《計算機(jī)組成原理》實驗教學(xué)改革的研究與實踐

王冬

（塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院，阿拉爾 843300）

《計算機(jī)組成原理》實驗教學(xué)改革的研究與實踐

王冬

（塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院，阿拉爾 843300）

針對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的硬件核心課程——《計算機(jī)組成原理》的實驗教學(xué)設(shè)置情況，從當(dāng)前實驗教學(xué)過程中所遇到的問題出發(fā)，歸納在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)存在的一些不足方面，從如何提高《計算機(jī)組成原理》實驗課的教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生的理論與實踐結(jié)合能力、創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)的方法和途徑等方面進(jìn)行研究與探索。探討利用EDA技術(shù)在《計算機(jī)組成原理》實驗課程教學(xué)中的應(yīng)用。

計算機(jī)組成原理；教學(xué)模式改革；教學(xué)實施

0 引言

《計算機(jī)組成原理》是計算機(jī)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，也是一門理論與實踐結(jié)合很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)計算機(jī)硬件系統(tǒng)的關(guān)鍵課程。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往以理論學(xué)習(xí)為主，實驗教學(xué)只是為驗證理論課的某些內(nèi)容而設(shè)立，因此無論是實踐教學(xué)的學(xué)時，還是教師和學(xué)生的重視程度，都無法與理論教學(xué)相比。隨著教學(xué)對實踐動手能力的要求越來越高，要求實驗課的指導(dǎo)教師主動通過實驗課教學(xué)模式改革，提高學(xué)生理論與實踐結(jié)合的能力[1]。因此，我們需要分析《計算機(jī)組成原理》實踐課目前所存在的問題，并且針對這些問題，提出較好的解決方法，讓《計算機(jī)組成原理》實踐課更好地發(fā)揮作用，以提高學(xué)生理論與實踐結(jié)合的能力。

1 存在問題

以往的《計算機(jī)組成原理》實驗課的教學(xué)雖然開展順利，但是還是有幾點不足的地方。

（1）教材和實驗設(shè)施落后。處理器技術(shù)、存儲技術(shù)的發(fā)展很難及時反映到教材和實驗設(shè)備上，實踐教學(xué)內(nèi)容與計算機(jī)相關(guān)行業(yè)的需求有一定差距的問題。實驗設(shè)備大多由實驗箱構(gòu)成，不能很好地體現(xiàn)硬件的設(shè)計性，導(dǎo)致學(xué)生硬件設(shè)計能力不足。

（2）理論教學(xué)和實踐教學(xué)通常較為獨立，缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性。課程之間重復(fù)內(nèi)容較多，很少考慮相互關(guān)聯(lián)的問題。學(xué)生常常由于孤立知識點的學(xué)習(xí)而難以達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果，實驗只是對特定部分知識或技能的理解和應(yīng)用，很難形成綜合性的系統(tǒng)開發(fā)和創(chuàng)新能力。

（3）大多數(shù)學(xué)生沒有認(rèn)清到實踐教學(xué)在整個課程教學(xué)過程中的重要作用，存在“輕實驗”的思想[2]。在實際的實驗課中，大多數(shù)學(xué)生往往不是很清楚該實驗所要達(dá)到的目的，對實驗原理、實驗內(nèi)容認(rèn)識模糊，只是機(jī)械地按實驗指導(dǎo)書的步驟完成電路連接、填寫實驗報告，往往把所有實驗同等對待，實驗過程不求甚解，使得真正的實驗?zāi)康牟⑽催_(dá)到。

2 改革思路與實踐

2.1 建立新的實驗教學(xué)體系

根據(jù)該課程實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊化特點，在實驗進(jìn)度安排上采用循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)方式，將實驗進(jìn)度分為基礎(chǔ)驗證型實驗、設(shè)計應(yīng)用型實驗和綜合設(shè)計型實驗三個層次（如表1所示），形成從部分到整體、使學(xué)生從接受知識型到綜合能力型逐級提高的實驗體系，形成新的《計算機(jī)組成原理》實驗教學(xué)體系[3]。

表1 三層實驗教學(xué)體系

首先是基礎(chǔ)驗證型實驗，該類實驗主要涉及課程的相關(guān)基礎(chǔ)知識點，實驗?zāi)康氖鞘箤W(xué)生驗證、理解、鞏固，培養(yǎng)學(xué)生對設(shè)備、開發(fā)工具的操作能力，加深對基本教學(xué)內(nèi)容的理解。

其次是設(shè)計應(yīng)用型實驗。該類實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和獨立工作的能力。實驗以“任務(wù)”或“課題”形式提出實驗要求和具體的實驗成果，要求學(xué)生能夠明確任務(wù)，通過查閱有關(guān)資料，掌握實驗所涉及的知識，并能綜合利用這些知識來設(shè)計、開發(fā)并最終完成實驗項目。

最后是綜合創(chuàng)新型實驗。該類實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用計算機(jī)知識與技術(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生帶著問題自主學(xué)習(xí)的能力。在實驗過程中畫出必要的實驗原理圖，尋求各種解決問題的方法。從原理、方法和使用工具等多方面提出完成實驗任務(wù)的依據(jù)及實驗步驟，并對結(jié)果進(jìn)行評價、分析和總結(jié)。

2.2 EDA、MCAI技術(shù)與實驗教學(xué)相結(jié)合

隨著VHDL語言硬件類語言工具性能的提高，以及EDA技術(shù)、多媒體技術(shù)的發(fā)展，在《計算機(jī)組成原理》實驗教學(xué)中結(jié)合虛擬現(xiàn)實和多媒體，利用EDA實現(xiàn)《計算機(jī)組成原理》虛擬實驗平臺，通過軟件技術(shù)模擬出真實的實驗儀器和實驗場景，可有效解決傳統(tǒng)實驗受到實驗設(shè)備易損壞，實驗的空間、時間等因素的限制。利用MCAI技術(shù)，能夠創(chuàng)設(shè)形象、生動和直觀的實驗教學(xué)情景，有利于溝通知識之間、圖形之間的聯(lián)系，增強(qiáng)趣味性，吸引學(xué)生的注意力，并及時反饋學(xué)習(xí)信息，真正做到實驗教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)之間信息的交流[4]。例如，在移位運算實驗中，利用虛擬實驗平臺可以模擬傳統(tǒng)實驗箱上通過撥動按鍵開關(guān)完成的數(shù)據(jù)輸入、狀態(tài)設(shè)置的操作，并直接通過軟件界面直接查看運行結(jié)果，而不是再在實驗箱的LED燈查看結(jié)果，如圖1所示。

圖1 虛擬實驗平臺實例

3 教學(xué)實施

為保證實驗教學(xué)的實際效果，在實驗過程中，采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式、探討式的互動教學(xué)，強(qiáng)調(diào)實驗環(huán)節(jié)和過程，注重基礎(chǔ)知識和動手能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)綜合能力和創(chuàng)新設(shè)計能力的訓(xùn)練，使學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識和實驗內(nèi)容能夠較好地聯(lián)系起來，并加深理解[5]。同時實驗成績的評定方法包括實驗操作能力及原始記錄（50%）、預(yù)習(xí)及回答提問（20%）、實驗報告（20%）、實驗考勤（10%）作為最后實驗成績的考核依據(jù)。

在《計算機(jī)組成原理》實驗教學(xué)中，必須加強(qiáng)教師的實驗指導(dǎo)，規(guī)范實驗教學(xué)，學(xué)生可根據(jù)本專業(yè)特點選擇實驗設(shè)計內(nèi)容，增加實驗的靈活性、自由性，突出學(xué)生計算機(jī)硬件設(shè)計能力的培養(yǎng)。通過工程實訓(xùn)或者畢業(yè)設(shè)計等相關(guān)活動，從而使學(xué)生進(jìn)一步掌握計算機(jī)硬件設(shè)計的方法和思想，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力；在學(xué)校學(xué)院的支持下組成團(tuán)隊引導(dǎo)學(xué)生參加計算機(jī)軟件大賽、電子設(shè)計大賽、嵌入式設(shè)計大賽等創(chuàng)新活動中，提高在校學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神和創(chuàng)新設(shè)計能力。

4 結(jié)語

我們通過對《計算機(jī)組成原理》實驗教學(xué)的改革與實踐，使得學(xué)生進(jìn)一步理解了計算機(jī)整機(jī)的概念，并增強(qiáng)了學(xué)生的實際動手能力，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過改進(jìn)實驗的教學(xué)實施以及和虛擬技術(shù)的“軟”/“硬”結(jié)合，保證了實驗教學(xué)改革的實際效果。

[1] 劉全利，黃賢英，楊宏雨.計算機(jī)組成原理課程群建設(shè)的探討[J].科技信息，2008（4）：9,47

[2] 鄭均輝趙凱.《計算機(jī)組成原理》課程實驗教學(xué)模式研究[J].黑龍江科技信息，2011（33）：250

[3] 李彩虹，等．《計算機(jī)組成原理》實驗課教學(xué)模式探討與實踐[J]．高等理科教育，2006（2）：74～75

[4] 王冬.計算機(jī)輔助教學(xué)在《計算機(jī)組成原理》課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].科教導(dǎo)刊2014（9）：119～121

[5] 李宜芳,王元元.基礎(chǔ)化學(xué)實驗獨立設(shè)課考核體系的改革與實踐[J].廣州化工，2010，38（7）：278～279

Research and Practice of Teaching Reformation of Principle of Computer Composition Experiment

WANG Dong
（College of Information Engineering,Tarim University,Alar 843300）

Aiming at the setting up of the computer science and technology professional hardware core curriculum，Principles of Computer Composition experimental teaching,starts from the experimental teaching process encountered problems in current,inductive in some disadvantages of traditional experiment teaching,from how to improve the study and exploration of Principle of Computer Composition experiment teaching quality,theory and practice of improving the students with methods and ways of ability,innovation ability and comprehensive quality etc..Discusses the application of Principle of Computer Composition experiment teaching of computer by using EDA technology.

Principlesof Computer Composition;Reformation of Teaching Mode;Teaching Practice

1007-1423（2015）06-0050-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.06.012

王冬（1980-），男，四川南充人，研究生，講師，研究方向為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

2015-01-04

2015-02-01

塔里木大學(xué)高等教育教學(xué)研究課題（No.TDGJ1308）