新時代高等院校計算機組成原理課程教學(xué)探索

池凌鴻

[摘? ? ? ? ? ?要]? 計算機組成原理是計算機專業(yè)傳統(tǒng)的硬件課程。分析新時代下對計算機組成原理課程提出的新要求，包括社會需求、技術(shù)需求以及教學(xué)方式需求，探索新時代下計算機組成原理課程的教學(xué)新方法，具有一定的實際價值。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 計算機組成原理;課程思政;教學(xué)探索

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）22-0060-02

一、引言

計算機組成原理是計算機專業(yè)傳統(tǒng)的硬件課程，在計算機專業(yè)課程體系中具有承上啟下的作用，是核心專業(yè)基礎(chǔ)課之一。通過描述計算機系統(tǒng)以及各個子系統(tǒng)的組成、聯(lián)系以及工作方式，不僅使學(xué)生了解和掌握計算機整機系統(tǒng)技術(shù)，而且也是學(xué)生下一階段學(xué)習(xí)微機原理、操作系統(tǒng)、編譯原理等課程的基礎(chǔ)[1-2]。

但是目前計算機專業(yè)學(xué)生往往較注重軟件編程能力的培養(yǎng)，對電子電路知識的學(xué)習(xí)相對較為薄弱。教授抽象與高度理論化并存的本課程時，照本宣科式以習(xí)題講解為重點的教學(xué)方式效果往往差強人意。學(xué)生不僅上課難以集中注意力，甚至可能因為內(nèi)容晦澀抽象對課程產(chǎn)生一定的畏懼心理，這是比成績不理想更嚴重的后果。因此，探討計算機組成原理的教學(xué)，尤其是在新時代背景下，有相當高的實際價值和意義。

二、新時代下對計算機組成原理課程的要求

（一）中國特色社會主義新時代對課程的要求

2017年10月18日，在中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會上，習(xí)近平總書記鄭重宣示：“經(jīng)過長期努力，中國特色社會主義進入了新時代，這是我國發(fā)展新的歷史方位。[3]”2018年4月12日，教育部在關(guān)于印發(fā)《新時代高校思想政治理論課教學(xué)工作基本要求》的通知中強調(diào)：“為繼續(xù)打好提高思想政治理論課質(zhì)量和水平的攻堅戰(zhàn)，……全面推動習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想進教材進課堂進學(xué)生頭腦。[4]”

切實推進習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想融入計算機組成原理課程思政全過程，關(guān)鍵是要做到將課程思政目標與課程內(nèi)容有機結(jié)合，具體地說，通過對計算機系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的組成、聯(lián)系以及工作原理的介紹，引導(dǎo)學(xué)生思考和認識其中的系統(tǒng)論、設(shè)計方法學(xué)、發(fā)展規(guī)律以及重中之重的價值評判等問題，培養(yǎng)學(xué)生運用唯物主義辯證法分析和解決計算機組成相關(guān)問題的能力;通過計算機行業(yè)相關(guān)實時熱點新聞的解讀與討論，幫助學(xué)生樹立符合社會主義核心價值觀的關(guān)于計算機組成課程專業(yè)知識的世界觀、價值觀和人生觀[5]。

（二）新時代計算機體系的巨大發(fā)展對課程的要求

進入21世紀，工藝技術(shù)的進步和計算機應(yīng)用的變化推動了計算機體系結(jié)構(gòu)的迅猛發(fā)展，使計算機組成原理的研究內(nèi)容和研究方法發(fā)生了很大變化。因特網(wǎng)和多媒體應(yīng)用賦予計算機系統(tǒng)新的含義，大大拓廣了計算機組成的研究內(nèi)容。

這種變化與擴充主要表現(xiàn)在兩個方面。首先是計算機體系結(jié)構(gòu)方向的轉(zhuǎn)變，研究重點從對獨立芯片或者獨立計算機的研究，漸漸轉(zhuǎn)變到由傳感器、移動終端、數(shù)據(jù)中心等組成的分布式計算機系統(tǒng)的研究上來，這種轉(zhuǎn)變要求更強調(diào)系統(tǒng)、驅(qū)動型應(yīng)用以及超越性能的以人為本的設(shè)計目標等特點，以適應(yīng)新時代智能感知、云計算等方面的需求。其次，隨著新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，計算機系統(tǒng)出現(xiàn)了很多新理念、新設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計的目標、內(nèi)容與方法都有所改變，使新時代下計算機系統(tǒng)與教科書上傳授的傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)的差異性越來越大。因此，在計算機技術(shù)日新月異的新時代，作為信息技術(shù)基礎(chǔ)的計算機組成原理課程應(yīng)較之前更緊跟時代步伐，才能將具備時效性的專業(yè)知識傳授給未來社會建設(shè)主力的大學(xué)生群體，滿足其日后工作發(fā)展的需要。

（三）新時代國內(nèi)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展對課程的要求

隨著我國綜合國力的不斷增強，在世界計算機領(lǐng)域中的角色也逐漸從使用者、跟隨者向設(shè)計者、競爭者甚至領(lǐng)導(dǎo)者（某些細分領(lǐng)域）轉(zhuǎn)變，這就決定了新時代計算機組成原理課程的教學(xué)目標，相較之前若干年的教學(xué)目標應(yīng)有所提高，才能跟上當前國內(nèi)飛速發(fā)展的計算機領(lǐng)域的步伐，才能滿足不斷擴張的計算機業(yè)界的需求。

（四）新時代教學(xué)方式對課程的要求

作為計算機專業(yè)的考研課程，傳統(tǒng)的計算機組成原理課程往往以習(xí)題講解為主，借助對抽象問題的逐步講解，力求使學(xué)生循序漸進地在邏輯上理解和掌握相關(guān)的知識。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展與普及，以線上線下混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂為代表的教學(xué)方式逐漸被學(xué)生和教師接受并在全世界傳播開來。尤其是計算機相關(guān)專業(yè)，新知識、新技術(shù)、新應(yīng)用層出不窮，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和團隊協(xié)作精神尤為重要[6]。

具體表現(xiàn)在教師與教科書不再是也不應(yīng)是學(xué)生獲取相關(guān)知識的唯一途徑，借助互聯(lián)網(wǎng)等新時代信息技術(shù)與資源，學(xué)生可以獲得海量的最新的課程與業(yè)界內(nèi)容;自主編輯的多媒體技術(shù)已經(jīng)普遍進入課堂，抽象的、深奧的知識往往可以通過教師的個人勞動，轉(zhuǎn)換成形象生動的講解動畫;以學(xué)生為主導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂也逐漸取代單向的傳授方式成為主要的授課方式，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力成為高校教學(xué)的主流。因此，探索適應(yīng)新時代教學(xué)方式下計算機組成原理課程的教學(xué)具有重大的實際意義。

三、新時代高等院校計算機組成原理教學(xué)探索

（一）立足新時代，培養(yǎng)新型人才

習(xí)近平總書記在2018年全國教育大會上指出要“著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才”。因此，探索新時代下計算機組成原理的教學(xué)方式與方法，使之成為培養(yǎng)具備創(chuàng)新、復(fù)合、應(yīng)用屬性的新型人才的有力保障，為有中國特色的社會主義建設(shè)服務(wù)，有非常重要的意義[7]。

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，需要尊重學(xué)生的興趣、愛好和特長，支持學(xué)生個人發(fā)展意向，并積極提供相應(yīng)的教育內(nèi)容，強調(diào)知行合一，使學(xué)生在學(xué)思結(jié)合、“手腦并用”的過程中創(chuàng)造性地解決實際問題，有效錘煉創(chuàng)新素質(zhì)、心理素質(zhì)、管理素質(zhì)、社會素質(zhì)等，最大限度喚醒人的內(nèi)在潛能。具體到本課程，應(yīng)在教學(xué)過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，設(shè)計開放性問題，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地分析和解決計算機組成原理中遇到的問題，進而到設(shè)計新型計算機結(jié)構(gòu)的過渡，逐步培養(yǎng)學(xué)生在計算機組成領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。

復(fù)合型人才的培養(yǎng)，關(guān)鍵是不要把計算機組成原理孤立成一門課程，而是要與其他課程聯(lián)系起來。縱向上，應(yīng)與數(shù)字邏輯和微機原理為代表的硬件課程相關(guān)聯(lián)，在邏輯上梳理清楚計算機專業(yè)整個硬件課程體系的相互關(guān)系;橫向上，與高級語言編程和操作系統(tǒng)為代表的軟件課程互相滲透，如在講存儲器時兼顧操作系統(tǒng)課程中內(nèi)存管理的內(nèi)容，使學(xué)生能融會貫通、舉一反三，從更高的角度審視課程間的邏輯聯(lián)系，從而全方面綜合提高自己的知識水平。

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，著重于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。不僅講授課本上的理論知識，更重要的是使學(xué)生了解這些知識的應(yīng)用點以及掌握應(yīng)用方法。因此需要對計算機組成原理課程的實驗進行改革和創(chuàng)新，使之從驗證性、演示型的實驗，向創(chuàng)新型、應(yīng)用型的實驗進化。舊的實驗系統(tǒng)只是讓學(xué)生通過連線，簡單地將各個模塊組合成演示機;新的實驗系統(tǒng)應(yīng)具備讓學(xué)生開放設(shè)計的能力，并與相關(guān)企業(yè)合作，讓學(xué)生接觸到前沿知識的同時，領(lǐng)會將所學(xué)的計算機組成知識應(yīng)用到實際的過程與方法。

當然，在新時代下，計算機組成原理課程的具體教學(xué)過程更應(yīng)該以社會主義核心價值觀為靈魂和主線，以專業(yè)技能知識為載體，深入挖掘課程蘊含的思想政治教育資源，將思想政治教育融入本課程教學(xué)過程。例如，講授超級計算機相關(guān)課程時，通過介紹國內(nèi)神威系列機器，激發(fā)學(xué)生對我國計算機技術(shù)發(fā)展的信心;又如在小組討論熱點話題時，引入中興華為事件與芯片自主可控話題，引導(dǎo)學(xué)生進行矛盾分析，進而對價值觀與人生觀進行討論，等等。通過一系列的思政教學(xué)，端正學(xué)生的思想，堅定學(xué)生的信念，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)方向，激發(fā)愛國主義熱情，為實現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)的底層基礎(chǔ)設(shè)施“中國造”而努力奮斗。

（二）改進與創(chuàng)新教學(xué)方法

傳統(tǒng)的計算機組成原理課程教學(xué)基本以“課堂講授理論+實驗”的模式進行。在不斷有新技術(shù)、新思路引入教學(xué)過程的新時代下，可對課程進行改進與創(chuàng)新[8]。

首先，充分利用多媒體技術(shù)，將抽象不易理解的內(nèi)容，制作成生動形象的動畫或視頻進行演示，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容。如在講解隨機存儲器相關(guān)內(nèi)容時，為了清晰地演示存儲器讀寫（充放電）的過程，可以將課本中靜態(tài)的演示圖制作成動畫，通過動畫的方式將數(shù)據(jù)在隨機存儲器的存儲與讀取的過程直觀地展示出來，使學(xué)生更好地理解整個工作流程。應(yīng)該注意到，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)于計算機結(jié)構(gòu)也有很多優(yōu)秀的科普或教學(xué)視頻，在授課過程中也可以有選擇地讓學(xué)生觀看與學(xué)習(xí)相關(guān)的視頻，或者留待課后學(xué)習(xí)。

其次，采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)方法。線下是傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，學(xué)生每次學(xué)習(xí)時間有限，不利于知識的深入與梳理。因此通過在線上建立完善便捷的計算機原理課程資源，幫助學(xué)生擴展學(xué)習(xí)的時間與空間，達到更好的學(xué)習(xí)效果。具體實施上，除了將授課課件以及各種教學(xué)視頻作為共享資源發(fā)布在線上平臺，還應(yīng)用了相關(guān)的教學(xué)平臺作為在線交流答疑、在線作業(yè)與自測平臺，使學(xué)生離開了教室與教師，也能跟進教學(xué)進度，掌握學(xué)習(xí)資源。

最后，將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用到實踐中。翻轉(zhuǎn)課堂的具體實施包括以下幾個步驟：（1）教師按照教學(xué)計劃，將當前所授的內(nèi)容發(fā)布于在線教學(xué)平臺。（2）要求學(xué)生提前進行在線學(xué)習(xí)的打卡并反饋自己的學(xué)習(xí)進度和提出與內(nèi)容相關(guān)的問題。（3）在課堂上，根據(jù)學(xué)生的反饋和打卡情況展開討論和交流，鼓勵學(xué)生上臺按照自己的理解講授本章知識，教師予以點評及打分。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式結(jié)合最新的網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)，能夠呈現(xiàn)多種教學(xué)方式，體現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，使枯燥乏味的計算機組成原理課程學(xué)習(xí)充滿樂趣。

（三）堅持提升教師自身業(yè)務(wù)水平

新時代的人才培養(yǎng)，對教師自身的業(yè)務(wù)水平提出了更高的要求。首先，教師應(yīng)精通計算機組成原理課程的相關(guān)知識，才能將其準確無誤地傳授給學(xué)生，并解答學(xué)生的疑問;其次，為了培養(yǎng)復(fù)合型人才，教師應(yīng)掌握與計算機組成相關(guān)的其他課程知識，從電子電路等硬件課程，到匯編語言、高級語言、操作系統(tǒng)等軟件課程，這樣才能在教學(xué)過程中觸類旁通，引導(dǎo)學(xué)生從更高的維度來思考計算機結(jié)構(gòu)等問題;再次，教師應(yīng)有實際的項目經(jīng)歷或工作經(jīng)歷，才能從工程的角度出發(fā)來討論與教授知識，滿足新時代對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求;最后，教師還應(yīng)與時俱進，不斷充實自己的相關(guān)知識庫與工具庫，跟上計算機科學(xué)發(fā)展的步伐，才能源源不斷地將最新的相關(guān)知識帶給學(xué)生。

四、結(jié)語

隨著社會主義建設(shè)進入新時代，隨著新一輪科技革命的發(fā)展，新一代人工智能的熱潮已經(jīng)來臨，計算機專業(yè)人才的市場需求越來越大，對計算機專業(yè)教育的要求也隨之提高。計算機組成原理作為計算機專業(yè)的重要課程，應(yīng)不斷與時俱進，探索符合時代的教學(xué)方法與手段，培養(yǎng)滿足社會主義新時代需要的合格建設(shè)者。

參考文獻：

[1]何世添，譚德立.課內(nèi)外協(xié)同的《計算機組成原理》課程教學(xué)模式探索與實踐[J].計算機工程與科學(xué)，2019，41（S1）：144-148.

[2]郭玉峰，虎曉紅，孫昌霞.計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探討[J].河南教育（高教），2019（9）：90-92.

[3]習(xí)近平.決勝全面建成小康社會 奪取新時代中國特色社會主義偉大勝利[N].人民日報，2017-10-18.

[4]教育部.新時代高校思想政治理論課教學(xué)工作基本要求》[EB/OL].[2018-04-12].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A13/moe_772/201804/t20180424_334099.html.

[5]吳強，彭蔓蔓.計算機組成課程思政教學(xué)實踐與探討[J].計算機教育，2019（11）：11-15.

[6]吳旭.計算機組成原理課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究[J].福建電腦，2020，36（1）：100-101.

[7]趙富偉.應(yīng)用型高校構(gòu)建“三位一體”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)平臺的理論與實踐[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報，2020，32（1）：82-86.

[8]蘭勇，張朝陽，王偉，等.計算機組成原理教學(xué)改革探索與實踐[J].計算機教育，2019（1）：13-15，20.

編輯 馮永霞