计算机组成原理课程的教学改革与研究

刘俊杰，王俊波，连晋平

（肇庆学院 计算机科学与软件学院，广东 肇庆）

一 前言

肇庆学院作为地方本科高校，以“建设特色鲜明的高水平应用型综合大学”为总体目标，学科基础教育课程以高素质应用型人才培养为目标。计算机组成原理作为计算机专业课程的必修基础课程，因此，本课程的培养目标是以系统的层次结构观点阐述计算机各大部件的逻辑组成、内部工作原理和设计实现方法及互连构成整机的技术，使学生掌握有关软、硬件的基本知识，尤其是各基本组成部件有机连接构成整机系统的方法，为培养学生对计算机系统的分析、设计、开发和使用能力打下基础。

计算机组成原理课程在整个计算机专业课程体系中位置十分关键，前置课程包括数字逻辑、电子技术基础等，后续课程包括计算机系统结构、微型计算机技术、操作系统等等，本课程起到承上启下作用，其重要地位不言而喻。因此，结合本校办学特色与专业培养方向，我们对计算机组成原理课程教学做出了一些探索与改革。

二 教学现状与问题

（一） 教学内容难度大、复杂

（1）计算机组成原理课程内容细而且多，条理繁杂，讲课过程中一般性的叙述多，涉及到的实际例子往往不能给人以较深刻、准确的印象，课程整体内容难以梳理清晰，同时也给老师授课带来巨大的困难与挑战。

（2）计算机是一个内部运行状态不能直接观察、高度复杂的封闭式系统，信息（指令、数据、控制信号）以一定的时间序列在计算机内部各部件之间保存、运算、传送，比较难以叙述、展现清楚，而这恰恰是《计算机组成原理》的主要内容，很多情况下比较难以理解到位；同时计算机内部CPU结构、寄存器、存储器、指令系统、总线系统等概念众多，需要记忆而且理解知识点也很多，学生普遍感觉课程难度大，课程结束后往往难以建立比较清晰的整机概念。

（二） 教学内容与实际脱节，理论与实践结合度不够

本课程学习教学内容广泛, 涉及知识点丰富，原理内容多，一般授课以部件结构以及工作原理的讲解为主，目前，市面上教材内容普遍滞后于当前计算机硬件的发展[1]，导致教学对象学习积极性不高，更加难以掌握这门课教学内容[2]。

（三） 计算机组成原理前置课程内容要求多、复杂

本课程前置课程包括数字逻辑、电子技术基础等硬件类课程，部分基础薄弱的学生必须不断复习前续课程学习过的知识，耗时长且效果一般，导致学生出现畏难情绪。

三 教学改革研究

（一） 提高课程重要性认识

学院于2016年进行了人才培养方案修订，通过对珠海、广州、深圳三地为代表的用人单位企业，包括格力电器、远光软件、东软睿道以及博看文思等国内外知名企业调研，一致认为计算机组成原理对学生，尤其是应用型高校本科，无论学生毕业后从事软件开发或者计算机类相关行业，有着至关重要的作用，是全面提高计算机软硬件系统认知、设计能力的必备基础。同时，作为计算机类考研必考科目之一，也是学生进一步深造的必备基础。

（二） 梳理、调整教学内容

根据调研反馈意见，结合本校办学特色，对本课程内容进行梳理、调整。通过梳理课程前置以及后续课程，整理教学内容结构与体系，对计算机硬件课程群统筹规划，在把握好各门课程之间的内在联系和疏通计算机知识结构体系的前提下，科学安排内容。例如，通过进一步加深数字逻辑课程中门电路知识讲解，促进学生更好的掌握和理解本课程与之相关内容；适当删减部分虚拟存储器内容，降低难度。

（三） 结合互联网教学背景，丰富教学手段与形式

时代在发展，社会在进步，相应的每门课程的教学内容也在不断的拓展，仅仅靠课程的书本知识已经远远不能满足当今社会对人才的需求，同时随着计算机技术的更新和软硬件设备的升级，课程的也有新的概念和新的知识点。因此，在互联网教学的推动下,教学方式、内容、手段已经多种多样。通过“线上”和“线下”两种教学组织形式的有机结合，提升教学质量。

（1）理论知识与实例相结合

上课期间借助多媒体设备展示图片和视频以帮助同学们更好地理解所学内容外, 还可以利用交互式课件进行演示，例如指令执行过程。当今计算机硬件发展迅速，通过结合授课内容以及热门硬件，分析其性能与指标，例如，CPU的功能、寄存器多级缓存等可类比目前主流CPU，如INTEL I5 8400, AMD R5 2600等，增加课堂的时效性与趣味性。

（2）借助实物，加深理解

计算机作为一个封闭式系统，信息的传输等难以展现清楚，但部分元器件可以借助实物加深理解，培养兴趣。本学院设置有“计算机认知与实践”课程，作为前置课程，通过对计算机拆解、电子器件、电子工艺实践等教学内容，使学生对计算机电子有一个充分的认识，同时也培养了学生学习电子技术知识的能力和兴趣。

计算机组成原理课堂中，也可以通过实物演示，加深理解，提高兴趣，例如讲授知识点硬盘存储器可通过拆解后的硬盘，加深学生理解硬盘内容盘片、电机等结构。

（3）互联网时代，大大方便了知识的获取，尤其是高质量的教学资源。题库、教学PPT、视频，MOOC课程等，极大地丰富了学习资源。目前主要问题是大部分学生缺乏自我约束、自我管理，自学能力较差。因此，课外的学习资源一是需要提高师生的主观能动性，主动去获取，学习这些网络资源；二是老师要做好引导与筛选，指导学生学习网络资源，有针对性地对重难点知识借鉴网络资源以及在线课程，以帮助学生深入理解课堂知识点。

充分利用学者网等在线平台，把课件、参考资料、知识点微视频以及交互课件等资源上网，学生可以根据自身学习进度，随时随地进行学习，同时还可以在线留言，师生进行交互。教师可以登录后台，对学生的作业提交，考勤，活跃度等情况进行统计，全面了解学生学习情况。

（四） 实验教学

我校使用的是清华科教的TEC-9计算机组成原理实验箱，开设有寄存器、运算器、微过程控制器以及CPU组成与机器指令执行等实验，课程修订后，增加了实验课时，同时强调实验前预习。虽然学时增多了，但客观上很难照顾到所有学生，因此，制定如下策略：一个班有五十多名学生，根据课堂教学反馈，挑选若干名学生作为实验助教，实验教学中可对这几名学生进行预先指导，然后由这几名学生再分散去指导其他学生，最终绝大部分学生能完成实验；由于是学生之间互相讲解，对于知识点、实验内容的加深理解有很大的帮助。

四 结语

在充分考虑课程特点的基础上，结合本校实际与学情，充分利用互联网+，在本课程教学方法、内容以及实验教学等做出了一定的改革。今后，将进一步改进计算机组成原理的各个教学环节，课程上线。此外，科技竞赛为大学生提供了一个竞技平台，竞赛大都围绕计算机前沿科技展开，对参赛学生专业综合素质要求极高。我们将积极组织学生参加与硬件知识相关的技能竞赛，将硬件设计大赛与课程教学相结合，以赛促学，了解社会对硬件人才的具体需求，指引学生学习方向。