计算机原理教学改革研究与实践

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【摘 要】计算机原理是计算机专业课课程体系中的专业核心主干课程，但是在其教学中存在着不足。本文采用基于FPGA技术的教学改革，将硬件描述语言和可编程逻辑器件引入计算机原理教学中，同时采用启发教学法，来重新组织教学内容、教学方法、实验教学环境，提高了学生学习的主动性、积极性，培养了学生的综合能力及创新意识，进而提高了教学质量。

【关键词】实验教学；创新性；教学改革；FPGA

一、前言

计算机原理属于高等学校计算机学科的一门主干核心课程，是电子信息、信息管理等学科开设的重要计算机课程，也是学生最难学习和理解的重要课程。教学的目的在使学生掌握好计算机硬件核心部件组成知识与原理的理解，提高学生对计算机硬件应用、硬软件开发的能力和创新能力。本文基于FPGA技术对教学内容、实验教学方法等方面进行改革研究和实施，为创建具有课程多元化、多层次的综合设计创新型内容教学体系，提高学生学习的积极性和主动性，培养综合能力做出了很多的改革，进而提高了教学的质量。

二、目前教学存在的问题

实验课程是建立在理论教学的基础之上，是对理论知识巩固和延伸的教学环节，它对理论课有画龙点睛的作用。传统的计算机组成实验教学中的不足主要表现在内容陈旧，教学方法单一，教学仪器设备老化。随着近几年学校对动手能力的重视，实验室建设投入加大，问题有了一些好转，但还是有一些问题存在。（一）以验证理论的实验为主，忽视能力培养；实验教学仅作为验证巩固理论教学的附属，使实验教学缺乏设计性，综合性，学生依葫芦画瓢，忽略了学生能力的培养。（二）实验方法单一，缺乏思考和创新。传统的实验教学模式基本为“注入式”，学生对教师的依赖性很大，只注重实验的结果，不注重知识体系的理解，对各类实验缺乏兴趣，抄袭实验报告及实验结果现象时有发生。（三）轻视实验教学，难以培养能力。多数实验为“验证实验”，“示范教学”，“直观教学”模式，这种实验教学方式在一定程度上限制了学生主动性和积极性，不利于对学生创新能力的培养。（四）实验设备老化，对创新性，设计性实验支持不足，难以实现实验的多元化，多层次的综合设计实验。

三、基于FPGA技术，构建课程内容的新体系

在充分结合计算机原理课程的基础上，引入FPGA技术，对实验内容进行了调整。总体上将计算机组成实验内容分成四个层次：（一）验证性实验，它主要是以计算机中各部分功能模块的性能验证为主，根据实验目的，实验电路，功能的实现来验证计算机模块的功能的有关原理，从而进一步巩固所学的基础知识和基本理论，了解各部件的功能和使用；（二）提高性实验，它主要是根据基本的实验内容和基本元件，老师针对某一应用，讲解逻辑电路，讲解用VHDL编写的程序，带领学生在运用Quartus II软件调试，仿真程序，最后汇编成机器码下载到实验仪器上，在实验仪器上检验实验的正确性。（三）综合性实验和设计性实验，教师给出设计的目的，内容和目标，让学生设计相应的电路，用VHDL硬件描述语言编写程序，运行Quartus II 软件对程序进行调试；锁定FPGA芯片引脚，仿真；下载到存储芯片中，并通过运行结果分析，及时修改程序和电路，达到时间，空间上更满意的效果。培养独立思考和创新性思维能力。（四）研究性实验，结合现有的实验条件和仪器设备，开发和设计一些研究型实验课题，培养学生的综合能力和创新思维能力。通过对实验内容进行更新和改进，不断较少原理验证性实验的比重，增加学生自主设计实验的比重，将组成原理实验知识，实验技能，系统设计和FPGA技术有机地结合，真正形成“实验系列化，功能化”的特点。

四、改革教学方法，确保创新教育实施

以创新教育为价值目标的教学方法改革，必须结合相应的教学内容，树立“教师为主导，学生为主体，实验为主线，能力为目的”的教学模式，突出创新能力的培养。吸取现代科学方法论方面的优秀成果，突出创新素质的培养。

（一）学生为主体。学生课前自学实验理论，仪器操作方法及实验内容，独立完成实验，培养学生独立获取知识和应用已有知识进行开拓，发展，创造新知识的能力。

（二）教师为主导。课堂上教师辅导学生做实验，面对面，一对一。组成实验是在对各种硬件有了一定的基础上，指导老师要拓展学生的好奇心，开发学生的求知欲，开发学生的潜能，使学生探索能力增强，老师要善于激发学生标新立异的思维，及时抓住学生创造思维的火花给予鼓励，让学生充分展示自己的个性天赋。现在，重视学生个性发展和创新能力培养的思维已成广大实验指导教师的共识。

（三）实验为主线。实验过程两人一组，有助于学生的相互交流，培养学生团结合作，勤于思考的能力。并使得学生相互监督，相互探讨，提高教学的有效性。

（四）能力为目的。采取每次课程都考评的方法。全程考评，制定实验课程就的考评方法，严格考核制度，对实验不及格的学生进行重修，直至达到实验要求。全程考评有3个环节：预习抽查，现场操作，问题解答。

（五）采用启发式教学法。启发式教学法就是教师启发学生积极思维，使他们主动地掌握知识。为了达到完美的效果，我们在课前做了充分备课，一方面吃透计算机原理的基本理论，另一方面了解其最新发展和应用情况。在讲课过程中，我们注重把所讲知识用相应的思维方法连串起来、熟练地表达出来，使学生感到这些知识是从教师大脑思维中自然流出的.从而集中注意力，跟随教师的思维一起思考，掌握所学知识和相应的思维方法。

五、结束

教学改革是一个不断深化，完善的过程，计算机原理教学改革应该沿着教学内容，教学理念，教学手段等方面继续深入下去；结合最新技术，将计算机知识和最新技术结合起来，使得计算机教学质量提高到一个新水平，努力培养出社会需要的，具有创新能力的人才。

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