計算機輔助教學(xué)在計算機組成原理課程教學(xué)改革中的應(yīng)用

王冬

摘 要 針對計算機組成原理教學(xué)的方法進行了一定的探索，文章探討了該課程傳統(tǒng)教學(xué)在教學(xué)方法、教學(xué)過程存在的不足；結(jié)合“計算機組成原理” CAI（Computer Assisted（aided） Instruction--計算機輔助教學(xué)）課件的設(shè)計與開發(fā)，闡述了如何將CAI技術(shù)更好地融入到課程教學(xué)中的思路和方法，從而更好地加強計算機組成原理課程建設(shè)。

關(guān)鍵詞 計算機組成原理 計算機輔助教學(xué) 交互性 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A

The Computer Aided Teaching Application Composition

Teaching Reform in the Course of Computer Principle

WANG Dong

（Information Engineering College of Tarim University， Alar， Xinjiang 843300）

Abstract A method for teaching computer organization carried out some exploration， the article discusses the lack of teaching in the course of traditional teaching methods， teaching process exists； combined with "Computer Organization" CAI （Computer Assisted （aided） Instruction-- computer-aided teaching） courseware design and development， explains how the CAI technology to better integrate into the curriculum ideas and teaching methods in order to better strengthen computer architecture course construction.

Key words computer organization； computer aided instruction； interaction； teaching reform

計算機多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使得計算機在教育領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，通過這些技術(shù)發(fā)展而來的計算機輔助教學(xué)手段成為當(dāng)前的一個熱門研究課題，它也是現(xiàn)代教育管理和教學(xué)媒體的重要工具。

計算機組成原理是計算機專業(yè)的核心硬件基礎(chǔ)，在一系列軟件、硬件課程中起著承上啟下和支撐作用，是所有后續(xù)硬件專業(yè)課的基礎(chǔ)和支撐。本課程以計算機組成結(jié)構(gòu)為中心闡述基本概念和原理，具體介紹了計算機硬件系統(tǒng)中各大部件的組成原理、邏輯實現(xiàn)、設(shè)計方法及互連構(gòu)成整機的技術(shù)。但是，由于該課程理論性強、概念抽象、內(nèi)容多、難度大，有些內(nèi)容難以通過課堂講授和硬件實驗被學(xué)生理解掌握；現(xiàn)有的硬件仿真實驗箱也無法直觀、形象地描述計算機內(nèi)部組成的工作過程和原理。多數(shù)學(xué)生對該門課程學(xué)習(xí)畏難、學(xué)不入門、學(xué)習(xí)效率低、感性認(rèn)識差，給學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)帶來了諸多的困難。因此，迫切需要進行教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革探索。

針對這種現(xiàn)狀，本文歸納了傳統(tǒng)的計算機組成原理課程教學(xué)存在的一些不足方面，初步探討計算機組成原理教學(xué)較好的方法，著重研究了如何把計算機輔助教學(xué)手段引入到計算機組成原理教學(xué)中，尋找到一種既提高學(xué)生的興趣與自覺性，又提高學(xué)習(xí)效率，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，又符合現(xiàn)代教學(xué)原則的教學(xué)模式，使其能得到良好的教學(xué)效果。

1 計算機組成原理教學(xué)存在問題分析

計算機組成原理教學(xué)本身存在著知識點多、內(nèi)容雜、抽象、難以理解等特點，傳統(tǒng)課程教學(xué)是采用“三段式”的基本程序進行教學(xué)的，即：組織教學(xué)、講授新課、小結(jié)內(nèi)容。

這種教學(xué)方法存在的不足主要表現(xiàn)在：（1）學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性難以調(diào)動。傳統(tǒng)課程教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程都是程式化、固定不變的，它不會隨著學(xué)生思維火花的閃現(xiàn)而變動，在整個教學(xué)活動中，教師處于教學(xué)的中心地位，往往大都把某個問題的“為什么”、“是什么”、“怎么樣”太過具體化；學(xué)生只能按照教師講授的內(nèi)容被動地接受灌輸，其學(xué)習(xí)的積極性和主動性很難被調(diào)動起來。①（2）難以發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性。學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的欠缺，同時會引發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性的不足。因為在采用傳統(tǒng)課程教學(xué)方法的教學(xué)活動中，教師和學(xué)生在傳授以及接受知識的過程中，受書本知識內(nèi)容的影響較大，使得書本知識內(nèi)容一定程度上約束了教學(xué)過程的活力。學(xué)生缺乏主動發(fā)現(xiàn)、主動探究的學(xué)習(xí)環(huán)境。（3）扼殺了學(xué)生的個性。傳統(tǒng)計算機組成原理教學(xué)的過程本身就是“滿堂灌”的形式，教學(xué)中較少考慮到學(xué)生間接收知識、理解知識的差異，不利于學(xué)生對知識的理解和消化；同時，缺少教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的交流與相互作用，②扼殺了學(xué)生個性的發(fā)展。

2 CAI在計算機組成原理教學(xué)中的優(yōu)勢

CAI的主要特點是采用圖文聲像并茂的內(nèi)容形式，友好的交互性界面，超文本結(jié)構(gòu)組織信息，提供豐富的信息資源。它能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動學(xué)生積極參與，擴大學(xué)生知識面，提供多種教學(xué)路徑。③CAI作用于課程教學(xué)的基本原理如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，教師利用計算機完成課程多媒體內(nèi)容設(shè)計，學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況選擇某學(xué)習(xí)內(nèi)容，并利用多媒體的交互性來檢測學(xué)習(xí)效果；計算機將結(jié)果反饋給教師，教師可根據(jù)學(xué)生的實際情況調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，從而確保學(xué)生理解和掌握相關(guān)的知識內(nèi)容。

圖1 CAI基本原理圖

2.1 改進教學(xué)方法和體系

CAI的教學(xué)模式，能充分發(fā)揮其的交互處理能力，應(yīng)用計算機技術(shù)將教師的授課內(nèi)容通過動畫、圖像、圖形、視頻、聲音等形式展現(xiàn)出來，增強學(xué)生的感性認(rèn)識，將抽象與形象、理性與感性相結(jié)合，提升課堂教學(xué)效果。這對學(xué)生知識面的拓寬是非常有利的，并且在學(xué)習(xí)過程中提升了學(xué)生對于先進教學(xué)思想的感知。

2.2 實現(xiàn)人機交互，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的計算機組成原理教學(xué)是采用教師“組織教學(xué)、講授新課、小結(jié)內(nèi)容” 的教學(xué)形式，學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個被動灌輸?shù)倪^程。而采用CAI教學(xué)模式中，能利用計算機技術(shù)創(chuàng)設(shè)形象、生動和直觀的教學(xué)情景，有利于溝通知識之間、圖形之間的聯(lián)系，增強教學(xué)的趣味性，吸引學(xué)生的注意力。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求和能力，對某個知識進行一般了解、深入研究等篩選性學(xué)習(xí)，并及時反饋學(xué)習(xí)信息，真正做到教與學(xué)之間信息的交流，體現(xiàn)了教學(xué)過程中因材施教的原則，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。④

2.3 緊跟現(xiàn)代教育的需求

在推廣素質(zhì)教育的今天，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)越來越重，教學(xué)時數(shù)不斷減少與教學(xué)信息量的矛盾不斷增加，CAI在處理這個矛盾中發(fā)揮了巨大優(yōu)勢，使得我們更好地實施素質(zhì)教育。⑤

3 計算機組成原理CAI研制的實現(xiàn)

3.1 總體方案設(shè)計

總體方案應(yīng)該根據(jù)教學(xué)課程的學(xué)科特點、教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對象進行設(shè)計，同時要貫徹一定的教育思想和教學(xué)策略，遵循科學(xué)的開發(fā)方法，體現(xiàn)出CAI教學(xué)的時效性、靈活性、共享性和個性化等優(yōu)點。在設(shè)計過程中不僅要注意突出內(nèi)容難點與重點，采用多媒體技術(shù)將課件有關(guān)的文本、圖像、圖像、動畫、視頻等相關(guān)聯(lián)；而且也要考慮教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)性，CAI的內(nèi)容應(yīng)該符合不斷深入、循序漸進的教學(xué)原則。CAI總體設(shè)計流程如圖2所示。

3.2 腳本的編寫

腳本的設(shè)計要與課程的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容保持一致，符合教學(xué)的整體設(shè)計，能為整體教學(xué)服務(wù)。它不僅要呈現(xiàn)了CAI課件包含的具體內(nèi)容，也體現(xiàn)了CAI編制的設(shè)計思想和要求，只有這樣才能達(dá)到輔助的目的和效果。⑥腳本設(shè)計應(yīng)該應(yīng)給出各種教學(xué)信息和交互控制等內(nèi)容，同時對CAI課件制作中的各種指示、要求能做出相應(yīng)反應(yīng)；腳本能很好地把文本素材、圖片素材、聲音素材和動畫素材聯(lián)系起來，以達(dá)到交互式教學(xué)的目的。例如，在講解計算機中指令執(zhí)行過程中，可通過CAI制作出CPU內(nèi)部的ALU、IR、OP、Cache、R、內(nèi)部總線等模型圖，以動畫的形式反映指令執(zhí)行的詳細(xì)過程，數(shù)據(jù)如何在CPU內(nèi)部流動和存儲的，這樣可以確保學(xué)生有了直觀的感性認(rèn)識，也能更好地理解和掌握相關(guān)的知識內(nèi)容。腳本設(shè)計如圖3所示。

圖2 CAI設(shè)計流程

3.3 交互性設(shè)計

CAI具有雙向信息傳遞方式，在授課過程中不僅可以向?qū)W生演示信息，同時允許學(xué)生向程序傳遞一些控制信息，這就是我們說的具有交互性。它改變了學(xué)習(xí)者只能被動接受的局面，學(xué)生可以通過鍵盤、鼠標(biāo)等來控制程序的運行，體現(xiàn)了CAI實時、雙向的特點。

在計算機組成原理CAI多媒體課件設(shè)計中，運用多媒體技術(shù)使得各類交互圖標(biāo)和函數(shù)實現(xiàn)填空題、選擇題、判斷題、簡答題等等，并在ODBC數(shù)據(jù)庫的支持下，實現(xiàn)多媒體考試系統(tǒng)的設(shè)計。這樣增強了多媒體課件的交互性，同時提高了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)生可以在課程每章節(jié)學(xué)習(xí)完后，通過如上的填空、選擇等測試來檢驗自己的學(xué)習(xí)的效果。

3.4 CAI課件的制作

利用多媒體技術(shù)，結(jié)合教學(xué)的特點，在腳本編寫的基礎(chǔ)上，完成了計算機組成原理CAI課件的設(shè)計。該課件打破了傳統(tǒng)教室的時空限制，支持教師備課、講課、輔導(dǎo)答疑、批改作業(yè)；學(xué)生可隨時進行學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、提問、提交作業(yè)、練習(xí)、測試等。

圖3 腳本設(shè)計

4 計算機輔助教學(xué)和其他教學(xué)方法相結(jié)合

將CAI技術(shù)引入到計算機組成原理教學(xué)有許多優(yōu)越之處，但也有缺點和不足，先進的教學(xué)手段不應(yīng)完全取代傳統(tǒng)教學(xué)，只有揚長避短，保證傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)有機結(jié)合，才能真正發(fā)揮CAI教學(xué)的先進作用；在教學(xué)中應(yīng)該保證給學(xué)生充足的思維空間，注重培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力。同時，在教學(xué)中，應(yīng)注意計算機輔助教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)、類比教學(xué)等其他教學(xué)方法相結(jié)合的原則。

5 結(jié)語

針對計算機組成原理教學(xué)現(xiàn)狀，從傳統(tǒng)的教學(xué)方法和采用計算機輔助教學(xué)的應(yīng)用進行了分析和探討。計算機輔助教學(xué)的引入能更好地為學(xué)生創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，幫助學(xué)生解除抽象思維、邏輯思維、語言理解等方面的困難；變抽象為具體，變靜態(tài)為動態(tài)，化枯燥為生動，提高思維信息的活動量；能在有限的時間內(nèi)提供傳統(tǒng)教學(xué)手段根本無法達(dá)到的信息量，彌補了傳統(tǒng)教學(xué)方式在直觀感、立體感、動態(tài)感等方面的不足，全面拓展了學(xué)生的思維，真正提高了課堂教學(xué)效率。但在實際課程教學(xué)中，注意把傳統(tǒng)教學(xué)和計算機輔助教學(xué)相互結(jié)合，充分發(fā)揮兩種教學(xué)模式的優(yōu)勢。

基金項目：塔里木大學(xué)高等教育教學(xué)研究課題（TDG J1308）

注釋

①②劉志棟.高職高專課堂教學(xué)技術(shù)路線應(yīng)如何改變[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2009（1）：104-108.

③ 王穎純.MCAI課件的設(shè)計制作與思考[J].天津理工學(xué)院學(xué)報，2011.9：113-114.

④ 王港，吳鐵橋.計算機輔助教學(xué)（CAI）在體育教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].體育與科學(xué)第21卷（總第122期）：59-61.

⑤ 傅賓忠.CAI在《機械基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].金花職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008.4.8（2）：65-69.

⑥ 陳躍峰，劉猛，肖自美.基于多媒體數(shù)據(jù)庫的計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程與應(yīng)用，2001.18：31-33.