“计算机组成与结构”课程教学方法探讨

木合亚提·尼亚孜别克，古力沙吾利·塔里甫，孙 晶

(1.新疆大学 信息科学与工程学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2.新疆医科大学中医学院，新疆 乌鲁木齐市 830011)

0 引言

随着信息技术的快速发展，计算机系统在众多领域得到广泛应用，这就要求大学生专业课程教学工作不断适应时代发展，使学生在学习基本理论的基础上，尽可能多地接触到课程相关的科研研究成果与最新技术[1]。引导学生分析问题、提出问题并积极思考专业领域相关内容，主动发表自己的见解及参与学校或学院级别的各种大学生创新项目，结合理论和实际，一步一步提高实践动手能力。在教学过程中，需要针对该课程教学工作进行反馈分析，及时发现实际教学中存在的问题并采取有效措施解决存在的问题，完善教学课件和课程结构体系，保证和满足学生学习过程中的各类需要，从而提高学生的学习积极性与主动性，为其后的发展奠定良好基础。

1 课程内容与教学目的

“计算机组成与结构”课程为一门专业核心课程，主要讲授计算机系统概论以及计算机硬件系统的基本知识和各个功能部件以及之间的相互关系，还有程序设计语言和软件设计相关的概念[2]。其中计算机的逻辑部件主要涵盖各种常见的组合逻辑电路、各种数据的编码以及这些数据在计算机中的运算方式，介绍各种存储器存储信息的基本原理及逻辑设计方法，指令系统设计、操作码和寻址方式等，以及各种常见的指令类型。还有中央处理器的概念和结构及内部逻辑组成，存储系统的概念和设计原理以及高速缓存和虚拟存储器，输入输出设备及计算机硬件系统的最新发展等等。

授课的主要教学目的是让学生了解计算机硬件的基本知识，掌握计算机系统中各功能部件的工作原理，掌握定点数、浮点数的编码与数据校验码的实现原理，掌握计算机存储程序和数据的原理以及计算机系统的发展与指令格式、类型、寻址方式等。掌握中断、DMA、总线的概念及工作原理，了解磁盘、磁带、光盘和固态盘等辅助存储器的基本结构与工作原理，并可运用课程中学到的知识对计算机系统硬件进行初步设计、组装和调试[3]。教学过程中教师应做到正确引导学生思考问题的思路，不断激发学生的兴趣、好奇、探究等情绪，使教学过程始终对学生存有吸引力，激发学生自己主动学习、提出问题，逐步提升学生的信息获取分析与应用能力，并形成良好的学习策略。

2 现阶段授课过程中存在的不足与展望

现今高校计算机专业的课程教学计划中，硬件类和软件类课程都有涉及，且一般情况下硬件课程和软件课程之间有一定关联，大部分课程相互之间都有密切且多面的内在联系。但是在贯穿计算机硬件类课程的教学过程中，学生普遍存在“重软怕硬”现象。同时，也有人提出“计算机组成与结构”课程所涉及的知识内容较深，知识面广、内容多，例如微控制及硬布线控制计算机、cache算法及数据的编码等部分内容存有一定难度，理解起来较为困难。也存在实验条件和设施较为老化及部分设施缺乏等等问题。

实际上，计算机系统是软件和硬件的统一体，硬件和软件知识是相辅相成的，都包含丰富的知识内涵与先进技术。在社会科技不断发展的过程中，计算机软硬件的界限也不再有明显的限制，计算机硬件系统的发展推动软件的推陈出新，计算机软件系统的发展又促进硬件系统的更新换代[4]。如此，硬件系统和软件系统的双向成长促进推动着计算机科学与技术的快速发展。故而，教师在教学中应使用“软硬结合”的教学手段，使学生更好地掌握计算机软硬件知识，正确建立现代计算机系统的整体概念，为学生将来从事有关计算机开发应用、各类语言的编程设计以及不同技术领域的研究工作做好充分的准备。

一般来说，目前多数软件仍主要基于硬件系统的需要进行设计、调节并完成开发，这也是现阶段乃至今后一段时间内的计算机专业课程教学工作在适应未来发展时必须要重视的内容。在教学内容的设计和教学方式的改革方面，应要求教师在拥有整体观的同时具备创新与实践意识，在组织学生的实践过程中教师应适当地设计一些大型作业，并有目的地帮助学生解决实践过程中遇到的问题并引导学生运用并掌握理论课程中学习的知识[5]。在教学过程中，教师应强调对一个计算机系统来说硬件是基础，软件在硬件的基础上完成相应功能，系统中的硬件和软件是一个整体的概念。勿让学生脱离硬件的基础让软件成为无根之萍，也勿让硬件缺乏实现交互与功能的软件成为徒有框架没有血肉的系统。

21世纪的计算机科学技术发展如此迅速，因此，根据计算机学科的发展情况来及时、动态地调整教学内容，及时引入最新技术及发明是本课程教学中的一个重要方面。比如多核处理器、信息材料、Soc技术和纳米器件等概念。与此同时，同行之间的经验交流学习也是非常重要的，教师群体之间也应在教学改革的各个教学环节中共同努力，对教学大纲、教学内容、教学手段、实验教学等方面的工作继续不断地交流经验、互相修改完善，进一步为提高学科教学质量而努力。

3 充分发挥多媒体教学的作用和加强实验实践教学环节

通过将文字、图形、图像、声音等多种媒体结合起来的多媒体教学模式是可以提高教学质量的有效手段之一[6]。多媒体教学能够综合处理多种可感知的信息媒体，如视觉、听觉等，还可通过多媒体的各种动画设计和模拟演示的变化过程，使教学演示生动而形象，让传统授课形式中枯燥无味的课堂变得活泼生趣，能够大大激发学生的学习兴趣并提升学生的学习效率。因此，教师应在教学过程中充分发挥现代教学手段的优势，在教学内容以及教学方法两个方面上都下功夫，结合多媒体教学来提高课堂教学的质量与效率。

实验实践在教学过程中也是非常重要的一个部分。在计算机科学技术飞速发展的今天，各种最新硬件领域的理论知识越来越趋于抽象，需要足够的逻辑思维能力才能产生一定的理解，而一个优质的实验环节能够很好地进一步加深对知识概念的理解与运用。比如通过运算器实验来说明计算机系统的算法和运算过程，通过存储器的实验来进一步说明计算机系统中的数据存取过程、讲授存储器在整个系统中作用，还有微程序及数据通信等实验，通过分步拆解一步一步讲解各个部件之间连接的总线的概念及其组织方式和数据通信的原理及过程等。因此，完善实验设备和实验环境，对课程的教学效果及学生动手能力和掌握能力的提升与培养都具有不可替代的作用[7]。实验实践教学课程的内容中既同时包含硬件和软件两大部分，也同时涵盖并考验学生对理论知识的理解与应用，因此可以说在整个计算机专业课程的学习进程中，实践课程起到了将各版块知识桥梁衔接、将理论知识框架内化运用的承前启后作用。

对多媒体教学与实验实践教学的重视均源于对全面并优质地达到教学目的的需求。教师在教学过程中应通过理论与实际结合的方式，培养学生对计算机系统的实际分析、使用、开发能力，而所谓理论与实际结合的实现很大程度上就落在多媒体教学与实验实践等非传统式单纯理论授课的形式上。与此同时，教师也应鼓励学生积极利用校园网或其他信息资源以及各种线上音像资源，培养学生的自学能力、知识获取能力和创新能力，促使学生综合素质的提高、创新精神的加强与兴趣个性的发展，达到真正育才、立才的教学目的。

4 结语

随着21世纪信息技术的飞速发展、计算机应用的日益普及、教学理念的逐步更新、教学手段的逐渐改善以及教学改革的不断深入等变革，“计算机组成与结构”课程在讲授内容、教学目标和教学方法等方面也应该持续不断地进行更新、调整和改进。除了教学过程需要认真规划和设计外，考核制度也应相应从概念记忆的理论型考核向实际知识应用的能力型考核转变，这样也能够督促学生注重加强自身的知识理解和动手操作能力，进一步促进学生主动自觉学习。因此，在课堂教学的设计中，要通过授课内容、授课方式等多方面的改进与完善，有效突出学生的主体地位，不断强化学生的知识理解内化效率、理论联系实际的能力和创新能力。使教学体系在实践中不断探索、改革和提高，并培养出更多适应社会发展的综合型人才。