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上，指出了“計算機組成原理”課程的傳統(tǒng)教學中的不足，結合多年“計算機組成原理”課程教學的體會和經(jīng)驗，就信息化環(huán)境下教學改革中的教育模式、教學內容、教學方法、教學手段和考核方法等有關問題進行了探討和研究，為“計算機組成原理”課程的教學改革提供了新的思路。

關鍵詞：“計算機組成原理”課程；教學改革；教學模式；教學方法；教學手段

中圖分類號：G642

文獻標識碼：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，是很多課程的前導課，也是計算機專業(yè)研究生入學考試的課程之一，因此學好這門課程對后面課程的學習和深造有著至關重要的作用。隨著信息化社會的發(fā)展和計算機科學技術的廣泛應用，在擔負著培養(yǎng)計算機專業(yè)人才的一流高等學校里,“計算機組成原理”課程教學改革的主要目的是使“計算機組成原理”教學跟上計算機科學與技術的發(fā)展步伐，適應當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、教學內容和教學方法已不適應信息化時代對人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。本文結合多年“計算機組成原理”課程教學的體會和經(jīng)驗，就信息化環(huán)境下教學改革中的有關問題進行探討和研究。

1教學模式的改革

1.1教學模式由灌輸型向引導型轉變

傳統(tǒng)的教學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，將教學內容傳遞給學生或灌輸給學生。在這樣一種模式下，教師是主動施教者，學生是被動的外部刺激接受者即灌輸對象，媒體則是教師向學生灌輸?shù)墓ぞ撸滩膭t是灌輸?shù)膬热?。表面上學生參與教學活動，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;缺點是忽視學生的主動性、創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)，不能把學生的認識主體作用很好地體現(xiàn)出來，學生缺乏主動的思考、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。因此在教學中我們嘗試了由灌輸型教學模式向引導型教學模式的轉變。比如：在講述二進制加法器時，我們引導學生設計十進制加法器；在介紹設計既能按8位訪問又能按16位訪問的存儲器時，引導學生設計既能按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學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結構下指令流程圖后引導學生分析其他CPU結構的指令流程圖；在介紹完微程序地址安排的基本技術后，引導學生安排實際微型計算機系統(tǒng)中指令流程圖的微地址，這些引導的內容都是課本之外的，我們在教學中教的是方法和技術，因此學生發(fā)揮主觀能動性后便可以解決課本之外的有關問題。

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

1.2教學模式由理論主導向能力主導轉變

“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，而對于學生是否能夠消化、是否能夠吸收、是否能夠將所學的知識結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知識、記憶知識、進行模仿，其適應性及創(chuàng)新能力都不夠。培養(yǎng)的學生死記硬背的多、高分低能的多、知其然而不知其所以然的多，學生缺乏創(chuàng)造性，許多畢業(yè)學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)代教學模式，在傳授知識的同時，注重學生能力的培養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實際、注重與學生的生產(chǎn)生活相聯(lián)系、注重學生對知識的駕馭非常重要。信息化時代培養(yǎng)的人才是復合型、應用型、創(chuàng)造型三者的整合統(tǒng)一，必須具備較強的適應性和較好的創(chuàng)新性，不僅熟悉和掌握一門專業(yè)、技術，而且熟悉和掌握相關學科的知識和技術，能夠將所學知識運用到生產(chǎn)、生活中，具有不斷創(chuàng)造的能力。

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

2教學手段的改革

教學手段已經(jīng)成為制約教學質量、教學效益和教學模式的重要方面，因此在計算機課程的教學改革中，教學手段的改革也是刻不容緩的。傳統(tǒng)的教學手段是“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，學生看到的是死板的黑底白字。隨著科學技術的發(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，改變傳統(tǒng)教學的局限與不足。課件教學已經(jīng)成為最主要的教學手段，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”的教學手段，大部分內容在課件上出現(xiàn)，但細節(jié)部分在黑板上給予適當補充，而且一些臨時需要增加的內容必須借助于黑板來發(fā)揮。采用黑板還可以讓學生有思考的余地，在黑板上我們可以讓學生指揮粉筆，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，兩者的結合可以發(fā)揮到最好的教學效果。

3教學方法的改革

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

(1) 問題式教學

在教學過程中我們經(jīng)常會提出與講解相關的問題，把學習引入到復雜的、有意義的問題情境中，學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知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。在設計中我們會給出一些故障問題，讓學生找出其中的錯誤，從而開啟學生的思維。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) 任務式教學

任務式教學從實際問題入手，采取提出任務、分析任務、設計任務、解決任務、歸納規(guī)律的方法，讓學生在解決任務的過程中掌握知識。如在學習完控制器設計技術后，我們給學生提出任務，設計一個能控制完成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。學生先進行總體方案設計、指令操作流程設計、微指令格式設計、微地址的設計和微程序控制器的設計，從解決任務中學生歸納出控制器設計的方法和步驟，即指令流程的設計從取指令開始、然后根據(jù)尋址方式取數(shù)、最后進行運算并存結果，設計過程與CPU結構圖中的數(shù)據(jù)流通路有關，不能死記硬背，CPU結構圖不同，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結構圖密切相關，與數(shù)據(jù)通路相對應；微地址安排時一般采用下址和計數(shù)結合的方法。

(3) 討論式教學

傳統(tǒng)的教學一般是滿堂灌，學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個字的存儲器結構，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構，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生們的想法有出入，因此我們交給學生去討論，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，學生可互相激勵、探討問題，增加了學生的參與度，使其全身心地投入到學習中去，充分調動了學生的學習熱情，開發(fā)了其自身的潛能，提高了教學效率。

(4) 實踐式教學

眼過千遍，不如手動一遍 ，學生在學完了相關知識后，通過自己動手操作和深入實踐，能鞏固所學的知識。如在學習完運算器后，安排運算器的實驗，使學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；學完存儲器后，安排了存儲器的實驗，使學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；在學完系統(tǒng)總線后安排了總線傳輸實驗，使學生掌握數(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；在學完控制器設計后安排了微程序控制器的實驗，使學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試方法。各種實驗有效地調動了學生的主觀能動性和學習積極性，有的學生在實踐中顯示出其獨特的創(chuàng)造性，對學生的后續(xù)學習起到了很好的促進作用。

4考核方式的改革

考試對學生起著重要的引導作用，考試不僅是評價學生的知識和能力，而且還應推動學生的學習向最佳方向發(fā)展，同時也是對教學效果的信息反饋，可以促進教學工作的改善。新的教學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，大部分考生內容需要死記硬背，學生感覺和考政治差不多，很是頭痛。針對我們改革的教學模式和方法，既然我們的教學并不強調死記硬背，而是培養(yǎng)復合型、應用型和創(chuàng)造型三者統(tǒng)一的人才，我們的考題以考學生對知識的綜合應用能力為主導，考試的內容盡量少考或不考抽象的概念，而是傾向于分析和設計，一般在對知識的理解基礎上就能完成，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)揮學生的能力，使優(yōu)秀的學生脫穎而出。

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，綜合評定學習成績。通過考核激發(fā)學生學習的主動性和積極性，全面考核學生的能力和素質。一般考試成績占70%，而平時成績占總成績的30%，這樣學生就會重視上課的出勤和平時的練習。

5結語

本文所提出的信息化時代“計算機組成原理”課程的教學改革模式、方法和手段都是我們實際教學經(jīng)驗總結，在教學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”課程的教學長達二十多年，深感教學的模式、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，這樣才能培養(yǎng)出時代所需要的人才，當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。

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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