问题教学法在《计算机组成原理》课程教学中研究应用

彭雅琴+王万生

【摘 要】一个好的老师不仅要熟悉教学内容，而且还要有好的教学方法和教学手段。本文就《计算机组成原理》课程教学如何采用问题教学方法来组织课堂教学进行了研究，探讨了问题教学法的一般要求，并将其实际应用于教学中，获得了良好的教学结果。

【关键词】问题教学法；计算机组成原理；教学方法

1 问题教学法的核心

所谓问题教学法，是以提出问题→分析问题→找出解决问题的方法为主线来组织教学和展开教学的一种教学模式。首先根据课堂教学内容，将所要讲解课程的核心内容以问题的形式提出，然后探讨解决问题的具体方法，最后针对每一种具体方法存在的不足之处，再启发学生去思考、并探索新的解决问题的方法。

问题教学法的关键要求是老师必须对所教课程内容非常熟悉，要能够从整体出发，根据所教课程的教学内容和要求，结合现实生活的实际需求提出具体问题，而后需要老师就如何解决这个问题提出解决这个问题方法和设想。解决一个问题可能有很多方法，每个方法的具体实现，就是这门课程中的主要教学内容。每一方法的优点、缺点是什么？针对缺点提出新的解决方法，这可能就是本学科的发展历史和将来的发展趋势。根据这样的教学思路，不仅可以使学生知道本门课程主要讲授内容、与所学专业之间的关系，以及该学科目前最新的发展动态，而且可以引导和启发学生独立思考，提高分析问题和解决实际问题的能力。

2 问题教学法中设置问题的一般要求

2.1 问题的难度要适宜

学生的知识基础和学习能力不尽相同，所以教师在设计问题时，应该从大多数同学的认知能力出发，设置难度适宜的问题，使得每一位学生都能够通过问题教学法得到收益。太简单的问题，比如书上能直接找到答案的问题意义不大，这样的问题学生不需要思考，因此能力得不到提高；太复杂的问题，比如需要多个课程知识综合解决的题目，在课堂上比较费时间，而且不能很好地提高学生的学习兴趣，最好是能够课后先布置，给学生准备的时间。最好的方法是由浅入深，循序渐进地设计问题，而且将多个问题串成一条线，让学生感觉在盖房子，堆建知识的大楼，从而形成一个完整、牢固的知识体系。

2.2 多种形式的问题相结合

教学中设置问题的最终目的都是为了帮助学生更好地掌握知识，因此在不同的环节可以设置不同形式的问题，使其更加具备针对性。在课程的第一节课设置的问题应该是让学生明白这门课程的意义和基本内容，明确学习的目标。在理论课复习环节时，就可以设置答案指向性较强的题目来考查学生的学习情况。而在新课环节时，教师应该注重准备能够培养学生思维能力、引导学生发散性思维能力的题目，最好是开发式的题目，这类题目没有标准答案，但是能够非常有效地引导学生去思考，而且学生有时候的想法会非常有创意，对教师的能力提高也是很有帮助。在实验课上，可以让学生自己思考题目的条件，比如给出题目的部分要求，然后给出实验结果，让学生思考为了得到这个实验结果，题目中还应该增加的条件和步骤，以结果反向推导问题会激发学生的斗志，从而非常地投入实验中，获得很好的实验效果。

2.3 问题有实际相联系

“教育即生活，教育即经验的改造”[1]。在设计问题的时候，如果与学生的实际生活相结合会引起学生的共鸣，促使学生去思考。因此教师本身要加强与学生的沟通，时刻关注学生的课外生活和思想动态，理解学生的关注点和热点，做一名与时俱进的教师，在设计问题时，加入趣味化、多元化、热门的生活元素，会得到事半功倍的效果，全部学生的积极性会被调动，每个人都愿意参与到问题的讨论中，课堂的气氛非常活跃，学习效果非常好。

3 问题教学法在教学过程中的具体应用

下面以《计算机组成原理》这门课为例，说明如何运用问题教学法来组织和展开课堂的教学。

《计算机组成原理》这门课是计算机各专业的专业基础课，其前导课程有《模拟电子技术》、《汇编语言》等，后续课程有《操作系统原理》、《接口与通信》、《接口与汇编》、《计算机硬件技术及系统结构》、《嵌入式控制系统》、《计算机网络基础》等，本课程在先导课与后续课之间起着重要的承上启下作用[2]。所以在第一堂课就要明确：为什么要学习计算机组成原理这门课？根据这个大问题，可以设置若干个小问题：

1 C语言教学中提到的int类型的表示范围为-32768-32767，为什么是这个范围？那么就可以初步解释数据在计算机中数据类型的不同，存储的位数也是不同的。然后依据机器数的编码规则，提及到补码的简单概念。这就是计算机要对信息进行处理遇到的第一个问题：必须将被处理的信息表示成计算机可以接受的形式即“机器数”，这正是课程中“数据表示方法”章节要讲解的内容。

2 我们买的手机，里面有哪几种存储器？学生对手机都非常了解，所以这个问题学生会非常感兴趣，然后根据学生的回答，可以再扩展到U盘、硬盘、光盘等。随后可以再讨论手机的屏幕发展史，请同学们谈谈蓝屏和触摸屏的区别，以及科技的进步带给用户的感受。那么这个问题的细节内容就会出现在“存储器的存储原理”和“输入输出设备”章节。

3 程序最终的执行会转化为CPU中指令系统的执行，请问如果是你设计指令系统，指令条数倾向于多还是少？为什么？那么每个学生的回答会不一样，而后需要教师灵活地根据学生的回答，再针对性的、有目的的提出问题，引导学生进一步思考。这个问题就会延伸出“指令系统”章节和“中央处理器”章节要讲解的内容。

最后就可以把问题总结，告诉学生为什么要发明计算机，就是要将人从繁杂的算术计算中解脱出来，计算机就是一个高速的自动连续的计算工具。作为一个高速的自动的计算工具，计算机应该包括哪些功能部件？一个完整的计算机硬件系统必须包括运算器，控制器、存储器、输入设备、输出设备，即冯.若依曼计算机的结构体系中的组成计算机的五大功能部件。

以上这些问题就构成了《计算机组成原理》这门课程各章节的主要教学内容。

下面再以《第2章：数据表示方法》[3]为例，对具体章节问题做进一步细化。第二章的主要内容是探讨什么是数据，不同的数据形式在计算机中是如何来进行存储的，因此就可以有针对性地设计一些问题，例如：

1 第二章的要点就是告诉学生如何将现实中的数据转化为计算机能够识别和存储的数据，因此首先可以设置问题，请学生回答，现实中有哪些数据？在这个问题中，就可以充分地将学生感兴趣的数据形式——电影，歌曲，图像等加入到问题的回答和讨论中，这个环节会对拓展学生对数据的认识，也会理解不同的数据形式转换到计算机中会采用不同的办法，那么这些都为后续的教学进行了很好的铺垫。

2 二进制可以取代现实生活中的十进制吗？学生就会思考二进制和十进制的区别，然后分析这两者进制的不同，最后给出他的想法。这样的题目难度不大，可以帮助学生去总结进制的作用，而且没有标准答案，学生可以有大胆的思考，培养学生的思考能力。

3 任何数据在计算机中都是以0、1的二进制形式存放，所以接下来可以给学生介绍数字化的思想，比如+为0，-为1。然后再探讨小数点的表示，学生会很自然地想到是不是要用0、或者1表示，所以根据学生的选择就可以设计问题，比如将小数1000101机器数转化为真值。接下来请多位学生对比下答案，然后通过分析，就会发现将小数点数字化并不合适，然后就可以介绍定点小数表示和浮点小数表示。

4 机器数的编码规则一般会提到三种：原码、补码、反码，接下来就可以引导学生，数据在计算机内的表示方法其最终目的就是要方便运算器对数据进行处理、方便运算器的实现，以及能够最大限度地提高运算器的运算速度，接下来就可以请学生探讨对这三种编码方式的理解，这就是不同编码表示的机器数的运算方法和运算器的实现这一章节主要讨论的问题，这就很自然地过渡到下一章“机器数的运算规律和运算器的设计”讲解的教学内容。

4 结束语

在计算机组成原理教学过程中运用问题教学法，在课堂教学中不断提出问题，并引导学生去分析问题，提出解决问题的方法，能够提高学生的思维能力和创新能力，激发学生的学习兴趣，让学生充分地参与到课堂中，从而提高学习效果。对于教师，在设计问题的过程中，能提高对课程知识的认识，会拓展对课程的认识，从而提高自身的业务能力和素质。

【参考文献】

[1]高飞，李英平.问题教学法在高校思政课中的运用[J].山西经济干部管理学院学报，2016（24）：110-114.

[2]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（自然科学版），2008（1）：87-90.

[3]王万生.计算机组成原理实用教程[M].北京：清华大学出版社，2011.

[责任编辑：李书培]