信息化時(shí)代“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)研究

徐愛(ài)萍　許先斌　蔡朝暉　黃　源

文章編號(hào)：1672-5913(2009)10-0042-03

摘要：本文在分析信息化時(shí)代對(duì)人才全方位要求的基礎(chǔ)上，指出了“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，結(jié)合多年“計(jì)算機(jī)組成原理”課程教學(xué)的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，就信息化環(huán)境下教學(xué)改革中的教育模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方法等有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討和研究，為“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)改革提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：“計(jì)算機(jī)組成原理”課程；教學(xué)改革；教學(xué)模式；教學(xué)方法；教學(xué)手段

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

“計(jì)算機(jī)組成原理”課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)必修課程，是很多課程的前導(dǎo)課，也是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)研究生入學(xué)考試的課程之一，因此學(xué)好這門(mén)課程對(duì)后面課程的學(xué)習(xí)和深造有著至關(guān)重要的作用。隨著信息化社會(huì)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才的一流高等學(xué)校里,“計(jì)算機(jī)組成原理”課程教學(xué)改革的主要目的是使“計(jì)算機(jī)組成原理”教學(xué)跟上計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展步伐，適應(yīng)當(dāng)前計(jì)算機(jī)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(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已不適應(yīng)信息化時(shí)代對(duì)人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。本文結(jié)合多年“計(jì)算機(jī)組成原理”課程教學(xué)的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，就信息化環(huán)境下教學(xué)改革中的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討和研究。

1教學(xué)模式的改革

1.1教學(xué)模式由灌輸型向引導(dǎo)型轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為中心，教師通過(guò)講授、板書(shū)等多種媒體的輔助，將教學(xué)內(nèi)容傳遞給學(xué)生或灌輸給學(xué)生。在這樣一種模式下，教師是主動(dòng)施教者，學(xué)生是被動(dòng)的外部刺激接受者即灌輸對(duì)象，媒體則是教師向?qū)W生灌輸?shù)墓ぞ撸滩膭t是灌輸?shù)膬?nèi)容。表面上學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)，但這是一種被動(dòng)的參與。它的優(yōu)點(diǎn)是有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，有利于教師對(duì)課堂的組織、管理與控制，有利于教師系統(tǒng)的傳授知識(shí);缺點(diǎn)是忽視學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)，不能把學(xué)生的認(rèn)識(shí)主體作用很好地體現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生缺乏主動(dòng)的思考、探索，其自主性、積極性難以發(fā)揮，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與創(chuàng)造性人才的成長(zhǎng)。因此在教學(xué)中我們嘗試了由灌輸型教學(xué)模式向引導(dǎo)型教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。比如：在講述二進(jìn)制加法器時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)十進(jìn)制加法器；在介紹設(shè)計(jì)既能按8位訪(fǎng)問(wèn)又能按16位訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)既能按8位訪(fǎng)問(wèn)又能按16位訪(fǎng)問(wèn)還能按32位訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器；在介紹完Cache存儲(chǔ)器的工作原理后引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)際微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的Cache存儲(chǔ)器；在介紹完所用教材里CPU結(jié)構(gòu)下指令流程圖后引導(dǎo)學(xué)生分析其他CPU結(jié)構(gòu)的指令流程圖；在介紹完微程序地址安排的基本技術(shù)后，引導(dǎo)學(xué)生安排實(shí)際微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中指令流程圖的微地址，這些引導(dǎo)的內(nèi)容都是課本之外的，我們?cè)诮虒W(xué)中教的是方法和技術(shù)，因此學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性后便可以解決課本之外的有關(guān)問(wèn)題。

這種教學(xué)模式是一種教與學(xué)雙向互動(dòng)的教學(xué)模式，其核心在于既要發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。在這樣一種模式下，學(xué)生是信息加工的主體，是知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者；教師是課堂教學(xué)的組織者、指導(dǎo)者，是學(xué)生建構(gòu)意義的幫助者、促進(jìn)者。學(xué)生主動(dòng)地參與到教學(xué)過(guò)程中，教師則對(duì)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)媒體進(jìn)行總體的指導(dǎo)與把握，教師職責(zé)逐步從傳道、授業(yè)、解惑轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)、咨詢(xún)、組織、主持和設(shè)計(jì)教學(xué)上來(lái)。實(shí)踐證明這種模式的優(yōu)點(diǎn)是有利于學(xué)生的積極性、自主性的發(fā)揮，有利于學(xué)生主動(dòng)思考、主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，有利于學(xué)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(xué)模式由理論主導(dǎo)向能力主導(dǎo)轉(zhuǎn)變

“計(jì)算機(jī)組成原理”課程所用教材絕大部分都是介紹理論知識(shí)，如果仍多采用傳統(tǒng)的教育模式，過(guò)多地注重于知識(shí)的傳授、理論的灌輸，而對(duì)于學(xué)生是否能夠消化、是否能夠吸收、是否能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)結(jié)合到實(shí)踐中去進(jìn)行創(chuàng)造，則注重不夠。這樣的人才只能單純地重復(fù)知識(shí)、記憶知識(shí)、進(jìn)行模仿，其適應(yīng)性及創(chuàng)新能力都不夠。培養(yǎng)的學(xué)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(xué)生缺乏創(chuàng)造性，許多畢業(yè)學(xué)員在工作崗位上無(wú)法開(kāi)展創(chuàng)造性工作。因此大力推進(jìn)現(xiàn)代教學(xué)模式，在傳授知識(shí)的同時(shí)，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實(shí)際、注重與學(xué)生的生產(chǎn)生活相聯(lián)系、注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的駕馭非常重要。信息化時(shí)代培養(yǎng)的人才是復(fù)合型、應(yīng)用型、創(chuàng)造型三者的整合統(tǒng)一，必須具備較強(qiáng)的適應(yīng)性和較好的創(chuàng)新性，不僅熟悉和掌握一門(mén)專(zhuān)業(yè)、技術(shù)，而且熟悉和掌握相關(guān)學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)、生活中，具有不斷創(chuàng)造的能力。

明確了教學(xué)的目標(biāo)和現(xiàn)代的教學(xué)模式，在教學(xué)中我們不完全介紹書(shū)本上的純理論，不強(qiáng)調(diào)死記硬背，而是給學(xué)生自我發(fā)揮的空間。因此在介紹運(yùn)算方法和實(shí)現(xiàn)后，對(duì)運(yùn)算器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了練習(xí)；在介紹主存儲(chǔ)器的組成原理后，對(duì)實(shí)際存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)技術(shù)，比如模塊化存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)和交叉存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)都進(jìn)行了訓(xùn)練；在介紹指令系統(tǒng)時(shí)，在將操作碼的設(shè)計(jì)和尋址方式的設(shè)計(jì)介紹完后，對(duì)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了訓(xùn)練；在介紹控制器的設(shè)計(jì)技術(shù)后，對(duì)控制器的完整設(shè)計(jì)進(jìn)行了訓(xùn)練。這樣的理論與實(shí)際相結(jié)合的方法即能把所學(xué)的理論融會(huì)貫通又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生感到自己所學(xué)的東西不是空洞的，而是學(xué)有所用的。

2教學(xué)手段的改革

教學(xué)手段已經(jīng)成為制約教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效益和教學(xué)模式的重要方面，因此在計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)改革中，教學(xué)手段的改革也是刻不容緩的。傳統(tǒng)的教學(xué)手段是“粉筆+ 黑板”，不僅書(shū)寫(xiě)黑板要花很多課題時(shí)間，而且老師面對(duì)的是很多粉筆灰和不停的寫(xiě)了擦、擦了寫(xiě)，學(xué)生看到的是死板的黑底白字。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的教師已經(jīng)充分運(yùn)用多媒體、遠(yuǎn)距離通訊等現(xiàn)代技術(shù)，改變傳統(tǒng)教學(xué)的局限與不足。課件教學(xué)已經(jīng)成為最主要的教學(xué)手段，但又出現(xiàn)了另外的極端，很多老師過(guò)分的依賴(lài)幻燈片，做在機(jī)器旁邊念課件，而學(xué)生把課件拷貝回去后有的干脆就不來(lái)聽(tīng)課，因此出勤率大大下降。為此，我們采用了“課件+黑板”的教學(xué)手段，大部分內(nèi)容在課件上出現(xiàn)，但細(xì)節(jié)部分在黑板上給予適當(dāng)補(bǔ)充，而且一些臨時(shí)需要增加的內(nèi)容必須借助于黑板來(lái)發(fā)揮。采用黑板還可以讓學(xué)生有思考的余地，在黑板上我們可以讓學(xué)生指揮粉筆，由他們來(lái)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(rèn)為不能完全摒棄黑板，兩者的結(jié)合可以發(fā)揮到最好的教學(xué)效果。

3教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是教育思想、教育觀念在教學(xué)過(guò)程中的體現(xiàn)，是一種經(jīng)驗(yàn)的積累，針對(duì)不同層次的學(xué)生和不同的能力需要實(shí)施不同的教學(xué)方法。在“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)中我們嘗試了下列的幾種不同的教學(xué)方法:

(1) 問(wèn)題式教學(xué)

在教學(xué)過(guò)程中我們經(jīng)常會(huì)提出與講解相關(guān)的問(wèn)題，把學(xué)習(xí)引入到復(fù)雜的、有意義的問(wèn)題情境中，學(xué)生通過(guò)互相合作來(lái)解決這些問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)隱含在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問(wèn)題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。在設(shè)計(jì)中我們會(huì)給出一些故障問(wèn)題，讓學(xué)生找出其中的錯(cuò)誤，從而開(kāi)啟學(xué)生的思維。比如某微機(jī)的尋址范圍為64KB，由8片8KB的芯片組成，如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)無(wú)論往哪個(gè)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(chǔ)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(xiàn)A13與CPU斷開(kāi)，并搭接到了高電平，分析其后果將如何。

(2) 任務(wù)式教學(xué)

任務(wù)式教學(xué)從實(shí)際問(wèn)題入手，采取提出任務(wù)、分析任務(wù)、設(shè)計(jì)任務(wù)、解決任務(wù)、歸納規(guī)律的方法，讓學(xué)生在解決任務(wù)的過(guò)程中掌握知識(shí)。如在學(xué)習(xí)完控制器設(shè)計(jì)技術(shù)后，我們給學(xué)生提出任務(wù)，設(shè)計(jì)一個(gè)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(duì)尋址等4種尋址方式。學(xué)生先進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)、指令操作流程設(shè)計(jì)、微指令格式設(shè)計(jì)、微地址的設(shè)計(jì)和微程序控制器的設(shè)計(jì)，從解決任務(wù)中學(xué)生歸納出控制器設(shè)計(jì)的方法和步驟，即指令流程的設(shè)計(jì)從取指令開(kāi)始、然后根據(jù)尋址方式取數(shù)、最后進(jìn)行運(yùn)算并存結(jié)果，設(shè)計(jì)過(guò)程與CPU結(jié)構(gòu)圖中的數(shù)據(jù)流通路有關(guān)，不能死記硬背，CPU結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖密切相關(guān)，與數(shù)據(jù)通路相對(duì)應(yīng)；微地址安排時(shí)一般采用下址和計(jì)數(shù)結(jié)合的方法。

(3) 討論式教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)一般是滿(mǎn)堂灌，學(xué)生完全處于被動(dòng)的聽(tīng)狀態(tài)，有時(shí)聽(tīng)得直打瞌睡，為了避免這種狀況，我們必須讓學(xué)生的腦子有事可做，要讓他們思考，因此必要的時(shí)候我們會(huì)采取討論方式，讓學(xué)生發(fā)言或提問(wèn)，大家都可以提出自己的想法。比如“某主存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)一次存儲(chǔ)器時(shí)傳送地址一個(gè)時(shí)鐘周期、讀/寫(xiě)4個(gè)時(shí)鐘周期、數(shù)據(jù)傳送1個(gè)時(shí)鐘周期，如果采用4字寬主存、一次只能讀/寫(xiě)4個(gè)字、但CPU與主存的數(shù)據(jù)傳送寬度為1個(gè)字的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，則讀取16個(gè)數(shù)據(jù)，需要多少時(shí)鐘周期；如果采用4體交叉存儲(chǔ)器、每個(gè)存儲(chǔ)體為單字寬的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，則讀取16個(gè)數(shù)據(jù)，又需要多少時(shí)鐘周期?！保瑫?shū)上對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題的解答與學(xué)生們的想法有出入，因此我們交給學(xué)生去討論，大家對(duì)后續(xù)指令如何重疊展開(kāi)了討論，各抒己見(jiàn)。通過(guò)討論式教學(xué)，學(xué)生可互相激勵(lì)、探討問(wèn)題，增加了學(xué)生的參與度，使其全身心地投入到學(xué)習(xí)中去，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開(kāi)發(fā)了其自身的潛能，提高了教學(xué)效率。

(4) 實(shí)踐式教學(xué)

眼過(guò)千遍，不如手動(dòng)一遍 ，學(xué)生在學(xué)完了相關(guān)知識(shí)后，通過(guò)自己動(dòng)手操作和深入實(shí)踐，能鞏固所學(xué)的知識(shí)。如在學(xué)習(xí)完運(yùn)算器后，安排運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解運(yùn)算器的組成、掌握運(yùn)算器串并行進(jìn)位方式組裝方法、掌握使用運(yùn)算器進(jìn)行各種運(yùn)算的方法；學(xué)完存儲(chǔ)器后，安排了存儲(chǔ)器的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解存儲(chǔ)器的組成、掌握字向擴(kuò)展和位向擴(kuò)展的電路組裝方法和存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)方法；在學(xué)完系統(tǒng)總線(xiàn)后安排了總線(xiàn)傳輸實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器模塊和運(yùn)算器模塊這兩個(gè)模塊之間傳遞方法；在學(xué)完控制器設(shè)計(jì)后安排了微程序控制器的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)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(diào)試方法。各種實(shí)驗(yàn)有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性，有的學(xué)生在實(shí)踐中顯示出其獨(dú)特的創(chuàng)造性，對(duì)學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)起到了很好的促進(jìn)作用。

4考核方式的改革

考試對(duì)學(xué)生起著重要的引導(dǎo)作用，考試不僅是評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)和能力，而且還應(yīng)推動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)向最佳方向發(fā)展，同時(shí)也是對(duì)教學(xué)效果的信息反饋，可以促進(jìn)教學(xué)工作的改善。新的教學(xué)觀念考核不是檢測(cè)記住了多少知識(shí)，而是檢測(cè)獲取知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的能力。由于計(jì)算機(jī)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(nèi)容需要死記硬背，學(xué)生感覺(jué)和考政治差不多，很是頭痛。針對(duì)我們改革的教學(xué)模式和方法，既然我們的教學(xué)并不強(qiáng)調(diào)死記硬背，而是培養(yǎng)復(fù)合型、應(yīng)用型和創(chuàng)造型三者統(tǒng)一的人才，我們的考題以考學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力為主導(dǎo)，考試的內(nèi)容盡量少考或不考抽象的概念，而是傾向于分析和設(shè)計(jì)，一般在對(duì)知識(shí)的理解基礎(chǔ)上就能完成，而死記硬背的東西在考試時(shí)不能完全照搬，解題的靈活性能充分發(fā)揮學(xué)生的能力，使優(yōu)秀的學(xué)生脫穎而出。

成績(jī)的評(píng)定采用綜合成績(jī)，而不是一張?jiān)嚲矶ㄇ?，我們根?jù)期末考試成績(jī)、平時(shí)測(cè)驗(yàn)成績(jī)、作業(yè)成績(jī)和出勤等多項(xiàng)因素，綜合評(píng)定學(xué)習(xí)成績(jī)。通過(guò)考核激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，全面考核學(xué)生的能力和素質(zhì)。一般考試成績(jī)占70%，而平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的30%，這樣學(xué)生就會(huì)重視上課的出勤和平時(shí)的練習(xí)。

5結(jié)語(yǔ)

本文所提出的信息化時(shí)代“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)改革模式、方法和手段都是我們實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在教學(xué)中取得了較好的效果，在此旨在與各位同仁和專(zhuān)家進(jìn)一步探討和研究。本人從事“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)長(zhǎng)達(dá)二十多年，深感教學(xué)的模式、方法和手段不能一層不變，必須跟上時(shí)代發(fā)展的步伐，與社會(huì)對(duì)人才的要求相適應(yīng)，這樣才能培養(yǎng)出時(shí)代所需要的人才，當(dāng)然僅這一門(mén)課程的改革是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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