计算机组成原理知识点范文
时间：2024-01-02 17:51:21
导语：如何才能写好一篇计算机组成原理知识点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
中图分类号：TP301-4
从2009年开始，作为一门专业基础课，《计算机组成原理》也成为了研究生入学考试中的考试内容之一。然而，作为一门重要的课程，很多计算机专业学生在学习过程中普遍认为该课程内容抽象，理论性强，知识点广，在学习过程中很难激发学习兴趣，考研复习时，该课程往往成为专业课程的软肋。那么提高教学质量，成为了摆在很多授课老师面前的一个问题。
1 课程特点及问题
《计算机组成原理》主要讲述了计算机的各个部分的组成以及工作原理。在本科阶段该课程既是《计算机导论》、《高级语言程序设计》、《电子技术》的后续课程，又是《操作系统原理》、《计算机网络原理》等课程的先导课程；但是，现在的计算机内部的集成度相当高，这些内容太抽象，相对于学生难以理解和想象，在学习的过程当中很难有激发起学习兴趣，且学生又觉得学了后没多大用处，因此该课程学生的学习效果一直不尽人意，同时也对后续专业课程的学习造成了影响。
2 基于《计算机组成原理》课程的多知识点融合的教学内容改革的探讨
学生学习提不起兴趣的根本原因有二：第一，学生不理解该课程在计算机整个知识体系中的重要性，第二，在计算机高集成度的今天，该课程中的知识相对抽象，学生在学习过程中经常因概念理解不透彻而碰壁，无法提高学习积极性。
因此，在教学过程中，一方面可以尝试用学生熟悉的内容讲解新知识，将先续课程中的知识融入到课程教学当中，另一方面，将后续课程中的知识点用生活中熟悉的例子加以必要的引入和讲解，让学生有一个感性认识，为后续课程做好铺垫。本文以《计算机组成原理》的几个基本知识点出发，对课程的知识融合进行尝试，希望能探索出提高教学质量的方法。
2.1 前导课程与计算机组成原理的结合
（1）计算机组成原理中IEEE754标准与浮点型变量在内存中的存放形式的结合
授课问题：
IEEE754标准是我院学生在计算机专业学习当中碰见的第一个IEEE标准，在课程引入的时候如果直接介绍IEEE754学生会觉得十分突兀：感觉需要强记IEEE754标准中浮点数的存储格式，学生就会先入为主的简单认为后面的学习也是强记，从而失去学习的“积极性”，为后面的倦怠学习埋下伏笔。
解决方案：
在先导课程C语言中关于知识点浮点数的学习过程当中，浮点数的数据存放形式教材中有介绍。在课程引入的时候可以直接使用C语言学习中的例子作为知识点的导入，这样省去了很多解释工作，一方面提高的教学效率，另一方面也从例子本身告诉了学生课程之间是相互联系的，引导学生将已有的知识和新知识结合起来学。
（2）计算机组成原理中的地址概念与C语言变量定义的结合
授课问题：
很多学生对地址的概念不是很清楚，比如地址的作用。仅仅通过课本上的解释学生难以深入的了解地址的意义以及作用，需要通过C语言中的部分概念加强理解。
解决方案：
很多教师在讲地址的时候喜欢打门牌号的比方，但是，C语言教材变量的描述中已明确说明“编译系统给每一个变量名分配了对应的内存地址。从变量中取值，实际上是通过变量名找到相应的内存地址，从该存储单元中读取数据。”通过对已有教材的知识点的强调，“唤醒”学生在学习过程中不太注意的问题，加强记忆、理解。
（3）计算机组成原理地址线与数字逻辑中的译码器之间的结合
授课问题：
存储器的容量扩展是一个教学重点，但是这个内容并不难，但是考试做画图题时，学生往往错漏百出。地址的概念在数字电路中不止一次提到，它的根本在于译码器的使用。
解决方案：
存储器的容量的扩展的实质就是增加地址线，地址线的增加就是在原始地址线的基础上加上译码器，地址的形成也是一个译码的过程，把这个概念点清楚了，剩下的问题就容易解决了。
（4）计算机组成原理中的总线与C语言中的指针的结合
授课问题：
计算机中的地址总线、数据总线、控制总线中数据的输入输出的方向也是学生经常忽视的内容，在画电路示意图的时候往往随意标注方向，尤其是画地址线的时候经常画成双向线。
解决办法：
C语言中指针的设置的实质就在于地址是不能修改的，但是可以通过自加自减的方式在不改变物理地址本身的情况下来访问相邻的内存单元。通过对指针概括性的讲述然后与计算机中的地址概念进行对比学习，学生对C语言以及计算机组成原理有了更进一步的理解。
用已学过的知识点甚至是实例来解释新的概念，一方面提高了知识本身的“专业性”，加强了学生的专业素养，另一方面，提高学生综合应用所学的知识解决实际问题的能力，为研究生阶段学习打下一个更宽更坚实专业知识平台。
2.2 后续课程与计算机组成原理之间的结合
和C语言、数字电路一样，作为先导课程计算机组成原理中也有很多知识在后续课程中得到了印证。
（1）计算机组成原理与汇编语言类课程、接口类课程的结合
计算机组成原理课程中有一个专门的章节讲述指令系统，这与80×86汇编语言中前面的内容有一部分是重叠的，以其中的寻址方式知识点为例，在汇编语言以及硬件相关的后续课程中（单片机应用，嵌入式等课程）也出现了，但是确又不完全相同，学生在多次学习寻址方式以后对后续课程中该知识点早已失去学习的兴趣，往往想当然的就把80×86中的寻址方式当成了其他机型里对应的寻址方式。
出现问题的原因在于计算机组成原理这门课主要是借助80×86机讲清楚寻址方式的概念，但不是所有机型都与80×86机寻址方式一样，在讲寻址方式的时候要最好通过比较让学生知道这样的问题，通过说明寻址方式的必要性讲出寻址方式的本质，让学生在后续的学习中能够举一反三。
（2）计算机组成原理与操作系统的结合
操作系统原本就是为了加强用户的体验在计算机硬件基础上，加上了很多服务与功能。在讲授计算机组成原理时可以通过列举日常生活中常见的例子将操作系统相关知识融入进去，让学生有一个感性的认识，当学生在学习操作系统的时候对于这些概念不至于太陌生。
例如，组成原理中并行处理的技术与操作系统中的程序并发执行十分相似。操作系统的多任务处理在日常生活当中十分常见，在讲并行处理技术的时候，可以将操作系统的多任务处理作为知识点的引入，通过对日常生活中常见的现象解释，来讲清楚相应的知识点。学生可以通过理解日常现象的发生来理解硬件运行的实质。
《计算机组成原理》课程的本质是通过对80×86机工作原理的讲授，希望学生了解到一般的计算机组成和工作原理。教学的最终目的是要学生将学到的知识举一反三，能够应用到各类计算机当中去，这一门课程既是专业课又是计算机知识普及课程，不仅仅要普及硬件知识，另外还要对相关的知识进行引入，让学生对后续的专业知识有一个感性认识，为后续课程的讲授打好基础。
3 结束语
《计算机组成原理》课程理论性很强，多数内容以理解为主，多专业课程相互结合，一方面让学生明白课程与课程之间内容交叉的现象，培养他们的创新精神及综合能力；另一方面还能提高教师的业务水平，提高学生在社会环境中的竞争力。
计算机专业的研究生考试自2009年起将数据结构、计算机组成原理、操作系统原理、计算机网络原理课程进行了统考，虽然加大了考试的难度，但是，这恰好反映计算机各专业课之间是紧密联系在一起的，缺了任何一门课程都不行，也反映了该专业对研究生在知识层面上的要求。这就要求学生在学习的过程当中不仅仅拘泥于课程本身，更重要的是对计算机专业知识在更高层次上作出整体的把握。所有的专业教师在授课过程中也应当遵循这样的原则，即除了对本课程的知识掌握熟练以外，还应该对课程的知识外延要有一个全局的认识。
计算机领域本身就是一个讲究一个团队合作的领域，教师授课过程当中更要注重这一点，一方面应用学生已有的知识来解释新的知识，另一方面，要做好服务意识，将本课程与后续课程中交叉的知识点利用日常的一些应用、现象加以介绍，为后续课程做好铺垫，只有这样高校才能培养出适合计算机专业发展的，能够在计算机专业领域站稳脚跟的综合性人才。
参考文献：
[1]陈华锋.《计算机组成原理》教学中多课程知识融合探析[J].荆楚理工学院学报，2011（5）：70-72.
[2]许高攀，黄翠兰，徐敏等.《计算机组成原理》教学改革探索电脑知识与技术[J].2007，1（3）：862-863.
[3]刘旭东，熊桂喜.《计算机组成原理》的课程改革与实践[J].计算机教育，2009，7（7）：74-76.
[4]王丁磊.统考下的《计算机组成原理》教学方法探讨[J].计算机教育，2010，8（6）：91-93.
篇2
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C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]u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Z,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)
篇3
关键词：微课程 翻转课堂 教学模式 计算机组成原理
一、微课程及翻转课堂
（一）微课程
微课程是以视频为主要载体，通过对教师在课程的课堂教学和课外实践教学中围绕某一个知识点进行的精彩的教学活动进行记录形成的课程教学资源。
（二）翻转课堂
翻转课堂是指课程教师以互联网以及信息技术为基础，通过课前学生预习，课中观看和学习学视频等学习资源，师生互动交流实现知识传授、知识内化的颠倒安排。翻转课堂的最大优势及成功之处在于它是以微课的微视频为载体，采用全新的教学理念和教学方式，充分体现教师主导型和学生主体性。
二、当前中央广播电视大学开放教育课程教学模式现状
目前，广播电视大学本科计算机科学与技术专业《计算机组成原理》的课程开设中，主要涉及到的教学媒体包括文字教材、录像教材、流媒体（IP）课件、网上辅导、形考作业、网络课程。为充分保证计算机科学与技术专业《计算机组成原理》课程教学成效和学生的自主学习成效，我校充分运用互联网的优势，整合多种教学媒体，形成了具备本校特色的《计算机组成原理》网络课程。具体分为如下环节：
①自学。课前阅读《计算机组成原理》课程大纲，把握课程应掌握的重点和难点，了解课程教学大纲以及课程考核等。对《计算机组成原理（本科）》等文字教材进行预读，预先熟悉章节内容，思考，并对存在的疑问进行总结，集中在课堂上解疑。
②观看课程视频。带着问题仔细观看课程《计算机组成原理（本科）》的录像，结合录像讲解释疑，对仍存疑问的地方，集中在课堂上与学生交流、咨询老师。
③流媒体（IP）课件网上辅导。学生通过中央电大电大在线课程学习平台提供的流媒体（IP）课件结合课程视频以及课前自学进行课程内容的学习，并利用该平台提供的网上辅导功能与教师针对存在疑问的地方进行集中辅导答疑。
④形考作业。广播电视大学学生通过中央电大电大在线课程学习平台，完成《计算机组成原理形成性考核作业册》涉及的作业，实现学生阶段性学习成效进行形成性考核。
⑤复习资料。学生期末依据《计算机组成原理期末复习指导》进行课程的复习，巩固日常学习成果，认真复习章节练习、形考作业，对学习中存在的问题进行集中的咨询，并利用网络课程模拟测试栏目独立测试，确定自己的掌握情况，查漏补缺。
⑥考试环节。考试主要采用形成性考核和终结性考试二者相集合的方式进行课程考核。
目前，广播电视大学已形成了中央到基层的三级面授辅导与网上学习制度，形成了混合式的课程形态。
三、微课程下的翻转教学模式案例研究――以《计算机组成原理》为例
《计算机组成原理》是计算机网络、计算机系统结果以及操作系统等相关课程之间有机衔接的重要课程。微课程理念下构建基于微课程理念的《计算机组成原理》翻转教学模式应从如下几个环节入手：
（一）加强微课程资源的设计与开发
微课程资源是《计算机组成原理》课程翻转教学模式得以顺利开展的基础保证。为此，应加强广播电视大学微课程资源库建设，构建具备广播电视大学特色的微课程资源库。一方面，可以引进同类院校在微课程资源建设方面取得的优秀成果，与本校课程实际紧密结合，形成满足专业需求的微课程资源体系；另一方面，微课程资源的设计与制作，不必拘泥于视频，可以将文本、图形、音频、视频、动画等多种媒体形式进行展示。例如，一些学校在教学中，将流媒体课程资源作为一种有效地教学辅助手段，通过以实时、非实时压缩处理制作整合以“流”的形式实时地在互联网上播放。学生可以不受时间和地点的限制，即时进行点播和下载，从而成为了学生进行自主学习的一种重要资源。
（二）引导学生课前借助微课程自主学习
课堂教学前，教师与学生应分别做好两点，具体如下：
第一，教师应结合《计算机组成原理》教学大纲，梳理该课程中学生应掌握的重点知识点，并结合课程教学重点和教学难点，制作微课程，通过教师间交流与讨论确定最终版本后到微课程平台上，供学生进行自主学习。
第二，学生要仔细阅读文字教材、观看电大责任教师录制的微课程资源，理解和掌握该课程的基本内容。学生可以通过微课程资源库和中央电大电大在线课程学习平台，对《计算机组成原理》课程的教学内容、重点以及难点进行自主学习，并养成勤思考，勤记录的习惯，将自主学习过程中遇到的问题进行汇总，在集中课堂中咨询教师。
（三）合理组织和安排课堂师生互动
课堂教学中，教师应合理组织和安排教学活动，坚持集中指导和因材施教相结合。应从教师和学生两方面入手：
首先，学生方面。学生通过课前自主学习《计算机组成原理》，明确学习过程中的疑问，针对疑问通过课堂教师面授释疑，也可以通过与同学进行讨论与交流来获得问题的答案，实现个别化学习与协作学习的有机结合。其中，应充分发挥小组作用进行协作学习，通过协作学习创造良好学习氛围，将课堂转变交流学习和探讨疑问的场所。
其次，教师方面。依据《计算机组成原理》课程要求和课程进度安排，做好学生的统一面授教学。同时，在学员自学的基础上，由课程辅导教师进行有针对性的面授辅导，解决学习中存在的较为普遍的疑难问题。统一面授的所占学时应适当控制，将更多的学时安排在学生对学生的集中辅导和个别辅导上。此外，应做好课堂中学生分组学习和讨论的组织安排，充分发、挥教师的组织者角色，引导学生发挥主体性作用进行自主学习。
（四）注重课程的形成性考核
《计算机组成原理》课程教学应注重形成性评价。形成性评价的开展，也应分学生和教师两个方面进行。
首先，从学生方面，在完成课堂教学后，学生通过利用微课程进行巩固性学习，并对《计算机组成原理》所学内容进行阶段性总结。
第二，从教师方面，应对学生完成的课程作业进行批阅和反馈，并总结学生学习课程的掌握情况，分析学生在学习中存在的不足，并给予学生针对性的反馈，对课程教学内容和教学方式进反思，制定下一步的教学计划。
总之，构建基于微课程理念构建翻转课堂教学模式已成为广播电视大学《计算机组成原理》课程的重要任务之一，这不仅关系着学生学习质量的提升，更关系着该课程教学质量的提升。
参考文献：
篇4
关键词：计算机组成原理；设计性环节；教学实践
中图分类号：G642文献标识码：B
文章编号：1672-5913（2007）08-0003-03
1 引言
“计算机组成原理”课程是计算机专业的一门承前启后、承上启下的核心专业基础课，由于涉及知识面广、内容多、更新快，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象、难于理解。为了最大限度发挥学生自主学习的能力，使学生对计算机基本原理和设计方法有一个清楚的了解，我们开设了配套的设计性实验环节。通过亲自设计计算机的各个关键部分，学生可以进一步融会贯通理论教学内容，提高其综合运用知识的能力。同时，设计性环节也为后续课程“计算机组成原理课程设计”的开设打下良好基础，将理论课和实验课的教学内容更好的衔接，对培养学生的主动性、协作精神和创新能力具有积极的作用。
本文主要介绍在“计算机组成原理”课程中设计性环节的教学实践工作，希望能对同行有一定的借鉴作用。
2 设计性环节的内容
通过对“计算机组成原理”教学内容的分析，并结合后续课程“计算机组成原理课程设计”的教学需要，我们设置了三个部分的设计内容，每个部分都有明确的教学目标。第一部分为指令系统的设计；第二部分为控制单元的设计；第三部分为简单计算机体系结构的设计。并要求每两名学生为一组，共同完成各个部分的设计任务。
2.1 指令系统的设计
指令系统的设计内容主要安排在“计算机组成原理”课程讲授指令系统的过程中。这样可以让学生带着问题和任务更主动地学习指令系统的基础理论知识，充分地理论联系实际，根据设计中对计算机功能和组成的要求来完成对指令系统的设计，并可以在“计算机组成原理课程设计”实验过程中进行完善。教学实践表明，将计算机指令系统的设计任务安排在“计算机组成原理”讲授指令系统的过程中，可以让学生在理论和实践相结合的基础上更深入地理解机器指令和指令系统之间的关系，掌握指令系统的分析和设计方法，还有利于对“计算机组成原理”后续知识点的理解。
2.1.1 设计要求
要求为一个八位字长的计算机设计指令系统。该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他的必要部件。设计的指令系统要求必须包含如下指令和寻址方式：
（1）数据传送指令：包括取数、存数，寄存器之间传送数据等指令。取数、存数应具有立即数、存储器立即寻址、寄存器立即寻址等方式。
（2）运算指令：包括加法、减法、自加1、移位、取反等算术运算指令。
（3）转移指令：无条件转移指令、条件转移指令。
（4）停机指令。
2.1.2 确定指令系统及指令编码
由于设计的是八位计算机的指令系统，可以采用单字长和双字长指令。例如，八位计算机的指令格式可以为：
一个完备的指令系统必须包括数据传送、算术逻辑运算、程序控制等指令，能够实现约20~30条指令和常用的寻址方式，例如：
（1）取指令 （双字长指令）
MOV AC, Mi Mi-->AC （AC为累加器，Mi为存储器地址）
（2）加法运算指令（单字长指令）
ADD AC，Ri AC＋Ri-->AC （AC为累加器，Ri为通用寄存器i）
根据设计要求，表1给出了设计指令系统的一种方案。
指令系统的性能决定了计算机的基本功能，因而指令系统的设计是计算机系统设计中的一个核心问题。一台真实的计算机通常是非常复杂的，学生不可能在有限时间中设计出来。我们要求学生设计的计算机功能较简单，基本指令简单、典型，学生容易掌握，也有利于后续计算机系统设计的开展。
2.2 控制单元的设计
控制单元的设计是计算机系统设计的重点和难点。基本控制单元的设计问题包括如何形成和连接受控部件的控制信号，以及在何时使这些控制信号有效。学生独立地设计控制单元，不仅可以使学生剖析和体验设计的基本思路和方法，为今后设计计算机打下初步基础，而且可以培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生有更多的想象空间和发挥空间。
2.2.1 设计要求
控制单元的设计有组合逻辑和微程序控制两种方法，我们要求用组合逻辑来产生控制指令执行的控制信号序列。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。
2.2.2 组合逻辑控制单元的设计
根据指令系统的设计，对每一条指令进行细化，对指令执行过程进行分析，确定执行每一条指令所需的微操作数及节拍数、确定系统时钟节拍数、以及确定每个节拍对应的微操作，形成每条指令的微操作时间序列表。并根据微操作时间序列表，在节拍信号和指令译码信号的作用下，得到所有微操作的控制信号以及使该控制信号有效的条件，形成每个微操作对应的逻辑表达式。根据逻辑表达式及其对应的控制信号产生电路，就可以完成具有整个指令系统的控制单元的设计。
控制单元的设计内容我们有意识地安排在“计算机组成原理”课程讲授控制器的过程中。学生们对于课堂上讲授的有关控制单元的原理、概念和设计方法并没有直观的印象，单纯的理论学习难免枯燥，难以提起学生们的兴趣。教学实践证明，在“计算机组成原理”讲授控制单元的过程中，学生们对自己在第一阶段设计的指令系统中的每一条指令执行过程进行分析，对八位字长计算机的控制单元进行初步设计，可以把控制单元中的各个知识点串起来，可以有效加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，进一步弄清计算机内部结构的时空关系，并极大地调动了学生们的学习兴趣。
2.3 体系结构的设计
在计算机系统设计和实现阶段，根据自顶向下的设计方法，首先设计整个计算机的大体框架，即总体结构图，以求有一个大体的框架，对以后的设计工作起到指导作用。再依据自顶向下的设计思想，把整个计算机划分为多个模块，对各个模块进行设计，然后综合，完成整个计算机的设计。
2.3.1 设计要求
要求设计一个八位字长的计算机的体系结构，该计算机数据通路、运算器都是八位的，具有256字节的存储器、八个通用寄存器以及其他必要部件。在功能上，要求该计算机能够完成单字节或双字节加/减、单字节无符号乘法、16位除以8位除法等多种基本运算。要求设计的计算机系统能完成指定的功能，功能较强而又简洁。
2.3.2 总体设计
按照学生所设计的指令系统的要求，参考一般计算机的数据通路结构，图2给出了八位计算机总体结构框图的一种设计方案，规定了各功能部件的功能和各功能部件之间数据通路的走向。
在图2中，AR为地址寄存器，PC为程序计数器，IR为指令寄存器，AC为累加器，GR为通用寄存器组，ALU为算术逻辑运算单元。C标志寄存器用来寄存进位C标志，Z标志寄存器用来寄存结果为零的Z标志。另外在图2中还有两个四选一开关和一个二选一开关，其中的一个四选一开关是用于形成C标志的输入，另一个四选一开关用于控制数据总线，二选一开关用于控制地址总线。
2.3.3 功能部件的设计
基于所设计的计算机总体结构，确定每一个功能部件的功能、功能部件与外部的连接端口信号、各功能部件与数据总线连接方案。
（1）运算器的设计
运算器由ALU、通用寄存器堆GR、累加器寄存器AC及数据选择开关等组成，具有进位（C）、结果为0（Z）等状态标志位。
能实现最常用的算术运算（加、进位加、减、借位减、自加1、自减1等）、逻辑运算（逻辑与、或、非）及移位、数据传送等功能。
（2）控制器的设计
控制器包括脉冲源、启动电路、节拍发生器、程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR和控制信号产生部件。整个设计需要综合考虑，根据每个微操作对应的逻辑表达式生成控制信号。
（3）数据总线
数据总线的数据源较多，在设计过程中要注意各个数据源在数据总线上是否冲突。
简单计算机体系结构和各个功能模块的设计环节，有助于学生在理论和实践相结合的基础上，深入了解计算机系统各部分的工作原理及相互联系，加深对计算机工作中数据流和控制流概念的理解，加深整机概念，进一步弄清计算机内部结构的关系。
3 结论
“计算机组成原理”是学习计算机系统的关键课程，在完成基本原理知识学习的同时，必须加强对学生的创新意识、实践能力和设计能力的培养。正是基于此点，根据从事计算机组成原理的教学经验，我校在理论教学过程中引入了设计性环节，充分重视培养学生分析问题和解决问题的能力。不仅活跃了课堂气氛、拓展了师生沟通的渠道，而且便于在教学中及时发现学生存在的问题，达到教学相长的目的。对提高教学质量、加深学生对所学计算机组成原理知识的理解、增强学生开创能力是非常有益的，符合新时期人才培养的需要。
在“计算机组成原理”设计性环节的教学实践中，我们发现不同的设计方案越来越丰富，反映出学生的求知欲望是很强的，而且富有创新精神。设计性环节的教学实践使我们深深体会到，除理论教学外，设计性实验也是一个非常重要的环节。通过学生自己动手提高其综合运用知识的能力，是培养大学生专业素质的重要环节和有效途径，无疑将对学生能力的培养起到积极作用。
参考文献：
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[3] 赵硕,杨欣宇. 计算机组成原理课程的设计性实验[J]. 高师理科学刊，2005，(5).
[4] 徐爱萍等.计算机组成原理课程教学改革研究[J]. 高等建筑教育，2004，(3).
收稿日期：2007-1-18
作者简介：刘芳（1971-），女，博士，国防科技大学计算机学院讲师。主讲“计算机原理”与“计算机原理课程设计”两门主干课。研究方向为计算机体系结构和信息安全。
通信地址：湖南长沙 国防科技大学计算机学院601教研室
邮编：410073
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关键词:计算机组成原理;三级实验体系;CAI教学法;建构主义
中图分类号:G642 文献标识码:A
1引言
“计算机组成原理”作为计算机专业硬件课的核心课程,地位重要,既要注重基础性,又要体现时代性。目前学生就业以软件设计为主,学生会疑问:学习本课对以后工作有什么用处?授课老师不能回避。David A. Patterons指出,“软件系统性能取决于软件设计者对系统中硬件的理解程度。操作系统设计者、更多的软件工程师需要有较强的计算机组织与设计的背景知识。”因此要站在学生个人发展制高点上解释本课程重要性和地位,改变“轻硬件”的错误观念。
师生对本课程普遍反映“难教、难学”,是由本课自身的特点决定的。首先,计算机组成原理的技术描述占主要,既没有类似离散数学的证明、推导,又没有类似数据结构的算法介绍,学生会觉得“理论、规律性不强”。第二,概念多,比较抽象,加上计算机技术的发展,出现了很多新概念、新技术。同时,本课程是一门理论与实践性很强的专业课,不但需要精心安排理论授课,还要高度重视实验课的教学。
在国内计算机硬件人才培养弱化的环境下,从培养应用性人才出发,使学生既掌握计算机系统各部分的工作原理,又具有较强的实际动手能力,改变当前学生“重理论、轻实践,重软件、轻硬件”的状况,就成为我们这次“计算机组成原理”课程改革的主要问题。
2教学改革与实践
如何改革“计算机组成原理”课程,以提高其教学效果和教学质量,使它跟上计算机技术的发展步伐,是我们当前亟待解决的问题。在多年的教学实践基础上,我们对这门课程的教学进行了一些探索,本文主要从五个方面讨论和总结本课程教学改革实践情况。
2.1根据教学大纲和计算机的最新发展合理组织教学内容
在教学内容的编排上,依据教学大纲,重点突出,详略得当。每一章的内容都分为精讲和选讲两部分,选讲部分放手让学生自学或讨论,既培养了学生的自学能力,又节约了课时,避免了全堂灌输的“填鸭子”式教学。精讲部分则要求授课老师讲细、讲透,并结合当今计算机技术的最新发展动态,适当增加有关计算机各部件的演变历史和最新技术知识,既提高了学生的学习兴趣,又弥补了教材与实际的脱节,提高了这门课的使用价值。例如在讲各个部件原理时候,结合《ACM图灵奖――计算机发展史的缩影》和《IEEE计算机先驱奖――计算机科学与技术的发明史》两本书,讲述计算机部件或者重要原理的发明者或设计者是如何攻关和钻研的,学生对结合历史讲解原理的方式非常有兴趣,教师引导学生在制定个人专业发展目标上要有超越这些杰出人物的设想,从而引发学生强烈的专业学习兴趣。
2.2加强三级实验体系环节,注重应用能力的培养
“计算机组成原理”课程属于工程性、技术性和实践性都特别强的一门课程,因此,在开展好理论教学的同时,对实验教学环节必须给予足够的重视。通过实验课教学,使学生具有较强的分析问题和解决问题的能力,以适应科学技术的飞速发展。从2000年起,我系开设了“计算机组成原理”实验,并为之配置了配套的清华大学仪器厂的实验设备TEC-2、TEC-2000,通过近年7个班的近700名学生的实验教学,总结出了“5+1”模式的三级实验体系结构,即“5个分解实验”加“1门课程设计”,“5个分解实验”分别为:运算器、微程序控制器、主存储器扩展、并行接口电路I/O实验和多级中断实验,“一门课程设计”即整机组装实验。它们随课程进度分散在不同阶段完成,这样可使学生对计算机的每一部分都有深入的了解,以加深理解理论知识。
2.2.1三级实验体系
将上述实验分为基础模块实验、综合性实验、设计性实验的三级实验教学体系。
第一,基础模块实验阶段。学习基本实验仪器的使用、基本实验方法和技术、实验机系统结构的组成。通过设计一系列小实验的验证和应用,要求学生掌握实验系统单元模块的内部结构及相关电子芯片的基本逻辑,理解单元模块的工作原理及该单元模块在整机系统中的应用。
第二,综合性实验阶段。学习“计算机组成原理”这门课程的主要目的是让学生建立整机思想,在掌握单元模块工作原理的基础上掌握计算机整机系统地协调运行。为了达到这一教学目的,我们在教学内容中安排了一定量的综合设计实验,要求学生通过一系列此类实验掌握整机运行模式,让学生通过实践,建立牢固的整机思想,进一步深刻理解理论知识。
第三,设计性实验阶段。这一实验阶段是原理应用能力的培养阶段。通过这一阶段的系列实验,要求学生能利用在第二阶段建立的整机思想,对指导教师提出的课题任务,提出解决方案,陈述原理的应用,自主设计实验所用的单元模块以及实验步骤,进而通过实践得出实验结论。学生在这一阶段,通过自主实验的设计,从成功与失败中受到训练,得到整体素质提高。
2.2.2CAI实验教学和合理考核
在上述三级实验教学体系过程中,我们采用以下的教学方法和比例合适的考核方法。
第一,采用CAI实验教学法,改变学生“手忙脚乱”的实验习惯。
在实验教学中,如果教师在黑板上使用板书展示实验仪器,会使学生感觉到很枯燥,分组讲解又使教师工作量特别大,而且很抽象,影响教学质量。因此我们采用先进的多媒体教学手段,生动形象地反映出实验教学的全过程,利用Authorware、Flash等多媒体开发软件,自行设计、制作课件(计算机组成原理实验),对实验设备所提供的功能进行全方位的描述。TEC-2000实验计算机系统是一台高度集成化的实验台,在做手动控制实验时,必须拨动较多开关、按钮。以前几十个学生围挤在一台仪器前听讲解,部分学生根本无法看清听清,严重影响实验教学效果。而采用先进的多媒体教学手段,如采用实物投影仪或计算机多媒体系统,教师可将仪器设备的结构框图、实物图、工作原理逻辑框图等制成幻灯片,上课时把它投影到大屏幕上,再结合实验设备进行讲解,学生分散坐在自己座位上,结合实验设备边听边看,使过去复杂、单调的内容变得直观、生动,充分调动了学生的学习积极性,增强实验效果,提高实验教学质量。
第二,科学合理的实验操作流程和实验成绩考核方法。
在每一个实验前,由教师布置实验任务和目的,然后由学生设计并完成实验,这就要求学生在每一个实验之前查阅大量资料,做好设计工作,实验之后能总结实验结果写出相应的实验分析。期末理论考核成绩占70%,实验考核成绩占20%和平时考核占10%。实验成绩分为实验准备、实验检查和实验报告,实验准备占20%、实验检查占60%和实验报告占20%。
2.3采用“建构主义”的教学模式,理论推导为主的教学方法
所谓“建构主义”,即以学生为中心,在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用,利用情境、协作、会话等学习环境要素,充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神,最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。
“计算机组成原理”理论性强、概念多、抽象,很多学生一直到整个课程学习完毕,都不知道学了什么,似懂非懂,没有真正参与到学习过程中去,完全靠死记硬背记住一些知识点,各个知识点之间无法衔接,也就无法形成该课程的整体框架。因此,要改变“计算机组成原理”的教学效果,就必须在教学过程中充分体现“建构主义”的教学思想,以学生为中心,实行以理论推导为主的教学方法。在每一个新内容讲授之前,教师可以先对上一个内容进行简单扼要的总结,然后承上启下地诱导出“接下来的内容将要解决的是什么问题”或者“既然用这一种方法来解决问题存在着这样缺点,那么,还有什么更先进的方法”等问题,把它作为任务,交给学生去分析、讨论,学生有了明确的学习目标,就会投入到学习中去,发挥自身的主观能动性,这样既抓住的课程的主线,又极大地培养了学生的自学能力、创新能力和协作能力。
2.4建立“计算机组成原理”试卷库,提高教学质量
根据教材及大纲要求,参考往年全国各高校考研试题、2009年以后全国计算机专业课统考试题以及国外教材的习题,我们建立了60份专门提供给学生的“计算机组成原理”试卷库,该试题库每隔2年更新一次。试卷库涵盖了学生必须掌握的所有知识点,但各套试卷中题目并不相同,学生通过复习,如果对60套试卷中的题目达到“四会”(计算、回答、分析、设计),我们的教学目的也就达到了。为了避免少数学生死记硬背,教师手中的期末考试试卷中必须含有一定比例的随机补充或更新试题,否则影响教学效果的评价。试卷库的建立大大减轻了教师工作量,也保证了教学质量,成为衡量教学效果的一个重要指标。
2.5改变传统观念,强化教师自我素质,提高教学能力
教学改革的成功关键是要提高授课教师的自我素质,以适应现代开放式教学和现代科学技术的发展。作为一个高校教师,应该通过不断学习,强化自我素质,以期达到教学思想、教学理念的更新,教学模式、教学方法的更新,知识结构、技术层次的更新,教学技术、教学手段的更新。例如2008年4月,本人带队参加了“产学研多核技术青年骨干教师高级研修班”,和兄弟院校及Intel公司技术人员进行了多核新知识体系的交流与学习,并且于2008年秋季学期对本课程进行了多核课程建设的初步尝试。
3结束语
作为研究型大学,在培养学生过程中,要注意授课模式必须结合自身科研进行讲解,授课教师要结合自己的科研、论文的具体示例来讲解课程,提高学生的课堂听课效率,让学生从本科阶段就关注如何进行科研活动,从而激发学生做一个研究型的学生。同时给学生布置1～2篇综述性的小文章,让学生通过利用网络资源查阅相关文献,在课程内采用Seminar的形式讨论交流,以提高学生分析与交流的能力,从而增强学生的研究动手能力。
总之,利用计算机教学中的创造性因素,大胆地让学生自由发挥,从而改变“满堂灌”的弊病,形成以学生为中心的生动活泼的学习局面,需要我们不断地努力进取,优化教学设计,以先进理论来展现全新的教学思路,从而在计算机硬件课程教学中探索出“扎实的理论基础和创新技能相结合”教育的崭新天地。
参考文献:
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Teaching Reform&Practice of the Course “Computer Organization Principles”
JIANG Yong-guo, GUO Zhong-wen, FENG Yuan, HONG Feng, XU Hui-min
(Information College, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)
篇6
关键词：计算机组成原理试验课程；网络在线试验平台；建设模式
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0207-02
计算机系统类课程在信息类专业教学过程中具有举足轻重的作用，尤其是系统类课程中的计算机组成原理课程的实验教学过程对于学生系统观念的形成具有无可替代的地位。计算机组成原理是非常重要的计算机系统类核心课程，其在工科的计算机系统性学习占有举足轻重的作用。目前，计算机组成原理的实验课程已不仅仅是理论课程的补充或附属，而是作为一个重要的环节和关键组成部分越来越受重视。社会及信息技术的发展要求高校培养的人才不仅掌握扎实的理解知识，还要有很强的实践动手能力及创新能力。
对于计算机组成原理课程来说，传统在实验室的实验课程已不能满足现有需求，需要新型实验课程教学平台来满足课程的需求。因此，计算机组成原理的实验教学改革是目前各高校面临的一项重要任务。目前，虽然在实验室的实验教学可以激发学生实验兴趣和创新能力，但是实验设备的紧缺与实验室开放时段的限制，使得学生的实际动手设计与操作时间大大缩短，不能满足学生学习的需求。
目前以MOOC课程为代表的网络教学在给传统教学模式带来了极大挑战的同时，却给学生们的学习带来了极大的便利，使他们足不出户就可以学习到最好的教师讲授的最好的课程。正是由于MOOC课程带来的冲击，目前基于网络技术来展开教学的研究开始出现在教学改革与研究领域，但是目前所进行的网络教学改革主要针对文化课程，鲜有针对实验课程的尝试。而计算机系统类课程的建设应采取网络在线实验系统平台代替实际实验平台，将为学生提供可以远程在线设计实验的计算机系统类在线实验课程平台，使得学生可以在线完成课程实验的综合设计与仿真。打破由于实验设备的紧缺与实验室开放时段的限制，使得学生的实际动手设计与操作时间大大缩短，不能满足学生学习需求的限制。因此，开展网络在线实验系统平台建设对提高当前形势下本科生的质量极为重要。
但是目前鲜有研究涉及该领域，作者认为：在课程建设过程中，需要重视教学方式方法的改革以及网络技术的应用和网络资源平台的建设。但是目前教学体系与模式存在以下问题，具体包括：①教学资源不完整。在有限课时情况下，要实现教师少讲精讲，又要完成教学内容，尤其是实验方面要求教师和学生用较少的课时完成必修的实验，且要求学生能够理解掌握，就必须提供足够的基础教学资源，以满足学生课外自主学习的需要。限于技术原因，目前，有一些基础教学资源仍不能在课程网站上实现共享。②缺乏沟通与互动平台。知识的学习是通过“教”与“学”来完成，目前高校的授课模式注定了学生与教师的交流大多集中在课堂上，而课时的限制使得教师根本无法对学生的疑问进行一一的解答。这造成学生在课外自主学习时，尤其是硬件实验设计，学生在线进行实验仿真，遇到疑难知识点，无法及时与教师沟通。而目前学校使用的网络教学平台无法实现在线答疑和讨论，师生之间的课外互动需要依靠QQ群、短信、飞信等公共网络通讯平台进行，给师生之间和学生之间实时快捷的深度互动带来诸多不便。③缺少自测和实验验证平台。虽然现有课程资源中有一些实验设计例程，但尚缺乏对学生进行手把手进行实验设计的教学视频及对学生所学知识点掌握情况的测试例程，不便于师生对学生自主学习的效果进行即时评价；同时，对于一些大型课程作业，目前也缺乏师生间和学生间交流讨论以及作业提交和评价的平台。④缺少远程实验平台。目前缺少可以供学生远程实验的实验平台，学生只能依靠实验课有限的课时动手完成实验，没有可靠的远程平台供课前的预习，及课后的复习理解。对于计算机系统类课程，学生仅靠实验课的有限时间无法提高动手实践能力。因此，对于计算机系统类课程来说，亟需开发出可以供学生远程体验实验课程的平台。⑤无法管理与监督。现有课程网站只是实现了课程资源的网络化，并不能实现课程教学的网络化，即学生只是从课程网站上获取一些基本课程资源，如课件、教学录像等，但教师却无法跟踪和管理学生课外学习的情况，教师对每位学生课外自主学习的时间和效果缺乏考核评价方法。目前，教师对学生自主学习的情况只能根据课外作业、课堂提问和课堂讨论时学生的表现加以评价，未能真正实现对学生学习过程的跟踪与考察。
综上所述，为满足学生自主学习的需要，亟需建立一种基于网络的在线实验平台，可以综合提供并收集各种教学资源（收集功能来自于学生们提交的各种大型课程作业），满足师生之间和学生之间深度互动和讨论答疑的需要，记录和统计学生自主学习情况和规律，并满足学生对知识点掌握情况的自测和测试，以及大型作业的讨论和提交。具体研究实施思路为：①现有教学资源在网络教学综合平台上的合理汇交。拥有现成的教学资源和已经建设的网络教学平台，并不是说简单地将前者上传到平台上就能构建适合本课程的网络教学综合平台。因此，在收集并上传现有教学资源的基础上，根据本课程的特点，进行二者之间的兼容与适应性的调整是需要研究的主要内容。②设计与建设系统设计在线平台。利用现有网络信息平台，建成可供学生远程实验的在线平台。该计算机系统类在线实验平台需要提供典型的演示实验供学生观摩学习，系统可提供平台使用帮助说明，实验结果需要能及时反馈供学生分析设计。③进一步完善课程资源。对知识点和重点、难点进行梳理，根据需要设计出三大类题目，构建课程设计例程库。第一类主要用于学生自测，设计为较简单的设计例程，方便学生对在线平台的熟悉，考查学生对单一知识点的复习与掌握；第二类题目用于考查学生综合分析利用知识的能力，包括方案设计及综合分析型实验；第三类是大型作业和课程综合实验，分别实现简化的CPU与编译器，目的是培养和考查学生利用所学知识分析问题、解决问题的能力以及分工协作的团队意识。④构建在线自测、设计提交和评价平台。对于以上各类知识点，将题目与答案分别存入计算机系统类在线实验平台。第一类知识点学生在完成题目后可进行自主学习的自我评价，并据此安排学习进度。如可能，在自测系统中，将设计类似目前大多网络游戏中普遍采用的“冲关”模式，即以自测结果反馈控制学生是否可以进入下一环节的学习，以增加自主学习过程的乐趣；对于第二类题目，该平台将提供学生在线提交和教师在线批改功能，同时对学生完成情况具有统计记录和分析功能；对于第三类题目，平台将提供分组、组内讨论以及师生间交流讨论功能。⑤构建在线答疑与互动平台，实现师生间和学生间的深度互动。主要包括三个方面：一是师生可以针对某一问题，在线展开答疑与讨论，这一点可以基于校园网络教学综合平台实现，教师组成员负责答疑；二是可以找专门负责人员将对答疑问题进行统计和分析，反馈指导实验教学重难点的梳理以及例程库等教学资源的建设和完善；三是利用互动平台，提高学生对课程设计网络综合平台建设的参与度。一个有效的网络平台课程资源共享与利用机制需要教师和学生的完美结合和彼此间深度互动，因此，我们将利用互动平台，调查学生自主学习过程中的需求，并使他们成为平台质量评价的最直接、最有力的监督者。⑥构建管理与跟踪统计平台，监督指导学生自主学习。构建出的“计算机系统类在线实验平台”，可以利用学校现有的“江南大学网络教学综合平台”课程登录与管理的功能，统计学生在线学习次数、时间等基本信息，统计人员可重点关注这些统计数据以及学生参加答疑与互动讨论的情况与其课程学习效果及自主学习能力培养之间的关联性，以期总结出培养学生自主学习能力的一些基本方法和规律。
通过以上改革，可以实现学生自主学习所需要的教学资源以及学生自主学习管理评价的网络化，构建师生交流互动平台，从而重构实验学习流程（教师课堂传递信息+学生实验课前利用平台仿真学生课前获取、吸收、消化信息+教师实验课堂互动讨论），转变实验教学模式（教师课堂传授知识为主学生课外获取知识为主），革新实验教学理念（以教师为中心以学生为中心），转换师生角色（教师：主演导演；学生：配角主角），深化课程建设的内涵，进一步提高教学质量，培养具有自主学习和持续学习能力的高素质人才。
参考文献：
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[2]许太安.MOOC发展及其对高等教育的挑战[C]//第七届全国高校计算机网络教学暨网络工程专业建设研讨会，2014：98.
篇7
集成电路技术的发展，使集成电路和处理器的关系密不可分。随着多核技术的出现，处理器已经变成构成系统级芯片（SoC）的基本单元，因此，从集成电路的功能级设计层面讲，计算机系统设计实现采用的方法就是大规模集成电路（VLSI）系统的设计方法。从卓越人才培养的角度，VLSI系统设计是微处理器的逻辑实现手段，而数字逻辑是计算机组成的物理实现基础。学生的数字逻辑系统设计能力和VLSI系统设计能力直接决定了其计算机系统设计能力。因此提升学生计算机系统设计能力的关键是提升学生的数字逻辑系统设计能力和VLSI系统设计能力。为了切实提高计算机工程专业方向本科学生的计算机系统设计能力，教学改革研究工作的目标确定为：以数字逻辑设计方法为设计基础、以硬件描述语言为设计工具、以硬件仿真系统为设计环境、以FPGA为系统实现手段、以计算机系统设计实现为目标和主线，将计算机系统设计实践完整地贯穿于专业核心课程之中；教学改革研究思路确定为：系统视角、整体优先、设计牵引、讲做结合、注重能力。该研究思路不同于一般的课程群，不是简单的知识点的审视，是“自顶向下”的观点和“自底向上”的实现的一种结合方法，最终目标是提升计算机工程专业方向本科学生的计算机系统设计能力。
2研究内容
计算机工程专业方向的主干课程包括数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言、计算机系统结构、嵌入式系统、计算机设计与调试、计算机系统设计、VLSI系统设计等。课程各有目标，课程之间有宏观上的先后顺序，有微观上的相互穿插，有内容上的重叠。经过近几年的教学研究和改革，各门课程都发生了非常大的变化[1]：VLSI课程中会涉及算术逻辑单元的设计甚至处理器设计方面的内容；汇编语言的作用已经从编程工具转变为描述和理解计算机系统工作原理的有效工具；HDL语言和仿真工具不再专属于数字逻辑电路设计领域，已经成为计算机系统设计的通用语言和工具。但是，由于总目标不明确，导致课程分头讲，实验分头做，总体学时不少，最终效果欠佳。笔者的主要研究内容以计算机系统设计为目标，从能力培养的视角看待和理解数字逻辑、计算机组成原理、汇编语言、计算机系统结构、嵌入式系统、计算机设计与调试、VLSI、计算机系统设计等课程，借鉴CDIO的思想，将系统设计思想和设计实践贯穿整个计算机工程专业方向人才培养过程。
2.1重新审视和修订教学计划
在研究过程中，我们首先整理涉及的各门课程的全部知识点，对相互影响的重要知识点整体排序，整合相近和相似的知识点，归并出一些重要的专题，提出有利于培养计算机系统设计能力的完整实践教学体系，全线引入HDL语言，全线引入基于FPGA开发板的设计实验，紧密配合理论课、设计方法课、实践课，形成“学习—构思—设计—实现”的完整过程。
2.2数字逻辑电路设计课程内容的改革
数字逻辑电路设计课程改革的研究重点是设法强化和提升学生使用硬件描述语言说明硬件系统的能力，将硬件设计语言的介绍提前到课程的开始部分，使学生在学习数字逻辑电路设计过程中就开始使用硬件设计语言，相当于使学生掌握了一个设计工具，为计算机组成原理课程和计算机系统结构课程提供支持，另外，从教学上形成学习数字逻辑电路设计就是学习集成电路设计的理念。数字逻辑电路设计课程的实验既有使用逻辑电路器件搭建实验电路的传统型实验，又有使用FPGA开发板的设计实验。
2.3计算机组成原理课程的教学改革
计算机组成原理课程借鉴“深入理解计算机系统”教材中的思想，调整了部分课程内容和授课重点，比如，在数据表示部分增加了C语言的整数表示以及比较运算的示例，在存储器部分增加了程序访问局部性原理的C语言示例，在指令系统部分增加了寻址方式的C语言示例等。增加C语言的示例是进行教学视角调整的一种尝试，由于学生已经学习过C语言，已经初步掌握了编程方法，但是并不清楚程序在计算机内部，特别是在计算机系统底层硬件中是如何表示、如何执行的。通过在计算机组成原理课程中增加一些C语言的示例，让学生真正理解程序的执行过程。
2.4计算机系统结构课程内容的调整
计算机系统结构课程在课程内容方面进行了一些调整，主要为了更好地与计算机组成原理和计算机设计与调试等课程衔接。增加多核处理器和多线程调度等方面的内容；对教材中给出的一些具体处理器实例给予更多关注，比如Pentium、PowerPC和MIPS处理器实例等；重视向量运算和向量处理器部分的内容。
2.5计算机设计与调试课程实践教学改革
计算机设计与调试课程把以往让学生设计实现一个有十几条基本指令的微程序控制器改变为设计实现向量协处理器；以PowerPCRISC处理器的指令系统为参考，把设计PowerPC扩展指令协处理器AltiVec模块中的VSFX指令部分作为教学内容。整个设计任务分为8个相互联系、难度逐步增加的子任务，通过教师引导、分组讨论、学生实践、实现设计、完成测试等一系列教学环节，让学生完成协处理器中的部分设计工作并熟悉完整的协处理器的设计与调试方法。
2.6嵌入式系统设计课程实践教学改革
嵌入式系统设计课程开发出嵌入式系统计算机结构及相关软件的综合实验，使硬件与软件相结合，强化对学生计算机综合开发应用能力的培养，提高学生的实践能力。综合实验要求学生完成一个嵌入式系统开发实现的全过程，包括完成硬件、软件的功能分配，进行主控数字系统硬件的设计和制作，设计驱动和功能软件，硬件、软件的分别测试与综合测试等。
2.7VSLI系统设计课程实践教学改革
VSLI系统设计课程的实践教学改革，把实践分为3种类型：课程实验、自主实验和课程设计，3种类型的实验全部基于Nexys3FPGA开发板进行设计。课程实验包括XilinxFPGA设计流程、Nexys3FPGA开发板主要模块接口设计和基于IP的数字电路设计等。自主实验部分的题目类型包括：串—并转换电路、FIFO存储器设计、大数加法器设计和FIR数字滤波器设计等。课程设计部分的题目类型包括密码协处理器设计、数字信号协处理器设计和图像处理协处理器设计等。
3实验室建设
天津大学计算机科学与技术学院2006年建立了数字逻辑电路设计实验室、计算机组成实验室、计算机系统结构实验室、嵌入式系统实验室，建立了超大规模集成电路设计与应用研究所。实验室配备了数字逻辑实验台、计算机组成原理实验台、计算机系统结构实验台（带有FPGA模块）、嵌入式系统设计实验台等教学实验设备。这些实验室和实验设备能够满足常规的计算机系统实验，但对计算机系统设计能力培养的支持还不够。为此，学院2013年与美国Xilinx公司合作，建立了天津大学—美国Xilinx公司计算机系统设计联合实验室，实验室配备了50多块Nexys3FPGA开发板，实验时可以满足每人一块开发板的要求。超大规模集成电路设计与应用研究所于2012年引进BEECube公司先进的BEE3系统，该系统基于计算机系统的第三代商用FPGA系统，包括4个Virtex5FXTFPGA芯片，以及高达64GB的DDR2ECCDRAM和8个用于模块间通信的10GigE接口。有了Nexys3FPGA开发板和BEE3系统，我们具备了实现学生设计的各种计算机系统的设备平台，为培养学生计算机系统设计能力提供了强有力的支撑。
4结语
篇8
关键词：教学研究；计算机组成原理；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）29-0046-02
《计算机组成原理》是高校计算机科学与技术、物联网工程等专业核心的基础课程。该课程要求学生掌握计算机内部各部件的主要组成结构和基本工作原理，在整个计算机专业课的教学体系中具有承上启下的作用。该课程具有知识面广、内容多、难度大等特点，教师教学难度高、学生学习难度大。因此对《计算机组成原理》课程进行教学研究，探索更有效的教学方法和教学手段是必不可少的。
一、课程教学中存在的问题
1.《计算机组成原理》课程的特点。《计算机组成原理》课程概念繁多、结构复杂，涉及计算机内部的运算器、控制器、存储系统、指令系统和输入输出系统等各部件的组成结构和工作原理，授课过程中需要分析各种运算方法、结构图、信号流程图等，所讲授的内容都集中于芯片的内部，看不见、摸不着，非常抽象。这些特点要求教师不仅对基本概念要清楚，还要有较强的系统性和逻辑性，同时要能及时反映计算机发展的新技术和新动向，更必须根据学生对课程教学的反应，总结经验和教训，改进授课方法，使教与学达到完美的结合。
2.传统教学模式的弊端。传统教学模式更多的依赖“灌输”式教学，教师将授课内容通过课本、PPT原封不动的传授给学生，学生被动接收这些抽象的计算方法、部件结构和信号流程，难以理解、毫无兴趣，渐渐失去了对课程的学习积极性，这非常不利于培养学生的自学能力和创新能力。所以针对课程的特点和传统模式的弊端，教师必须吸取经验、扬长避短，在授课过程中注意对学生的引导，让学生在学习过程中变被动为主动，学会主动思考，从而启迪学生思维，激发学生学习的主动性，提高其学习兴趣和学习效率。
3.实践环节不够重视。针对《计算机组成原理》课程的特点，学生要理解封装在芯片内的部件结构和原理，模拟和实验是非常重要的方法，所以实践课程在整个教学工作中是必不可少的教学环节。但是传统的教学过程中，对实践环节仍然不够重视，表现为：①实验课时太少。将理论教学作为主要的教学环节，导致学生的实践动手能力得不到充足的锻炼。②实验题目设置不够合理。学生只做几个验证性实验，缺乏设计性、综合性实验来培养学生的思考能力和动手能力。③实验环境有待改善。实验系统和装置更新速度慢、技术落后，无法完成整机实验和设计性、综合性实验，难以实现培养学生能力的目标。
二、教学改革的探索
1.精选教材、教参，合理组织教学内容。首先，选好教材和教参是首要任务。目前《计算机组成原理》可选择的教材很多，在课程的内容安排、章节衔接、表述方式等方面都有所不同。我们选取白中英主编的《计算机组成原理》（科学出版社）作为主教材，该教材内容全面、系统性强，使学生在掌握计算机的组成结构和功能原理的基础上能建立整机概念，有合理的知识结构并力图反映新技术和新动向，非常符合本门课程的教学要求。另外选用唐朔飞主编的《计算机组成原理》（高等教育出版社）作为辅助教材。其次，合理组织和安排各项教学内容。针对《计算机组成原理》课程在课程体系中的地位和作用，在教学初始就要对授课内容做好规划。在课程内容组织过程中注重其承上启下的内容安排，对于《数字逻辑电路》等先修课在课程教学之初即要求掌握，同时在教学过程中体现该课程对后续课《计算机系统结构》、《微机原理与接口技术》、《嵌入式系统》等课程的重要性。必须严格要求课程教学大纲、教学日历、教学课件和教案等各项教学文件，以课程大纲为基础，明确教学要求和学时分配，合理组织各部分内容，突出重点、说明难点，在教学日历、课件和教案中具体体现。课程考核与成绩评定也是课程教学的重要环节。对于该课程的考核，需要从学生的课堂表现、实验情况以及期末考试等多个方面综合考量，真正考查学生的掌握情况和理解程度，锻炼学生解决问题的能力。
2.改革教学手段。《计算机组成原理》涉及的结构图和逻辑图较多，抽象性和技术性非常强，学生很难理解。而对于在结构图上介绍的各组成部分的工作原理，学生学起来更是难上加难。如果是传统的照本宣科的讲解方式，只会抹杀学生的学习兴趣。所以，我们将多媒体技术应用到课程教学当中。对于复杂的、抽象的逻辑结构或工作流程，通过动画演示的方式加以表述，原本枯燥生硬的内容变得生动形象了，复杂难懂的结构原理也变得简单易懂，这大大提高了学生的学习积极性，教学效果明显改善。另外，实物展示也是很好的教学辅助手段。在讲解计算机的各个组成部分时，都可以通过展示实际部件来进行说明，从而让学生主动探索各部件的内部结构和原理。
3.教学方法的改革。让学生在学习过程中变被动为主动，需要教师正确引导学生，鼓励学生多思考、多讨论，锻炼其解决问题的能力。因此我们在教学过程中，需要多种教学方法相结合，取长补短，以提高教学质量。①采用启发式教学方法。首先，突出重点、确定难点；其次，讲解时针对重点难点知识提出问题，启发学生主动思考；然后，再一起分析问题，由学生提出解决方案；最后解决问题。例如：在讲解第五章“中央处理器”时，大部分人都知道CPU对于整个计算机的重要性，但是对CPU内部的组成结构与工作原理却不清楚，而这部分却是本门课程中非常重要的一个知识点。对这部分的讲解可以通过几条典型指令的指令周期来实现，这里就可以首先提出问题，让学生考虑指定位置的指令怎么处理，并让大家简单描述处理过程，这时激发了学生的学习主动性，最后通过对典型指令处理过程的学习加深了学生对CPU工作原理的认识和理解。②采用形象化教学方法。将课程中复杂抽象的概念以及重要部件的结构和原理，用通俗易懂的例子进行类比，或用生动形象的动画效果来演示。例如：上面所说的CPU原理的讲解，每一条指令的每一个处理过程都可以通过动画效果演示给学生看，这大大提高了学生的学习兴趣。另外在讲解浮点运算器的流水技术时，可以以工业加工中的流水线做类比。将浮点运算的各个运算步骤对应到牛奶装盒流水线，简化现实牛奶装盒流程，假设有封装奶盒、杀菌消毒、盖印日期三个步骤，对应浮点加减运算的对阶、尾数加减、规格化三个步骤，类比讲解流水技术的实现过程，使得课程中枯燥、抽象、难懂的内容变得形象易懂，大大激发了学生的学习兴趣，加深了学生的理解和认识。③运用讨论式教学方法，培养学生的参与性。针对课程中的重点和难点知识，也可以通过讨论的方式，让学生各抒己见，提出解决办法，从而加深对知识的理解和掌握，并锻炼其思考能力和团队意识。通过讨论也培养了学生的独立思考和分析判断问题的能力。
4.强化实践教学环节。为了让学生学好理论知识，提高实践动手能力，必须加强实验教学改革。首先，改善实验环境。我校针对组成原理课程，专门建设了计算机组成和结构实验室，可以完成基础性实验、综合性实验和研究性实验，充分锻炼学生的实践动手能力，并培养其思考问题和解决问题的能力。其次，合理安排实验教学课时。我们将组成原理课程的实验课时设置为18学时，利用9周的时间可以让学生不仅实现简单的验证性实验，还能在此基础上完成设计性实验和综合性实验，让学生对计算机的硬件组成和原理由浅到深逐步掌握。再次，合理划分实验小组，有效完成实验考核。课后提交实验报告，并做实验总结。对于设计性和综合性实验，一般安排3人一组，每个小组做好分工。实验老师课上检查实验成果，课后小组提交实验报告，说明分工情况以及实验过程，并做实验总结。通过合理的分组和考核方式，每个学生都积极参与到实践环节，动手能力大大提高，团队意识得到加强。
《计算机组成原理》课程的教学研究和改革需要从教学活动的各个环节出发，作为一名教育工作者，一定要静下心来、虚心请教，探索更加行之有效的教学方法和改革措施，这是一项需要严谨对待并持之以恒的长期工作，也是需要不断学习的过程。
参考文献：
[1]白中英.计算机组成原理[M].北京：科学出版社，2002.
[2]王忠华，屈会芳.“计算机组成原理”课程教学的改革与实践[J].计算机教育，2007，（13）：251-252.
[3]陈越.《计算机组成原理》课程教学研究[J].福建电脑，2008，（2）：209.
篇9
中图分类号：G434；TP305-4
0 引言
计算机组装与维护是高等职业技术学院计算机专业所特有的一门专业技能课程。课程以硬件组装、软件安装为基础，以系统维护和故障维修为主线，涵盖了计算机硬件系统的组成、组装，CMOS设置、操作系统与驱动程序的安装，常用系统软件的安装、使用，以及系统优化、维护及测试，常见故障的诊断和处理等内容[1]。虽然学生多数拥有计算机，但类型、品种、型号各有不同，不利于授课和实操的标准化，同时，由于器件的损耗、使得所需硬件设备不可能在任何时刻为同学开放，因此，学生在课余期间进行课程实践或理论学习成为了一个比较突出的问题。随着网络技术和多媒体技术的成熟、教学改革的不断推进、网络化教学的深化，近年高职院校越来越重视微课的推广。微课教学能缩减教学内容，有效促进课程简化，提取课程知识点精华和抓住实践操作的关键部分，使得内容合理易懂，并能突破学习时间和空间的局限。 1 高等职业学校的教学现状
笔者在教学经历中发现在高等职业学校的教学实践中学生对于某一个问题或知识点从了解到理解再到运用自如平均需要4到5次重复性学习，在实验课程中则平均需要3次亲自操作，可见，知识点的重现以及个人操作的重复对于理论和实操性强的科目十分重要。此外，课程规定课时有限，设备开放给学生时间有限，加上设备的损耗，纯粹的课堂教学已经不能满足学生知识充分汲取的需求。再者，随着课程时间增加，学生的精力呈现下降趋势，对于需要大量实操的计算机学科，课程结束后，学生只能留下部分操作片段，即使而亲自操作，也随着时间的流逝快速忘却，这样会严重影响教学效果。最后，课程的设置是一个系统的链条，环环相扣，一个环节出现缺陷，会影响后续的授课。综上所述，我们有必要寻找一种新的教学方式来升级我们课程的载体。
2 微课的特点
1）教学时间较短：教学视频是微课的核心组成内容。根据中小学生的认知特点和学习规律，时长一般为5至8分钟左右。因此，相对于传统的40分钟的一节课的教学课例来说，课例片段更容易获得学生的全程关注。
2）教学内容较少：相对于较宽泛的传统课堂，微课的问题聚集，主题突出，更适合教师的需要，"微课"的内容更加精简，一般就只讲一个知识点，一个课程就一个主题。
3）资源容量较小：微课以视频为主，配套辅助资源为辅，总容量一般在几十兆左右，师生可观摩课例，查看教案、课件等辅助资源，视频格式须支持网络播放的流媒体；也可灵活方便地下载保存到设备上实现随时随地学习，同时方便教师的观摩、评课、反思和研究[2]。
4）促进课程教学创新。微课内容属于轻量级，课程制作者成为课程的开发者。教师能从局部小范围开始对课程进行思考、推演、验证。课程研发内容一定是自己感兴趣的、有能力解决的问题。
5）成果简化、多样传播。因为内容具体、主题突出，所以，研究内容容易表达、研究成果容易转化；因为课程容量微小、用时简短，所以，传播形式多样。
3 微课在计算机组装与维护中的具体应用
全世界的智能手机用户人数到2016年将超过20亿，即超过全球1/4人口，智能手机增长的绝大部分份额将来自中国，已经有超过5亿智能手机用户。当今的学生几乎是人人都有智能手机，作为微课程最好的载体之一，学生的智能手机可转变为一个移动的学习平台。这是一种教学改革，有效地提高教学效果，同时鼓励学生自主学习，活跃课堂气氛，丰富课余学习生活[3]。
计算机组装与维护是一门实践操作性很强的课程。计算机主机的拆装、软件的安装卸载、系统配置都是课程重要的环节。有效地利用实践课时，提高教学质量和效率是我们的着重的方向。我们分别对课程核心知识点的理论讲解和实践、微课资源整合和教学效果的反馈、激发学生自主学习的兴趣三个方向考虑，结合微课的特点，为计算机组装与维护课程教学提供新的思路。
1）课程核心知识点的理论讲解和实践。课程归纳起来有十四章，其中理知识中包含很多计算机组成原理的内容，包括CPU结构、内存容量计算、硬盘结构、BOIS基本操作、总线时钟、外部设置原理等，是计算机的理论基础，需要重复多次，把重要的单个知识点进行微课制作，为学生提供课前课后学习；对于实践操作部分，如电脑机箱的拆装、系统安装、病毒查杀、网络连通配置等，除了把正确的示范操作制作为短视频，还需要准备必须的辅助软件，以及学生的追加创作。有了这些微课资源，学生可以有更多机会和时间去重复理论知识和实践操作回顾，甚至有了比较明确的预习目标。
2）微课资源整合和教学效果的反馈。可以预见，一旦微课的资源积累逐渐完整，学生的学习效率也会逐渐体现，但这种体现的载体不能只反映在成绩上，还应该有一套完整的、与微课程配套的教学效果反馈机制。微课通过移动设备应用软件或者网络门户，为教学效果提供平台。在实操环节，在教师的指导下，学生可把每次自己的动手操作过程以视频模式保存在反馈平台中。反馈平台也成为教师和学生再次评估教学效果的另一种手段，也使微课资源趋于完善。另外，该平台是电子模式，可以在网络上无缝对接，可以在校园网上搭建资源库以分享课程资料，促进教学改革。
3）激发学生自主学习的兴趣。没有乐趣的事情是无法吸引学生的注意力，教学应该注重教学过程的趣味性。微课中每个节点只有一个知识点，学生学习后会有记录浏览的示意功能。参与者可以看出在整个课程知识点链上的学习攻克进度，从其中获得成就感。其次，视频形式生动直观，配合理论讲解很容易吸引参与者的注意力，并在注意力将要减退时完成教学，恰到好处。
4 结束语
在微课视角下，针对目前高职院校高等数学教学改革中所存在的问题，引入了微课这种新型的教学模式，不仅使的平时成绩的考核更加有效，同时也落实了教学反馈的有效开展。工欲善其事，必先利其器，高职院校教学应该用最新的网络技术来武装自己，必须要重视新兴高效的教学模式。我校在这个方面提供大力的支持，师生一致认为微课是适合当前教育改革发展方向，也是一个值得深入研究的课题。
参考文献：
[1] 冉维原，杨新永. 计算机组装与维护[M].北京：清华大学出版社，2013：9-1.
篇10
关键词：计算机组成原理；教学改革；启发式教学
一
“计算机组成原理”是计算机专业的专业基础课，学生通过本课程的学习，可以从层次的观点掌握计算机组成和运行机制方面的基本概念、基本原理、基本设计和分析方法等系统知识，奠定必要的专业知识基础；可以从系统的观点，理解提高计算机整机的软硬件性能的各种可行途径，了解计算机系统中软件、硬件的功能划分和相互配合关系；从计算机系统结构的角度初步了解进一步提高系统性能的主体思想，能站在更高层次上思考和解决工作中遇到的问题。
本课程是计算机专业的核心课程之一，在整个计算机专业课教学中起着承上启下的作用，为后续课程的学习打下重要的基础。但是在实际教学过程中，往往不能达到预期的理想教学效果。主要包括以下一些问题：
一是课程内容比较抽象，学生不易理解，且课程的内容比较死板，往往无法激发学生的学习兴趣。
二是与其他相关课程联系紧密，在教学中往往会较多涉及其他相关课程的内容，而受到课时限制不可能讲授所有知识点。
三是课程有些内容相对陈旧，跟不上计算机技术发展的最新趋势，尤其实践教学环节薄弱。
二
对“计算机组成原理”课程教学进行改革，提高课程的教学质量、达到预期的教学效果是当前急需解决的问题。
1.合理安排教学内容
一方面，“计算机组成原理”课程的特点是内容较多、概念抽象，难学，难懂。为了搞好“计算机组成原理”的课程建设，教师必须与时俱进，改进教学内容，对于教材的内容做适当删减和补充。比如在“指令格式”举例中，教材所介绍的机型目前已经很少使用了，可以适当缩减内容；而对于一些应用比较多的机型的指令格式可以适当增加，这样学生既了解了不同机器指令格式设计上的差别，也对当前应用较多的机器指令格式有所认识，具有更好的实用效果。
再比如在讲解“存储器”这部分内容时，软盘存储器、磁带存储器等也已经很少被使用，对这些内容也可以适当删减，而补充闪存的存储原理，这样学生在学习理论知识的同时也学到与实践和应用相关的知识。
另一方面，“计算机组成原理”课程与其他一些专业课程密切相关，在安排教学内容时要尽量考虑与其先修及后续课程的融合。“计算机组成原理”课程的先修课程包括模拟电子技术、数字逻辑、汇编语言程序设计等；后续课为程操作系统、计算机网络、计算机体系结构，各专业课程知识之间是密切联系的，如果教学只局限于本课程，就会造成学生知识结构过于单一，不能很好地融会贯通，形成完整的科学体系，因此，讲授中应重视与其他相关课程的衔接与融合。比如讲解“虚拟存储器”时，可以与操作系统课程中的多任务管理相结合；讲解“指令系统”时，可以引用汇编程序设计课程中的一些80×86中的指令实例等。
2.采用启发式教学方法
启发式教学是教师启发学生积极思维，使学生主动掌握知识的教学方法。启发式教学应做到内容突出，通过问题引出重点和难点内容，然后分析问题并启发学生解决问题，达到更好的效果。比如在讲解“溢出”这部分内容时，如果只是简单介绍溢出的概念，学生就不容易理解。我们可以通过实际补码加减运算时两个正数相加结果为负数，以及两个负数相加结果却为正数来引入溢出的概念，引导学生分析溢出产生的原因是什么，这样就会收到更好的教学效果。
教师在授课时应与学生互动，避免教师一味讲解的情况发生，充分激发学生的主动性。对一些重点内容，教师可以多提出一些问题让学生思考，这样当教师再讲解答案时，学生可以有更深刻的印象。比如讲解“寻址方式”这部分内容时，可以让学生比较各种寻址方式的特点，然后再讲解各种寻址方式的主要应用领域，如此就容易记忆了。
“计算机组成原理”课程理论性强，概念比较多且比较抽象，由于计算机设计与实现的很多方法和技术就是来源于日常生活，因此，在讲解时可以尽量拿日常生活中的一些例子来进行类比，帮助学生理解概念。比如可以用钟表的时间校准来类比补码的实现；用宾馆的房间来类比存储器单元的编址；用交通道路来类比总线；用员工职务高低来类比优先级别等。教师对课程的内容做到充分掌握，讲课时就可以用一些通俗易懂的实例来解释复杂的概念，真正提高教学质量。
3.采用多媒体与黑板相结合的教学手段
充分采用多媒体的手段来授课是必要的，因为通过多媒体课件的演示，可以给学生一个感性、直观的认识，使学生集中注意力加深对内容的理解。比如在讲解“指令周期”的数据流时，通过一个工作流程动画的演示，从取指到分析译码到最后指令的执行过程一目了然，学生很容易理解整个过程。但是教师并不能完全依赖于多媒体手段，而是要与黑板讲授方式结合起来。因为某些推导过程如果通过多媒体课件来放映，不利于学生理解结果是如何推导出来的。比如Booth法，它是由校正法推导得来的，因此最好在黑板上讲解整个推导过程，学生才能有深刻的印象。
4.实验教学注重实用性
“计算机组成原理”这门课属于工程性、技术性和实践性都特别强的一门课。因此，在开展好课堂教学的同时，必须对实验教学环节给以足够的重视，要有充足的实验学时，提供实验性能良好的实验计算机系统或实验装置，能进行反映主要教学内容的、水平较高的实验项目。教学的整个过程中，在深化计算机各功能部件实验的同时，加强对计算机整机硬件系统组成与运行原理有关内容的实验；在坚持以硬件知识为主的同时，加深对计算机系统中软硬件的联系与配合的认识。因此，在实践教学中要注重做到：
（1）及时更新实验设备，实验设备的选择要考虑是否能利用计算机新的技术，是否能开发学生的实践能力。
（2）设置合理的实验项目，实验的内容应与课程重点内容相对应，除了运算器、存储器、数据通路等基本验证性实验外。还应适当增加设计性实验，以增强学生的实际动手能力。
（3）从根本上改变学生“重理论，轻实验”的态度，要求大家必须完整记录并整理实验数据，认真完成实验报告。
改进后的计算机组成原理实验教学将应用性、技术的前沿性和趣味性很好地结合在一起，与课程内容完全对应，使学生更容易理解相关理论知识。
计算机技术的发展日新月异，计算机教育也应该与时俱进，跟上计算机发展的步伐。作为一名教师，应该从课程的内容，授课方法，教学手段等多方面积极进行改革，从而提高教学质量，培养出优秀的计算机人才。
参考文献：
[1]唐朔飞.计算机组成原理(第2版)[M].北京：高等教育出版社,2008.
