摘 要：在介紹“計(jì)算機(jī)組成原理”課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究本課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，制訂實(shí)驗(yàn)課件的開發(fā)方案，并針對(duì)該課程幾個(gè)重難點(diǎn)提出相關(guān)的教學(xué)策略。
　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；課程設(shè)計(jì)；知識(shí)體系
　　
　　
　　現(xiàn)代社會(huì)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展一日千里，計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)與過去的小規(guī)模集成電路相比已不可同日而語，它已經(jīng)是超大規(guī)模的集成電路。高校開設(shè)“計(jì)算機(jī)組成原理”課程，其主要目的是學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，可以深入了解計(jì)算機(jī)的各功能部件，對(duì)每個(gè)部件在整機(jī)中起到的作用以及對(duì)應(yīng)需完成的任務(wù)進(jìn)行學(xué)習(xí)[1]。
　　1 課程特點(diǎn)及教學(xué)任務(wù)
　　“計(jì)算機(jī)組成原理”是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門核心課程。它在先導(dǎo)課與后續(xù)課間起著承上啟下的重要作用，它的課程地位決定其知識(shí)范圍廣、知識(shí)容量大、更新速度快以及難度高的特點(diǎn)[2]。因此在本課程中，教師更應(yīng)該注意學(xué)生主體作用的體現(xiàn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，老師所傳授的知識(shí)要與時(shí)代的發(fā)展同步，使學(xué)生在校園內(nèi)接觸到的是新知識(shí)、新技術(shù)和新理念。
　　“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)本科專業(yè)必修的硬件課程。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，可以了解計(jì)算機(jī)常用的邏輯器件、部件的基本原理、基本結(jié)構(gòu)和初步設(shè)計(jì)方法，了解簡單、完備的單臺(tái)計(jì)算機(jī)組成原理。教學(xué)要求可以按照高、中、低分為三個(gè)層次，即“掌握”、“理解”和“了解”：“掌握”即要求學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行熟練掌握和深入理解，并且可以利用所學(xué)知識(shí)對(duì)相關(guān)的應(yīng)用、初步設(shè)計(jì)等問題做出
　　
　　分析和解答；而“理解”要求學(xué)生可以利用所學(xué)內(nèi)容對(duì)相關(guān)問題做簡單的判斷分析；“了解”則是對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行初步的了解[3]。
　　2 課程知識(shí)體系設(shè)計(jì)
　　常規(guī)的課程知識(shí)體系都要求具備一定的系統(tǒng)性、科學(xué)性以及完整性。不過相對(duì)于學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理的課程來說，上述也提到該課程的特點(diǎn)決定將其教學(xué)要求分為三個(gè)層次，因此，筆者認(rèn)為可以將科學(xué)性標(biāo)準(zhǔn)作為需要主要把握的課程特性，而其系統(tǒng)性和完整性可以根據(jù)本課程的特點(diǎn)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
　　2.1 課程知識(shí)體系的構(gòu)成
　　課程知識(shí)體系由若干知識(shí)單元(如總線、存儲(chǔ)器等)構(gòu)成，知識(shí)單元由若干知識(shí)點(diǎn)(如總線結(jié)構(gòu)、特性等)構(gòu)成，知識(shí)單元的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)間又有著內(nèi)在邏輯關(guān)系，每個(gè)知識(shí)單元中的知識(shí)點(diǎn)與其他單元的各知識(shí)點(diǎn)同樣有一定聯(lián)系，并且各知識(shí)單元之間同樣存在著相應(yīng)的關(guān)系，正是這些內(nèi)在的邏輯關(guān)系組成了一個(gè)完整的網(wǎng)狀系統(tǒng)，其所反映的就是課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。新的知識(shí)要藉由長時(shí)記憶中的知識(shí)向?qū)W生自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，因此，在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)要以這個(gè)觀點(diǎn)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)該課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)[4]，如圖1所示。
　　基金項(xiàng)目：黑龍江省智能教育與信息工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；黑龍江省重點(diǎn)學(xué)科(081203)。
　　作者簡介：李麗萍，女，教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)教育、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。
　　
　　2.2 建立課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)的方法
　　首先利用任務(wù)分析這一教學(xué)設(shè)計(jì)理論技術(shù)，采用教研組老師集體研究、分析的模式，確定出該課程的教學(xué)范圍以及課程深度[5]。再通過解釋結(jié)構(gòu)模型法，對(duì)教學(xué)順序以及教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步確定。在確定教學(xué)順序時(shí)，通常由專業(yè)人員以及課程教師來進(jìn)行458787d68b6a5e3a16815a6cc1ca95f6bade7d728630f1802e4e0cf394df288a：先分析主題，把課程內(nèi)容的各知識(shí)點(diǎn)抽出，確定出各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)部邏輯關(guān)系，即建立有向圖；通過矩陣運(yùn)算初步整理有向圖，求取各知識(shí)點(diǎn)間教學(xué)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，繪出整體知識(shí)點(diǎn)層級(jí)網(wǎng)絡(luò)圖；最后再進(jìn)行整體的審查以及局部修改。知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都要做任務(wù)目標(biāo)的分析，進(jìn)一步確定出具體教學(xué)內(nèi)容，參照上述確定的教學(xué)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，建立起教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)的關(guān)聯(lián)圖，最后就可以進(jìn)行“計(jì)算機(jī)組成原理”的課程體系設(shè)計(jì)。
　　3 課程分析
　　3.1 教材分析
　　《計(jì)算機(jī)組成原理》教材經(jīng)過多次的改版和演變，已經(jīng)增加了很多的內(nèi)容。通過分析所用《計(jì)算機(jī)組成原理》教材，我們可以把教材全部10大章內(nèi)容先分為26個(gè)教學(xué)單元，每個(gè)單元再細(xì)分為若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)。選擇每個(gè)單元內(nèi)容的主要知識(shí)點(diǎn)，再針對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在邏輯關(guān)系組織學(xué)習(xí)順序。在教學(xué)設(shè)計(jì)上強(qiáng)調(diào)清晰、簡潔、明確，使學(xué)生可以從整體把握該課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)。因?yàn)閷W(xué)習(xí)過程中的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)有著不同的難易程度，通常關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)往往也是難點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)中要針對(duì)重點(diǎn)知識(shí)提供多層次、多形式的學(xué)習(xí)和練習(xí)。
　　3.2 學(xué)生特征分析
　　課程設(shè)計(jì)中確定教學(xué)進(jìn)度、完成教學(xué)任務(wù)的第一步，就是對(duì)學(xué)生特征做出科學(xué)、準(zhǔn)確的分析，只有對(duì)學(xué)生進(jìn)行充分的了解，才能確定哪些學(xué)習(xí)內(nèi)容是可以通過學(xué)生自學(xué)完成的，哪些任務(wù)是需要老師加以引導(dǎo)的。分析學(xué)生特征可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)動(dòng)力，引導(dǎo)學(xué)生編制自學(xué)計(jì)劃，在有限的時(shí)間實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。
　　學(xué)生特征信息通常來源于以下兩個(gè)渠道：
　　1) 通過老師和學(xué)生的面對(duì)面交談或者利用郵件、及時(shí)通訊工具等所做的交流。
　　2) 通過問卷調(diào)查，問卷的內(nèi)容主要包括學(xué)生在學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)組成原理”時(shí)的態(tài)度、目的以及方法，還有具備相應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)的程度。采用問卷的形式與學(xué)生進(jìn)行交流，可以直接掌握學(xué)生的具體情況，包括學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)知識(shí)以及設(shè)計(jì)能力。老師可以以此為參照進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)。要先促使基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)欠缺的學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充學(xué)習(xí)，學(xué)生在具備了前導(dǎo)知識(shí)后，才能克服后續(xù)學(xué)習(xí)過程中的畏難心理，使得課程得以順利開展。而對(duì)于一部分學(xué)習(xí)熱情高、基礎(chǔ)扎實(shí)、喜歡計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，則可以引導(dǎo)他們制定一些綜合性的、有一定難度的自學(xué)計(jì)劃。學(xué)生在解決實(shí)際問題時(shí)，提高創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)能力，從而激發(fā)其求知欲，體會(huì)到學(xué)習(xí)的成就感，最終提高設(shè)計(jì)能力。
　　3.3 學(xué)習(xí)目標(biāo)分析
　　本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)按照上述課程體系結(jié)構(gòu)的組成，設(shè)計(jì)為“課程學(xué)習(xí)目標(biāo)”、“單元學(xué)習(xí)目標(biāo)”和“知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)”。可以先在學(xué)期初提出課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生對(duì)于課程的學(xué)習(xí)目的了然于胸；單元學(xué)習(xí)目標(biāo)可以在學(xué)習(xí)各單元內(nèi)容之前呈現(xiàn)；而每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)要在知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)過程中呈現(xiàn)，并且將知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)照上述教學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行層次的劃分，使學(xué)生明確知道知識(shí)點(diǎn)是屬于“掌握”還是“理解”還是“了解”。老師給出相應(yīng)的引導(dǎo)和建議，學(xué)生按照不同的層次目標(biāo)確定自己適用的學(xué)習(xí)策略。
　　4 教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　4.1 組織教學(xué)內(nèi)容
　　在實(shí)施本課程的教學(xué)活動(dòng)時(shí)，除了引導(dǎo)學(xué)生在課堂這種正式渠道獲取理論知識(shí)外，還要充分利用校園局域網(wǎng)、因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)形式和網(wǎng)絡(luò)資源加以學(xué)習(xí)輔助。例如，計(jì)算機(jī)發(fā)展與展望、漢字在計(jì)算機(jī)中的處理、外部設(shè)備等一些與現(xiàn)代技術(shù)聯(lián)系密切的知識(shí)點(diǎn)，多采用學(xué)生分組學(xué)習(xí)討論方式。學(xué)生搜集查找的資料內(nèi)容遠(yuǎn)比課本豐富，這種學(xué)習(xí)方式，既開拓了學(xué)生的知識(shí)面，也鍛煉了學(xué)生初步進(jìn)行信息檢索歸類的科研探索能力。老師在課堂中通過精心制作的課件，采用知識(shí)可視化、信息可視化等先進(jìn)的方法，向?qū)W生傳遞知識(shí)點(diǎn)；或者利用BBS、電子郵件等方式，與學(xué)生進(jìn)行非正常渠道的溝通，在傳遞教材各顯性知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，還向?qū)W生傳授分析問題、解決問題的策略[6]。學(xué)生通過掌握這些隱性知識(shí)，不僅加快了知識(shí)點(diǎn)向自身知識(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的過程，還提高了實(shí)際解決問題的能力。
　　4.2 設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境
　　學(xué)習(xí)環(huán)境通常由自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)兩部分組成。自主學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)，除了老師引導(dǎo)學(xué)生制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)計(jì)劃外，還可以針對(duì)學(xué)生的階段測試、日常學(xué)習(xí)中的反饋信息設(shè)計(jì)出自學(xué)自測學(xué)習(xí)模式：收集每個(gè)階段測試以及日常練習(xí)中經(jīng)常出錯(cuò)的習(xí)題，開發(fā)設(shè)計(jì)出自測試題庫，促使學(xué)生自覺進(jìn)入該試題庫進(jìn)行自我測試，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)不足，從而提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)積極性。而協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)，則可以采用項(xiàng)目教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等各種教學(xué)方法[7]，加強(qiáng)學(xué)生協(xié)作能力的鍛煉，培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)精神。也可以在校內(nèi)局域網(wǎng)建立課程論壇、學(xué)習(xí)社區(qū)等，利用發(fā)貼與學(xué)分掛鉤的形式，提高學(xué)生的參與度。
　　
　　4.3 開發(fā)教學(xué)資源
　　老師要采用多種教學(xué)策略為學(xué)生搭建一個(gè)理想的學(xué)習(xí)平臺(tái)。深入開發(fā)素材性課程資源，可以說課程資源是課程實(shí)施的基本條件之一，素材性課程資源是開展教學(xué)活動(dòng)直接來源，學(xué)生轉(zhuǎn)化為自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的對(duì)象。素材性課程資源分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，很多老師比較側(cè)重于靜態(tài)資源(如講義、課件)的利用，而忽略了動(dòng)態(tài)資源。所謂動(dòng)態(tài)資源就指師生交互過程中所形成的資源，例如，學(xué)生時(shí)實(shí)的信息反饋等。其實(shí)動(dòng)態(tài)資源的利用正是突出了“學(xué)生為學(xué)習(xí)主體”這一全新教學(xué)理念，它使學(xué)生和老師情感交流更為豐富，也提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　4.4 設(shè)計(jì)教學(xué)方法
　　由于“計(jì)算機(jī)組成原理”課程有很多抽象性的概念，筆者通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，類比法對(duì)幫助學(xué)生理解抽象概念起著非常有效的作用。所謂類比法，是把計(jì)算機(jī)原理課程中的知識(shí)內(nèi)容與日常生活中接近的例子作對(duì)比，使得相關(guān)理論概念變得具像化，更容易理解和掌握[8]。類比法又分為對(duì)象方法類比及對(duì)象屬性類比兩種。其中對(duì)象屬性類比是利用該對(duì)象的屬性，與另外一個(gè)與其屬性特征相接近或者完全相同的對(duì)象做比較，使得具有抽象屬性的對(duì)象具像化，對(duì)該對(duì)象的屬性特征加以說明。如教材中對(duì)CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的描述都比較抽象，有時(shí)候僅用一個(gè)模型圖來說明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生理解起來比較困難。此時(shí)可以分析該知識(shí)單元：CUP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)互相協(xié)作但又相對(duì)獨(dú)立的整體，其各部分都有自己的功能特點(diǎn)，那么就可以將其與一家制造企業(yè)公司做類比。一家制造廠由經(jīng)理部、財(cái)務(wù)管理部、生產(chǎn)部、車間、企劃部、采購部等各部門組成，每個(gè)部門的職責(zé)范圍也不盡相同，如果把公司的組織架構(gòu)和CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成做類比，則理解起來就相對(duì)容易，因此可以做如表1所示的類比。
　　這種類比教學(xué)方法在課堂實(shí)施后，學(xué)生都認(rèn)為對(duì)于CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)理解比較透徹。
　　而對(duì)象類比則是對(duì)某對(duì)象所具備的行為或過程與另外一個(gè)對(duì)象所具備的抽象性過程或行為進(jìn)行類比，進(jìn)而對(duì)抽象概念加以說明。
　　4.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
　　該課程是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，因此，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)就尤為重要，這里按照開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)期提出幾種設(shè)計(jì)方法。
　　4.5.1 驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)
　　對(duì)于初期實(shí)驗(yàn)課程來說，這種實(shí)驗(yàn)方法比較常用，它可以幫助學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的步驟及方法。其實(shí)驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)就是老師先給出實(shí)驗(yàn)的步驟、方法以及試驗(yàn)?zāi)康?，并繪出線路圖，在上面寫出匯編程序，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生按照老師提供的思路進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。比如，一塊EPROM的芯片，由0地址開始寫上內(nèi)容，學(xué)生按照老師提供的電路圖構(gòu)成電路，讀出地址內(nèi)容單元，并與老師所寫的內(nèi)容做比較。這個(gè)試驗(yàn)可以幫助學(xué)生初步了解單元電路的構(gòu)造及調(diào)試方法，及時(shí)排除錯(cuò)誤。
　　4.5.2 模仿式實(shí)驗(yàn)
　　開設(shè)中期實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生可以參照一些程序或電路，對(duì)其進(jìn)行改造或模仿，設(shè)計(jì)出類似的實(shí)驗(yàn)程序和電路，得出課程要求的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)該結(jié)果進(jìn)行觀察、分析和研究，這種方法就是模仿式實(shí)驗(yàn)。
　　4.5.3 探索式實(shí)驗(yàn)
　　實(shí)驗(yàn)課程的后期階段，可以要求學(xué)生參照教材內(nèi)容，自行設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行自主的調(diào)試和構(gòu)造，從中獲取老師所要求的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種探索式實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生解決問題、分析問題的能力要求比較高，并且還要有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)軟件、硬件知識(shí)做支撐。學(xué)生經(jīng)過該階段實(shí)驗(yàn)課程的訓(xùn)練，其動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力都會(huì)得到很大的提高。根據(jù)長期的計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)實(shí)踐，我們開發(fā)了基于EDA技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)板，在實(shí)驗(yàn)課中開展了新教學(xué)方法的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究，摸索和設(shè)計(jì)出了一套新型的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方法與模式。實(shí)踐表明，采用這種教學(xué)方法的突出特點(diǎn)是充分體現(xiàn)和發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，達(dá)到了加強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高和實(shí)踐能力培養(yǎng)的目標(biāo)。
　　4.6 教學(xué)評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)
　　在設(shè)計(jì)教學(xué)評(píng)價(jià)體系時(shí)，老師要注意將多種評(píng)價(jià)方式相結(jié)合。在學(xué)習(xí)過程中運(yùn)用形成性評(píng)價(jià)，老師可以設(shè)計(jì)出諸如“電子檔案袋”等形式的程序，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程做詳細(xì)記錄；在學(xué)習(xí)活動(dòng)告一段落時(shí)，可以采用總結(jié)性評(píng)價(jià)方法，指出各階段性學(xué)習(xí)的不足，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果加以驗(yàn)證。評(píng)價(jià)的手段也不能只采用考試一種，可以結(jié)合日常教學(xué)中的項(xiàng)目完成成果、在課程論壇中發(fā)帖的數(shù)量和質(zhì)量等，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法做出全面評(píng)價(jià)。而評(píng)價(jià)的主體也要多樣化，不能僅以老師為評(píng)價(jià)的主體，學(xué)生也要真正參與到評(píng)價(jià)活動(dòng)中來，如設(shè)計(jì)問卷調(diào)查，或者項(xiàng)目教學(xué)法中，讓學(xué)生作為評(píng)價(jià)的主體，進(jìn)行各項(xiàng)目小組間的互相評(píng)價(jià)等。
　　5 結(jié)語
　　對(duì)“計(jì)算機(jī)組成原理”進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，目的是提出更為有效的教學(xué)設(shè)計(jì)。當(dāng)然在實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)校使用的教材與實(shí)際的技術(shù)發(fā)展還存在一定的差異，因此老師要注意結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)新的計(jì)算機(jī)知識(shí)、技術(shù)及應(yīng)用多加介紹，使學(xué)生在學(xué)?？梢粤私庾钚碌挠?jì)算機(jī)技術(shù)，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)專業(yè)自信心。
　　
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