计算机组成原理教学方法探析

彭雅琴+王万生

摘要：计算机组成原理课程是一门非常重要的专业课，课程具备知识点多、理论性强、内容抽象等特点。为此对课程中的教学方法进行了研究，探讨了启发式教育、串联式方法、设置陷丼法、课上线下互动法等多种教学方法，并将其应用于实际教学中，获得了良好的教学结果。

关键词：计算机组成原理；教学方法；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）10-0205-02

《计算机组成原理》是计算机专业区别于其他专业的一门非常重要的课程，课程教学具有知识面广、内容多、难度大、更新快等特点[1]。其前导课程包括“模电”、“数电”，后续课程包括“微机原理及接口”、“单片机原理及应用”，等等，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]。因此如何充分利用计算机组成原理课堂教学的有限学时，更加高效地帮助学生理解计算机硬件组成知识，激发学生的主动学习能力非常值得探讨。本文从教学方法的角度进行了探讨。

一、教学中面临的问题

计算机组成原理课程是偏向硬件的一门专业课，其内容主要包括CPU、存储器、运算器、外设等硬件的组成和工作原理。由于其内部结构很难分解给学生一个直观的实物，学生会觉得课程知识比较抽象，学习难度很大；另外计算机中的运算方法与平时的运算方法有所不同，学生接受起来比较困难，以上都可能导致学生学习兴趣不高，学习效果达不到要求。所以有必要针对这门课程的特点，在教学中引入与此相对应的教学方法，有目的的展开教学改革，帮助学生更好的掌握这门课程。现结合多年的教学经验，浅谈该课程中的教学思路和基本方法。

二、教学方法探讨

1.启发式方法。计算机组成原理的知识相对来说会比较抽象，所以学生在理解的时候会有些困难，因此可以在教学过程中，采用启发式教学方法，由浅入深的掌握知识。比如在讲解外设如何与主機进行数据交换时，可以对程序查询方式、中断方式和直接存储器访问方式辅以比喻。将教师比作CPU，学生比作外设，教师布置作业并要求学生完成。程序查询方式就可以理解为是以下场景：教师布置一道作业后，就一直站在学生旁边问：作业写完了没有。等学生写完一道作业，继续布置下条作业。这样教师大多数的时间都花在等待和询问上，效率低下。所以可以考虑以下方案：教师布置完一道作业后，自己去备课，学生完成一个作业后主动通知教师过来收作业并且布置下一个作业。这个方案就是中断的思想。或者教师太忙了，可以聘用一个教学助理，教师只布置作业总量，其他作业的细节事情都交由教学助理来打理，最后来检查总体作业就行。通过这样的比喻，学生对这三种数据交换方式的理解会更加深刻，也可以激发学生学习的兴趣。

2.串联式方法。计算机组成原理课程中的一些知识点相对零散，学生在学习时会觉得没有头绪，所以在教学过程中可以采用串联式教学方法，将这些零散的知识点用一根知识主线串起来，帮助学生去记忆。比如在讲半导体存储器时，可以先讲一个基本存储器元的构成及其读写方式，而后扩展到存储器单元，并以存储单元作为编址单位。存储器单元只够一个字符类型的数据存放，如果需要存放其他数据，需要多个存储单元，在此引入编址规则并同时讲解地址译码过程。将若干个存储单元及其读写电路等封装就构成了相应的芯片，随即引出芯片引脚的定义。而芯片的容量有限，一般都需要将芯片通过并联、串联、混联的方式构成最终的存储器。通过这样一条主线，可以将所有共性的知识串联在一起，且前后联系，一环扣着一环，这样学生对知识的掌握就会比较透彻，会觉得知识的学习是连贯的。

3.设置陷阱法。在传统的教学中，一般都是教师先讲解知识点，然后给出相应例题，并强调易错点。但是对于易错点，学生接受效果甚微。如果将错误故意设置在教学中，则可以引起学生的好奇心，从而全身心的投入到错误中。例如，在讲解补码加减法运算时，假设机器字长为4位二进制，让学生应用补码规则分别计算“4+6”和“1-7”。学生计算完会发现两个结果都一样，会感到疑问和好奇，从而再去验算结果。这时再让学生把结果转化为真值，学生就会发现第一个计算的结果为负值，在此引入溢出的原因和说法，学生会对这个知识点掌握的非常扎实，而且在以后遇到类似的知识点时，会特别注意计算机数据的表示范围。

4.与其他课程结合。课程之间的知识点绝对不是独立的，所以可以结合其他课程的知识点，辅助计算机组成原理的教学。例如在C语言课程中，标准TC环境下int数据类型的表示范围是-32768~32767，学生对这个数据表示范围比较熟悉，但对为什么是这个范围一般不清楚，这个内容就与计算机组成原理课程中的机器数相关。所以在课堂上可以先抛出这个问题，吸引学生注意力，而后用补码的知识求解int数据类型的范围。这样做既可以说明数据范围与分配的存储空间相关，也可以通过范围的不对称性解释清楚补码的表示规则，从而对比原码得出范围不对称的根本原因就是0的表示方法是唯一的。在讲解大端次序和小端次序时，为了加深学生印象，可以在教师机上编写一段C语言代码，测试机器上的存储数据方法。程序如下所示：

# include

void main（）

{

Int x = 1；

if（*（char *）&x == 1）

printf（"小端＼n"）;

else

printf（"大端＼n"）;

}

5.与实际应用结合。现在电子产品越来越普及，所以在实际生活中，人们会发现计算机组成原理中学到的知识应用到了生活的各个角落。将这些实际应用与课程中的知识点相结合，会极大地提起学生的学习兴趣，从而更加激发学生的学习主动性。比如在讲解进制之间的转换时，首先问一个问题：马路上的红灯，你等过最长的时间是多少秒？如果超过100秒，两个LED显示灯会怎么表示？这个问题会引起学生的极大兴趣，能够让学生主动的思考，进而自然的引出十六进制，之后就可以告诉学生，如果显示灯上为A9，那要等多少秒，问题就又转化为进制之间的转化了。

讲解存储器章节时，就可以问学生：你们平常用的U盘是多大空间？属于ROM还是属于RAM？另外还可以结合手机SD卡，与ROM和RAM相结合。手机这个话题学生比较感兴趣，大多数同学不会再等着教师给出答案，而会自己主动查找答案，那学习效果就会明显提高。

6.课上线下互动。课堂的主人应该是学生，所以在课堂上的互动非常关键，且互动对教学的推进非常重要。互动式教学给教师提出了更高的要求，要求教师有渊博的知识和课堂的控制力，但是对于增强学生的学习效果非常好。例如在讲解精简指令集RISC和复杂指令集CISC知识点时，以性别分组提前布置预习任务，让学生分别从概念、优缺点、适用场合、编程等角度准备资料，然后针对这两个知识开展课堂辩论。辩论的主题就是“RISC和CISC谁更优？”教师就是这场辩论的主席，在辩论中需要仔细倾听学生观点的表述是否正确，内容是否全面，同时还要能够调控辩论的顺序和气氛，在结束总结中也要对不足进行补充；学生就是辩论选手，需要将事先准备的内容在辩论中有针对性的展开。通过这样的形式，教学就从课堂之内扩展到了课堂之外，学生们的学习方式也转化为部分自学的方式，且是带着目的去学习。

7.加强实物和动画展示。课程中主要讲述的是计算机五大硬件的组织结构和工作原理，如CPU、存储器等，教学内容相对比较抽象，学生对各部件缺乏直观认识，因此不容易理解课堂教学内容。如果学生因长时间不理解课堂教学内容而处于消极学习状态，就会使学习积极性和自信心大大降低[3]。为此可以在课堂上加强对组成部件的实物和动画展示。例如在讲到内存相关内容时，教师可以主动向学生展示几款存储器，并让每个学生近距离观察，引导学生思考：ROM和RAM最主要的区别是什么？RAM上的芯片是怎么排列的？问题结合实物演示，可以帮助学生理解硬件内部的工作原理，同时也可以提高学生的学习兴趣。

三、结语

计算机组成原理内容抽象、知识点多、与多门课程存在内容交叉，根据不同的内容采用灵活多变的教学方式，才能激发学生学习兴趣[4]，发挥主观能动性，提高课堂教学效果。在今后的工作中，将继续探讨教学改革方法，进一步提高学习效果。

参考文献：

[1]王昊.计算机组成原理教学改革和实践[J].辽宁工业大学学报(社会科学版),2015,(3):117-119.

[2]鄒红文,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]纪禄平,罗克露.计算机组成原理创新型教学方法设计[J].计算机教育,2011,(4):85-87.

[4]刘怀愚,葛方振,李璟,宋文.计算机组成原理教学方法探讨[J].牡丹江师范学院学报(自然科学版),2015,(2):61-63.

Research on the Teaching Mode of Principle of Computer Composition

PENG Ya-qin,WANG Wan-sheng

(Department of Information Science and Engineering,Sanjiang University,Nanjing,Jiangsu 210012,China)

Abstract:The principle of computer composition is a very important course,which has many knowledge points,complex theory and abstract content. Therefore teaching method of this course is studied,such as:heuristic education,tandem method,set trap method,interaction in class and out class and so on,these methods are used in actual teaching,good teaching result has been obtained.

Key words:principle of computer composition;teaching methods;teaching reform