APP下载

信息化时代“计算机组成原理”课程的教学研究

2009-06-20徐爱萍许先斌蔡朝晖

计算机教育 2009年10期
关键词:计算机组成原理教学手段教学改革

徐爱萍 许先斌 蔡朝晖 黄 源

文章编号:1672-5913(2009)10-0042-03

摘要:本文在分析信息化时代对人才全方位要求的基础上,指出了“计算机组成原理”课程的传统教学中的不足,结合多年“计算机组成原理”课程教学的体会和经验,就信息化环境下教学改革中的教育模式、教学内容、教学方法、教学手段和考核方法等有关问题进行了探讨和研究,为“计算机组成原理”课程的教学改革提供了新的思路。

关键词:“计算机组成原理”课程;教学改革;教学模式;教学方法;教学手段

中图分类号:G642

文献标识码:A

“计算机组成原理”课程是计算机专业的一门重要的专业必修课程,是很多课程的前导课,也是计算机专业研究生入学考试的课程之一,因此学好这门课程对后面课程的学习和深造有着至关重要的作用。随着信息化社会的发展和计算机科学技术的广泛应用,在担负着培养计算机专业人才的一流高等学校里,“计算机组成原理”课程教学改革的主要目的是使“计算机组成原理”教学跟上计算机科学与技术的发展步伐,适应当前计算机硬件的更新速度和软件发展的需要,因此传统的教育模式、教学内容和教学方法已不适应信息化时代对人才培养发展的需要。本文结合多年“计算机组成原理”课程教学的体会和经验,就信息化环境下教学改革中的有关问题进行探讨和研究。

1教学模式的改革

1.1教学模式由灌输型向引导型转变

传统的教学模式是以教师为中心,教师通过讲授、板书等多种媒体的辅助,将教学内容传递给学生或灌输给学生。在这样一种模式下,教师是主动施教者,学生是被动的外部刺激接受者即灌输对象,媒体则是教师向学生灌输的工具,教材则是灌输的内容。表面上学生参与教学活动,但这是一种被动的参与。它的优点是有利于教师主导作用的发挥,有利于教师对课堂的组织、管理与控制,有利于教师系统的传授知识;缺点是忽视学生的主动性、创造性能力的培养,不能把学生的认识主体作用很好地体现出来,学生缺乏主动的思考、探索,其自主性、积极性难以发挥,不利于学生创新能力的培养与创造性人才的成长。因此在教学中我们尝试了由灌输型教学模式向引导型教学模式的转变。比如:在讲述二进制加法器时,我们引导学生设计十进制加法器;在介绍设计既能按8位访问又能按16位访问的存储器时,引导学生设计既能按8位访问又能按16位访问还能按32位访问的存储器;在介绍完Cache存储器的工作原理后引导学生分析实际微型计算机系统中的Cache存储器;在介绍完所用教材里CPU结构下指令流程图后引导学生分析其他CPU结构的指令流程图;在介绍完微程序地址安排的基本技术后,引导学生安排实际微型计算机系统中指令流程图的微地址,这些引导的内容都是课本之外的,我们在教学中教的是方法和技术,因此学生发挥主观能动性后便可以解决课本之外的有关问题。

这种教学模式是一种教与学双向互动的教学模式,其核心在于既要发挥教师的指导作用,又要充分体现学生的主体作用。在这样一种模式下,学生是信息加工的主体,是知识意义的主动建构者;教师是课堂教学的组织者、指导者,是学生建构意义的帮助者、促进者。学生主动地参与到教学过程中,教师则对教学内容及教学媒体进行总体的指导与把握,教师职责逐步从传道、授业、解惑转变为指导、咨询、组织、主持和设计教学上来。实践证明这种模式的优点是有利于学生的积极性、自主性的发挥,有利于学生主动思考、主动探索、主动发现,有利于学生的创新能力的培养及创造性人才的培养。

1.2教学模式由理论主导向能力主导转变

“计算机组成原理”课程所用教材绝大部分都是介绍理论知识,如果仍多采用传统的教育模式,过多地注重于知识的传授、理论的灌输,而对于学生是否能够消化、是否能够吸收、是否能够将所学的知识结合到实践中去进行创造,则注重不够。这样的人才只能单纯地重复知识、记忆知识、进行模仿,其适应性及创新能力都不够。培养的学生死记硬背的多、高分低能的多、知其然而不知其所以然的多,学生缺乏创造性,许多毕业学员在工作岗位上无法开展创造性工作。因此大力推进现代教学模式,在传授知识的同时,注重学生能力的培养,注重理论联系实际、注重与学生的生产生活相联系、注重学生对知识的驾驭非常重要。信息化时代培养的人才是复合型、应用型、创造型三者的整合统一,必须具备较强的适应性和较好的创新性,不仅熟悉和掌握一门专业、技术,而且熟悉和掌握相关学科的知识和技术,能够将所学知识运用到生产、生活中,具有不断创造的能力。

明确了教学的目标和现代的教学模式,在教学中我们不完全介绍书本上的纯理论,不强调死记硬背,而是给学生自我发挥的空间。因此在介绍运算方法和实现后,对运算器的设计进行了练习;在介绍主存储器的组成原理后,对实际存储器的设计技术,比如模块化存储器设计、动态存储器设计和交叉存储器设计都进行了训练;在介绍指令系统时,在将操作码的设计和寻址方式的设计介绍完后,对指令系统的设计进行了训练;在介绍控制器的设计技术后,对控制器的完整设计进行了训练。这样的理论与实际相结合的方法即能把所学的理论融会贯通又能激发学生的学习兴趣,学生感到自己所学的东西不是空洞的,而是学有所用的。

2教学手段的改革

教学手段已经成为制约教学质量、教学效益和教学模式的重要方面,因此在计算机课程的教学改革中,教学手段的改革也是刻不容缓的。传统的教学手段是“粉笔+ 黑板”,不仅书写黑板要花很多课题时间,而且老师面对的是很多粉笔灰和不停的写了擦、擦了写,学生看到的是死板的黑底白字。随着科学技术的发展,越来越多的教师已经充分运用多媒体、远距离通讯等现代技术,改变传统教学的局限与不足。课件教学已经成为最主要的教学手段,但又出现了另外的极端,很多老师过分的依赖幻灯片,做在机器旁边念课件,而学生把课件拷贝回去后有的干脆就不来听课,因此出勤率大大下降。为此,我们采用了“课件+黑板”的教学手段,大部分内容在课件上出现,但细节部分在黑板上给予适当补充,而且一些临时需要增加的内容必须借助于黑板来发挥。采用黑板还可以让学生有思考的余地,在黑板上我们可以让学生指挥粉笔,由他们来告诉解题下面的答案,这种方法的试用效果很好,所以我们认为不能完全摒弃黑板,两者的结合可以发挥到最好的教学效果。

3教学方法的改革

教学方法是教育思想、教育观念在教学过程中的体现,是一种经验的积累,针对不同层次的学生和不同的能力需要实施不同的教學方法。在“计算机组成原理”课程的教学中我们尝试了下列的几种不同的教学方法:

(1) 问题式教学

在教学过程中我们经常会提出与讲解相关的问题,把学习引入到复杂的、有意义的问题情境中,学生通过互相合作来解决这些问题,发现隐含在问题背后的科学知识,形成解决问题的技能和自主学习的能力。在设计中我们会给出一些故障问题,让学生找出其中的错误,从而开启学生的思维。比如某微机的寻址范围为64KB,由8片8KB的芯片组成,如果运行时发现无论往哪个芯片存放8KB数据,寻址地址大于等于A000H起始地址的存储芯片都有相同的数据,分析故障的原因;若发现译码器中的地址线A13与CPU断开,并搭接到了高电平,分析其后果将如何。

(2) 任务式教学

任务式教学从实际问题入手,采取提出任务、分析任务、设计任务、解决任务、归纳规律的方法,让学生在解决任务的过程中掌握知识。如在学习完控制器设计技术后,我们给学生提出任务,设计一个能控制完成10条指令的控制器,包括立即寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址等4种寻址方式。学生先进行总体方案设计、指令操作流程设计、微指令格式设计、微地址的设计和微程序控制器的设计,从解决任务中学生归纳出控制器设计的方法和步骤,即指令流程的设计从取指令开始、然后根据寻址方式取数、最后进行运算并存结果,设计过程与CPU结构图中的数据流通路有关,不能死记硬背,CPU结构图不同,同一条指令其操作流程图相同,但微操作流程不一定相同;同样微指令格式也与CPU结构图密切相关,与数据通路相对应;微地址安排时一般采用下址和计数结合的方法。

(3) 讨论式教学

传统的教学一般是满堂灌,学生完全处于被动的听状态,有时听得直打瞌睡,为了避免这种状况,我们必须让学生的脑子有事可做,要让他们思考,因此必要的时候我们会采取讨论方式,让学生发言或提问,大家都可以提出自己的想法。比如“某主存储器访问一次存储器时传送地址一个时钟周期、读/写4个时钟周期、数据传送1个时钟周期,如果采用4字宽主存、一次只能读/写4个字、但CPU与主存的数据传送宽度为1个字的存储器结构,则读取16个数据,需要多少时钟周期;如果采用4体交叉存储器、每个存储体为单字宽的存储器结构,则读取16个数据,又需要多少时钟周期。”,书上对这两个问题的解答与学生们的想法有出入,因此我们交给学生去讨论,大家对后续指令如何重叠展开了讨论,各抒己见。通过讨论式教学,学生可互相激励、探讨问题,增加了学生的参与度,使其全身心地投入到学习中去,充分调动了学生的学习热情,开发了其自身的潜能,提高了教学效率。

(4) 实践式教学

眼過千遍,不如手动一遍 ,学生在学完了相关知识后,通过自己动手操作和深入实践,能巩固所学的知识。如在学习完运算器后,安排运算器的实验,使学生了解运算器的组成、掌握运算器串并行进位方式组装方法、掌握使用运算器进行各种运算的方法;学完存储器后,安排了存储器的实验,使学生了解存储器的组成、掌握字向扩展和位向扩展的电路组装方法和存储器的读写方法;在学完系统总线后安排了总线传输实验,使学生掌握数据在存储器模块和运算器模块这两个模块之间传递方法;在学完控制器设计后安排了微程序控制器的实验,使学生了解微程序控制器的概念、微程序控制器的使用方法,微程序和指令程序的输入方法和微程序的调试方法。各种实验有效地调动了学生的主观能动性和学习积极性,有的学生在实践中显示出其独特的创造性,对学生的后续学习起到了很好的促进作用。

4考核方式的改革

考试对学生起着重要的引导作用,考试不仅是评价学生的知识和能力,而且还应推动学生的学习向最佳方向发展,同时也是对教学效果的信息反馈,可以促进教学工作的改善。新的教学观念考核不是检测记住了多少知识,而是检测获取知识和应用知识的能力。由于计算机组成原理是偏向于原理,所以传统的考试都是理论偏多,大部分考生内容需要死记硬背,学生感觉和考政治差不多,很是头痛。针对我们改革的教学模式和方法,既然我们的教学并不强调死记硬背,而是培养复合型、应用型和创造型三者统一的人才,我们的考题以考学生对知识的综合应用能力为主导,考试的内容尽量少考或不考抽象的概念,而是倾向于分析和设计,一般在对知识的理解基础上就能完成,而死记硬背的东西在考试时不能完全照搬,解题的灵活性能充分发挥学生的能力,使优秀的学生脱颖而出。

成绩的评定采用综合成绩,而不是一张试卷定乾坤,我们根据期末考试成绩、平时测验成绩、作业成绩和出勤等多项因素,综合评定学习成绩。通过考核激发学生学习的主动性和积极性,全面考核学生的能力和素质。一般考试成绩占70%,而平时成绩占总成绩的30%,这样学生就会重视上课的出勤和平时的练习。

5结语

本文所提出的信息化时代“计算机组成原理”课程的教学改革模式、方法和手段都是我们实际教学经验总结,在教学中取得了较好的效果,在此旨在与各位同仁和专家进一步探讨和研究。本人从事“计算机组成原理”课程的教学长达二十多年,深感教学的模式、方法和手段不能一层不变,必须跟上时代发展的步伐,与社会对人才的要求相适应,这样才能培养出时代所需要的人才,当然仅这一门课程的改革是远远不够的,希望起到抛砖引玉的作用。

参考文献:

[1] 李西平. 成人教育计算机课程教学改革的构想[J]. 福建经济管理干部学院学报,2005(11):19-20.

[2] 徐爱萍,刘建英,吴松梅. 计算机组成原理课程教学改革研究[J]. 高等建筑教育,2004,13(1):53-55.

[3] 刘建英,徐爱萍. 计算机组成原理实验课教改方案的设计[J]. 实验室研究与探索,2005,24(2):57-58.

[4] 赵灵锴,郭红霞. 高校计算机组成原理教学改革教学探讨[J]. 福建电脑,2005(10):162-163.

The Educational Research on the Course of Computer Organization Principle in the Information Age

XU Ai-ping , XU Xian-bin, CAI Zhao-hui, HUANG yuan

(School of Computer, Wuhan University, Wuhan 430079 , China )

Abstract: Based on the analysis of the information age on the request of all-round talents, this paper points out the shortage of the course of Computer Organization Principle in the traditional teaching. Combined with teaching experience of the courses for many years, this paper carries out some discussion and research on educational mode, educational content, educational method, educational mean and assessment method in the education reform based on the information environment, and provides a new way of thinking of education reform on the courses of Computer Organization Principle

Key words: the course of Computer Organization Principle; education reform; educational mode; educational method; educational means

猜你喜欢

计算机组成原理教学手段教学改革
《计算机组成原理》综合教学辅助平台的设计与实现
《数据结构》中“插入”算法课堂教学实践与体会
论体育教学手段现代化的意义和作用
面向计算机系统能力培养的计算机组成原理实验教学
论《测控仪器电路》课程建设
基于人才培养的技工学校德育实效性研究
现代信息技术在高职数学教学改革中的应用研究
以职业技能竞赛为导向的高职单片机实践教学改革研究
微课时代高等数学教学改革的实践与探索
用“工程思维”引领《计算机组成原理》课程教学