有時聽得直打瞌睡，為了避免這種狀況，我們必須讓學(xué)生的腦子有事可做，要讓他們思考，因此必要的時候我們會采取討論方式，讓學(xué)生發(fā)言或提問，大家都可以提出自己的想法。比如“某主存儲器訪問一次存儲器時傳送地址一個時鐘周期、讀/寫4個時鐘周期、數(shù)據(jù)傳送1個時鐘周期，如果采用4字寬主存、一次只能讀/寫4個字、但CPU與主存的數(shù)據(jù)傳送寬度為1個字的存儲器結(jié)構(gòu)，則讀取16個數(shù)據(jù)，需要多少時鐘周期；如果采用4體交叉存儲器、每個存儲體為單字寬的存儲器結(jié)構(gòu)，則讀取16個數(shù)據(jù)，又需要多少時鐘周期?！?，書上對這兩個問題的解答與學(xué)生們的想法有出入，因此我們交給學(xué)生去討論，大家對后續(xù)指令如何重疊展開了討論，各抒己見。通過討論式教學(xué)，學(xué)生可互相激勵、探討問題，增加了學(xué)生的參與度，使其全身心地投入到學(xué)習(xí)中去，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開發(fā)了其自身的潛能，提高了教學(xué)效率。

(4) 實踐式教學(xué)

眼過千遍，不如手動一遍 ，學(xué)生在學(xué)完了相關(guān)知識后，通過自己動手操作和深入實踐，能鞏固所學(xué)的知識。如在學(xué)習(xí)完運算器后，安排運算器的實驗，使學(xué)生了解運算器的組成、掌握運算器串并行進位方式組裝方法、掌握使用運算器進行各種運算的方法；學(xué)完存儲器后，安排了存儲器的實驗，使學(xué)生了解存儲器的組成、掌握字向擴展和位向擴展的電路組裝方法和存儲器的讀寫方法；在學(xué)完系統(tǒng)總線后安排了總線傳輸實驗，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)在存儲器模塊和運算器模塊這兩個模塊之間傳遞方法；在學(xué)完控制器設(shè)計后安排了微程序控制器的實驗，使學(xué)生了解微程序控制器的概念、微程序控制器的使用方法，微程序和指令程序的輸入方法和微程序的調(diào)試方法。各種實驗有效地調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性，有的學(xué)生在實踐中顯示出其獨特的創(chuàng)造性，對學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)起到了很好的促進作用。

4考核方式的改革

考試對學(xué)生起著重要的引導(dǎo)作用，考試不僅是評價學(xué)生的知識和能力，而且還應(yīng)推動學(xué)生的學(xué)習(xí)向最佳方向發(fā)展，同時也是對教學(xué)效果的信息反饋，可以促進教學(xué)工作的改善。新的教學(xué)觀念考核不是檢測記住了多少知識，而是檢測獲取知識和應(yīng)用知識的能力。由于計算機組成原理是偏向于原理，所以傳統(tǒng)的考試都是理論偏多，大部分考生內(nèi)容需要死記硬背，學(xué)生感覺和考政治差不多，很是頭痛。針對我們改革的教學(xué)模式和方法，既然我們的教學(xué)并不強調(diào)死記硬背，而是培養(yǎng)復(fù)合型、應(yīng)用型和創(chuàng)造型三者統(tǒng)一的人才，我們的考題以考學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力為主導(dǎo)，考試的內(nèi)容盡量少考或不考抽象的概念，而是傾向于分析和設(shè)計，一般在對知識的理解基礎(chǔ)上就能完成，而死記硬背的東西在考試時不能完全照搬，解題的靈活性能充分發(fā)揮學(xué)生的能力，使優(yōu)秀的學(xué)生脫穎而出。

成績的評定采用綜合成績，而不是一張試卷定乾坤，我們根據(jù)期末考試成績、平時測驗成績、作業(yè)成績和出勤等多項因素，綜合評定學(xué)習(xí)成績。通過考核激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，全面考核學(xué)生的能力和素質(zhì)。一般考試成績占70%，而平時成績占總成績的30%，這樣學(xué)生就會重視上課的出勤和平時的練習(xí)。

5結(jié)語

本文所提出的信息化時代“計算機組成原理”課程的教學(xué)改革模式、方法和手段都是我們實際教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)，在教學(xué)中取得了較好的效果，在此旨在與各位同仁和專家進一步探討和研究。本人從事“計算機組成原理”課程的教學(xué)長達二十多年，深感教學(xué)的模式、方法和手段不能一層不變，必須跟上時代發(fā)展的步伐，與社會對人才的要求相適應(yīng)，這樣才能培養(yǎng)出時代所需要的人才，當(dāng)然僅這一門課程的改革是遠遠不夠的，希望起到拋磚引玉的作用。

參考文獻：

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The Educational Research on the Course of Computer Organization Principle in the Information Age

XU Ai-ping , XU Xian-bin, CAI Zhao-hui, HUANG yuan

(School of Computer, Wuhan University, Wuhan 430079 , China )

Abstract: Based on the analysis of the information age on the request of all-round talents, this paper points out the shortage of the course of Computer Organization Principle in the traditional teaching. Combined with teaching experience of the courses for many years, this paper carries out some discussion and research on educational mode, educational content, educational method, educational mean and assessment method in the education reform based on the information environment, and provides a new way of thinking of education reform on the courses of Computer Organization Principle

Key words: the course of Computer Organization Principle; education reform; educational mode; educational method; educational means