基于建构主义理论的“计算机组成原理”教学改革研究

摘要：基于对当前“计算机组成原理”教学过程中存在问题及原因的分析，阐述了以建构主义理论为指导的课程教学方法改革措施。实际教学应用的结果表明，以建构主义理论为指导的教改措施可以充分调动学生的学习积极性和创新能力，加深学生对理论知识的理解，提高学生的实际动手能力和综合素质，有效实现了教学效果的优化。

关键词：建构主义；计算机组成原理；主观能动性

作者简介：罗慧敏（1980-），女，河南周口人，河南大学计算机与信息工程学院，讲师；阎朝坤（1978-），男，河南开封人，河南大学计算机与信息工程学院，讲师。（河南?开封?475004）

基金项目：本文系河南大学第十一批教学改革项目（项目编号：2011JXGG060）的研究成果。

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）22-0073-02

“计算机组成原理”不仅是计算机科学与技术专业及相关专业的一门核心基础课程，也是非计算机专业学生掌握计算机技术的一门专业选修课程。它的先导课程包括电路与电子学、数字逻辑和汇编语言；后续课程有微型机系统与接口、计算机体系结构等，在一系列硬件课程中起着承上启下的作用。[1]而且该课程内容在全国计算机专业研究生入学考试中占据相当大的比例（占总分数的1/3份额）。由此可见，该课程在计算机科学与技术专业的知识体系中的重要地位。然而，在实际教学中，由于其理论性很强、知识面较宽、信息量较大且学时不多，教师难教，学生难学，教学效果不理想。传统的“灌输式”教学方法，无法调动学生的主观能动性，且忽略了学生的主体地位。[2]长此以往，造成学生的学习兴趣不高，学习目的仅仅是应付期末考试和考研，无法将该课程的作用和本质真正融入到整个专业知识体系之中。另外，学生的学习态度和学习效果也会在一定程度上影响教师的教学积极性，进而影响教学效果。

建构主义理论认为知识主要是个人对知识的一种建构，而不是源于现实的意义，这为计算机专业的课程教学提供了新的理念。本文利用建构主义学习理论及其倡导的教学模式对“计算机组成原理”课程教学进行了改革探索，取得了较好的成效。

一、“计算机组成原理”教学目标及现状

“计算机组成原理”的教学目标是使学生掌握计算机以及各功能部件的工作原理，掌握相关设计方法和逻辑实现，熟悉各功能部件连成整机的方法、建立起整机工作的概念，为学生未来进行计算机系统的分析、开发、使用和设计工作打下基础。[3]

然而在“计算机组成原理”的教学过程中，往往存在各种问题。一方面，学生普遍抱怨该课程深奥，难学难懂，学习热情不高；另一方面，教师感觉该课程难教，虽然花费了较大精力去教授课程内容，认真指导学生实验，但教学效果不理想。课程组通过多年对该课程的教学总结以及与学生的沟通，对教学中存在的问题进行认真分析，对其存在的原因进行了归纳总结，主要表现在以下几点。

1.教材理论性强，内容抽象，与前沿技术脱节

目前，“计算机组成原理”课程的教材普遍理论性较强，相对于计算机硬件的发展来说，讲授的内容不仅抽象，而且较陈旧，缺乏与当前计算机最新前沿技术的连接。一方面，学生感觉课程内容枯燥难懂，不实用；另一方面，新的硬件技术知识的复杂性增大了教师组织和实施教学的难度。

2.课程的“纵向”“横向”关联性较强

一方面，该课程与电路与电子学、数字逻辑等先修课程有一种纵向的密切关联。这些先修课程本身难度就较大，如果学生对这些知识没有很好地掌握，基础没打好，势必影响到对计算机各组成部分的硬件电路及其工作原理的学习，学生会感到学习吃力，逐渐丧失学习兴趣，这种纵向联系也增加了教师的讲授难度；另一方面，本课程的各知识点存在一种横向的关联性。计算机各部件是分别讲授的，但是存在相互依赖关系。例如，运算器部分和存储器部分都用到了控制器部分的相关基础内容，这些关联使得计算机组成原理的教学不同于其他课程，对各知识点的介绍不能一步到位，增加了理解和教学的难度。

3.实践环节相对薄弱，与教学内容不能有效结合

“计算机组成原理”课程涉及计算机内部的构造、工作原理及应用，理论性很强，必须通过实践环节帮助学生真正理解和掌握。然而，目前该课程的教学安排上，实验学时占据比例偏少，不能满足该课程实验教学的需要。虽然配置了FPGA实验平台，但由于课时限制以及需要相关硬件描述语言的学习基础，所设置的实验内容大都以验证性实验为主，实验时往往参照实验手册完成，不能使学生深入理解计算机内部工作原理，也无法发挥学生的创造力。

4.教考模式的单一老化

“计算机组成原理”课程的教学主要采取“灌输式”的教学方法。这种传统的教学方法对于理论性强、难度大的计算机组成原理的教学来说，无法调动学生的主观能动性，忽略了学生的主体地位。在考核方式上，传统的闭卷考试只会造成学生忽略实践环节，局限于对课本知识的死记硬背，无法有效提高学生的动手能力和创新能力。

二、建构主义理论的主要思想

建构主义理论是当代西方国家兴起的一种社会科学理论，它是在吸取了众多的学习理论（如皮亚杰、维果斯基）思想的基础上发展形成的。建构主义理论是继认知主义之后学习理论的又一场重要的变革，是行为主义发展到认知主义之后的进一步发展，在教育领域具有广泛的影响力。[4]

建构主义认为：“学习是获取知识的过程。知识不是通过教师传授获得的，而是学生在一定的情景即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方法而获得。”建构主义倡导在教学中以学生为中心，教师在教学过程中起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。已经形成的基于建构主义理论的教学模式主要有抛锚式教学、支架式教学、随机进入教学等模式。[5]