《计算机组成原理》课程教学研究与探索

摘要：文章分析了《计算机组成原理》课程的特点和传统教学中存在的问题，对该课程的教学内容和教学模式等进行了研究，从而探讨更加有效的教学方法和改革措施。

关键词：教学研究；计算机组成原理；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）29-0046-02

《计算机组成原理》是高校计算机科学与技术、物联网工程等专业核心的基础课程。该课程要求学生掌握计算机内部各部件的主要组成结构和基本工作原理，在整个计算机专业课的教学体系中具有承上启下的作用。该课程具有知识面广、内容多、难度大等特点，教师教学难度高、学生学习难度大。因此对《计算机组成原理》课程进行教学研究，探索更有效的教学方法和教学手段是必不可少的。

一、课程教学中存在的问题

1.《计算机组成原理》课程的特点。《计算机组成原理》课程概念繁多、结构复杂，涉及计算机内部的运算器、控制器、存储系统、指令系统和输入输出系统等各部件的组成结构和工作原理，授课过程中需要分析各种运算方法、结构图、信号流程图等，所讲授的内容都集中于芯片的内部，看不见、摸不着，非常抽象。这些特点要求教师不仅对基本概念要清楚，还要有较强的系统性和逻辑性，同时要能及时反映计算机发展的新技术和新动向，更必须根据学生对课程教学的反应，总结经验和教训，改进授课方法，使教与学达到完美的结合。

2.传统教学模式的弊端。传统教学模式更多的依赖“灌输”式教学，教师将授课内容通过课本、PPT原封不动的传授给学生，学生被动接收这些抽象的计算方法、部件结构和信号流程，难以理解、毫无兴趣，渐渐失去了对课程的学习积极性，这非常不利于培养学生的自学能力和创新能力。所以针对课程的特点和传统模式的弊端，教师必须吸取经验、扬长避短，在授课过程中注意对学生的引导，让学生在学习过程中变被动为主动，学会主动思考，从而启迪学生思维，激发学生学习的主动性，提高其学习兴趣和学习效率。

3.实践环节不够重视。针对《计算机组成原理》课程的特点，学生要理解封装在芯片内的部件结构和原理，模拟和实验是非常重要的方法，所以实践课程在整个教学工作中是必不可少的教学环节。但是传统的教学过程中，对实践环节仍然不够重视，表现为：①实验课时太少。将理论教学作为主要的教学环节，导致学生的实践动手能力得不到充足的锻炼。②实验题目设置不够合理。学生只做几个验证性实验，缺乏设计性、综合性实验来培养学生的思考能力和动手能力。③实验环境有待改善。实验系统和装置更新速度慢、技术落后，无法完成整机实验和设计性、综合性实验，难以实现培养学生能力的目标。

二、教学改革的探索

1.精选教材、教参，合理组织教学内容。首先，选好教材和教参是首要任务。目前《计算机组成原理》可选择的教材很多，在课程的内容安排、章节衔接、表述方式等方面都有所不同。我们选取白中英主编的《计算机组成原理》（科学出版社）作为主教材，该教材内容全面、系统性强，使学生在掌握计算机的组成结构和功能原理的基础上能建立整机概念，有合理的知识结构并力图反映新技术和新动向，非常符合本门课程的教学要求。另外选用唐朔飞主编的《计算机组成原理》（高等教育出版社）作为辅助教材。其次，合理组织和安排各项教学内容。针对《计算机组成原理》课程在课程体系中的地位和作用，在教学初始就要对授课内容做好规划。在课程内容组织过程中注重其承上启下的内容安排，对于《数字逻辑电路》等先修课在课程教学之初即要求掌握，同时在教学过程中体现该课程对后续课《计算机系统结构》、《微机原理与接口技术》、《嵌入式系统》等课程的重要性。必须严格要求课程教学大纲、教学日历、教学课件和教案等各项教学文件，以课程大纲为基础，明确教学要求和学时分配，合理组织各部分内容，突出重点、说明难点，在教学日历、课件和教案中具体体现。课程考核与成绩评定也是课程教学的重要环节。对于该课程的考核，需要从学生的课堂表现、实验情况以及期末考试等多个方面综合考量，真正考查学生的掌握情况和理解程度，锻炼学生解决问题的能力。

2.改革教学手段。《计算机组成原理》涉及的结构图和逻辑图较多，抽象性和技术性非常强，学生很难理解。而对于在结构图上介绍的各组成部分的工作原理，学生学起来更是难上加难。如果是传统的照本宣科的讲解方式，只会抹杀学生的学习兴趣。所以，我们将多媒体技术应用到课程教学当中。对于复杂的、抽象的逻辑结构或工作流程，通过动画演示的方式加以表述，原本枯燥生硬的内容变得生动形象了，复杂难懂的结构原理也变得简单易懂，这大大提高了学生的学习积极性，教学效果明显改善。另外，实物展示也是很好的教学辅助手段。在讲解计算机的各个组成部分时，都可以通过展示实际部件来进行说明，从而让学生主动探索各部件的内部结构和原理。

3.教学方法的改革。让学生在学习过程中变被动为主动，需要教师正确引导学生，鼓励学生多思考、多讨论，锻炼其解决问题的能力。因此我们在教学过程中，需要多种教学方法相结合，取长补短，以提高教学质量。①采用启发式教学方法。首先，突出重点、确定难点；其次，讲解时针对重点难点知识提出问题，启发学生主动思考；然后，再一起分析问题，由学生提出解决方案；最后解决问题。例如：在讲解第五章“中央处理器”时，大部分人都知道CPU对于整个计算机的重要性，但是对CPU内部的组成结构与工作原理却不清楚，而这部分却是本门课程中非常重要的一个知识点。对这部分的讲解可以通过几条典型指令的指令周期来实现，这里就可以首先提出问题，让学生考虑指定位置的指令怎么处理，并让大家简单描述处理过程，这时激发了学生的学习主动性，最后通过对典型指令处理过程的学习加深了学生对CPU工作原理的认识和理解。②采用形象化教学方法。将课程中复杂抽象的概念以及重要部件的结构和原理，用通俗易懂的例子进行类比，或用生动形象的动画效果来演示。例如：上面所说的CPU原理的讲解，每一条指令的每一个处理过程都可以通过动画效果演示给学生看，这大大提高了学生的学习兴趣。另外在讲解浮点运算器的流水技术时，可以以工业加工中的流水线做类比。将浮点运算的各个运算步骤对应到牛奶装盒流水线，简化现实牛奶装盒流程，假设有封装奶盒、杀菌消毒、盖印日期三个步骤，对应浮点加减运算的对阶、尾数加减、规格化三个步骤，类比讲解流水技术的实现过程，使得课程中枯燥、抽象、难懂的内容变得形象易懂，大大激发了学生的学习兴趣，加深了学生的理解和认识。③运用讨论式教学方法，培养学生的参与性。针对课程中的重点和难点知识，也可以通过讨论的方式，让学生各抒己见，提出解决办法，从而加深对知识的理解和掌握，并锻炼其思考能力和团队意识。通过讨论也培养了学生的独立思考和分析判断问题的能力。

4.强化实践教学环节。为了让学生学好理论知识，提高实践动手能力，必须加强实验教学改革。首先，改善实验环境。我校针对组成原理课程，专门建设了计算机组成和结构实验室，可以完成基础性实验、综合性实验和研究性实验，充分锻炼学生的实践动手能力，并培养其思考问题和解决问题的能力。其次，合理安排实验教学课时。我们将组成原理课程的实验课时设置为18学时，利用9周的时间可以让学生不仅实现简单的验证性实验，还能在此基础上完成设计性实验和综合性实验，让学生对计算机的硬件组成和原理由浅到深逐步掌握。再次，合理划分实验小组，有效完成实验考核。课后提交实验报告，并做实验总结。对于设计性和综合性实验，一般安排3人一组，每个小组做好分工。实验老师课上检查实验成果，课后小组提交实验报告，说明分工情况以及实验过程，并做实验总结。通过合理的分组和考核方式，每个学生都积极参与到实践环节，动手能力大大提高，团队意识得到加强。

《计算机组成原理》课程的教学研究和改革需要从教学活动的各个环节出发，作为一名教育工作者，一定要静下心来、虚心请教，探索更加行之有效的教学方法和改革措施，这是一项需要严谨对待并持之以恒的长期工作，也是需要不断学习的过程。

参考文献：

[1]白中英.计算机组成原理[M].北京：科学出版社，2002.

[2]王忠华，屈会芳.“计算机组成原理”课程教学的改革与实践[J].计算机教育，2007，（13）：251-252.

[3]陈越.《计算机组成原理》课程教学研究[J].福建电脑，2008，（2）：209.

基金项目：青岛工学院校长基金资助项目（2012KC013）。

作者简介：赵静（1981-），女，山东青岛人，硕士研究生，讲师。