“计算机组成原理”精品课程建设的实践与探索

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摘要:“计算机组成原理”是计算机各专业的一门专业基础课程,在专业课中起着承上启下的作用。本文介绍我校在“计算机组成原理”精品课程建设过程中加强师资队伍建设、优化教学内容、改革实验教学环节等几个方面的实践与探索,为课程教学改革提供了新思路。

关键词:计算机组成原理;精品课程;课程建设

“计算机组成原理”是计算机科学与技术专业的主干硬件专业基础课,它的先导课程包括“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“汇编语言”;后续课程有“计算机体系结构”、“计算机接口技术”、“单片机”等过渡课程,关系较为密切的课程还有“操作系统”、“嵌入式应用开发”等,如图1所示。

图1“计算机组成原理”基础课程关系

由图1可见在这些涉及到硬件较多的课程中,“计算机组成原理”是最主要的课程,在一系列软件、硬件课程中起着承上启下和支撑作用,是所有后续硬件专业课的基础和支撑,教学内容也在计算机整个课程体系中起着举足轻重的作用。它的主要教学任务是要求学生能系统地理解计算机硬件系统的逻辑组成和工作原理,培养学生对计算机硬件结构的分析、应用、设计及开发能力。它既有自身的完整理论体系,又有很强的实践性。该课程具有知识面广、内容多、抽象枯燥、难理解、更新快等特点。因此,如何把握课程的主线和重点,使学生扎实掌握计算机系统各部分的工作原理,牢固建立整机概念,同时强化硬件实

践,培养创新理念和创新能力,成为建设该精品课程的重点。

1加强师资队伍建设是首要任务

精品课程建设的关键是师资队伍的建设和师资素质的提高。建设一支德才兼备、结构合理、人员稳定、教学水平高、教学效果好的高素质教师队伍,对课程建设来说至关重要,是实现本科教育培养目标、提高人才培养质量的关键。一方面,我们积极参加高等教育科学研究,积极组织和鼓励教师自觉结合教育教学改革中所遇到的深层次问题进行教学理念、课程体系、教学内容、教学方法与手段等方面的研究,努

基金项目:内蒙古师范大学精品课程建设教学研究课题科研基金(内蒙古师范大学教务[2008]第7号文件)。

作者简介:侯宏霞(1975-),女,内蒙古呼和浩特人,讲师,硕士,研究方向为计算机教育应用。

力提高自身的教育教学水平。另一方面,为了促进教学,我们经常组织教研活动,如集体备课,即集体讨论确定教学大纲和教案,研讨教学中的重点、难点和疑点,安排确定教学实践环节;组织教师之间互相听课,取长补短,共同提高;安排新任课教师试讲,并对其进行评议;传达全国性学术会议研讨的热点问题,使教师了解学科前沿动态,提高教学质量。通过这些教研活动,统一了教学内容、进度和要求,克服了教学的随意性,增强了教学的计划性和严肃性;保证了教学内容的不断更新,使之能追踪学科前沿,紧密结合高等教育改革实际;能及时了解学生对授课的反映,便于任课教师进行改进和调整;提高了教学的整体水平,有利于青年教师的培养和成长。

2优化教学内容

“计算机组成原理”课程的内容组织,应该从整机概念出发,以计算机的5大部件内容为主线,以其内部结构和工作原理为重点。我们将教学内容分为3个模块,如图2所示。首先介绍计算机系统的硬件结构,引导学生自顶向下了解计算机系统的硬件结构,包括中央处理器、存储器、I/O等主要部件以及连接它们的系统总线。其次介绍中央处理器,讲述CPU的功能和结构,并对影响CPU特性、结构和功能的算术逻辑单元及其运算方法、指令系统、指令流水、中断系统等进行详细分析。最后是控制单元,在详细分析时序系统以及微操作命令节拍安排的基础上,分别介绍如何用组合逻辑控制和微程序控制两种方法设计和实现控制单元。这样对教学大纲规定的内容按模块进行划分,将相关的内容归到同一个块中,并将块与块之间的联系一一展示出来,形成一个层次清晰、结构明朗、联系紧密的统一体。学生就能对某一个具体的知识点进行纵向的扩展和横向的比较,加深记忆。[1]

另外,在传统教学内容的基础上,我们结合当今计算机技术的发展,适当增加有关计算机各部件的演变历史和最新技术的知识,增加了对现代计算机系统中涉及的流水线技术、总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术的简要介绍。在CPU部分,除了介绍从80386、80486到Pentium的演变过程,还以80486和Pentium为实例,对微处理器的关键技术作简单说明和归纳,锻炼学生把学到的计算机理论知识和实际应用联系起来。[2]

图2计算机组成原理教学内容关系图

3改革实验教学

3.1改革实验教学内容

理论是基础,但绝不可忽视实践教学,实践教学可以培养和激发学生学习计算机的兴趣。我们将实验

教学内容分为3个层次,如表1所示。首先是基础验证型实验,该类实验主要涉及课程的相关知识点,实验目的是使学生验证、理解、巩固并掌握课内所要求的基本教学内容。其次是设计应用型实验,该类实验以“任务”或“课题”形式提出实验要求和具体的实

验成果,要求学生通过有关课程或自学方式,掌握实验所涉及的知识,通过综合利用这些知识来设计、开发并最终完成实验项目。第三是综合创新型实验。该类实验旨在培养学生综合应用计算机知识与技术的能力,培养学生带着问题自主学习的能力。

表1计算机组成原理实验内容

层次划分 实验项目

基础验证型 运算器实验、时序电路的组成与控制原理实验、存储器实验

设计应用型 设计八位ALU实验、基本模型机设计与实现实验

综合创新型 复杂模型机设计与实现实验

其中,部件实验主要是以基础验证型实验和设计应用型实验为主,其内容包括运算器、存储器、总线传输、微程序控制器等;整机课程设计是以综合型实验、创新型实验为主,是本课程的重要内容。这几部分实验随课程进度分散在不同阶段完成,这样可在培养学生动手能力的同时使其对计算机的每一部分都有深入的了解,由此加深其对课程内容和理论知识的理解。通过实验能够使学生更加深入地理解计算机的组织、结构和工作原理,从而提高学生对计算机系统的感性认识。

通过实验,一是能使学生容易理解和掌握所学书本知识;二是可以锻炼和提高学生的组织能力以及分析解决实际问题的能力;三是可以促进教师在教学中加强理论联系实际,提高教学质量。[3]

3.2改革实验教学的组织方法

培养学生实验能力和设计创新能力是我们实验教学的重要目标。为此,课堂上教师只是启发性地讲解各模块的工作原理,其余部分全部由学生独立完成。每次实验严格遵循课前预习、课堂训练、实验调试、验收Y果的实验环节,切实培养学生的实践能力。另外,要求学生给出实验重要环节记录手写稿,包括实验进行中遇到的问题及解决方法,回答实验教材中以及教师课堂上提出的思考题,它将贯穿于整个实验阶段,体现学生实际实验的情况,是学生独立实验的一项重要证明。

3.3探索适应精品课程的实验评价体系

3.3.1采用学生答辩的方式

实验结果验收环节是非常重要的,是实验考核的重要参考依据。为了保证学生能够真正在实践中提高

自己的动手能力,并且掌握相关的基本原理,必须抓好实验验收环节。在实验结果检查时,需要检查所有的电路设计和实验台演示的完成情况,每个学生要讲述实验原理、阐述有哪些创新或改进之处,老师还要对每个学生提出3～5个问题。学生现场答辩演示情况可以反映出学生独立思考、独立分析问题和解决问题的能力,能够直观地了解学生是否能够学以致用,达到提高实践动手能力的目标。

3.3.2使用量化的成绩评定方法[4]

实验课程成绩主要由学生的出勤情况、预习情况、实验操作过程和实验报告4个成绩综合评定。其中,实验操作过程为主要评分依据,实验成绩的具体考核方式为:

(1) 出勤情况按次记,每次2分,总分12分,缺课1次扣6分,但无故缺课2次以上,实验总成绩记0分。

(2) 预习按次记,每次3分,总分18分,包括实验准备情况和预习报告,随堂抽查或在实验报告的预习部分体现,缺1次扣6分,但预习最大扣分不超过18分。

(3) 实验操作过程按等级评定,每个等级对应的分数为A(90)、B(80)、C(70)、D(60)、E(50),占实验总成绩40%。

(4) 实验报告,按等级评定,每个等级对应的分数为优(90)、良(80)、中(70)、及格(60)、不及格(50),占实验总成绩30%。

综合评定实验成绩为:

实验总成绩=出勤+预习报告+实验操作过程×40%+实验报告×30%。

4结语

总之,“计算机组成原理”精品课程的建设应该是以现代教育思想为先导,以提高师资队伍素质为前提,以优化教学内容为基础,以改革实验教学为保障,以推进教学资源共享为原则,集师资队伍、教学内容、教学方法、教材建设和管理制度于一身的整体建设。同时,计算机技术、网络技术、超大规模集成制造技术的迅速发展对该课程的教学也提出了更高的要求,教师在授课过程中应该不断总结经验,积极探索改进教学方式方法,以取得更好的教学效果。

参考文献:

[1] 袁媛,叶正权.“计算机组成原理”课程教学改革研究[J]. 科技信息,2009(9):529.

[2] 徐洁,俸远祯. 计算机组成原理与汇编语言程序设计[M]. 北京:电子工业出版社,2005.

[3] 汤晓安,王文惠,郝建新,等. 精讲多练打造“微机原理与接口技术”精品课程[J]. 高等教育研究学报,2007(6):58-59.

[4] 侯宏霞. 关于提高“计算机组成原理实验”课程教学质量的探索[J]. 计算机教育,2009(8):154-156.

The Practice and Research on Excellent Courses Construction of Principle of Computer Organization

HOU Hong-xia, SONG Yun

(Computer and Information Engineering College, Inner Mongolia Normal University, Huhhot 010022, China)

Abstract: The reform in excellent courses construction of Principle of Computer Organization is discussed, mainly in strengthen the building of the ranks of teachers, optimization of the teaching content and teaching mode and reforming practice teaching.

Key words: Principle of Computer Organization; excellent courses; courses construction