計算機組成原理教學改革分析

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摘要：《計算機組成原理》在計算機科學與技術專業的課程體系中起到了承上啟下的作用，這套改革方案將這門課的重要性展現出來的同時還降低了這門課的教授難度，讓學生更加容易掌握課程并形成一定的計算機專業素養、自主學習能力和解決實際問題的能力。教師利用線上線下混合教學的教學方式教授理論課程，可以有效地提高課堂的質量，幫助學生答疑解惑。同時在實驗課程中穿插使用Proteus等方便學生實驗的平臺，能有效地解決傳統使用實驗箱實驗課場地、設備等的限制帶來的困擾。本文通過調查學生課程滿意度證明了該教學方案在實踐中效果較好。

關鍵詞：教學改革;計算機組成原理;自主學習理論實踐結合;應用型本科

《計算機組成原理》介紹了計算機的五大部件及其工作原理和設計方法等知識點。其作為計算機科學與技術專業的關鍵課程，為后續開設課程鋪墊了學生的專業素養，同時也是為了培養對計算機軟硬件系統認知和設計以及能快速入門新型技術等需求的計算機專業人才為目的而開設的基礎課程，充分體現了《計算機組成原理》一門課程的重要性。為了達到這一目的，國內許多高校執行了針對《計算機組成原理》課程的教學改革活動并取得了不錯的成效。這種方式極大地提升了學生的計算機專業素養，也體現了該課程創新改革的必要性。在如今社會經濟發展的需求下，大量的高校正向應用型本科轉型，社會需求與家長學生的需求產生了較大的分歧（如圖1所示），社會需求更注重技能型人才而學校的教育方式更傾向于于學術型人才。在這樣的性質下，需要在教學中注重理論與實踐的結合并符合行業需求，注重理論在實踐中的應用技巧、能力的培養。

一、課程教學重難點

明確課程教學重點是制定人才培養方案和實施教學方案改革的重要前置步驟?！队嬎銠C組成原理》課程開設在應用型本科中?！队嬎銠C組成原理》其在計算機科學與技術專業中的重要地位。該課程中體現的計算機是具備了表達、計算、儲存以及其他形式信息處理能力的復雜系統。所以在這門課程的教授中要有基本的理論知識，也要有培養學生設計實現軟硬件等“解決問題”的能力。

二、教學方案改革措施

針對計算機專業人才的培養方案在企業、學校的情況可以進行大致的方案歸類，如圖2所示，根據這些方案可以有針對性地進行教學改革。布置任務理解任務提示要點團隊工作教學指導成果展示成果點評企業考核教師評價學生圖2教學流程方案常見的方案離不開以一個特定的CPU、特定的OS、特定的編譯器在比較同意的硬件實驗平臺上以MIPS或者ARM指令集為學生建立系統的觀念，讓學生能夠將以往學習的計算機專業基礎課程知識聯系起來達到理解計算機系統概念、完善知識體系的目的。通常還結合教材讓學生能在掌握底層的原理機制之后能夠對遇到的計算機頂層新問題能有較好的解決思路，進而利用這些原理機制寫出更高效的程序。1.課堂方式改革作者:單位:在移動互聯網、人工智能等新元素幫助課堂教學的時代里面，線下教學已經不能只以理論化的方式來教學了。結合線上、線下的教學和討論的新教學模式能夠較好地解決學生預習難的問題，如圖3所示。線上的教學主要通過短視頻的形式。使用能夠體現當堂課知識大綱和重點的短視頻，能夠讓學生能夠在開始學習時最有興趣的幾分鐘到十幾分鐘內解決向學生介紹本堂課的重點、讓學生了解本堂課的講課大綱走向、讓學生清楚自己在學習什么等問題。而課堂的內容應更多地用于復習、拓展和討論，以達到培養學生自主思考能力的目的。2.教學方法改革作者:單位:因為《計算機組成原理》課程內容抽象并且較多復雜的電路圖、時序圖，故為了達到提高教學效果的目的，可以使用多媒體教學把所需的硬件圖等內容做成動態效果使用PPT展示出來，這樣可以將課程內容中各種原理、過程等通過多彩和有吸引力的畫面展現出來，幫助學生直觀地理解各個部分工作的原理以及整機運行的機制等抽象的知識。在教授課程時多講解課程內容與其他課程的關系以及和該課程如何做到課程上的承上啟下的，讓學生在清楚結構之后更能真正理解整個系統的運行機制。3.實驗教學改革作者:單位:為了學生可以不受限制地熟悉所學內容，可以考慮實驗課程在使用仿真試驗箱進行課程時穿插采用Proteus等仿真軟件，這樣可以極大地減少學生將自主想法實踐出來的難度，又可以使用這類軟件對課堂的知識及時預習、回顧，保障了學生的課程效果。在實驗課程中，對于模仿驗證的實驗而言，學生按照預定的流程步驟完成就可以得到實驗結果，如果跨度到自主設計的實驗將會出現學生難以理解實驗內容目的、無法動手完成實驗等問題。為了解決這些問題，可以在前期的獨立部件實驗中應該注重實驗過程的分解并且建立準確評測實驗效果的評估體系。

三、人才培養實施方案

課程方案改進。針對教學改革措施中提到的教改需要達到的各種效果，課程大致可以進行如下方式修改：（1）運算部件的教學中為了達到讓學生可以設計一個CPU的課程目的還應該著重講解標志位的加法器。（2）在講解指令系統部分時添加匯編及反匯編的過程詳解，同樣可以達到提高學生興趣的目的。（3）主要是在講解儲存器體系結構的部分時注意結合實際的C語言程序講解程序訪問的局部性和高速緩存命中率等重點。（4）實驗課程考慮在運算方法和運算器一章節中添加Proteus的仿真實驗。Proteus仿真實驗課程內容具體包括一位全加器、行波進位加法器、行波進位減法器、BCD碼加法器、74LS181驗證實驗、兩片74LS181構成8位運算器等實驗。

四、成效和結束語

為了檢驗該方案的教學效果，這里對計算機Ⅰ班和計算機Ⅱ班兩個教學班分別使用了教學改革前的教學方案和教學改革后的教學方案，調查結果顯示使用改革后的教學方案的Ⅱ班較不使用改革教學方案的Ⅰ班學生滿意度高出約20%。該課程是對實際的機器的理論知識補充，對改革也應該采用實際的應用相結合的方式，才能讓課程教學和效果更加適合當今社會的技術發展。

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作者:陳錦煌 陳釗淇 劉志洋 單位:中山大學新華學院