高珊 靳禹

摘要：計算機組成原理是培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)集成能力的核心課程，是學(xué)生建立計算機整機概念，掌握計算機核心組成部件邏輯結(jié)構(gòu)、工作原理以及實現(xiàn)方法的硬件基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生對計算機硬件系統(tǒng)的分析與設(shè)計能力，該文從課程目標(biāo)、教學(xué)思想、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實例等多方面進(jìn)行探討，并提出實用的教學(xué)案例與思路。

關(guān)鍵詞： 計算機組成原理；系統(tǒng)集成能力；教學(xué)方法

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）32-0135-02

1 引言

計算機信息系統(tǒng)集成是指從事計算機應(yīng)用系統(tǒng)工程和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程的總體規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)、實施、服務(wù)及保障[1]。定義指出系統(tǒng)集成要求在科學(xué)的系統(tǒng)工程方法學(xué)指導(dǎo)下，提出軟硬件產(chǎn)品的系統(tǒng)解決方案，并分析設(shè)計與實施。同時，也明確提出系統(tǒng)集成雖然涉及軟硬件等多方面的知識，但不僅僅是技術(shù)問題，而是要從宏觀上建立一種系統(tǒng)的思想和方法，以達(dá)到各個環(huán)節(jié)有機結(jié)合，形成完整體系的目標(biāo)。因此，培養(yǎng)系統(tǒng)集成能力的綜合性人才也必將以此作為教學(xué)導(dǎo)向，將建立完整計算機體系思想作為課程教學(xué)的目標(biāo)，并將如何理解計算機系統(tǒng)的思想融入課程體系之中，由點帶面的逐步引導(dǎo)學(xué)生建立系統(tǒng)化的教學(xué)模式。本文以《計算機組成原理》課程為例，探討該門課程的教學(xué)理念與教學(xué)方法，以促進(jìn)課程的教學(xué)改進(jìn)，提升教學(xué)效果。

2 課程設(shè)置現(xiàn)狀

2.1 課程目標(biāo)

通過《計算機組成原理》課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠掌握單處理器計算機的基本組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟悉核心部件的內(nèi)部運行機制和工作原理，以及各部件之間的交互協(xié)作關(guān)系，使學(xué)生建立起完整的計算機系統(tǒng)整機概念。根據(jù)上述目標(biāo)，從學(xué)生系統(tǒng)集成能力培養(yǎng)角度來分析，該課程在教學(xué)過程中應(yīng)重點培養(yǎng)如下內(nèi)容：

（1）宏觀角度建立單處理器計算機系統(tǒng)的整機概念，熟悉計算機系統(tǒng)的硬件組成以及各部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，全面理解計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)。

（2）中觀角度建立起計算機系統(tǒng)的軟硬件分工協(xié)作的思想，掌握計算的整機運行機理，理解高級語言描述的軟件系統(tǒng)如何在計算機硬件上執(zhí)行。

（3）微觀角度建立指令級計算機系統(tǒng)運行機理，掌握機器指令、微指令等相關(guān)概念，理解不同層次指令在計算機硬件上的執(zhí)行過程。

2.2 面臨的問題

雖然有較為明確的課程教學(xué)目標(biāo)，但在實際教學(xué)過程中存在著諸多現(xiàn)實問題：（1）課程教學(xué)任務(wù)重，但學(xué)時短。（2）課程內(nèi)容抽象，知識面廣，知識點多且分散，學(xué)生理解困難。（3）課堂表現(xiàn)形式單一，沒有充分利用多媒體工具體現(xiàn)輔助教學(xué)的效果。（4）學(xué)生對課程認(rèn)識不夠，課程學(xué)習(xí)過程無法獲得立竿見影的效果，致使學(xué)生學(xué)習(xí)過程比較茫然，學(xué)習(xí)興趣和自覺性降低。（5）實驗教學(xué)效果不佳，學(xué)生動手能力有限，大多數(shù)學(xué)生只能按照實驗指導(dǎo)書完成實驗，并不能真正理解實驗原理和實現(xiàn)機制。（6）教師和學(xué)生對課程目標(biāo)的認(rèn)識不統(tǒng)一。教師注重課程知識的講授，同時兼顧考研、軟考等應(yīng)試知識的講解，對于系統(tǒng)集成能力的培養(yǎng)目標(biāo)往往置之高閣；相反，學(xué)生只追求考試成績過關(guān)，不愿深入理解知識，兩者的存在致使教學(xué)效果一般。

針對上述現(xiàn)狀，在教學(xué)實踐過程中，教師和學(xué)生都要將課程的定位提升到建立計算機系統(tǒng)的整機概念之上，并逐步分解知識框架，細(xì)化學(xué)習(xí)目標(biāo)，逐步對計算機系統(tǒng)形成清晰的認(rèn)識，并以此為契機，將其他課程的知識與本課程的知識相結(jié)合，達(dá)到對計算機系統(tǒng)理論知識的融會貫通。

3課堂教學(xué)模式探索

3.1 提綱式教學(xué)思想

目前計算機組成原理課程一般設(shè)置在第三或第四學(xué)期開始，學(xué)生在前導(dǎo)專業(yè)課程中主要學(xué)習(xí)了計算機導(dǎo)論、匯編語言，C語言，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，對計算機的使用和初步的程序設(shè)計有較為清晰的認(rèn)識。因此在計算機組成原理課程導(dǎo)學(xué)初始，可以借助以前的基礎(chǔ)，采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)例引入到新課程的學(xué)習(xí)中。比如：以“計算機的開機啟動過程”為例介紹整個計算機系統(tǒng)軟硬件協(xié)作啟動機器的過程，在這個過程中可以通過機器實物演示、學(xué)生講述、教師分析與講解等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生逐步達(dá)到了解開機過程的步驟，理解開機的基本原理，明確計算機中主要的硬件組成，并建立軟硬件共同構(gòu)成計算機系統(tǒng)的基本思想，并對計算機體系建立一個初步的印象。

3.2 任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法

學(xué)生學(xué)習(xí)課程階段，一般處于大學(xué)二年級，在這個階段除建立計算機系統(tǒng)整體概念的思想外，學(xué)生還不可避免地面臨許多應(yīng)試方面的考核。這些考核既能夠考察學(xué)生對知識的理解程度，又能通過這些考核檢驗知識掌握情況，提升自我認(rèn)識。在課程初始，教師可以為學(xué)生分析課程目標(biāo)，確定課程學(xué)習(xí)任務(wù)，以及完畢后應(yīng)該達(dá)到的能力目標(biāo)和應(yīng)試目標(biāo)，并請學(xué)生參與到這些任務(wù)的具體落實方法。比如，能力目標(biāo)可以分解為對計算機系統(tǒng)的理解，最簡單的底層任務(wù)就是可以按照課程導(dǎo)學(xué)的思維導(dǎo)圖框架對本課程學(xué)習(xí)過的全部內(nèi)容進(jìn)行無提示串講，這是對所學(xué)知識的簡單梳理過程；更高層次的能力，則可以通過對計算機組成部件原理性內(nèi)容的闡述和解釋得以驗證。應(yīng)試目標(biāo)則可以分解為課程期末考核，計算機技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格（水平）考試，考研等不同任務(wù)，教師可以指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的目標(biāo)繼續(xù)分解任務(wù)，形成較為詳細(xì)的目標(biāo)集合，以在學(xué)習(xí)過程中更有針對性的學(xué)習(xí)。

3.3 回顧式教學(xué)內(nèi)容

教師在教學(xué)過程中為了較好地導(dǎo)入新的課程章節(jié)，一般在授課初始會復(fù)習(xí)上一節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，目的是導(dǎo)入新課程的開始，但從歷史課程教學(xué)經(jīng)驗來看，效果不理想，甚至浪費了時間。到底如何導(dǎo)入新課程效果更佳？建議以章節(jié)為單位進(jìn)行圖形化實例，如以思維導(dǎo)圖，框架圖，或其他可視化的方式在一個章節(jié)內(nèi)容貫穿導(dǎo)入過程，使學(xué)生在每次課都能夠清楚本章的梗概，秉承由量變到質(zhì)變的理念，回顧前序內(nèi)容，加深印象。

3.4 校園式教學(xué)實例

在課堂講授過程中，可以借助形象和生動的展示方式對抽象的概念和理論進(jìn)行講解，幫助學(xué)生更好地接受和理解這些概念和理論。好的課堂實例不僅能夠讓學(xué)生易于理解，而且還會印象深刻，特別是如果能夠?qū)⑿@生活中存在的實例引入抽象概念講解，學(xué)生將會更容易理解和記憶。教師在教學(xué)案例設(shè)計上要多花費心思，不要拘泥于課本上的經(jīng)典案例，還要多搜集和學(xué)生息息相關(guān)的實例，尋找契合點作為課程案例的補充，幫助學(xué)生更好地理解概念。

3.5 分段式課堂練習(xí)

在授課過程中采用分段式課堂練習(xí)方法，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂互動。計算機組成原理知識點繁多且細(xì)小，一般在考核或運用知識時很少考察單一知識點，普遍都以綜合性題目出現(xiàn)，是一種以“點”講授，以“面”考核的課程。這類課程對于授課過程也相應(yīng)提出了較高的要求。因此，在授課過程中秉承“一講二做三分析”的授課方法，實現(xiàn)學(xué)生對知識點 “簡—難—簡化”的消化過程。

具體在實踐中，首先由教師講解理論知識點，并附帶講解與知識點相匹配的實例（即一講簡）。其次，在此基礎(chǔ)上，請學(xué)生完成一道與此知識點相一致，但與以往知識相結(jié)合的題目（即二做難），并在學(xué)生做題的后半程，適當(dāng)啟發(fā)學(xué)生某些知識點，以增強學(xué)生對題目的理解程度，幫助學(xué)生能夠做出部分題目或全部完成。最后，由教師對題目進(jìn)行分析，分析過程要將題目拆分為不同的知識題，提醒學(xué)生題目考核的具體內(nèi)容，將復(fù)雜的題目簡單化（即三分析簡化）。

4 實驗教學(xué)模式探索

實驗是對教學(xué)內(nèi)容的有益補充，通過實驗驗證計算機部件的工作原理，幫助學(xué)生更好地理解課程理論。目前的實驗設(shè)置上一般2人一組共同完成實驗，造成了個別同學(xué)不動手，依靠他人完成實驗。為了提高學(xué)生的實驗效果，在實驗安排上一般可分階段實施。第一階段：實驗預(yù)習(xí)。很多同學(xué)的實驗預(yù)習(xí)就是將實驗指導(dǎo)書摘抄一遍，根本不深入理解實驗原理。為此，在實驗預(yù)習(xí)階段要求學(xué)生對實驗原理圖進(jìn)行“數(shù)據(jù)通路”分析，明確數(shù)據(jù)流走向。第二階段為實驗階段，實驗階段比較注重學(xué)生的實際動手能力培養(yǎng)。在歷史課程中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生沒有較好地預(yù)習(xí)實驗，遇到困難不思考，一味尋求老師幫助，所以在實驗過程中，教師遇到這樣的問題，要采用“迂回”的策略，盡量不要直接給出答案。比如：以實驗培養(yǎng)軟件動態(tài)圖為出發(fā)點，通過實驗運行結(jié)果判斷出問題的原因，在根據(jù)原因啟發(fā)學(xué)生判斷出造成出錯原因的可能性，最后根據(jù)判斷結(jié)果檢查實驗箱導(dǎo)線連接情況。通過這種啟發(fā)方式幫助學(xué)生逐步養(yǎng)成分析問題、解決問題的能力。第三階段是總結(jié)實驗內(nèi)容。按照實驗結(jié)果對實驗原理進(jìn)行分析，幫助學(xué)生更好地理解理論知識，達(dá)到實驗與理論雙提升的目的。

5 結(jié)論

本文針對《計算機組成原理》課程在培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)集成能力方面的問題，分別從教學(xué)思想、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等多方面對課程教學(xué)模式和實驗?zāi)Ｊ竭M(jìn)行探索，并提出了一些實用的解決方案和實例以供參考。但從根本上對計算機專業(yè)學(xué)生的系統(tǒng)集成能力進(jìn)行培養(yǎng)和實驗，還需要與其他課程及實踐環(huán)節(jié)共同協(xié)作，建立具有延續(xù)性的培養(yǎng)體系，以適應(yīng)計算機學(xué)科的持續(xù)發(fā)展。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】