□吳新華 羅曉娟

對高職《計算機組成原理》教學改革的探討

□吳新華 羅曉娟

分析了《計算機組成原理》在高職高專教學中存在的若干問題，圍繞如何調動學生學習興趣、完善教學手段、改革教學方法以及實踐教學環(huán)節(jié)等問題進行了探討，提出了提高教學質量的方法。

計算機組成原理；教學方法；實踐教學

《計算機組成原理》是計算機科學與技術專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎課。它主要講述基于馮、諾伊曼計算機基本部件的構造和組織方式、基本運算的原理以及部件和單元的設計思想等[1]。其前導課程是“模擬電子技術”、“數(shù)字邏輯”，后續(xù)課程是“微型計算機接口”、“單片機原理”等等，《計算機組成原理》在其中起著承上啟下的關鍵作用。前導課程的學習使同學們了解了計算機硬件最底層的物理原理、基本的電子元件和數(shù)字電路，而《計算機組成原理》則是第一次全面系統(tǒng)地把計算機的整機工作原理引入進來，可以提高學生對硬件系統(tǒng)的分析、設計、開發(fā)的能力，也為后續(xù)的硬件課程打下基礎[2]。

一、教學中存在的問題

《計算機組成原理》在我校這樣的高職高專院校的實際教學過程中存在著不少問題，教學效果不是很理想。學生普遍反映這門課程難懂、內容抽象，從而在學習中產(chǎn)生畏難和厭煩情緒。通過調查分析，發(fā)現(xiàn)主要原因有：

（一）硬件課程基礎較差

高職高專院校層次的學生高中數(shù)學、物理的基礎極差，對“模擬電子技術”、“數(shù)字電子技術”這兩門先行專業(yè)基礎課難以理解透徹，而這兩門課正是“計算機組成原理”的基礎課程，所以教學過程中很多的概念和圖形，學生感到難以理解，不知所云。這在一定程度上打擊了學生學習本門課程的積極性。而且，因為高職高專層次學生素質普遍不是很高，遺忘速度較快，也不太可能指望他們通過預習和復習自我提高。

（二）教學方式比較單一

盡答現(xiàn)在很多高校已經(jīng)采用現(xiàn)代化的教學手段，但是仍然避免不了“滿堂灌”的被動局面，老師和學生不能很好的互動起來。在教學組織中，計算機硬件許多新的內容和技術沒能補充進來。在教學課時安排上，應注重與已修相關課程的內容銜接，刪減不必要的重復內容，留出適當?shù)恼n時增加新的教學或討論內容，充分讓學生參與課程，讓他們在熱烈、輕松的課堂氣氛中獲得知識。在考核方式上，仍然采用傳統(tǒng)的閉卷考試為主，實驗課環(huán)節(jié)只是占很小的比例，不能提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

（三）實踐教學環(huán)節(jié)薄弱

《計算機組成原理》更多涉及到芯片的構造、工作原理和應用，很多知識只有通過實踐操作、驗證和設計，才能真正理解和掌握。根據(jù)這一特點，在教學時就應著重理論和實驗緊密結合，理性和感性相互結合，學習的質量才能得以保證。但現(xiàn)在很多高職高專院校實驗設備陳舊，功能單一，不能很好地滿足計算機組成原理實驗教學的需要。實驗環(huán)節(jié)薄弱使學生不能有效的理解計算機內部工作原理[3]。

二、教學方法的改革

（一）精選教材，合理組織教學內容

目前在高校里用到的《計算機組成原理》的教材很多，例如高等教育出版社唐朔飛編寫的 《計算機組成原理》，清華大學出版社王愛英主編的《計算機組成與結構》等。根據(jù)我校實際情況，我們選擇了王愛英的《計算機組成與結構》，這本教材融合了計算機組成原理、計算機系統(tǒng)結構兩方面的知識，能讓學生了解更多的計算機硬件細節(jié)，讓學生掌握如何在硬件系統(tǒng)上提高軟件的運行效率。

在教學內容的編排上，依據(jù)教學大綱，重點突出，詳略得當。每一章都分為精講和選講兩部分，將選講部分放手讓學生自學或開展網(wǎng)上討論，既培養(yǎng)了學生的自學能力，又節(jié)約了課時。精講部分則要求老師講細、講透，并結合當今計算機技術的發(fā)展，適當增加有關計算機各部件的演變歷史和最新技術知識，這樣既提高了學生的學習興趣，又彌補了教材與實際的脫節(jié)，提高了這門課的使用價值。

（二）明確學習目的，激發(fā)學習熱情

《操作系統(tǒng)》是站在軟件的角度看計算機的運行原理，《計算機組成原理》則是站在硬件的角度來看計算機的運行原理，因此這門課對于學習計算機的學生來說非常重要。另外，這門課程和《數(shù)字電路》等課程也有不同，《數(shù)字電路》是站在微觀的角度講解計算機的原理的，而 《計算機組成原理》則是站在宏觀角度講解的，因此大可不必在電路圖等細節(jié)問題上陷得太深，以“抽象”的觀點看問題，只要知道它能實現(xiàn)何種功能，不必管它內部是怎么實現(xiàn)的。

對于以后想從事嵌入式系統(tǒng)、操作系統(tǒng)設計等和硬件結合比較緊密的工作的同學，我建議所有的內容都要學好，而如果以后想從事軟件相關工作的同學也要學好存儲器、輸入輸出系統(tǒng)、計算機的運算方法、指令系統(tǒng)、CPU的結構和功能等章節(jié)的內容，因為做大型系統(tǒng)軟件會涉及到調優(yōu)的問題，如果只懂軟件，而不知道硬件在怎么運行的話，調優(yōu)會受到限制，軟件無法發(fā)揮硬件的最大優(yōu)勢。舉一個簡單的例子，筆者在讀研期間，我們實驗室曾開發(fā)過一套軟件系統(tǒng)，在HP的服務器上運行，一開始我們的軟件運行效率非常低，然后HP派了一個對硬件、軟件都非常熟悉的團隊來進行調優(yōu)，經(jīng)過調優(yōu)，我們的程序運行效率提高了10倍。由此讓學生明白，要編寫一個高效率的軟件，必須具備扎實的硬件基礎。

（三）采用啟發(fā)式教學法

啟發(fā)式教學法是教師啟發(fā)學生積極思維，使他們主動掌握知識的一種教學方法?！队嬎銠C組成原理》和其他專業(yè)課不同，大部分都是理論性的東西，動手實驗的內容較少，因此很多同學感覺非常枯燥。在日常教學中，我經(jīng)常建議學生多結合自己的電腦進行聯(lián)想和研究，多到網(wǎng)上搜索相關的資料，那樣理解就會更加深刻?！队嬎銠C組成原理》、《操作系統(tǒng)》是可以當成“小說”來看的課程，不要皺著眉頭把它當成理論學，而是把課本想象成一個給你講計算機運行原理的說書人。

比如學到《系統(tǒng)總線》的時候，我讓學生意識到：計算機部件之間的通訊如果是通過一根線來進行的話肯定非常慢，因為數(shù)據(jù)、控制信息等都要通過一根線進行，而如果分成數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三條線，這樣數(shù)據(jù)、控制、地址信息就可以并行進行，所以速度就快了。然后學生就可以到網(wǎng)上搜PCI、ISA總線等的介紹，南北橋芯片的介紹等，這樣就能把知識做到“不用刻意記就記住了”。

講到《存儲器的緩存》的時候，我引導學生琢磨緩存到底是在做什么。緩存就是為了解決低速設備讀取的問題，從內存中讀數(shù)據(jù)肯定沒有直接從CPU的緩存中讀取快，所以就需要把經(jīng)常被讀取的數(shù)據(jù)放到緩存中，以后讀的時候直接去緩存中讀取就可以。緩存不能設計的太小，因為太小的話很多需要緩存的數(shù)據(jù)放不進去，太大的話則會增加成本，而且會導致很多不需要被緩存的數(shù)據(jù)也緩存了。然后學生就到網(wǎng)上看主流的CPU內置的1M、2M、8M緩存的比較的文章，這樣就會理解深刻了。

講到程序查詢方式、DMA方式等的時候，我引導學生聯(lián)想企業(yè)中的人員管理，有的企業(yè)里邊A員工讓B員工做一件事情也要領導轉達任務分派，而且有的企業(yè)里一些普通的事情員工之間就可以處理，無需要領導過問。講到奇偶校檢碼的時候你就可以思考為什么有的壓縮文件、視頻文件有輕微的損壞仍然能夠打開，你甚至可以自己寫一個程序來實現(xiàn)校檢功能。

三、實踐教學的改革

《計算機組成原理》的實踐教學內容的設計，應該以深化學生對理論知識的理解和掌握，以培養(yǎng)學生動手能力，增強學生的創(chuàng)新意識而定位。由此我們建立了新的“計算機組成原理”實驗教學體系，將實驗進度分為基礎模塊實驗、綜合性實驗、設計性實驗，形成從部分到整體、從接受知識型到綜合能力型逐級提高的實驗體系[4]。

（一）基礎模塊實驗階段

實驗有移位操作實驗、運算器實驗、控制器實驗、存儲器實驗。通過一系列小實驗的驗證和應用，要求學生掌握實驗系統(tǒng)中單元模塊的內部結構及相關電子芯片的基本邏輯，理解單元模塊的工作原理及該單元模塊在整機系統(tǒng)中的應用。讓學生對五大硬件的理論知識由淺到深逐步掌握。

（二）綜合性實驗階段

讓學生建立整機思想，在熟悉單元模塊工作原理的基礎上，掌握計算機整機系統(tǒng)地協(xié)調運行。為了達到這一教學目的，我們在教學內容中安排了一定量的綜合設計實驗，要求學生通過一系列此類實驗，掌握整機運行模式，從部分到整體形成一個完整的“整機”概念，進一步深刻理解理論知識[5]。

（三）設計性實驗階段

在這一階段的系列中，我們改變傳統(tǒng)計算機組成原理實驗“芯片+連線”的做法，用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷褂布墓δ芸梢院蛙浖粯油ㄟ^編程來實現(xiàn)。學生使用可編程邏輯器件，通過可編程方式來設計并實現(xiàn)電路，開展可重構原理的計算機設計，使學生具有用硬件描述語言進行設計的能力，完成從驗證知識到設計、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

四、結語

大專層次的學生學習計算機課程，其目的在于了解計算機在現(xiàn)代社會中重要作用，掌握計算機的基本知識和基本操作，以使其在今后的生產(chǎn)技術第一線的工作崗位上靈活使用計算機進行現(xiàn)代化管理，提高工科的科學性和有效性。對于他們來說，計算機理論、原理、系統(tǒng)知識要學，但更應注重實效性，才能滿足社會各行業(yè)對計算機應用要求的不斷變化和提高。隨著計算機技術及其應用的不斷發(fā)展，計算機軟件和硬件都在不斷更新和完善，這就要求計算機教學的內容和教學方法都應隨著計算機利學技術的發(fā)展而有所調整，以適應社會發(fā)展的需要。本文對《計算機組成原理》在高職高專層次教學存在的一此問題進行了分析和討論，并提出了一此改進措施和方法，以促進學生動手能力和創(chuàng)新能力的提高。但是，教學改革是一個逐步深化的長期過程，需要教師立足于提高教學水平、教學質量培養(yǎng)全面發(fā)展的新型人才的出發(fā)點上，不斷提高自身索質，不斷摸索，不斷創(chuàng)新。

[1]鄒紅文，聶雅琳.《計算機組成原理》教學設計研究與實踐[J].洛陽理工學院學報(自然科學),2008(01).

[2]王勇，黃賢英.“計算機組成原理”的教學方法[J].重慶工學院學報(自然科學),2008，22（03）.

[3]顏俊松.計算機組成原理實驗教學研究與探索[J].重慶文理學院學報(自然科學版),2008，27（01）.

[4]任春明，劉軍.計算機組成原理實驗教學的思考與改進[J].實驗技術與管理,2006，23（10）.

[5]王建新等.基于組件的計算機組成原理虛擬實驗室的設計與實現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學報,2008，20（09）.

本文系江西省教育廳資助課題“高職高專信息檢索網(wǎng)絡教學平臺設計與應用研究”的階段性研究成果（編號：JXJG-08-23-13）。

吳新華（1975-），男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，萍鄉(xiāng)高等專科學校講師，研究方向為計算機應用、智能嵌入式軟硬件；羅曉娟（1975-），女，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，萍鄉(xiāng)高等?？茖W校講師，研究方向為計算機應用和算法程序設計。

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責任編輯謝榮國