摘要：針對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的內(nèi)容過于抽象，不易于理解等問題，本文結(jié)合地方普通高等院校計算機專業(yè)學(xué)生的實際水平以及計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最新進展，確定了因材施教的教學(xué)目標(biāo)，提出對教學(xué)內(nèi)容進行合理的裁剪和補充。通過近兩年來在河南省內(nèi)幾所高校計算機專業(yè)的教學(xué)實踐，學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，取得了良好的教學(xué)效果。
　　關(guān)鍵詞：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；課程體系；教學(xué)改革
　　
　　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是高等學(xué)校計算機專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課，是一門從組織和結(jié)構(gòu)的角度上學(xué)習(xí)和領(lǐng)會計算機系統(tǒng)的課程。教學(xué)內(nèi)容理論性較強，不僅概念多，而且許多內(nèi)容比較抽象，難以理解[1]。
　　目前國內(nèi)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)主要采用國內(nèi)重點大學(xué)(如清華大學(xué)、國防科大、西安交大等)相關(guān)專家編寫的教材[2]，而這些教材的教學(xué)對象實際上是重點大學(xué)計算機專業(yè)本科學(xué)生[3]。根據(jù)近年來我校以及我省其他幾所普通院校本科計算機專業(yè)學(xué)生采用上述教材授課效果來看，感覺現(xiàn)有教科書存在以下問題：書中理論概念過多，教學(xué)內(nèi)容與計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的實際情況結(jié)合不夠緊密，不便于學(xué)生理解和掌握，學(xué)生很難將教材中介紹的知識與具體的實際應(yīng)用相結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對該課程的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不理想，不太適合普通二本院校計算機專業(yè)學(xué)生使用。 從2006年開始，我們在計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，嘗試結(jié)合計算機軟硬件技術(shù)的最新進展，介紹計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，同時有選擇的講解傳統(tǒng)教材中的相關(guān)知識，并通過形象直觀的多媒體課件以及專門性的實驗，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的效果。2009年初，我們將收集的最新教學(xué)素材[4]，
　　以及針對地方普通高等學(xué)校學(xué)生學(xué)習(xí)特點的授課體會，經(jīng)過反復(fù)論證和研討最終形成了一本專門面向地方普通高等學(xué)校學(xué)生計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的教材[5]，經(jīng)過三個學(xué)期的使用，教學(xué)效果明顯，下面結(jié)合具體做法進行介紹。
　　1明確課程定位，理清相關(guān)課程之間的銜接關(guān)系
　　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容涉及計算機組成原理、編譯系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)字邏輯等計算機專業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容。尤其是與計算機組成原理、微機原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容有一定的重疊。因此在該課程教學(xué)中，理清教學(xué)思路，明確各門課程之間的關(guān)聯(lián)以及銜接關(guān)系，使學(xué)生明確該課程的學(xué)習(xí)重點，是提高該門課程教學(xué)質(zhì)量的前提。
　　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與計算機組成原理、微機原理與接口技術(shù)在內(nèi)容上都介紹了計算機中數(shù)據(jù)表示、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)等基礎(chǔ)知識，三者都屬于與硬件相關(guān)的計算機專業(yè)課程，三門課程之間有著很強的邏輯聯(lián)系和差異。因此，明確區(qū)分三者在知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)層次上的不同，有利于把握好教學(xué)重點，避免教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，從而使學(xué)生真正理解計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)容：從整機的層次上把握系統(tǒng)的構(gòu)建和各個部分的設(shè)計方法和原則，從硬件和軟件的不同層次深入了解計算機系統(tǒng)的工作。
　　計算機組成原理主要研究組成計算機的功能部件的組成和工作原理，以及各個部件之間的協(xié)同工作。主要是系統(tǒng)講解計算機的五大硬件組成部分的基本概念、基本組成和基本功能，為培養(yǎng)學(xué)生對硬件系統(tǒng)的分析、設(shè)計、開發(fā)和使用能力打下基礎(chǔ)。
　　微機原理與接口技術(shù)是在學(xué)生對計算機組成等基礎(chǔ)知識有了初步了解后，針對微型計算機軟硬件系統(tǒng)知識和技術(shù)進行的更深入和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。主要包括微機系統(tǒng)概述、典型微處理器、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、存儲器系統(tǒng)、微機總線與輸入／輸出技術(shù)、中斷系統(tǒng)、典型接口芯片及其應(yīng)用等內(nèi)容。該課程的學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目的是使學(xué)生系統(tǒng)地掌握微型計算機軟硬件系統(tǒng)的專業(yè)知識。
　　從學(xué)科整體上看，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程跨越了軟件和硬件兩個層次。計算機組成原理和微機原理與接口技術(shù)主要講解硬件相關(guān)的設(shè)計和功能原理。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機組成原理與微機原理與接口技術(shù)的后續(xù)課程。主要研究計算機軟件和硬件之間的分配，重點介紹計算機系統(tǒng)的內(nèi)部工作原理以及軟硬界面劃分的權(quán)衡策略。
　　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是唯一一門能讓學(xué)生接觸到與編程相關(guān)的計算機結(jié)構(gòu)方面的基本概念的課程。實際上，程序員如果懂得硬件就可以把程序構(gòu)造得更加高效、更少出錯。從廣義上講，有了計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的知識，程序員就能理解程序設(shè)計中不同選擇和取舍所帶來的影響，有助于提高程序的效率；另一方面，了解硬件工作原理，也可以使得程序員能夠更迅速地查明程序故障的來源。
　　概括起來，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以計算機系統(tǒng)的外部特性為主來研究計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科，是計算機及相關(guān)學(xué)科的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。一方面它需要計算機組成原理、編譯原理等一些基礎(chǔ)課程知識；另一方面又為操作系統(tǒng)、嵌入式設(shè)計、并行計算等后繼課程學(xué)習(xí)作鋪墊，起著承上啟下的作用。
　　為了滿足上述教學(xué)需要，我們對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的開設(shè)時間進行了合理的安排：針對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生開課學(xué)期為第六學(xué)期，專升本學(xué)生的開課學(xué)期為第三學(xué)期。學(xué)生學(xué)完匯編語言程序設(shè)計、計算機組成原理、微機原理與接口技術(shù)、操作系統(tǒng)和一些其他軟件和網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)課程之后，開設(shè)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程。這樣便于學(xué)生能夠站在軟硬件綜合知識的基礎(chǔ)上，來理解如何合理的構(gòu)架計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　2教學(xué)內(nèi)容精選與整合
　　應(yīng)用技術(shù)型本科計算機專業(yè)課程的設(shè)置應(yīng)做到面向市場、靈活有效，要對教學(xué)內(nèi)容進行精選，把體現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展特征、多學(xué)科知識交叉與滲透的趨勢和動向反映出來。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展而不斷更新，加之這門課程的系統(tǒng)性，綜合性和實踐性較強，給這門課程的教學(xué)帶來了一定的困難，采用傳統(tǒng)的教材，學(xué)生很難將所學(xué)到的知識綜合應(yīng)用到具體的實際問題中去。傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)越來越顯得無法適應(yīng)當(dāng)今計算機技術(shù)的實際情況。對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容進行合理更新是十分有必要的，基于這種考慮，通過5年的反復(fù)調(diào)研和課堂教學(xué)改革實踐，我們在參考國內(nèi)外主流的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教材基礎(chǔ)上，進行了一些有益的嘗試，將多核處理器、多級高速緩存、多線程、網(wǎng)格等目前流行的體系結(jié)構(gòu)技術(shù)引入到課堂教學(xué)內(nèi)容中，學(xué)生感覺教學(xué)內(nèi)容貼近實際，學(xué)習(xí)熱情明顯提高。
　　經(jīng)過近年來對教學(xué)內(nèi)容的反復(fù)論證和提煉，最終形成了面向地方普通高校計算機專業(yè)的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教材[5]。該教材摒棄了傳統(tǒng)教材中某些過時的理論知識，將多核處理器、多線程技術(shù)等目前流行的體系結(jié)構(gòu)技術(shù)引入到相關(guān)的課程專題中，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近當(dāng)前計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀。系統(tǒng)地講述現(xiàn)代計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本分析方法，并簡要介紹當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的主要進展。重點講述現(xiàn)代主流計算機采用的比較成熟的設(shè)計思想、結(jié)構(gòu)和方法等，重點突出、論述簡潔，貼近實際。
　　教材共包含8章，表1是教材中各章教學(xué)內(nèi)容安排的基本思路。
　　考慮到一些院校將計算機組成原理與計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程在內(nèi)容上進行了整合，開設(shè)了計算機組成和體系結(jié)構(gòu)課程，為了適應(yīng)這一變化，教材的第2章實際上就是計算機組成原理知識的概括介紹，同時也可以使學(xué)過相關(guān)知識的學(xué)生快速復(fù)習(xí)以前學(xué)習(xí)過的計算機組成原理知識，為下面的教學(xué)內(nèi)容做鋪墊。這樣組織內(nèi)容，可以使該教材即可以作為計算機專業(yè)本科生計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的教材，也可以作為計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課程的教材使用；另外，傳統(tǒng)教材通常把多處理機與并行計算技術(shù)作為兩個章節(jié)來講授，而目前多處理機與并行計算正在走向融合，因此，本教材把這兩部分內(nèi)容合二為一，摒棄了目前已經(jīng)淘汰的部分多處理機技術(shù)，形成了教材第7章：并行處理機技術(shù)，主要介紹目前主流的SIMD計算機、MIMD計算機的基本組成原理、類型和特點，以及與它們相關(guān)的互連網(wǎng)絡(luò)的工作原理；為了緊密聯(lián)系計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展動態(tài)，使學(xué)生對所學(xué)習(xí)的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知識有更加明確的認(rèn)識。
　　
　　由于目前主流的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教材和課程內(nèi)容普遍存在“理論脫離實際”的狀況，傳統(tǒng)教材中充斥大量的理論知識，而對這些理論知識的具體應(yīng)用介紹的較少，學(xué)生學(xué)完這些內(nèi)容后，常常是背會了一些公式規(guī)則，卻不明白這些公式規(guī)則到底應(yīng)用在計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體哪個部分，針對這種情況，我們在教材第8章介紹計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進展，包括多核處理器技術(shù)、多級緩存技術(shù)、片上系統(tǒng)、基于網(wǎng)格的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等，以及計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的最新研究趨勢，這一章內(nèi)容實際上是對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)的現(xiàn)狀介紹，以及未來發(fā)展趨勢的展望，主要是為對該課程感興趣的學(xué)生提供一些輔助性的貼近實際的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知識，同時也是對前面章節(jié)教學(xué)內(nèi)容具體應(yīng)用的形象化說明，這一章還提供了有關(guān)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究及進展的比較權(quán)威的網(wǎng)址，以方便學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料。在教學(xué)過程中，教師對這一章的內(nèi)容不做講解，只是在介紹前面章節(jié)內(nèi)容時，提示學(xué)生課后去參考這一章與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的知識，這樣做一方面使學(xué)生明白了計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知識的應(yīng)用領(lǐng)域，同時也在無形中鍛煉了學(xué)生自學(xué)和查閱資料的能力。
　　3合理的師資隊伍與教學(xué)手段創(chuàng)新
　　由于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容自身的特性，決定了授課教師必須通曉計算機軟硬件知識，熟悉與課程相關(guān)的知識，具備較扎實的計算機專業(yè)知識，因此在選擇本課程授課教師時，要求授課教師必須主講過本課程的先修課程，以確保授課教師能夠把握課程知識體系的完整性和系統(tǒng)性。另外，要求本課程的授課教師具有與本課程相關(guān)的科研項目，從而確保授課內(nèi)容能夠與實際應(yīng)用相結(jié)合，以避免授課內(nèi)容的枯燥，這樣也可以更加有效地提高學(xué)生的對本課程的學(xué)習(xí)興趣。課程現(xiàn)擁有的教師隊伍中，有副教授1人、講師3人，其中2人具有博士學(xué)位，其余教師均具有碩士學(xué)位。
　　由于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程概念抽象、難于理解，采用傳統(tǒng)的黑板或者PPT講授教學(xué)方式嚴(yán)重影響課程的教學(xué)效果，甚至導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué)。我們在教學(xué)中，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段和資源，采用多媒體教學(xué)法，精心設(shè)計和制作了能夠充分體現(xiàn)課程教學(xué)思想的動畫、課件、網(wǎng)絡(luò)課程，并通過課程網(wǎng)站提供了大量與計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)的教學(xué)資源，利用多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)開展教學(xué)；通過多媒體課件，把課程中難于理解的內(nèi)容利用動畫、圖表等形式直觀的展現(xiàn)出來；同時采用類比關(guān)聯(lián)法，把課程中的一些概念、設(shè)計策略和思想與現(xiàn)實生活中的生動事例進行關(guān)聯(lián)和類比，使學(xué)生更容易理解和牢固掌握教學(xué)內(nèi)容，既具體形象地展現(xiàn)了課程中難以理解的教學(xué)內(nèi)容，同時也活躍了課堂氣氛，便于學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上掌握授課內(nèi)容，提高了教學(xué)效果。由于教學(xué)效果顯著，鄭麗萍老師主持開發(fā)的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多媒體課件，在河南工業(yè)大學(xué)組織的多媒體課件競賽中，獲得2009年度河南工業(yè)大學(xué)多媒體課件一等獎。
　　4結(jié)語
　　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，它是在學(xué)生學(xué)習(xí)完主要的軟硬件基礎(chǔ)課程之后，讓學(xué)生從整體系統(tǒng)、總體設(shè)計的角度來理解和研究計算機系統(tǒng)，學(xué)習(xí)如何根據(jù)各種實際應(yīng)用的需要，綜合考慮軟硬件，設(shè)計和構(gòu)建合理的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　根據(jù)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容抽象、枯燥、難懂的特點，我們從課程開設(shè)時間、教材內(nèi)容的設(shè)計、教學(xué)方式以及教學(xué)隊伍等方面進行了有益的嘗試。編寫適用于地方普通高校計算機專業(yè)學(xué)生需要的教材，因材施教，摒棄目前傳統(tǒng)教材中已經(jīng)過時的理論知識，精簡授課內(nèi)容，突出重點難點，在使學(xué)生明確計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與其他相關(guān)課程之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用形象直觀的多媒體技術(shù)手段、開發(fā)課程網(wǎng)站，加強與學(xué)生的互動，組建合理的教學(xué)團隊，實施計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)，收到了明顯的教學(xué)效果。目前計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程已經(jīng)成為河南工業(yè)大學(xué)精品課程。
　　
　　參考文獻：
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