计算机组成原理教学改革分析

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摘要：《计算机组成原理》在计算机科学与技术专业的课程体系中起到了承上启下的作用，这套改革方案将这门课的重要性展现出来的同时还降低了这门课的教授难度，让学生更加容易掌握课程并形成一定的计算机专业素养、自主学习能力和解决实际问题的能力。教师利用线上线下混合教学的教学方式教授理论课程，可以有效地提高课堂的质量，帮助学生答疑解惑。同时在实验课程中穿插使用Proteus等方便学生实验的平台，能有效地解决传统使用实验箱实验课场地、设备等的限制带来的困扰。本文通过调查学生课程满意度证明了该教学方案在实践中效果较好。

关键词：教学改革;计算机组成原理;自主学习理论实践结合;应用型本科

《计算机组成原理》介绍了计算机的五大部件及其工作原理和设计方法等知识点。其作为计算机科学与技术专业的关键课程，为后续开设课程铺垫了学生的专业素养，同时也是为了培养对计算机软硬件系统认知和设计以及能快速入门新型技术等需求的计算机专业人才为目的而开设的基础课程，充分体现了《计算机组成原理》一门课程的重要性。为了达到这一目的，国内许多高校执行了针对《计算机组成原理》课程的教学改革活动并取得了不错的成效。这种方式极大地提升了学生的计算机专业素养，也体现了该课程创新改革的必要性。在如今社会经济发展的需求下，大量的高校正向应用型本科转型，社会需求与家长学生的需求产生了较大的分歧（如图1所示），社会需求更注重技能型人才而学校的教育方式更倾向于于学术型人才。在这样的性质下，需要在教学中注重理论与实践的结合并符合行业需求，注重理论在实践中的应用技巧、能力的培养。

一、课程教学重难点

明确课程教学重点是制定人才培养方案和实施教学方案改革的重要前置步骤。《计算机组成原理》课程开设在应用型本科中。《计算机组成原理》其在计算机科学与技术专业中的重要地位。该课程中体现的计算机是具备了表达、计算、储存以及其他形式信息处理能力的复杂系统。所以在这门课程的教授中要有基本的理论知识，也要有培养学生设计实现软硬件等“解决问题”的能力。

二、教学方案改革措施

针对计算机专业人才的培养方案在企业、学校的情况可以进行大致的方案归类，如图2所示，根据这些方案可以有针对性地进行教学改革。布置任务理解任务提示要点团队工作教学指导成果展示成果点评企业考核教师评价学生图2教学流程方案常见的方案离不开以一个特定的CPU、特定的OS、特定的编译器在比较同意的硬件实验平台上以MIPS或者ARM指令集为学生建立系统的观念，让学生能够将以往学习的计算机专业基础课程知识联系起来达到理解计算机系统概念、完善知识体系的目的。通常还结合教材让学生能在掌握底层的原理机制之后能够对遇到的计算机顶层新问题能有较好的解决思路，进而利用这些原理机制写出更高效的程序。1.课堂方式改革作者:单位:在移动互联网、人工智能等新元素帮助课堂教学的时代里面，线下教学已经不能只以理论化的方式来教学了。结合线上、线下的教学和讨论的新教学模式能够较好地解决学生预习难的问题，如图3所示。线上的教学主要通过短视频的形式。使用能够体现当堂课知识大纲和重点的短视频，能够让学生能够在开始学习时最有兴趣的几分钟到十几分钟内解决向学生介绍本堂课的重点、让学生了解本堂课的讲课大纲走向、让学生清楚自己在学习什么等问题。而课堂的内容应更多地用于复习、拓展和讨论，以达到培养学生自主思考能力的目的。2.教学方法改革作者:单位:因为《计算机组成原理》课程内容抽象并且较多复杂的电路图、时序图，故为了达到提高教学效果的目的，可以使用多媒体教学把所需的硬件图等内容做成动态效果使用PPT展示出来，这样可以将课程内容中各种原理、过程等通过多彩和有吸引力的画面展现出来，帮助学生直观地理解各个部分工作的原理以及整机运行的机制等抽象的知识。在教授课程时多讲解课程内容与其他课程的关系以及和该课程如何做到课程上的承上启下的，让学生在清楚结构之后更能真正理解整个系统的运行机制。3.实验教学改革作者:单位:为了学生可以不受限制地熟悉所学内容，可以考虑实验课程在使用仿真试验箱进行课程时穿插采用Proteus等仿真软件，这样可以极大地减少学生将自主想法实践出来的难度，又可以使用这类软件对课堂的知识及时预习、回顾，保障了学生的课程效果。在实验课程中，对于模仿验证的实验而言，学生按照预定的流程步骤完成就可以得到实验结果，如果跨度到自主设计的实验将会出现学生难以理解实验内容目的、无法动手完成实验等问题。为了解决这些问题，可以在前期的独立部件实验中应该注重实验过程的分解并且建立准确评测实验效果的评估体系。

三、人才培养实施方案

课程方案改进。针对教学改革措施中提到的教改需要达到的各种效果，课程大致可以进行如下方式修改：（1）运算部件的教学中为了达到让学生可以设计一个CPU的课程目的还应该着重讲解标志位的加法器。（2）在讲解指令系统部分时添加汇编及反汇编的过程详解，同样可以达到提高学生兴趣的目的。（3）主要是在讲解储存器体系结构的部分时注意结合实际的C语言程序讲解程序访问的局部性和高速缓存命中率等重点。（4）实验课程考虑在运算方法和运算器一章节中添加Proteus的仿真实验。Proteus仿真实验课程内容具体包括一位全加器、行波进位加法器、行波进位减法器、BCD码加法器、74LS181验证实验、两片74LS181构成8位运算器等实验。

四、成效和结束语

为了检验该方案的教学效果，这里对计算机Ⅰ班和计算机Ⅱ班两个教学班分别使用了教学改革前的教学方案和教学改革后的教学方案，调查结果显示使用改革后的教学方案的Ⅱ班较不使用改革教学方案的Ⅰ班学生满意度高出约20%。该课程是对实际的机器的理论知识补充，对改革也应该采用实际的应用相结合的方式，才能让课程教学和效果更加适合当今社会的技术发展。

参考文献：

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作者:陈锦煌 陈钊淇 刘志洋 单位:中山大学新华学院