计算机组成原理教学改革探索

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摘要：提出新的教学手段解决由于高校的扩招导致的学生人数剧增和教师增幅不足的问题；改变传统教学模式存在的问题，提出从教学模式的改革以培养学生的创新能力、交流能力和协作能力的方案；对于计算机技术更新快的问题，提出改革教学内容以适应社会需求的看法。

关键词：教学手段；教学模式；教学内容

中图分类号：G642 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)03-10862-02

1 引言

计算机组成原理是计算机专业学生的核心硬件课程，属于必修的专业基础课，在人才培养目标的定位上起着举足轻重的作用。它既有自身的理论体系，又有很强的实践性。通过本课程的学习，使学生在熟悉计算机各功能部件的基本组成及工作原理的基础上，掌握计算机的工作过程及各部分之间的联系，明确数据流和控制流在机内的流动，从而建立起整机概念，为学习其它专业基础课和专业课打下一个良好的基础，并通过面向问题求解能力的培养提高学生的创新能力。理论教学注重培养学生基本问题的解决方法、基本系统的分析方法、设计方法，从而掌握基本的计算机理论与概念。实验教学注重培养学生的动手能力、分析和解决问题的能力，从而提高学生的系统设计方面的能力。同时，该课程是国内许多高校的考研课程，学好本课程也为今后学生报考研究生打好基础。

针对课程特点，我认为要上计算机组成原理这门课可以从教学手段、教学内容和教学模式等方面进行改革。

2 教学手段

高等教育当前面临着一个新形势，1998年以来，在政府及社会各界的努力下，高等教育有了巨大的发展，普通高校在校大学生的人数从1998年的628万增加到2006年的1600万，但是高等教育的师资却几乎没有增加或增幅不大。在学生急剧增加而师资增加不多的情况下，这实际上是一种挖潜式的、最大限度利用原有资源的一种扩招，这就势必要求进一步解放思想，想新的措施，采取新的办法，进一步采取新的手段开创新局面，才能解决这样一个大量的学生的需求和比较少的教师资源之间的矛盾。

2.1 多媒体教学手段

该课程课时由原来的4学时压缩到3学时，而且计算机的发展日新月异，理论上需要补充许多相关的内容，如再采用传统的板书，势必无法完成本课程的教学任务。因此很有必要采用多媒体教学手段，提高授课效率，加大课堂信息的输出量；而且采用多媒体教案形象直观地表达课程中的重点难点，有利于学生集中精力于知识的理解，可避免抄笔记造成的精力分散。但是由于多媒体信息量太大，有时候最好与板书相结合，在黑板上给出演算过程，这样既可以使学生不感觉枯燥，又能使学生的思考与教师同步；这是在多媒体教学中应该注意的一点。

2.2 网络教学手段

随着Internet技术的发展，学校已经建立起完善的校园网，学生宿舍大多有宽带，这为网络教学提供了可能。另一方面由于课程内容较多，又是第一门硬件课，难度较大，需要详细讲解。同时计算机硬件发展的新技术（如智能芯片、量子芯片、哈佛结构芯片、新的总线技术、ASIC、VHDL等）也必须加进去，而教改又压缩了课内学时，这些要求在有限的课堂教学时间内无法满足，为此有必要开发课程网站以提供有利支撑。通过网站，教师可以把上课的讲义放到站上供学生浏览或下载；同时可以通过网站布置作业，学生通过网站提交作业，教师在线进行批改；另外教师还可提供在线答疑以便了解学生的掌握情况等。

2.3 实验教学手段

2005年学校购进南京伟福公司的Cop2000实验仪，该实验仪软件集成编辑器，汇编器、调试器，可完全模拟实验机的所有功能，具有独一无二的“模拟调试”能力。“模拟调试”为让实验室向学生寝室、实验课时向业余时间延伸提供了条件，同时也确保了实验室的有效管理，因为“模拟调试”只需给学生一张光盘即可，并可任意复制。

同时Cop2000在硬件上对用户的实验设计也具有完全的开放性。Cop2000的运算器和控制器都采用EDA技术设计，随机出厂时，已经提供了一套已装载的方案，用户如不满意，自己可用Xilinx公司的软件进行设计，并通过JTAG口下载。

目前市场上大部分实验仪都引进了EDA技术，也就是通过EDA技术来实现组成原理中的大部分实验包括验证性实验和设计性实验；借助Cop2000实验仪软件和硬件的先进性，大部分的实验学生都可以在宿舍完成，这样实现了硬件实验软件化的目的，学生在学习组成原理的同时，不知不觉学会了嵌入式系统中的一部分知识，为今后的课程打下了一定的基础。

3 教学模式

“教学模式是指在一定的教育思想、教学理论和学习理论指导下，在一定环境中教与学活动各要素之间的稳定关系和活动进程的结构形式”。所以教学模式是教学思想，教与学理论的集中体现。改变教学模式必将导致教育思想、教学观念、教与学理论的根本变革，甚至引起教育体制的根本变化。

3.1 小组合作学习

小组合作学习在形式上成为有别于传统教学一个最明显特征。它有力地挑战了教师＂一言堂＂的专制，同时也首次在课堂上给了学生自主、合作的机会，目的是培养学生团体的合作和竞争意识，发展交往与审美的能力，强调合作动机和个人责任。但是在小组合作学习课堂中缺的不是活泼有余的教学情境，不是热热闹闹的教学气氛，也不是表面的小组合作形式，而是充分利用小组合作学习提高教学效率的小组合作学习理论和策略。那么，如何使小组合作学习确确实实落到实处，获得良好的效果呢？

在教学实践中我悟出教学中不能为了合作学习而进行合作学习，应根据教学内容和学生的实际情况选择恰当的时机进行，才能发挥其最大的作用。

总之，小组合作这种学习方式符合学生乐于交往的心理需求，符合课改精神，有利于调动起全体学生参与到学习的全过程，也有利于培养学生团结协作和社会交往的能力。但一切均应从实际效果去考虑，防止走过场。

3.2 实施探究性学习的形式

探究性学习是指通过发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，获得知识、技能的学习方式。实施探究性学习的形式有两种：一是“动手做”学习，在这种方法的学习中，通过设置适当的课程设计活动和任务，使学生投入到真实的设计实践中去，在亲自动手操作的实践过程中学习知识，掌握科学的思维方法，培养对科学的积极态度。在这一过程中，学生们通过亲自参加活动、实验、讨论而自主构建知识。教师可以提出建议引导学生而不是替代他们去做。二是情境探索学习，此类学习形式是以“例题+ 问题+ 小结”的形式组织学习材料，使学生自主地获取知识。采用这一方法，教师不需要通过讲解传授知识，而是为学生创造良好的学习条件，引导学生通过考察实例和解决问题，自主地归纳和发现所学的知识[6]。

4 教学内容

多年以来，我国高校计算机教育是按照培养计算机科学研究者来进行的，我国高校的计算机教材，通常都是偏重于所谓的理论教育和素质教育，即注重讲授知识产生的来龙去脉和体系背景，而忽视了新技术的日新月异的突破和发展。当计算机技术以一日千里的速度迅猛发展，而高校计算机教学却仍然停留在计算机技术的初期阶段，目前高校基本上是围绕基础理论加通用PC机来进行计算机教学的。事实上计算机技术已获得了空前的发展，其应用已渗透到社会生产、生活的各个方面。伴随着计算机技术与行业应用的紧密结合，通用PC已经不再是IT舞台的主角，像嵌入式计算机系统、并行计算、网格计算、集群计算、智能控制等新技术，正逐渐成为计算机发展的新潮流。抓住计算机发展的新趋势，我们在教学内容上相应地做了一些探索。

4.1 教材使用与建设

课堂教材：我们广泛选用国内名校名家的教材，并优先选用国家优秀教材。如：《计算机组成原理》，唐朔飞编，高等教育出版社；《计算机组成原理》，白中英编，科学出版社；等。但是，我们也不拘泥于教材，课堂教学中根据不断变化的新形势增添新内容，补充新知识，既为同学们学习后续课程创造好条件，又适当地保证教学内容的先进性。

配套实验教材：根据实验教学的需要，自编了《计算机组成原理》实验指导书，实验教材将随着实验内容和实验设备的变化，重新编写更新，一般每两年修订或更新一次。

目前课程组准备自编适合自己学生和特色的教材，希望新教材能囊括计算机近年来快速发展的新知识、新技术。

4.2 促进学生主动学习的扩充性资料使用情况

在课堂教学中，为激发学生的学习兴趣，有意识地扩充计算机组成原理的衍射知识，同时还在课堂上指导学生阅读相关的书籍、报刊及文献。为了开阔学生的视野，我们随时整理计算机硬件发展的前沿知识，以电子文档的形式发给学生，网站建成后，则把它们挂在了网上，由课程组指定专人及时更新。

我们初步建立了“计算机组成原理”教学网站。网站提供了许多扩充性资料，供学生开展课后复习和主动学习。主要包括：大量精心制作的动画学习课件，功能完备的在线动画模拟实验系统等。借助网站，学生可以根据自己的学习情况，选择所需内容随意阅读，还能灵活方便地与老师进行交互。网站的建立，很好地满足了学生主动学习的需要。本课程还提供了许多国内外与“计算机组成原理”相关的教学资源，包括网站、参考文献资料、教材、PPT讲稿等。

4.3 配套实验教材

编写实验教材的目的在于加强课程实践教学环节的教学指导。通过实验教材的学习能够培养和训练学生对计算机各功能部件的分析设计能力、动手能力，从而提高学生的自行设计、调试分析不同电路的工作能力，达到在实践教学中应用理论知识的目的。借助实验教材，可使学生步步为营，层层加深，最后使学生将原理知识系统掌握，全面贯通，同时可使他们积累一些实验经验和技巧，熟悉一些中大规模集成电路的使用及分析方法，为开设的实验和今后的工作打下坚实的理论基础。

5 结语

通过几年来的实践，我们深化了教学改革，提高了教学水平，完善了教学质量，促进了课程的建设与发展。这对培养学生的硬件设计能力和解决实际问题的能力起到了积极作用，为学生学好后续课程、从事工程设计工作打下了良好的基础。但是教学改革涉及的面很广，社会的发展需要改革，科技的发展和学科的建设需要改革，广大学生和教师自身的发展也需要改革;而且教学手段、教学内容、教学模式的改革是相互关系的，方法上的改革必然牵动内容，内容上的改革必然推动体系更新，反之亦然。因此教学改革不会一蹴而就，它是一个逐步深化的长期过程。教学改革的效果应该是教学质量的不断提高和教学效率的不断上升[2]。

参考文献：

[1]王化兰.计算机组成原理实验教学模式的改革[J].实验室研究与探索.1999（5）：40-42.

[2]徐爱萍，刘建英，吴松梅.计算机组成原理课程教学改革研究[J].重庆：高等建筑教育.2004（1）：54-55.

[3]唐景莉，温小乐.教育部高教司司长谈高教“质量工程”[DB/OL]. .

[4]唐朔飞主编.计算机组成原理.北京：高等教育出版社[M].2000.

[5]白中英主编.计算机组成原理.北京：科学出版社[M].2000.

[6]王让定等.计算机组成原理教学模式探讨[M].宁波：宁波大学学报：2002（6）:87-89.

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