《计算机组成原理》课程中“DMA方式”知识点的教学设计

智爱娟　刘雅琴　侯凤云

摘要：教学设计是为了提高教学效率和教学质量，根据课程标准的要求和教学对象的特點，将教学诸要素有序安排，形成教学方案的设想和计划。本文通过对教材和学情的分析，从学什么，为什么学，如何学三方面探讨了《计算机组成原理》课程“DMA方式”一节的教学设计，利用该教学设计形成的教学方案在河南省教育系统教学技能竞赛中得到了学生和同行的好评。

关键词：教学设计;DMA方式;教学目标;教学案例

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）12-0170-02

1 引言

美国教育家加涅（R.M.Gagne）1988年在《教学设计原理》中提出：教学设计是一个系统化（systematic）规划教学系统的过程。教学设计要从“为什么学”入手，确定“学什么”“如何学”，最后通过对学习效果的评价，修正各个教学环节，最终力求获得最佳的教学效果。

《计算机组成原理》是我校信息技术学院计算机科学与技术专业、物联网工程专业和网络工程专业的一门专业基础课程，主要讲述计算机五大部件的内部结构及工作原理。课程内容枯燥乏味、抽象难懂。因此，教师在课前要针对学生情况对讲述的知识进行教学设计，化难为易、循序渐进引导学生进入知识环境，将抽象知识具体化，激发学生产生兴趣，共同完成教学任务。本文以“DMA方式”为例探讨教学设计的方法。

2 “DMA方式”教学设计

2.1 教材分析和学情分析

1）教材分析

本节课内容选自高等教育出版社出版的《计算机组成原理（第2版）》（唐硕飞编著）中的第5章输入输出系统的第6节。在讲授本节课之前学生刚学习了程序中断方式接口电路的基本组成，以及程序中断方式下主机和外部设备传输数据的原理，为本节课的学习奠定了基础。本节课是继续讲述DMA接口电路的基本组成以及DMA的工作过程的基础，也对后续课程《微机原理与接口技术》中8259DMAC的理解和编程应用起着知识铺垫的作用。

2）学情分析

《计算机组成原理》是计算机科学与技术学科的一门核心专业基础课，本节课的学习对象为2018级计算机科学与技术专业的本科生。本班学生在之前已经完成了培养计划中规定的如下课程的学习：大学物理、高级语言程序设计、电子技术、汇编语言程序设计等。目前学生的专业知识、基础知识和人文素养基础都比较扎实，具备学好本课程的知识和能力;同时，本课程作为必修课和考研课，学生对本课程学习的积极性和主动性也较强，有助于对于本课程知识的理解和掌握。

2.2 教学内容、教学重点和难点

根据对教材和学生情况的分析，确定本节课的教学内容及教学重点、难点，教师在此过程中明确学生要“学什么”的问题。

1）教学内容

① DMA的概念。

② DMA方式的特点。

③ DMAC与CPU共享主存的方法（即DMA与主存交换数据的方法）。

④ CPU出让总线使用权的时间。

2）教学重点

① DMA方式的特点。

② DMAC与CPU共享主存的方法（即DMA与主存交换数据的方法）。

③ CPU出让总线使用权的时间。

3）教学难点

① DMA方式的特点。

② DMAC与CPU共享主存的方法（即DMA与主存交换数据的方法）。

2.3 教学目标

基于对学情和教材的分析，根据本节课是教学内容、教学的难点和重点确定知识、能力和情感态度三维教学目标，在此过程中教师明确学生“为什么要学”的问题。

1）知识目标

通过学习，使学生能够掌握DMA的概念、DMA方式的特点、CPU和DMA接口共享主存的方法以及DMA方式下CPU出让总线使用权的时间。

2）能力目标

① 通过学习，使学生能够理解高速外设为什么要采用DMA方式与主机传输数据？

② 通过学习，使学生能够理解和掌握DMA方式下外设和主机进行数据传输的特点。

③ 通过学习，使学生能够掌握DMA方式下接口和CPU共享主存的3种方法，以及各自的使用场合。

④ 通过学习，使学生能够理解DMA方式下CPU出让总线使用权的时间。

3）情感态度目标

① 使学生感受DMA技术在现代计算机的最新应用，享受跟随时代的喜悦。

② 培养学生探索求知、激发独立思考、主动获取新知识的学习习惯。

2.4 “DMA方式”教学设计

本节课的教学内容主要以理解和记忆为主，数据在高速外设和主存间的传输过程在计算机运行过程中无法直观地看到，内容既抽象，又难以理解。因此，一开始教师利用现代多媒体手段，通过动画演示“中断方式下主机和外设通信过程”说明在外设速度较高时存在的问题，之后带领学生探求解决问题的思路和方法。在50分钟的时间内采用PPT和板书相结合的方式，将抽象问题具体化，方便学生理解和记忆。教学设计包括教学过程设计和板书设计两部分，在此过程中明确教师怎样主导，学生“怎么学”的问题。

1）教学过程设计

教学过程设计包括教学过程、内容及时间分配、各环节采用的具体教学方法和手段等，具体设计过程如表1。

为了考查本节课的教学效果，布置了作业1和作业2：作业1的第27、28题是问答题，主要考查学生对“DMA特点”和“CPU对总线使用权出让时间”的掌握情况;第30题是画图题，主要考查学生对“CPU和DMAC共享主存的方法”的掌握情况。作业2是选择题和判断题，主要考查学生对本节课的一些知识细节的掌握情况。

2）板书设计

由于教室黑板较小，授课内容在PPT上基本上都有显示，而且重点也有不同颜色标识，故采用提纲挈领式板书设计，仅保留节标题和主要内容的标题。

3 结束语

《计算机组成原理》课程的教学内容抽象、难懂，因此，为了提高教学效率和教学质量，教师在教学过程中就要根据课程教学大纲和培养方案的要求，以及教学对象的特点，将教学诸要素进行合理、有序安排，形成合适的教学设计方案。本文从教材分析、学情分析、教学目标、教学内容和重难点、教学设计五方面详细探讨了《计算机组成原理》课程“DMA方式”一节的教学设计，使教师在备课过程中明确学生“学什么”“为什么学”，“如何学”的问题，利用该教学设计形成的教学方案，通过课堂教学过程的实践取得了良好的教学效果，得到了学生和同行的好评。

参考文献：

[1]《物理通报》资料室. 教学设计定义及特征[J].物理通报.2018（10）：6.

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[3] 唐朔飞.计算机组成原理 [M].2版.北京：高等教育出版社，2008.

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[5] 包健，冯建文，章复嘉.计算机组成原理与系统结构[M].北京：高等教育出版社，2009.

[6] 加涅.教学设计原理[M]. 王小明， 译. 上海：华东师范大学出版社，2007.

[7] 刘琳，陈晓慧.对教学设计研究方法的探讨[J].现代教育技术，2010，20（7）：18-20.

[8] 刘美凤，康翠，董丽丽.教学设计研究：学科的视角[M].北京：北京师范大学出版社，2018.

【通联编辑：王力】