《计算机组成与体系结构》课程教学改革研究

王玉洁，杨 焱，徐淑艳

（北京农学院 计算机与信息工程学院，北京 102206）

《计算机组成与体系结构》课程教学改革研究

王玉洁，杨 焱，徐淑艳

（北京农学院 计算机与信息工程学院，北京 102206）

信息化社会的教育不但要为学生传授知识，更重要的是要培养学生的信息技术应用能力。本文结合《计算机组成与体系结构》课程教学改革的研究探索实践工作，总结了教学改革的做法与经验，针对高等农业院校学生特点，将抽象理论形象化、根据学生特点分类指导等，取得了好的教学效果。

信息化社会；计算机组成与体系结构；教学改革

《计算机组成与体系结构》课程是计算机科学与技术专业的一门很重要的专业基础课，为后续课程奠定良好的理论基础。该课程对培养学生的计算机系统构造与分析、逻辑分析能力、抽象思维和创造能力的培养起到十分重要的作用。《计算机组成与体系结构》课程的概念多，理论性、抽象性、逻辑性强，理解难度大，是较难掌握的一门课程。必须根据课程特点、学生的具体情况，进行教学改革，不断提高教学质量，促进学生知识、能力、素质的全面提高。

一、信息化社会发展需要教学改革

1.社会发展需要传统教育到能力培养的转变。在计算机日益普及的今天，信息化的社会需要什么样的计算机人才，高校如何根据信息化社会的发展及时调整计算机专业的培养方案及教学方法，培养符合社会需求的计算机类人才是值得关注的一个重要问题。信息化社会的教育不但要为学生传授知识，更重要的是要培养学生的信息技术应用能力，对于计算机科学与技术专业的学生培养，更要侧重于此。因此，必须改变传统教育方式，重视对学生的知识、能力、素质培养，加强学生对新知识、新技术的快速捕捉与掌握及综合应用和解决实际问题能力的培养。

2.学校特色与学生特点。北京农学院是北京市属农业高校，学校的办学定位，应以发挥市属农业高校学科在培养创新型人才、科学研究、推广农业信息化新技术以及服务北京都市现代农业建设中的作用为最终目标。计算机科学与技术专业学生的培养，应该既要满足信息化社会进程的需要，又要满足首都农业信息化建设的需要，为都市农业培养应用型人才。我校学生大部分来自于北京，但也有一部分学生来自于偏远贫困地区。我们进行了关于计算机专业学生现状的调查，分析了目前的问题：大学新生入学时所具备的计算机知识能力水平参差不齐。另外，从生源水平来看，北京农学院是第二批次招生的北京市属高校，学生入学时的成绩相对于第一批次招生高校的学生要低一些，从一定程度上反映了学生的学习能力与学习的积极主动性，这是在教学过程中必须考虑到的。显然，《计算机组成与体系结构》课程的教学，必须结合北京农学院学校的办学定位、学生的实际情况进行教学改革，探索出一套行之有效的课程改革之路。

3.教学理念、教学内容、教学方法要与时俱进。信息技术的快速发展，使得传统高等教育中一些与信息化社会的要求不相适应的问题导致了教学效果方面的不适应，其结果是对学生的综合能力素质培养不全面。与信息技术密切相关的计算机专业学生培养，更要解决这些不适应，注重学生对知识的应用能力、对新知识技术的学习掌握能力、独立解决问题能力以及合作交流能力的培养，全面提高学生的水平。（1）教育理念的改革。信息化社会的高等教育要树立现代的学习观、教师观和学生观。教师在教学过程中要注意调动学生学习的积极主动性，使学生在主观能动性的驱使下进行自主学习，而不是无奈地接受知识灌输[2]。（2）教学内容的改革。《计算机组成与体系结构》的教学内容必须及时反映计算机组成与体系结构发展的最新知识技术成果，有助于培养学生创新能力、适应学生自主学习的目标实现。（3）教学方法的改革。教学方法的改革是关键。教学过程中应充分利用信息技术辅助教学，提高教学质量和效果。

二、课程教学体系的设计

修改教学计划，改革教学内容。在2011年进行了新一轮的本科计算机类人才培养方案、教学计划修订，在教学计划中进一步压缩理论教学学时，由2007年的2630学时压缩为2396学时，学分由2007年的188学分减为174.5学分。对于《计算机组成与体系结构》课程，由原来的理论课80学时，改为理论课64学时，实验课16学时，再加上一周的课程设计，加大了实践教学的比例。精简了理论学时后，要求教师结合实际把最基本、最能代表学科前沿的内容和思维方法教给学生；授课内容要重点突出，力争做到“少、精、宽、新”，提高课堂效率；通过采用先进的教学手段，增加教学的生动性、直观性和灵活性；坚持研究型、开放式的教学方法，培养学生的参与和创新意识。课程考核重在考查学生对基本原理和概念的掌握，以及分析问题和解决问题的能力。提高课堂讨论、作业、实验在总成绩中的比重，将过去的平时成绩占总成绩的20%，改为课堂讨论、作业成绩占总成绩的30%；实验成绩占总成绩的20%，体现全过程考核，促进学生对课程重点内容的把握及对学习过程的重视。将计算机系统组成的思想移植到对学生知识、能力、素质的培养之中，以晶体管级（管）、逻辑门级（门）、寄存器级（器）、系统级的方式贯穿于教学的全过程，通过由“管”组“门”、由“门”到“器”、由“器”达“系统”的实践教学过程完成学生能力的培养。“管”是针对与学生知识、能力相关的本门课程的知识点及相应的单项性实验项目，如：运算器的组成与工作原理、微程序控制器的设计与实现等；“门”是以课程内各个知识点之间的内在关系为线索，开设的课程综合性实践项目，包括课程设计、专业认识实习等；“器”是针对课程之间的通融性和共性、按课程群而设置的专业综合性实践项目，如主存储器的组成原理，便与《计算机导论》、《数字逻辑》课程密切相关，根据这些课程设置综合性的实验内容及课程设计等；“系统”是指对学生的知识、能力、素质进行立体训练的综合性实践项目，包括本课程的学习及后续的毕业实习与毕业设计、校内模拟实习与校外顶岗实习、工程与社会应用实践、本科生科学研究项目等。通过这样完整的系统工程，使学生得到全面的培养。

三、调动学生主体的学习积极性

改革教学方式是大学生能力培养的重要内容。改革教学方式，变“教学过程”为“学习过程”。在课堂教学中，以教学内容为媒介，实现教师与学生及学生之间的交互，以促进学生高效地掌握课程的重要原理、思想方法，促进其全面提高。

1.将抽象理论形象化。针对《计算机组成与体系结构》课程的概念多，理论性、抽象性、逻辑性强，理解难度大的特点，在教学过程中采用由浅入深层层递进、将抽象理论转为形象化的例子、加大学生提问互动力度等方法，功课教学的重点难点。如在教学课件中多加入插图及动画，例如将计算机的核心部件运算器、控制器的组成结构及工作过程制成动画，因为图及动画的具体、直观、形象化，不像书本中的概念那样抽象，所以会立刻引起学生的兴趣，建立感性认识，以帮助学生达到理解的目的。用讲台上的几个粉笔盒形象化地再现堆栈的操作，用团体操的和谐统一说明时序控制问题，用教学楼的格局帮助理解总线的结构等等，通过大量学生熟悉的丰富生动的例子，将抽象理论形象化，把复杂问题分解，使之简单化。多进行课堂互动，在每一个重要知识点都要鼓励学生提问题，师生共同探究，形成课堂教学的师生互动。如讲到定点数的加减法运算时，教师给出运算规则，由学生给出运算题目，师生共同完成例题、探讨溢出的原因及判断方法。作业讲评由学生自己完成，每次都根据自愿的原则，安排学生代表讲评作业中的难题，提高学生参与教学的积极性。

2.增强学生参加实验的主动性。注重在实验过程中调动学生的积极性。在实验课程依据《计算机组成与体系结构》课程在知识体系中的位置与性质，实验分为三个层次：基础实验、综合实验、设计型实验，且将三个层次的实验进行融合。每个实验基本内容完成后，都有深一层次的选做内容供学生选择完成，以进一步深化训练。实验课程做到由浅入深，由易到难，由简单到综合，逐步提高动手能力，着力培养学生的学习兴趣、创新意识、创新精神和解决问题的能力。在实验过程中学生遇到问题时，教师要善于用启发诱导的方式让学生自己找到问题所在，鼓励学生做一下，通过做一下探索解决问题的方法或找到答案，让学生最大限度地发挥自身的能动性，培养学生的创新精神及科研能力。使学生从一个小问题的解决中获得成就感，更愿意自己积极努力学会解决问题，培养主动学习、独立思考、举一反三的能力。

四、分类指导，分层次教学

在教学过程中对所有的学生，不断增强计算机专业教育，加强学生的专业意识，使其意识到计算机组成与体系结构理论与实践在自己知识、能力、素质培养过程中的重要意义。要满足各层次学生求知的需要，适应学生的个性发展，促进为学生能力和素质的提高。课堂讨论不仅让那些掌握知识好的学生发表意见，也经常鼓励面露难色的学生给教师出题，由教师与学生共同解题。这样，学习较差的学生也欣喜地看到自己提出的问题得到解决，增强了自信与参与的积极性。在实验课中更是注重根据学生的具体情况分类指导，分层系教学。对实验能力稍差点的学生需要更多的关注与指导，教师根据他们现有的水平提供动手练习的机会，便于他们及时掌握基本操作，养成实验中思考的习惯，为进一步的实验打好基础。对大多数中间水平的学生，教师加以鼓励和引导，多让他们进行思考，拓展其实验能力。例如在控制器实验中，提出将程序中的几条指令用另外的指令代替会怎样？让学生针对这个问题进行设计，在运行中发现问题，探讨分析原因，提出解决的办法。这使得学生既增加了实验兴趣，又看到了自己跳一跳得到的果实，会促进其向上努力的自觉性。对于理论理解及实验能力很强的学生，教师应积极引导他们进行更深层次的探索研究。在每个规定实验完成后，鼓励这部分学生设计一个相关的实验，对他们的想法给予肯定，可提供与研究性、设计性实验相关的设计思想、实验方案，帮助他们基本独立完成设计实验的过程。能使学生兴奋的是他们通过根据已掌握知识技术的努力研究、一次又一次地尝试，终于找到了解决问题的办法[3]。

通过几年来对《计算机组成与体系结构》课程教学改革的不断努力探索、实践，在教学过程中，实现双向互动的循环，教学相长。学生的学习积极性、课堂活跃度显著增强，学习效率得到提高，学习成绩也有所提高。以往很多学生都不能通过课程的考核，教学改革后，学生的通过率明显的提高，为后续专业课的学习奠定了良好的基础。2011年计算机科学与技术专业学生参加“全国软件人才开发与设计大赛”，获得北京赛区二等奖1名，三等奖5名；2010年，在“情系e乡”全国大学生乡村信息化创新大赛中，经过层层闯关，在一万多个代表队中脱颖而出，获得前50名的好成绩。计算机科学与技术专业毕业的村官共同建设了延庆镇大学生村官网，帮助村庄进行计算机模拟规划图设计，积极为农户开通网上绿色通道，搭建农业市场与农民之间信息桥梁。

[1]周济.注重培养创新人才 增强高水平大学创新能力[J].中国高等教育，2006，（15／16）：4-9.

[2]秦必瑜，田杰.信管专业实践能力培养模式研究[J].中国电力教育，2008，（12）上：135.

[3]姜雪娟.大学生数学创新能力培养研究与实践探讨[J].江西教育，2009，（1/2）：34-35.

G642.0

A

1674-9324（2014）35-0032-02

王玉洁，女，博士，教授，北京农学院计算机与信息工程学院教师，主要研究方向为：人工智能，农业物联网等。