池凌鴻

[摘? ? ? ? ? ?要]? 計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)傳統(tǒng)的硬件課程。分析新時(shí)代下對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程提出的新要求，包括社會(huì)需求、技術(shù)需求以及教學(xué)方式需求，探索新時(shí)代下計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)新方法，具有一定的實(shí)際價(jià)值。

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

[中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2020）22-0060-02

一、引言

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)傳統(tǒng)的硬件課程，在計(jì)算機(jī)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(guò)描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及各個(gè)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(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，而且也是學(xué)生下一階段學(xué)習(xí)微機(jī)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(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生往往較注重軟件編程能力的培養(yǎng)，對(duì)電子電路知識(shí)的學(xué)習(xí)相對(duì)較為薄弱。教授抽象與高度理論化并存的本課程時(shí)，照本宣科式以習(xí)題講解為重點(diǎn)的教學(xué)方式效果往往差強(qiáng)人意。學(xué)生不僅上課難以集中注意力，甚至可能因?yàn)閮?nèi)容晦澀抽象對(duì)課程產(chǎn)生一定的畏懼心理，這是比成績(jī)不理想更嚴(yán)重的后果。因此，探討計(jì)算機(jī)組成原理的教學(xué)，尤其是在新時(shí)代背景下，有相當(dāng)高的實(shí)際價(jià)值和意義。

二、新時(shí)代下對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程的要求

（一）中國(guó)特色社會(huì)主義新時(shí)代對(duì)課程的要求

2017年10月18日，在中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次全國(guó)代表大會(huì)上，習(xí)近平總書記鄭重宣示：“經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，中國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)代，這是我國(guó)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(shí)代高校思想政治理論課教學(xué)工作基本要求》的通知中強(qiáng)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(jiān)戰(zhàn)，……全面推動(dòng)習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想進(jìn)教材進(jìn)課堂進(jìn)學(xué)生頭腦。[4]”

切實(shí)推進(jìn)習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想融入計(jì)算機(jī)組成原理課程思政全過(guò)程，關(guān)鍵是要做到將課程思政目標(biāo)與課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，具體地說(shuō)，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)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(rèn)識(shí)其中的系統(tǒng)論、設(shè)計(jì)方法學(xué)、發(fā)展規(guī)律以及重中之重的價(jià)值評(píng)判等問題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用唯物主義辯證法分析和解決計(jì)算機(jī)組成相關(guān)問題的能力;通過(guò)計(jì)算機(jī)行業(yè)相關(guān)實(shí)時(shí)熱點(diǎn)新聞的解讀與討論，幫助學(xué)生樹立符合社會(huì)主義核心價(jià)值觀的關(guān)于計(jì)算機(jī)組成課程專業(yè)知識(shí)的世界觀、價(jià)值觀和人生觀[5]。

（二）新時(shí)代計(jì)算機(jī)體系的巨大發(fā)展對(duì)課程的要求

進(jìn)入21世紀(jì)，工藝技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的變化推動(dòng)了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的迅猛發(fā)展，使計(jì)算機(jī)組成原理的研究?jī)?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(jì)算機(jī)系統(tǒng)新的含義，大大拓廣了計(jì)算機(jī)組成的研究?jī)?nèi)容。

這種變化與擴(kuò)充主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方向的轉(zhuǎn)變，研究重點(diǎn)從對(duì)獨(dú)立芯片或者獨(dú)立計(jì)算機(jī)的研究，漸漸轉(zhuǎn)變到由傳感器、移動(dòng)終端、數(shù)據(jù)中心等組成的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研究上來(lái)，這種轉(zhuǎn)變要求更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)型應(yīng)用以及超越性能的以人為本的設(shè)計(jì)目標(biāo)等特點(diǎn)，以適應(yīng)新時(shí)代智能感知、云計(jì)算等方面的需求。其次，隨著新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)了很多新理念、新設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容與方法都有所改變，使新時(shí)代下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與教科書上傳授的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差異性越來(lái)越大。因此，在計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的新時(shí)代，作為信息技術(shù)基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)組成原理課程應(yīng)較之前更緊跟時(shí)代步伐，才能將具備時(shí)效性的專業(yè)知識(shí)傳授給未來(lái)社會(huì)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(shí)代國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)課程的要求

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，在世界計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的角色也逐漸從使用者、跟隨者向設(shè)計(jì)者、競(jìng)爭(zhēng)者甚至領(lǐng)導(dǎo)者（某些細(xì)分領(lǐng)域）轉(zhuǎn)變，這就決定了新時(shí)代計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)目標(biāo)，相較之前若干年的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)有所提高，才能跟上當(dāng)前國(guó)內(nèi)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的步伐，才能滿足不斷擴(kuò)張的計(jì)算機(jī)業(yè)界的需求。

（四）新時(shí)代教學(xué)方式對(duì)課程的要求

作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的考研課程，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理課程往往以習(xí)題講解為主，借助對(duì)抽象問題的逐步講解，力求使學(xué)生循序漸進(jìn)地在邏輯上理解和掌握相關(guān)的知識(shí)。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(lái)。尤其是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)，新知識(shí)、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(tuán)隊(duì)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(shí)的唯一途徑，借助互聯(lián)網(wǎng)等新時(shí)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(jìn)入課堂，抽象的、深?yuàn)W的知識(shí)往往可以通過(guò)教師的個(gè)人勞動(dòng)，轉(zhuǎn)換成形象生動(dòng)的講解動(dòng)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(shí)代教學(xué)方式下計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)具有重大的實(shí)際意義。

三、新時(shí)代高等院校計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)探索

（一）立足新時(shí)代，培養(yǎng)新型人才

習(xí)近平總書記在2018年全國(guó)教育大會(huì)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(shí)代下計(jì)算機(jī)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(guó)特色的社會(huì)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(zhǎng)，支持學(xué)生個(gè)人發(fā)展意向，并積極提供相應(yīng)的教育內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)知行合一，使學(xué)生在學(xué)思結(jié)合、“手腦并用”的過(guò)程中創(chuàng)造性地解決實(shí)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(huì)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(guò)程中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)開放性問題，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地分析和解決計(jì)算機(jī)組成原理中遇到的問題，進(jìn)而到設(shè)計(jì)新型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的過(guò)渡，逐步培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)組成原理孤立成一門課程，而是要與其他課程聯(lián)系起來(lái)?？v向上，應(yīng)與數(shù)字邏輯和微機(jī)原理為代表的硬件課程相關(guān)聯(lián)，在邏輯上梳理清楚計(jì)算機(jī)專業(yè)整個(gè)硬件課程體系的相互關(guān)系;橫向上，與高級(jí)語(yǔ)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(chǔ)器時(shí)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(huì)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(shí)水平。

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，著重于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。不僅講授課本上的理論知識(shí)，更重要的是使學(xué)生了解這些知識(shí)的應(yīng)用點(diǎn)以及掌握應(yīng)用方法。因此需要對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革和創(chuàng)新，使之從驗(yàn)證性、演示型的實(shí)驗(yàn)，向創(chuàng)新型、應(yīng)用型的實(shí)驗(yàn)進(jìn)化。舊的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只是讓學(xué)生通過(guò)連線，簡(jiǎn)單地將各個(gè)模塊組合成演示機(jī);新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)具備讓學(xué)生開放設(shè)計(jì)的能力，并與相關(guān)企業(yè)合作，讓學(xué)生接觸到前沿知識(shí)的同時(shí)，領(lǐng)會(huì)將所學(xué)的計(jì)算機(jī)組成知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的過(guò)程與方法。

當(dāng)然，在新時(shí)代下，計(jì)算機(jī)組成原理課程的具體教學(xué)過(guò)程更應(yīng)該以社會(huì)主義核心價(jià)值觀為靈魂和主線，以專業(yè)技能知識(shí)為載體，深入挖掘課程蘊(yùn)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(guò)程。例如，講授超級(jí)計(jì)算機(jī)相關(guān)課程時(shí)，通過(guò)介紹國(guó)內(nèi)神威系列機(jī)器，激發(fā)學(xué)生對(duì)我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的信心;又如在小組討論熱點(diǎn)話題時(shí)，引入中興華為事件與芯片自主可控話題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行矛盾分析，進(jìn)而對(duì)價(jià)值觀與人生觀進(jìn)行討論，等等。通過(guò)一系列的思政教學(xué)，端正學(xué)生的思想，堅(jiān)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(guó)主義熱情，為實(shí)現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)的底層基礎(chǔ)設(shè)施“中國(guó)造”而努力奮斗。

（二）改進(jìn)與創(chuàng)新教學(xué)方法

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)基本以“課堂講授理論+實(shí)驗(yàn)”的模式進(jìn)行。在不斷有新技術(shù)、新思路引入教學(xué)過(guò)程的新時(shí)代下，可對(duì)課程進(jìn)行改進(jìn)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(dòng)形象的動(dòng)畫或視頻進(jìn)行演示，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容。如在講解隨機(jī)存儲(chǔ)器相關(guān)內(nèi)容時(shí)，為了清晰地演示存儲(chǔ)器讀寫（充放電）的過(guò)程，可以將課本中靜態(tài)的演示圖制作成動(dòng)畫，通過(guò)動(dòng)畫的方式將數(shù)據(jù)在隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)與讀取的過(guò)程直觀地展示出來(lái)，使學(xué)生更好地理解整個(gè)工作流程。應(yīng)該注意到，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)于計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)也有很多優(yōu)秀的科普或教學(xué)視頻，在授課過(guò)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(shí)間有限，不利于知識(shí)的深入與梳理。因此通過(guò)在線上建立完善便捷的計(jì)算機(jī)原理課程資源，幫助學(xué)生擴(kuò)展學(xué)習(xí)的時(shí)間與空間，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。具體實(shí)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(tái)，還應(yīng)用了相關(guān)的教學(xué)平臺(tái)作為在線交流答疑、在線作業(yè)與自測(cè)平臺(tái)，使學(xué)生離開了教室與教師，也能跟進(jìn)教學(xué)進(jìn)度，掌握學(xué)習(xí)資源。

最后，將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用到實(shí)踐中。翻轉(zhuǎn)課堂的具體實(shí)施包括以下幾個(gè)步驟：（1）教師按照教學(xué)計(jì)劃，將當(dāng)前所授的內(nèi)容發(fā)布于在線教學(xué)平臺(tái)。（2）要求學(xué)生提前進(jìn)行在線學(xué)習(xí)的打卡并反饋?zhàn)约旱膶W(xué)習(xí)進(jìn)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(lì)學(xué)生上臺(tái)按照自己的理解講授本章知識(shí)，教師予以點(diǎn)評(píng)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(jì)算機(jī)組成原理課程學(xué)習(xí)充滿樂趣。

（三）堅(jiān)持提升教師自身業(yè)務(wù)水平

新時(shí)代的人才培養(yǎng)，對(duì)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(jì)算機(jī)組成原理課程的相關(guān)知識(shí)，才能將其準(zhǔn)確無(wú)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(jì)算機(jī)組成相關(guān)的其他課程知識(shí)，從電子電路等硬件課程，到匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、操作系統(tǒng)等軟件課程，這樣才能在教學(xué)過(guò)程中觸類旁通，引導(dǎo)學(xué)生從更高的維度來(lái)思考計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)等問題;再次，教師應(yīng)有實(shí)際的項(xiàng)目經(jīng)歷或工作經(jīng)歷，才能從工程的角度出發(fā)來(lái)討論與教授知識(shí)，滿足新時(shí)代對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求;最后，教師還應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，不斷充實(shí)自己的相關(guān)知識(shí)庫(kù)與工具庫(kù)，跟上計(jì)算機(jī)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(shí)帶給學(xué)生。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)主義建設(shè)進(jìn)入新時(shí)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(lái)臨，計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的市場(chǎng)需求越來(lái)越大，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育的要求也隨之提高。計(jì)算機(jī)組成原理作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的重要課程，應(yīng)不斷與時(shí)俱進(jìn)，探索符合時(shí)代的教學(xué)方法與手段，培養(yǎng)滿足社會(huì)主義新時(shí)代需要的合格建設(shè)者。

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編輯 馮永霞