農(nóng)林院校計算機組成課程教學(xué)研究

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［摘要］隨著計算機技術(shù)日新月異，計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的教學(xué)改革與實踐是一項大工程。在“創(chuàng)建世界一流農(nóng)業(yè)大學(xué)”時代背景下，基于該課程的特殊性和重要性，結(jié)合高等農(nóng)林院校的特點，闡述如何合理優(yōu)化教學(xué)過程、教學(xué)方法、教學(xué)實驗、課程考核，全方位培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和科學(xué)探索精神，不斷滿足新時代下各類學(xué)生不斷增長的求知需求。

［關(guān)鍵詞］計算機組成；農(nóng)林院校；教學(xué)；實驗

0引言

我校在創(chuàng)建世界一流農(nóng)業(yè)大學(xué)的進(jìn)程中，積極營造交流、開放式、國際化辦學(xué)的教學(xué)氛圍，開展深度科研協(xié)作，努力實現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的世界一流農(nóng)業(yè)大學(xué)”。我校自20世紀(jì)70年代末開設(shè)計算機應(yīng)用課程以來，曾先后多次調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)時展的需要。正是在此背景下，在當(dāng)前信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，如何開展高等農(nóng)林院校“計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)，如何改革課程的理論教學(xué)、實驗教學(xué)及課程授課令人深思。

1課程現(xiàn)狀

“計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”（簡稱計算機組原）是我校計算機科學(xué)與技術(shù)、信息管理與信息系統(tǒng)、電子商務(wù)和軟件工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課。該門課程呈現(xiàn)出學(xué)生難學(xué)、教師難教的現(xiàn)象，其原因在于該課程理論性強，概念和知識點繁、雜、抽象。為使學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)理論和良好的動手實踐能力，作者自2006年春開始講授本門課程，結(jié)合多年的教學(xué)、教改實踐，從以下幾方面對該課程的教學(xué)進(jìn)行了一些嘗試性探索。

2教學(xué)優(yōu)化過程及實踐

2．1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出重點、難點，補充科技前沿知識

由于該課程具有概念繁雜和內(nèi)容抽象的特點，且每節(jié)內(nèi)容都可擴展開獨自形成完整的知識體系，在有限的教學(xué)時間內(nèi)不可能對計算機系統(tǒng)的五大部件和實現(xiàn)技術(shù)都進(jìn)行詳細(xì)講解，為此學(xué)院及系部每年組織各類教研活動，如集體備課，集體討論教學(xué)大綱，研討教材重點、難點和疑點，確定實踐環(huán)節(jié)；組織教師之間互相聽課，取長補短；新任教師試講等。

2．2強化實驗教學(xué)設(shè)計，提高動手實踐能力

實驗教學(xué)是本課程的重要實踐環(huán)節(jié)，是抽象理論的科學(xué)驗證，有助于提升學(xué)生對理論的認(rèn)知，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我校采用清華大學(xué)教學(xué)實驗機TEC－XP，以驗證性實驗為主，在實驗過程中增加附加的設(shè)計型教學(xué)實驗任務(wù)。在授課過程中講解實驗機中的設(shè)計思想，讓學(xué)生清楚了解硬件的連接及程序的實現(xiàn)過程，在實驗過程中，通過實驗內(nèi)容逐級深入的方法，使教學(xué)試驗機的設(shè)計思想逐漸滲透，最終實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

2．3因材施教，運用靈活多變的教學(xué)方法及手段

為使課堂授課豐富愉悅、內(nèi)容飽滿活潑，為使學(xué)生能盡快融會貫通，這就必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心設(shè)計，多種教學(xué)方法相結(jié)合并貫穿授課始終。作者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，極大地提升了教學(xué)質(zhì)量。

2．3．1培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的互動式板書與PPT教學(xué)手段

結(jié)合教材內(nèi)容，充分運用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用圖片、動畫、視頻等多媒體素材設(shè)計PPT，幫助學(xué)生理解枯燥的計算機組成原理概念，提高學(xué)習(xí)效果。如第一章計算機系統(tǒng)概論中講授計算機執(zhí)行ax2＋bx＋c，以學(xué)生熟悉的C語言知識，板書介紹非常重要的地址概念，引導(dǎo)學(xué)生熟悉用戶程序存放的內(nèi)存單元地址、自定義變量地址，PPT動畫展示運算器的加、乘運算的基本過程。

2．3．2客觀真實的案例教學(xué)法

對感性認(rèn)識不強的計算機組成概念，使用案例教學(xué)法可幫助學(xué)生消除對計算機的神秘感。如在講解多體（存儲器）交叉存儲系統(tǒng)時，通過下述案例，以科技文獻(xiàn)及圖片素材讓學(xué)生逐漸了解并掌握大型機（或巨型機）中多體交叉的知識點，有助于后續(xù)Cache命令率的學(xué)習(xí)。

2．3．3科學(xué)地利用教師的主導(dǎo)作用，運用生活化、形象化的類比教學(xué)法

作為專職專業(yè)課教師，任何時候都可通過課堂中的點滴小事與學(xué)生交流，詢問他們是否已理解了授課內(nèi)容和難點、重點知識。作為授課中“人類靈魂的工程師”，真誠關(guān)注、鼓勵、教育學(xué)生注重專業(yè)修養(yǎng)，提高綜合素質(zhì)。為避免學(xué)生“知其然，不知其所以然”，避免死記硬背，結(jié)合日常生活中的實例，采用類比教學(xué)法，形象生動、由淺入深地讓學(xué)生理解計算機中艱澀的概念，最后達(dá)到深入淺出的教學(xué)效果。如存儲器，猶如倉庫，計算機中用于存放指令和數(shù)據(jù)；“按地址尋訪”，是指計算機根據(jù)地址尋找內(nèi)存單元和IO部件，地址的概念正如現(xiàn)實生活中區(qū)別某人的身份證號碼，或現(xiàn)實中的座機號碼，或計算機網(wǎng)絡(luò)中的IP地址?？偩€中的異步串行通信猶如食堂排隊買飯、火車站排隊買票等，逐比特的傳輸；應(yīng)答信號如通信雙方握手一樣，成對出現(xiàn)。Cache與主存地址映射過程是本課程的難點和重點，將Cache與主存的地址映射比作火車座位的對應(yīng)機制，有助于學(xué)生對Cache地址映射的理解。講解尋址方式時，以去宿舍找學(xué)生作類比，若已知學(xué)生的具體宿舍號，則為直接尋址；若詢問宿管辦阿姨，則為寄存器間接尋址。介紹運算器的功能時，指出運算器只做一件事，即算術(shù)邏輯運算，其余均不參與；控制器的功能就是大總管，控制并管理計算機所有的行為和操作等等。

2．3．4強化重點，當(dāng)堂消化難點，采用專項典型習(xí)題講解法

我校采用的教材是由唐朔飛老師主編的國家“十一五”規(guī)劃教材《計算機組成原理》（第2版）。由于該課程具有很強的理論性以及學(xué)生考研的需求，通過對大綱的重點難點知識第四章CPU與存儲器的連接、高速緩沖存儲器，第六章計算機的運算方法及第十章CU的設(shè)計的典型例題、習(xí)題進(jìn)行講解，能有效鞏固、加強學(xué)生對所學(xué)知識的理解。同時，預(yù)留少且精的課后題，以再次加深對知識點的理解，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

3鼓勵個性化發(fā)展，完善考核方式

課程考核是教學(xué)過程的重要組成部分，是實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和檢測學(xué)生學(xué)習(xí)成果的一種手段，貫穿授課及實驗過程的始終。本門課程考核的主要內(nèi)容是學(xué)生對整機的基本組成及工作原理的理解程度，以及對基本概念、基本知識的掌握程度。經(jīng)過多年的教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)，課程考核基本由以下三部分組成。

（1）隨堂測驗（占總成績的10％）。為了督促和鼓勵學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)，在重點章節(jié)后進(jìn)行隨堂測試，主要考核學(xué)生對重點難點內(nèi)容的理解及掌握情況，隨時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的各類問題，及時調(diào)整教學(xué)方向。

（2）驗證實驗及設(shè)計型實驗（占總成績的20％）。規(guī)范實驗教學(xué)，嚴(yán)格考勤制度，采用單人單機的形式，主要看重實驗過程、實驗結(jié)果，輕實驗報告成績。對學(xué)生的實驗驗證報告、設(shè)計型實驗的完成狀態(tài)以實驗截圖的形式提交，實驗完成后當(dāng)場驗收并給出驗收成績。在所有實驗完成后，提交相關(guān)代碼及實驗文檔，并給出實驗報告成績。實驗成績由三部分構(gòu)成：驗收成績占50％，報告成績占30％，實驗考勤占20％。

（3）期末考試（占總成績的70％）。該課程一直沿用閉卷理論考試；課程全部結(jié)束后，進(jìn)行期末考試，全面考核學(xué)生對基礎(chǔ)理論、基本原理的掌握程度與分析水平。

4總結(jié)

鑒于我校地處西北及正處于“創(chuàng)建世界一流農(nóng)業(yè)大學(xué)”戰(zhàn)略時期，以及計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的特殊性、重要性，這就決定了該課程的教學(xué)改革與實踐是一項大工程，需要從理論授課、實驗驗證、課程考核等多方面同時進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化，以上整個教學(xué)過程優(yōu)化的思考與實踐，已取得了較好的效果。作為高等農(nóng)業(yè)院校，我院的本科畢業(yè)生受到了國內(nèi)知名IT公司的好評和青睞，在華為、阿里巴巴、百度、迅雷、網(wǎng)易、美團(tuán)網(wǎng)、去哪網(wǎng)等公司就業(yè)，不少已是部門負(fù)責(zé)人，連續(xù)四年一次性就業(yè)率達(dá)98％，年薪10萬元以上的畢業(yè)生每年在12人次以上。雖然取得了一些成績，但距離世界一流農(nóng)業(yè)大學(xué)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)還有一些距離。“計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”的課程教學(xué)優(yōu)化需要做的工作還有很多，各種教學(xué)方法、教學(xué)手段也并不是一成不變的。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的不斷發(fā)展，專業(yè)教師只有不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)、更新、優(yōu)化、探索、總結(jié)，才能持續(xù)有效地提高教學(xué)效果、教學(xué)質(zhì)量，持續(xù)有效地滿足新時代下學(xué)生不斷增長的求知需求。

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作者：黃鋁文 陳勇 李書琴 張志勇 單位：西北農(nóng)林科技大學(xué)信息工程學(xué)院