计算机组成原理教学模式改革研究

王小芬 邱秀荣

摘要：作为计算机科学与技术专业的核心课程，计算机组成原理主要研究计算机各硬件部分的工作原理，针对该课程的教学现状，分析传统教学模式中存在的若干问题，提出了相应的改革方案，实践表明，采用新的教学模式取得了良好的教学效果。

关键词：教学模式；计算机组成原理；教学改革；实践教学

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）33-0144-02

计算机组成原理课程是计算机科学与技术专业本科生必修的核心課程之一，也是计算机科学与技术专业硕士研究生入学考试的必考课程之一，在计算机科学与技术专业硕士研究生入学考试实行全国统考后，专业课程考试大纲中计算机组成原理占45分，数据结构占45分，操作系统占35分，计算机网络占25分，可见计算机组成原理课程在计算机科学与技术专业中的地位。计算机组成原理是计算机系统结构的前导课程，而数字电子技术和离散数学又是计算机组成原理课程的前导课程，因此，计算机组成原理在整个课程体系中起着承上启下的作用。

1 传统教学模式中存在的问题

根据多年的教学经验和调查分析，得知传统的《计算机组成原理》课程的教学模式存在如下问题。

1.1 生源存在差异，学生基础薄弱

我校开设计算机组成原理课程的是计算机科学与技术专业的本科生，而计算机科学与技术专业的本科生生源有两类，一类是普通高中毕业的学生，另一类是职业高中毕业的学生，由于生源类型不同，所以学生的基础差异较大。部分同学高中物理知识学得较少，所以相应的前导课程（电工电子技术、数字电子技术、离散数学）掌握得不够扎实，导致在学习《计算机组成原理》时许多概念不理解，许多图形看不懂，比如在计算机组成原理课程中讲到多级存储结构时，会涉及寄存器、锁存器、缓存的概念和工作方式等，这无形中就影响了学习的积极性。在学习计算机各组成部分的硬件电路及其工作原理时，需要用到数字电子技术和离散数学等前导知识，而学生对相关的前导课程掌握得不够深入，因而在该课程的学习过程中就会感到吃力，从而影响学习兴趣。

1.2 实践环节薄弱

《计算机组成原理》课程主要讲授计算机硬件的结构和工作原理，许多内容是需要通过实验设备来进行验证和理解的，传统的教学模式中实践教学比例较小，实验设备功能简单，甚至没有实践教学环节，这无疑就增加了教师授课的难度和学生学习的难度，从而出现“教师难教，学生难学”的现象。

1.3 教学手段单一

传统的教学手段多数是教师讲、学生听，但计算机组成原理课程中很多知识点是非常抽象的，比如指令的执行周期、控制器的工作过程、数据如何在数据线上传输等，这些抽象的内容仅用传统的讲授方式很难让学生真正理解。

对于学生而言，该课程不像离散数学有一系列的推导和证明，大多数学生会感觉该课程的知识点比较零散，理论性太强，学习起来比较吃力，课后复习也比较困难，不知从何下手，因此，采用传统的教学模式很难完成教学任务，如何改革计算机组成原理课程的教学模式，如何提高学生学习的积极性，已经成为任课教师急需解决的问题。

2 教学模式改革方案

2.1 合理组织教学内容

在教学内容上，依据教学大纲的具体要求，以及计算机组成原理课程同先导、后续课内容的紧密结合程度，合理组织教学内容，增加内容的趣味性。目前，我校开设该课程的是计算机科学与技术专业的本科生，使用由高等教育出版社出版、王诚教授主编的教材。本书分别介绍了计算机的五大构成部件，而学生在学习过程中仅是单独的学习每个部件的功能，缺乏对知识点的总结和归纳，为了培养学生整机的概念，必须重新整合教学内容。教师在讲解过程中，以某章的知识点为主，要结合其他章节的内容，不能将计算机的五大构成部件分离开，切实联系实际生活中的例子（一台计算机如同一个健全的人，计算机的硬件系统如同人的物质性的肉体，计算机的软件如同人的精神性的智力与思维），让学生对知识点的理解化抽象为具体。总之，在组织教学内容时要注意主次分明、详略得当，有些知识点让学生有所了解就行，不必面面俱到，以达到对课程内容的最优化设计。

2.2 灵活运用多种教学方法和手段

启发式教学。启发式意在启发学生的思维，所以应注重学生思考能力的培养，通过启发式调动学生学习的主动性。在授课过程中，教师可以将一个大问题分解成若干个小问题，教师需引导学生思考、分析，将一系列的小问题最终归纳成需要解决的大问题。例如，工作人员是如何计算二进制加法的，计算机是如何计算一位的二进制加法的，如何处理进位问题，如何进行十六位加法运算，如何实现更高位加法运算，如何实现减法运算，如何实现乘/除法运算，如何实现逻辑运算，最后实现运算器的设计。通过这种方式使学生对教学内容有了由浅及深的了解和认识。

互动式教学。进行教学改革目的就是为了提高课堂教学质量，教师应该对教学内容有深刻的理解，在授课过程当中，教师应积极组织学生开展课堂讨论，让学生真正成为课堂教学过程中的主体，充分发挥教师的引导作用。例如，在“基本输入输出设备”知识点的教学过程中，让学生自己（可以分组）制作 PPT，然后自己（每组代表）对基本输入输出设备的基本概念进行介绍，介绍其工作原理、最新技术和产品。 最后，教师对相关内容进行补充和指导。 通过这种方式激发学生的学习积极性，营造好的学习氛围。

多媒体辅助教学。在教学过程中使用多媒体技术手段可以对抽象的概念进行动画模拟，例如，对于数据通路、指令周期等比较抽象的概念，仅仅使用传统的板书，既浪费时间效果又差，如果使用多媒体动画方式，则可以节省大量画图时间。通过这种方式可以极大地改善该课程带给大家的枯燥印象，使得课堂气氛生动、活泼。

2.3 突出理论知识的实际应用

重视实践环节，实践教学可以深化课堂教学效果。目前，采用EDA仿真技术进行计算机组成原理实验，实验在 FPGA 综合开发工具 Quartus II 9.0 软件环境下进行，EDA 是电子设计自动化（ Electronic Design Automation）的缩写，是上世纪 80 年代末电子设计领域中高速发展的一项新技术，在电子设计领域中的应用已经非常普及。而近些年，越来越多的高校将 EDA 技术引入到了计算机组成原理实验课教学中，并且出现与之配套的实验电路箱，使计算机组成原理实验课的教学模式发生了巨大的变革。通过仿真技术使学生对计算机硬件原理进行验证，从而更好地理解计算机的工作过程。实验项目主要包括运算器实验、存储器实验、控制器实验和总线实验。

采用以教师为主导、学生为主体，基于项目、问题的探究式教学模式进行课堂教学。以班级为单位，每班一个项目，每班学生分成若干小组，分工协作，有步骤有计划地共同完成该班的项目。

首先，教師导入项目内容，让学生们对该项目有个感性的认识，以此来布置任务，学生们分组对任务进行分析，应用已学习的知识制定工作计划；然后，学生根据制定的工作计划逐步实施完成任务；最后，学生展示任务成果。在整个工作过程中，学生们是工作的主体，但教师也需要全程参与、跟踪辅导，从而实现教师与学生以及学生与学生之间的交流，采用新的教学模式，可以使学生们有更多的自主学习的机会，并能主动参与到项目的设计与开发的过程中，能切实有效地激发学生对硬件设计的积极性，并能在计算机组成原理教学的过程中取得良好的教学效果。

3 教学模式改革条件保障

学校成立专门的部门对本项目的申请和实施提供便利条件，这对于本项目的实施具有很大的帮助。师资力量雄厚，项目组成员均长期从事计算机专业的教学，有能够完成课题任务的专业师资队伍，在教学过程中可以逐步改进教学方法。资料基础广泛，我校现有电子图书库和免费的百度文库使用权，可以利用这些资源查阅国内外资料，教学设备设施可以满足现有教学。改善和提升了校内实训基地的条件，实践教学条件一直是影响计算机组成原理课程实践教学质量的重要客观因素。我校已建有计算机组成原理课程实验室，实验实习条件将再次提升。

4 结束语

总之，计算机组成原理课程的地位和特点决定了该课程的教学模式改革是势在必行的，通过教学模式的改革也促进了课程的建设与发展。教学模式的改革是一个长期的过程，广大教师应立足于提高教学质量的出发点上，进一步推动教学模式的改革。

参考文献：

[1] 毕琳.《计算机组成原理》课程教学改革探索[J].重庆与世界·学术版，2013（8）.

[2] 袁春风等.计算机组成原理课程实践教学探索[J].计算机教育，2011（9）.

[3] 王诚等.计算机组成原理[M].高等教育出版社，2011，3.

[4] 王小芬，陈乾辉.动画设计课程教学改革[J].中国科教创新导刊，2012（5）.

[5] 蒋本珊.计算机组成原理（第3版）[M].清华大学出版社，2013，8.

【通联编辑：王力】