摘要：本文針對(duì)當(dāng)前高?！队?jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，引入“啟發(fā)-探究”式教學(xué)方法，并結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)踐證明，優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和“啟發(fā)-探究”式教學(xué)方法不僅對(duì)于提高學(xué)生理論水平起到了積極作用，而且提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；“啟發(fā)-探究”式教學(xué)

基金項(xiàng)目：濱州學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（BYJYYB200918）；濱州學(xué)院科研基金項(xiàng)目（BZXYG1102）

TP301-4

0.前言

《計(jì)算機(jī)組成原理》屬于計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，更因?yàn)楸涣腥胗?jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)考研通考專(zhuān)業(yè)課而愈來(lái)愈被學(xué)生重視。課程通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述、總線系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、CPU、控制單元等主要組成部分的深刻解析和具體講授，使學(xué)生能夠形象的理解計(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理[1]。

該課程內(nèi)容抽象，知識(shí)點(diǎn)多，邏輯性強(qiáng)，內(nèi)容有深度，有難度，芯片工作原理難以理解，教師很難形象的講授教學(xué)內(nèi)容 [2]。因此，各高校都會(huì)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課以輔助理論教學(xué)。

1.實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前可供選擇的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)箱及實(shí)驗(yàn)資料很多，但是很多學(xué)生普遍感覺(jué)理論課與實(shí)驗(yàn)課像兩條并行的鐵軌，無(wú)法有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。在實(shí)際應(yīng)用中一遇到計(jì)算機(jī)硬件便一片茫然，無(wú)從下手，考研中的設(shè)計(jì)題更是得分率低。綜合考慮主要存在以下問(wèn)題：

（1） 課程銜接不良

計(jì)算機(jī)組成原理的先修課包括電子技術(shù)、數(shù)字電路、模擬電路等。很多高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生著重于編程的訓(xùn)練卻在硬件電路方面知識(shí)薄弱，對(duì)于《計(jì)算機(jī)組成原理》中涉及的電路知識(shí)無(wú)法理解，致使計(jì)算機(jī)內(nèi)部基本部件之間的構(gòu)成原理及實(shí)現(xiàn)方法很難被學(xué)生理解，更無(wú)法對(duì)各大部件進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)。

（2） “傻瓜式”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

大部分高校使用的《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)箱都采用集成化設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)箱上集成了計(jì)算機(jī)的基本功能模塊，只是預(yù)留一些關(guān)鍵的信號(hào)線及總線供學(xué)生連接[3]。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)只提供實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟，對(duì)于相關(guān)原理介紹甚少，對(duì)于數(shù)據(jù)流如何流動(dòng)及相關(guān)時(shí)鐘分配無(wú)詳細(xì)介紹。

學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行操作，機(jī)械地接線、撥動(dòng)相應(yīng)開(kāi)關(guān)或做其它操作，直到看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果出現(xiàn)結(jié)果錯(cuò)誤或做不出結(jié)果，不會(huì)查找故障，更不知如何解決[4]。

（3） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論教學(xué)脫節(jié)

目前的試驗(yàn)箱可提供多種多功能試驗(yàn)，廠家提供的配套實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中大多是單個(gè)模塊的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)介紹，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)很少。單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)無(wú)法使學(xué)生建立一個(gè)“整機(jī)”的概念，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論教學(xué)及考研大綱也存在一定出入。

總之，針對(duì)使《計(jì)算機(jī)組成原理》的實(shí)驗(yàn)課真正達(dá)到輔助教學(xué)的目的，無(wú)論在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還是改進(jìn)教學(xué)方法等方面均需要積極探索和研究。

2.課程的優(yōu)化和改進(jìn)

2.1設(shè)計(jì)安排更科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

首先，依據(jù)理論教學(xué)大綱和考研大綱，在原有的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加若干設(shè)計(jì)性或綜合性實(shí)驗(yàn)，輔助學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)內(nèi)部各大部件之間如何工作，數(shù)據(jù)流如何流動(dòng)，指令如何運(yùn)行，時(shí)鐘如何分配等。例如，設(shè)計(jì)一臺(tái)硬連線的模型機(jī)，包括機(jī)器指令的設(shè)計(jì)，即指令格式，微指令流程圖，相關(guān)控制信號(hào)，分配時(shí)序周期，并編寫(xiě)相應(yīng)的微程序，使用實(shí)驗(yàn)箱資源，上機(jī)調(diào)試實(shí)現(xiàn)，并提交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生將所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)模塊和驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)K有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)“整體”的概念，了解各個(gè)模塊的功能、時(shí)鐘和控制信號(hào)。其次，根據(jù)理論課程進(jìn)度適時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的順序，依據(jù)教學(xué)大綱和考研大綱的變化精心設(shè)計(jì)每次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鞔_，前后實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠有機(jī)地銜接起來(lái)，讓實(shí)驗(yàn)與理論相輔相成。

2.2引進(jìn)“啟發(fā)—探究”式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生自主創(chuàng)新

“啟發(fā)—探究”式教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，基本操作程序如下圖所示：

圖1 “啟發(fā)—探究”式教學(xué)基本操作程序圖

將此種方法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和性質(zhì)將實(shí)驗(yàn)分為三類(lèi)：驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性，結(jié)合學(xué)生整體情況，以“啟發(fā)—探究”式為主，講授演示法、自學(xué)指導(dǎo)法等多種教學(xué)方法相結(jié)合的形式指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

例如針對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，采用講授演示法為主，啟發(fā)式為輔的教學(xué)方法。首先主要講解電路結(jié)構(gòu)，電路設(shè)計(jì)思路；設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題；數(shù)據(jù)在各個(gè)部件之間如何流動(dòng)，時(shí)鐘如何分配等基本知識(shí)。然后對(duì)于基本操作進(jìn)行演示，引領(lǐng)學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟完成基本的實(shí)驗(yàn)要求，幫助學(xué)生深入理解各芯片控制信號(hào)對(duì)于芯片所起的作用，相關(guān)器件如何配合工作，使其理解指導(dǎo)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)步驟的含義。然后，采用啟發(fā)式法進(jìn)一步提升學(xué)生的認(rèn)識(shí)。例如：對(duì)于算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的實(shí)驗(yàn)，首先按照實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的操作，然后根據(jù)試驗(yàn)箱的特點(diǎn)要求學(xué)生自行完成1+1和1加1的操作，根據(jù)結(jié)果要求學(xué)生思考為何會(huì)出現(xiàn)1+1=1和1加1=0這兩種情況，以達(dá)到學(xué)生對(duì)于加法器工作的實(shí)現(xiàn)及進(jìn)位鏈如何進(jìn)行工作的理解。

經(jīng)過(guò)3個(gè)基本驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生基本上能夠看懂功能模塊的電路原理圖，會(huì)按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)做基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)了。此時(shí)，引入設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，主要采用自學(xué)指導(dǎo)法和研究式法的教學(xué)方法[6]。將教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和動(dòng)手能力上。引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀和使用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，培養(yǎng)他們僅借助手冊(cè)就能獨(dú)立操作的能力。列出實(shí)驗(yàn)題目，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，編寫(xiě)程序，然后連線做實(shí)驗(yàn)。協(xié)助學(xué)生排除故障，分析解決實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的各種問(wèn)題，并對(duì)于最后的設(shè)計(jì)做出總結(jié)評(píng)價(jià)。

這個(gè)階段，個(gè)別輔導(dǎo)是主要的教學(xué)手段。這個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力，發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鳙@取知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性被極大地調(diào)動(dòng)起來(lái)。

2.3注重教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性

計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使各種設(shè)備、觀念和內(nèi)容不斷更新。為了使學(xué)生及時(shí)關(guān)注業(yè)界最新動(dòng)態(tài)，在組織教學(xué)中要及時(shí)補(bǔ)充新技術(shù)、新芯片、電路設(shè)計(jì)等前沿知識(shí)，并留出適當(dāng)?shù)膶W(xué)時(shí)，組織學(xué)生進(jìn)行討論，比較計(jì)算機(jī)系統(tǒng)新舊技術(shù)的優(yōu)劣特點(diǎn)，暢談自己對(duì)于未來(lái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的展望。

3.結(jié)論

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為學(xué)生親自驗(yàn)證理論、充實(shí)知識(shí)，嘗試設(shè)計(jì)，掌握核心的重要途徑，也是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容所在。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，無(wú)疑將對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)起到積極有效的作用。

教學(xué)實(shí)踐證明，《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)課相對(duì)于以往教學(xué)情況，學(xué)生的態(tài)度從過(guò)去的敷衍了事變?yōu)榉e極參與，收到了良好的教學(xué)效果，有效促進(jìn)了理論教學(xué)。根據(jù)近3年上過(guò)該課程的學(xué)生調(diào)查，大部分學(xué)生在實(shí)踐能力方面有了很大的提高，對(duì)于理論知識(shí)的掌握也較深入，在考研過(guò)程中得分率不斷提高。

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作者簡(jiǎn)介：蘇英（1980- ），女，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)endprint