对高职《计算机组成原理》教学改革的探讨

□吴新华 罗晓娟

对高职《计算机组成原理》教学改革的探讨

□吴新华 罗晓娟

分析了《计算机组成原理》在高职高专教学中存在的若干问题，围绕如何调动学生学习兴趣、完善教学手段、改革教学方法以及实践教学环节等问题进行了探讨，提出了提高教学质量的方法。

计算机组成原理；教学方法；实践教学

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课。它主要讲述基于冯、诺伊曼计算机基本部件的构造和组织方式、基本运算的原理以及部件和单元的设计思想等[1]。其前导课程是“模拟电子技术”、“数字逻辑”，后续课程是“微型计算机接口”、“单片机原理”等等，《计算机组成原理》在其中起着承上启下的关键作用。前导课程的学习使同学们了解了计算机硬件最底层的物理原理、基本的电子元件和数字电路，而《计算机组成原理》则是第一次全面系统地把计算机的整机工作原理引入进来，可以提高学生对硬件系统的分析、设计、开发的能力，也为后续的硬件课程打下基础[2]。

一、教学中存在的问题

《计算机组成原理》在我校这样的高职高专院校的实际教学过程中存在着不少问题，教学效果不是很理想。学生普遍反映这门课程难懂、内容抽象，从而在学习中产生畏难和厌烦情绪。通过调查分析，发现主要原因有：

（一）硬件课程基础较差

高职高专院校层次的学生高中数学、物理的基础极差，对“模拟电子技术”、“数字电子技术”这两门先行专业基础课难以理解透彻，而这两门课正是“计算机组成原理”的基础课程，所以教学过程中很多的概念和图形，学生感到难以理解，不知所云。这在一定程度上打击了学生学习本门课程的积极性。而且，因为高职高专层次学生素质普遍不是很高，遗忘速度较快，也不太可能指望他们通过预习和复习自我提高。

（二）教学方式比较单一

尽答现在很多高校已经采用现代化的教学手段，但是仍然避免不了“满堂灌”的被动局面，老师和学生不能很好的互动起来。在教学组织中，计算机硬件许多新的内容和技术没能补充进来。在教学课时安排上，应注重与已修相关课程的内容衔接，删减不必要的重复内容，留出适当的课时增加新的教学或讨论内容，充分让学生参与课程，让他们在热烈、轻松的课堂气氛中获得知识。在考核方式上，仍然采用传统的闭卷考试为主，实验课环节只是占很小的比例，不能提高学生的动手能力和创新能力。

（三）实践教学环节薄弱

《计算机组成原理》更多涉及到芯片的构造、工作原理和应用，很多知识只有通过实践操作、验证和设计，才能真正理解和掌握。根据这一特点，在教学时就应着重理论和实验紧密结合，理性和感性相互结合，学习的质量才能得以保证。但现在很多高职高专院校实验设备陈旧，功能单一，不能很好地满足计算机组成原理实验教学的需要。实验环节薄弱使学生不能有效的理解计算机内部工作原理[3]。

二、教学方法的改革

（一）精选教材，合理组织教学内容

目前在高校里用到的《计算机组成原理》的教材很多，例如高等教育出版社唐朔飞编写的 《计算机组成原理》，清华大学出版社王爱英主编的《计算机组成与结构》等。根据我校实际情况，我们选择了王爱英的《计算机组成与结构》，这本教材融合了计算机组成原理、计算机系统结构两方面的知识，能让学生了解更多的计算机硬件细节，让学生掌握如何在硬件系统上提高软件的运行效率。

在教学内容的编排上，依据教学大纲，重点突出，详略得当。每一章都分为精讲和选讲两部分，将选讲部分放手让学生自学或开展网上讨论，既培养了学生的自学能力，又节约了课时。精讲部分则要求老师讲细、讲透，并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知识，这样既提高了学生的学习兴趣，又弥补了教材与实际的脱节，提高了这门课的使用价值。

（二）明确学习目的，激发学习热情

《操作系统》是站在软件的角度看计算机的运行原理，《计算机组成原理》则是站在硬件的角度来看计算机的运行原理，因此这门课对于学习计算机的学生来说非常重要。另外，这门课程和《数字电路》等课程也有不同，《数字电路》是站在微观的角度讲解计算机的原理的，而 《计算机组成原理》则是站在宏观角度讲解的，因此大可不必在电路图等细节问题上陷得太深，以“抽象”的观点看问题，只要知道它能实现何种功能，不必管它内部是怎么实现的。

对于以后想从事嵌入式系统、操作系统设计等和硬件结合比较紧密的工作的同学，我建议所有的内容都要学好，而如果以后想从事软件相关工作的同学也要学好存储器、输入输出系统、计算机的运算方法、指令系统、CPU的结构和功能等章节的内容，因为做大型系统软件会涉及到调优的问题，如果只懂软件，而不知道硬件在怎么运行的话，调优会受到限制，软件无法发挥硬件的最大优势。举一个简单的例子，笔者在读研期间，我们实验室曾开发过一套软件系统，在HP的服务器上运行，一开始我们的软件运行效率非常低，然后HP派了一个对硬件、软件都非常熟悉的团队来进行调优，经过调优，我们的程序运行效率提高了10倍。由此让学生明白，要编写一个高效率的软件，必须具备扎实的硬件基础。

（三）采用启发式教学法

启发式教学法是教师启发学生积极思维，使他们主动掌握知识的一种教学方法。《计算机组成原理》和其他专业课不同，大部分都是理论性的东西，动手实验的内容较少，因此很多同学感觉非常枯燥。在日常教学中，我经常建议学生多结合自己的电脑进行联想和研究，多到网上搜索相关的资料，那样理解就会更加深刻。《计算机组成原理》、《操作系统》是可以当成“小说”来看的课程，不要皱着眉头把它当成理论学，而是把课本想象成一个给你讲计算机运行原理的说书人。

比如学到《系统总线》的时候，我让学生意识到：计算机部件之间的通讯如果是通过一根线来进行的话肯定非常慢，因为数据、控制信息等都要通过一根线进行，而如果分成数据总线、地址总线和控制总线三条线，这样数据、控制、地址信息就可以并行进行，所以速度就快了。然后学生就可以到网上搜PCI、ISA总线等的介绍，南北桥芯片的介绍等，这样就能把知识做到“不用刻意记就记住了”。

讲到《存储器的缓存》的时候，我引导学生琢磨缓存到底是在做什么。缓存就是为了解决低速设备读取的问题，从内存中读数据肯定没有直接从CPU的缓存中读取快，所以就需要把经常被读取的数据放到缓存中，以后读的时候直接去缓存中读取就可以。缓存不能设计的太小，因为太小的话很多需要缓存的数据放不进去，太大的话则会增加成本，而且会导致很多不需要被缓存的数据也缓存了。然后学生就到网上看主流的CPU内置的1M、2M、8M缓存的比较的文章，这样就会理解深刻了。

讲到程序查询方式、DMA方式等的时候，我引导学生联想企业中的人员管理，有的企业里边A员工让B员工做一件事情也要领导转达任务分派，而且有的企业里一些普通的事情员工之间就可以处理，无需要领导过问。讲到奇偶校检码的时候你就可以思考为什么有的压缩文件、视频文件有轻微的损坏仍然能够打开，你甚至可以自己写一个程序来实现校检功能。

三、实践教学的改革

《计算机组成原理》的实践教学内容的设计，应该以深化学生对理论知识的理解和掌握，以培养学生动手能力，增强学生的创新意识而定位。由此我们建立了新的“计算机组成原理”实验教学体系，将实验进度分为基础模块实验、综合性实验、设计性实验，形成从部分到整体、从接受知识型到综合能力型逐级提高的实验体系[4]。

（一）基础模块实验阶段

实验有移位操作实验、运算器实验、控制器实验、存储器实验。通过一系列小实验的验证和应用，要求学生掌握实验系统中单元模块的内部结构及相关电子芯片的基本逻辑，理解单元模块的工作原理及该单元模块在整机系统中的应用。让学生对五大硬件的理论知识由浅到深逐步掌握。

（二）综合性实验阶段

让学生建立整机思想，在熟悉单元模块工作原理的基础上，掌握计算机整机系统地协调运行。为了达到这一教学目的，我们在教学内容中安排了一定量的综合设计实验，要求学生通过一系列此类实验，掌握整机运行模式，从部分到整体形成一个完整的“整机”概念，进一步深刻理解理论知识[5]。

（三）设计性实验阶段

在这一阶段的系列中，我们改变传统计算机组成原理实验“芯片+连线”的做法，用大规模可编程逻辑器件使硬件的功能可以和软件一样通过编程来实现。学生使用可编程逻辑器件，通过可编程方式来设计并实现电路，开展可重构原理的计算机设计，使学生具有用硬件描述语言进行设计的能力，完成从验证知识到设计、创新能力的培养。

四、结语

大专层次的学生学习计算机课程，其目的在于了解计算机在现代社会中重要作用，掌握计算机的基本知识和基本操作，以使其在今后的生产技术第一线的工作岗位上灵活使用计算机进行现代化管理，提高工科的科学性和有效性。对于他们来说，计算机理论、原理、系统知识要学，但更应注重实效性，才能满足社会各行业对计算机应用要求的不断变化和提高。随着计算机技术及其应用的不断发展，计算机软件和硬件都在不断更新和完善，这就要求计算机教学的内容和教学方法都应随着计算机利学技术的发展而有所调整，以适应社会发展的需要。本文对《计算机组成原理》在高职高专层次教学存在的一此问题进行了分析和讨论，并提出了一此改进措施和方法，以促进学生动手能力和创新能力的提高。但是，教学改革是一个逐步深化的长期过程，需要教师立足于提高教学水平、教学质量培养全面发展的新型人才的出发点上，不断提高自身索质，不断摸索，不断创新。

[1]邹红文，聂雅琳.《计算机组成原理》教学设计研究与实践[J].洛阳理工学院学报(自然科学),2008(01).

[2]王勇，黄贤英.“计算机组成原理”的教学方法[J].重庆工学院学报(自然科学),2008，22（03）.

[3]颜俊松.计算机组成原理实验教学研究与探索[J].重庆文理学院学报(自然科学版),2008，27（01）.

[4]任春明，刘军.计算机组成原理实验教学的思考与改进[J].实验技术与管理,2006，23（10）.

[5]王建新等.基于组件的计算机组成原理虚拟实验室的设计与实现[J].系统仿真学报,2008，20（09）.

本文系江西省教育厅资助课题“高职高专信息检索网络教学平台设计与应用研究”的阶段性研究成果（编号：JXJG-08-23-13）。

吴新华（1975-），男，江西萍乡人，硕士，萍乡高等专科学校讲师，研究方向为计算机应用、智能嵌入式软硬件；罗晓娟（1975-），女，江西萍乡人，硕士，萍乡高等专科学校讲师，研究方向为计算机应用和算法程序设计。

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责任编辑谢荣国