計算機組成原理課程論文
計算機組成原理 課程是一門實踐性較強的專業基礎課程。下面是小編為大家整理的，供大家參考。
篇一
談“計算機組成原理”課程教學設計
摘要
摘 要：在介紹“計算機組成原理”課程特點的基礎上，研究本課程的教學設計，制訂實驗課件的開發方案，並針對該課程幾個重難點提出相關的教學策略。
內容
關鍵詞：計算機組成原理;課程設計;知識體系
現代社會計算機技術發展一日千里，計算機的組成結構與過去的小規模積體電路相比已不可同日而語，它已經是超大規模的積體電路。高校開設“計算機組成原理”課程，其主要目的是學生通過該課程的學習，可以深入瞭解計算機的各功能部件，對每個部件在整機中起到的作用以及對應需完成的任務進行學習[1]。
1 課程特點及教學任務
“計算機組成原理”是高校計算機專業的一門核心課程。它在先導課與後續課間起著承上啟下的重要作用，它的課程地位決定其知識範圍廣、知識容量大、更新速度快以及難度高的特點[2]。因此在本課程中，教師更應該注意學生主體作用的體現。計算機技術日新月異，老師所傳授的知識要與時代的發展同步，使學生在校園內接觸到的是新知識、新技術和新理念。
“計算機組成原理”是計算機本科專業必修的硬體課程。學生通過本課程的學習，可以瞭解計算機常用的邏輯器件、部件的基本原理、基本結構和初步設計方法，瞭解簡單、完備的單臺計算機組成原理。教學要求可以按照高、中、低分為三個層次，即“掌握”、“理解”和“瞭解”：“掌握”即要求學生對所學內容進行熟練掌握和深入理解，並且可以利用所學知識對相關的應用、初步設計等問題做出
分析和解答;而“理解”要求學生可以利用所學內容對相關問題做簡單的判斷分析;“瞭解”則是對所學內容進行初步的瞭解[3]。
2 課程知識體系設計
常規的課程知識體系都要求具備一定的系統性、科學性以及完整性。不過相對於學習計算機原理的課程來說，上述也提到該課程的特點決定將其教學要求分為三個層次，因此，筆者認為可以將科學性標準作為需要主要把握的課程特性，而其系統性和完整性可以根據本課程的特點做適當的調整。
2.1 課程知識體系的構成
課程知識體系由若干知識單元如匯流排、儲存器等構成，知識單元由若干知識點如匯流排結構、特性等構成，知識單元的每個知識點間又有著內在邏輯關係，每個知識單元中的知識點與其他單元的各知識點同樣有一定聯絡，並且各知識單元之間同樣存在著相應的關係，正是這些內在的邏輯關係組成了一個完整的網狀系統，其所反映的就是課程知識體系結構。新的知識要藉由長時記憶中的知識向學生自身的知識結構轉變，因此，在進行課程設計時要以這個觀點為基礎，強調學習該課程的知識體系結構[4]，如圖1所示。
基金專案：黑龍江省智慧教育與資訊工程重點實驗室;黑龍江省重點學科081203。
作者簡介：李麗萍，女，教授，研究方向為電腦科學教育、計算機體系結構。
2.2 建立課程知識體系結構的方法
首先利用任務分析這一教學設計理論技術，採用教研組老師集體研究、分析的模式，確定出該課程的教學範圍以及課程深度[5]。再通過解釋結構模型法，對教學順序以及教學內容的關聯結構做進一步確定。在確定教學順序時，通常由專業人員以及課程教師來進行：先分析主題，把課程內容的各知識點抽出，確定出各個知識點的內部邏輯關係，即建立有向圖;通過矩陣運算初步整理有向圖，求取各知識點間教學關聯結構，繪出整體知識點層級網路圖;最後再進行整體的審查以及區域性修改。知識體系結構中的每個知識點都要做任務目標的分析，進一步確定出具體教學內容，參照上述確定的教學關聯結構，建立起教學目標和教學任務的關聯圖，最後就可以進行“計算機組成原理”的課程體系設計。
3 課程分析
3.1 教材分析
《計算機組成原理》教材經過多次的改版和演變，已經增加了很多的內容。通過分析所用《計算機組成原理》教材，我們可以把教材全部10大章內容先分為26個教學單元，每個單元再細分為若干個知識點。選擇每個單元內容的主要知識點，再針對這些知識點間的內在邏輯關係組織學習順序。在教學設計上強調清晰、簡潔、明確，使學生可以從整體把握該課程的知識結構。因為學習過程中的每個知識點有著不同的難易程度，通常關鍵的知識點往往也是難點，因此在設計中要針對重點知識提供多層次、多形式的學習和練習。
3.2 學生特徵分析
課程設計中確定教學進度、完成教學任務的第一步，就是對學生特徵做出科學、準確的分析，只有對學生進行充分的瞭解，才能確定哪些學習內容是可以通過學生自學完成的，哪些任務是需要老師加以引導的。分析學生特徵可以充分激發學生的學習內動力，引導學生編制自學計劃，在有限的時間實現教學目標。
學生特徵資訊通常來源於以下兩個渠道：
1 通過老師和學生的面對面交談或者利用郵件、及時通訊工具等所做的交流。
2 通過問卷調查，問卷的內容主要包括學生在學習“計算機組成原理”時的態度、目的以及方法，還有具備相應基礎知識的程度。採用問卷的形式與學生進行交流，可以直接掌握學生的具體情況，包括學生的認知結構、基礎知識以及設計能力。老師可以以此為參照進行教學目標的設計。要先促使基礎知識相對欠缺的學生對相關知識點進行補充學習，學生在具備了前導知識後，才能克服後續學習過程中的畏難心理，使得課程得以順利開展。而對於一部分學習熱情高、基礎紮實、喜歡計算機專業的學生，則可以引導他們制定一些綜合性的、有一定難度的自學計劃。學生在解決實際問題時，提高創新能力和學習能力，從而激發其求知慾，體會到學習的成就感，最終提高設計能力。
3.3 學習目標分析
本課程的學習目標按照上述課程體系結構的組成，設計為“課程學習目標”、“單元學習目標”和“知識點學習目標”。可以先在學期初提出課程學習目標，使學生對於課程的學習目的瞭然於胸;單元學習目標可以在學習各單元內容之前呈現;而每個知識點的學習目標要在知識點的學習過程中呈現，並且將知識點的學習目標對照上述教學特點進行層次的劃分，使學生明確知道知識點是屬於“掌握”還是“理解”還是“瞭解”。老師給出相應的引導和建議，學生按照不同的層次目標確定自己適用的學習策略。
4 教學系統設計
4.1 組織教學內容
在實施本課程的教學活動時，除了引導學生在課堂這種正式渠道獲取理論知識外，還要充分利用校園區域網、因特網等網路形式和網路資源加以學習輔助。例如，計算機發展與展望、漢字在計算機中的處理、外部裝置等一些與現代技術聯絡密切的知識點，多采用學生分組學習討論方式。學生蒐集查詢的資料內容遠比課本豐富，這種學習方式，既開拓了學生的知識面，也鍛鍊了學生初步進行資訊檢索歸類的科研探索能力。老師在課堂中通過精心製作的課件，採用知識視覺化、資訊視覺化等先進的方法，向學生傳遞知識點;或者利用BBS、電子郵件等方式，與學生進行非正常渠道的溝通，在傳遞教材各顯性知識點的同時，還向學生傳授分析問題、解決問題的策略[6]。學生通過掌握這些隱性知識，不僅加快了知識點向自身知識結構轉化的過程，還提高了實際解決問題的能力。
4.2 設計學習環境
學習環境通常由自主學習和協作學習兩部分組成。自主學習環境的設計，除了老師引導學生制定相應的學習計劃外，還可以針對學生的階段測試、日常學習中的反饋資訊設計出自學自測學習模式：收集每個階段測試以及日常練習中經常出錯的習題，開發設計出自測試題庫，促使學生自覺進入該試題庫進行自我測試，通過對比發現不足，從而提高學習效率和學習積極性。而協作學習環境的設計，則可以採用專案教學法、任務驅動法等各種教學方法[7]，加強學生協作能力的鍛鍊，培養其團隊精神。也可以在校內區域網建立課程論壇、學習社群等，利用發貼與學分掛鉤的形式，提高學生的參與度。
4.3 開發教學資源
老師要採用多種教學策略為學生搭建一個理想的學習平臺。深入開發素材性課程資源，可以說課程資源是課程實施的基本條件之一，素材性課程資源是開展教學活動直接來源，學生轉化為自身知識結構的物件。素材性課程資源分為靜態和動態兩種，很多老師比較側重於靜態資源如講義、課件的利用，而忽略了動態資源。所謂動態資源就指師生互動過程中所形成的資源，例如，學生時實的資訊反饋等。其實動態資源的利用正是突出了“學生為學習主體”這一全新教學理念，它使學生和老師情感交流更為豐富，也提高學生的學習興趣。
4.4 設計教學方法
由於“計算機組成原理”課程有很多抽象性的概念，筆者通過實踐發現，類比法對幫助學生理解抽象概念起著非常有效的作用。所謂類比法，是把計算機原理課程中的知識內容與日常生活中接近的例子作對比，使得相關理論概念變得具像化，更容易理解和掌握[8]。類比法又分為物件方法類比及物件屬性類比兩種。其中物件屬性類比是利用該物件的屬性，與另外一個與其屬性特徵相接近或者完全相同的物件做比較，使得具有抽象屬性的物件具像化，對該物件的屬性特徵加以說明。如教材中對CPU內部結構和功能的描述都比較抽象，有時候僅用一個模型圖來說明其內部結構，學生理解起來比較困難。此時可以分析該知識單元：CUP的內部結構是一個互相協作但又相對獨立的整體，其各部分都有自己的功能特點，那麼就可以將其與一家制造企業公司做類比。一家制造廠由經理部、財務管理部、生產部、車間、企劃部、採購部等各部門組成，每個部門的職責範圍也不盡相同，如果把公司的組織架構和CPU內部結構的組成做類比，則理解起來就相對容易，因此可以做如表1所示的類比。
這種類比教學方法在課堂實施後，學生都認為對於CPU的內部結構理解比較透徹。
而物件類比則是對某物件所具備的行為或過程與另外一個物件所具備的抽象性過程或行為進行類比，進而對抽象概念加以說明。
4.5 實驗設計
該課程是一門實踐性非常強的課程，因此，實驗的設計就尤為重要，這裡按照開設實驗課程的時期提出幾種設計方法。
4.5.1 驗證式實驗
對於初期實驗課程來說，這種實驗方法比較常用，它可以幫助學生熟練掌握基礎實驗的步驟及方法。其實驗證式實驗就是老師先給出實驗的步驟、方法以及試驗目的，並繪出線路圖，在上面寫出彙編程式，給出實驗結果，學生按照老師提供的思路進行試驗驗證。比如，一塊EPROM的晶片，由0地址開始寫上內容，學生按照老師提供的電路圖構成電路，讀出地址內容單元，並與老師所寫的內容做比較。這個試驗可以幫助學生初步瞭解單元電路的構造及除錯方法，及時排除錯誤。
4.5.2 模仿式實驗
開設中期實驗課程，學生可以參照一些程式或電路，對其進行改造或模仿，設計出類似的實驗程式和電路，得出課程要求的實驗結果，並對該結果進行觀察、分析和研究，這種方法就是模仿式實驗。
4.5.3 探索式實驗
實驗課程的後期階段，可以要求學生參照教材內容，自行設計出實驗方案，對實驗電路、實驗流程、實驗程式進行自主的除錯和構造，從中獲取老師所要求的實驗結果。這種探索式實驗對於學生解決問題、分析問題的能力要求比較高，並且還要有較強的計算機軟體、硬體知識做支撐。學生經過該階段實驗課程的訓練，其動手能力、設計能力都會得到很大的提高。根據長期的計算機組成原理課程教學實踐，我們開發了基於EDA技術的教學實驗板，在實驗課中開展了新教學方法的教學實驗和研究，摸索和設計出了一套新型的計算機組成原理實驗課教學方法與模式。實踐表明，採用這種教學方法的突出特點是充分體現和發揮了學生的創新設計能力，達到了加強學生綜合素質的提高和實踐能力培養的目標。
4.6 教學評價體系設計
在設計教學評價體系時，老師要注意將多種評價方式相結合。在學習過程中運用形成性評價，老師可以設計出諸如“電子檔案袋”等形式的程式，對學生的學習過程做詳細記錄;在學習活動告一段落時，可以採用總結性評價方法，指出各階段性學習的不足，對學生的學習效果加以驗證。評價的手段也不能只採用考試一種，可以結合日常教學中的專案完成成果、在課程論壇中發帖的數量和質量等，對學生的學習態度、學習方法做出全面評價。而評價的主體也要多樣化，不能僅以老師為評價的主體，學生也要真正參與到評價活動中來，如設計問卷調查，或者專案教學法中，讓學生作為評價的主體，進行各專案小組間的互相評價等。
5 結語
對“計算機組成原理”進行課程設計，目的是提出更為有效的教學設計。當然在實際教學過程中，學校使用的教材與實際的技術發展還存在一定的差異，因此老師要注意結合實際情況，對新的計算機知識、技術及應用多加介紹，使學生在學校可以瞭解最新的計算機技術，激發其學習興趣，增強專業自信心。
篇二
開放教育“計算機組成原理”課程教學策略初探
摘要
摘要： 開放教育 “計算機組成原理”課程教學，應狠抓課前預習環節，培養學員自主學習能力;落實常規要求，確保面授教學效果;重視實踐教學，培養學員硬體動手能力;探索應考策略，提高過關率。
內容
關鍵詞： 開放教育;計算機組成原理;教學策略
中圖分類號：G728 文獻標識碼：A 文章編號：2095-0829201203-0038-03
《中國電腦科學與技術學科教程2002CCC2002》對電腦科學與技術學科的教育思想、觀念、教學計劃等進行了深入探討。《教程》中提出“重視基礎，加強實驗，計算機、數學、外語不斷線”[1]的指導思想在建立系列課程時應該提倡。自2009年起,“計算機組成原理”課程已被列入全國研究生入學考試必考科目之一,佔總分的30%,這一新的情況給該課程的教學提出了新的要求。作為教師,如何在有限的學時內給學員講清要點,明確目標;作為學員又如何以最高的效率掌握要點,靈活運用，這是教學雙方都期盼實現的目標。然而,目標的實現不僅要付出辛勤的勞動,而且要有正確的教學方法,只有方法策略得當,才可能達到事半功倍的效果。針對本校“計算機組成原理”課程的教學現狀，筆者在教學實踐中，通過採取狠抓課前預習環節、落實面授教學常規要求、重視實踐教學、培養學員硬體動手能力、探索應考策略、提高過關率等教學策略，“計算機組成原理”課程的教學質量明顯提高。
一、“計算機組成原理”課程教學現狀分析
在“計算機組成原理”課程的教學中，通過調查發現，影響課程教學的主要因素，表現為：學員課前不預習，課程學習信心不足，硬體動手能力差，複習抓不住重點等，其原因在於學員沒有養成預習的習慣，面授聽課常常表現很茫然，注意力不夠集中，遊離於課堂外，面授教學不能達到預期效果;學員對本課程沒有信心緣於前導課程“數字邏輯”基礎薄弱，因此還沒有開始學習，就對課程產生了畏懼的心理，甚至產生放棄念頭;本課程偏向硬體，應試教育環境下成長起來的學員因硬體動手能力差，實踐環節往往成為其“軟肋”;學員期末備考階段，複習行為無策略可言，複習抓不住重點，難以取得理想的成績。
二、“計算機組成原理”課程教學策略
針對教學中學員學習中存在的諸問題，筆者認為在教學中應注重教學常規的落實，通過紮紮實實的教學，以提高學員的學習效果，改善教學質量。
1.狠抓課前預習，培養學員的自主學習能力
學起于思，思起於疑。凡事預則立，不預則廢。預習就是尋疑，學員只有通過預習，瞭解所學內容，才能產生求知慾望。預習既是“自學”，又是“導學”，也是“督學”，是三者的結合體。為了培養學員自學能力，養成勤動手查資料、勤動腦想問題的預習習慣，筆者在開學前一週便將本課程實施細則掛在網上，並且在每次面授前，都會要求學員將自學內容、補修內容、查閱內容、重點難點等，以習題形式在自學筆記中完成題目解答，並在書上標記出來。如果是計算題，如“數制轉換”，還要將計算過程寫出來。為了督促學員完成預習，將預習情況評價量化，作為形成性考核成績有效組成部分。如果面授檢查發現學員沒有按要求完成自學內容，就要求學員補全預習內容，並且本次面授記錄為“缺勤”，如果超過2/3缺勤，形考成績則不能通過，這樣，學員就不能參加期末考試。通過這樣的嚴要求，學員重視了預習，面授時也能提出很多問題，以前的茫然狀態大大改善。對於預習，要求學員認真完成，但不苛求學員一定做對，只要不懂的內容在書上做標記，面授時有了需要突破的重點、難點即可。總之，通過預習要求學員至少要知道本次課要學什麼內容，做到心中有數。
2.落實常規要求，確保面授教學效果
“計算機組成原理”課程難度大，內容抽象，學員很難自已理解，所以面授教學至關重要。為了取得較好的教學效果，筆者採取了以下方法和策略：
首先，加強與學員溝通，保證到課率。根據“現代遠端開放教育”試點的精神，本課程倡導“學員個別化自主學習為主，集體學習為輔”的教學理念。課程的面授輔導課次數很少，在時間緊任務重的情況下，每節課講的內容較多，如果缺一次課，後面的內容就無法聽懂。所以筆者要求學員一定要做到“按時上課，不遲到，不早退”。筆者所在學校，為了解決學員工學矛盾，對人數在5人以內的班級採取由學員自主選擇上課時間的形式，保證學員都能參加面授課，本人在每次面授前幾天，都要打電話給每位學員，電話溝通除了提醒學員按時參加面授、保證到課率之外，主要是落實學員預習情況，要求學員簡單闡述預習內容，預習效果不好的，進一步明確學習任務，要求學員完善預習。面授時，著重檢查預習效果不佳的學員。預習落到了實處，學員能帶著問題上課，面授學習效果明顯改善。
其次，結合學員的學習實際，有效展開面授。一是針對學員前導課程“數字邏輯”基礎比較差的現狀，筆者面授過程中會補充“數字邏輯”中必需的知識，保證學員聽懂，聽懂了課的學員逐漸樹立學習的自信心，以前畏懼學習的心理有了很大改善。二是在每次面授前，先了解學員的預習情況，包括學員自學筆記、自學作業的完成情況。以提問的形式讓學員回答本節課要講授的內容，指出自已在自學過程中的難點。然後針對學員預習情況，突出重點，攻破難點。在講授過程中，儘量採用多媒體課件等生動的教學手段，配合板書講授，把教材各章的重點和難點內容開發成多媒體課件，抽象內容變為可視內容，圖文聲並舉，形象直觀，一目瞭然。不管採用多媒體課件還是板書，面授時都要實時關注學員的眼神和表情，當發現有異常無反應、反應過度等反饋時，任課教師就及時調整講課節奏，詢問學員情況。面授過程中，多問幾個“聽懂了沒有”，學員聽懂了以後，再講下面的內容，否則就要重複講解，直到學員聽懂為止。自始至終要使學員跟著任課教師的思路走，而不走神。總之，要讓學員通過每次面授，真正能將在預習過程中的難點突破，再次強調重點，使學員真正有所收穫，而不是“打考勤”來了。
第三，重視全員互動，活躍課堂氣氛。在教學過程中加強全員互動，互動可以體現在教師與學員之間，學員與學員之間。面授課堂上有了互動，就不再是“一言堂”，學員參與程度得到增強，學習的積極性也會大大提高。學員之間進行互動，不僅可以調動他們的學習熱情，而且有助於培養他們的合作精神，形成互幫互助的氛圍。例如，在講述“主存與Cache的三種地址對映方式”時，先介紹地址對映方式的選擇標準，然後在介紹具體地址對映方式時，可以讓學員根據選擇標準判斷該地址對映是否適用於某種情況，存在何種缺陷，如何改進，從而引出另外一種地址對映方式;也可以將之作為任務佈置，由學員進行分析、討論，並在課堂上進行提問。這樣，學員有了具體的學習任務，在學習中就不會沒有目的性。在這種教學方式下，學員處於主動的地位，與教師之間也成為一種協作探索知識的關係，消除他們由於難學帶來的排斥心理。面授結束時一定要注意本次課總結，為使學員有效地掌握本次課的重點，教師要認真研究、整合課程內容，化繁為簡，深入淺出，為學員提供簡明、清晰的學習重點，有時總結成記誦口訣，有時概括為關鍵詞，既方便了學員記憶，又提高了教學效果。例如在講解數制轉換中如何將二進位制與八進位制、十六進位制互相轉換過程中，給學員講了採用“421碼”、“8421”轉換技巧，學員很快地理解了這部分內容。
面授策略的有效實施，解決了學員在預習中的難點，幫助學員掌握了課程重點，教與學的質量都有了明顯提高。
3.重視實踐教學，培養學員實踐能力
傳授知識、培養能力、提高素質是課程教學的三大目標。要實現培養能力的目標，必須明確地將實踐教學擺到重要位置，體現學科的理論性與實踐性相結合的特徵。任課教師用實驗儀器“TEC-4計算機組和體系結構實驗系統”，如ALU、雙埠儲存器、微程式控制器、時序產生器等功能部件結構的創新改進，緊密結合教材，突出整機概念，使學員抓住了課程的本質，幫助學員建立清晰的數字系統及計算機整機概念。在實驗過程中，講解完原理後，以學員自主實踐為主，筆者指導為輔，培養了學員硬體動手等實踐能力。
4.探索應考策略，提高課程過關率
不管採用什麼好的教學方法，內容掌握程度如何，大部分學員追求目標是通過考試，取得學分。針對學員需求，任課教師認真鑽研近幾年的中央電大開放教育的考題規律，通過對歷年考題的題型及考題所涉及的重點章節的分析、章節重點考核內容及知識點的講解，指導學員掌握重點，突破難點，掌握應對各種題型的技巧。任課教師精心設計課件，將課程的選擇題、判斷題做成課件方便學員複習，學員可以通過反覆點選進行選擇、判斷,從而加深印象;對於簡答題，幫助學員提煉關鍵字、核心點，並要求學員在理解的基礎上記憶下來;對於計算題，重點掌握數制轉換、原碼、反碼、補碼的求法，反覆強化練習，要求學員做到任意給出一個數，都能準確無誤地求出正確結果。教師的精心指導帶來的是學員的認真複習。幾年下來本門課成績全部通過，並且優秀率達到80%以上。
在教學中，教學的關鍵不在於策略的多樣性，只要號準學員的脈，紮紮實實地落實教學常規，也能取得事半功倍的教學效果。
文獻
[1] 中國電腦科學與技術學科教程2002研究組. 中國電腦科學與技術學科教程2002[M]. 北京：清華大學出版社, 2002.
[2] 王誠.計算機組成原理本科 [M].北京：中央廣播電視大學出版社，2008.
[3]陳麗文.學員自主式的教學模式在綜合性實驗中的應用[J].實驗技術與管理，2004.213.
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