計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)研究的論文
近幾年，計(jì)算機(jī)組成原理在國(guó)內(nèi)各大高校軟件工程系被定為專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)科體系中起著基礎(chǔ)性和準(zhǔn)備指導(dǎo)性的作用。希望通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)各功能部件及整機(jī)運(yùn)行的工作原理和方法，并為學(xué)生建立起整機(jī)的概念。為后期的系統(tǒng)開發(fā)的理論、實(shí)踐的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。但由于該門課程具有概念多、知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容抽象等特點(diǎn)，加上學(xué)生思想上有“偏軟”現(xiàn)象，使該課程的組織教學(xué)有一定難度。本文將對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理的教學(xué)現(xiàn)狀、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、及通過實(shí)踐等輔助教學(xué)手段來改進(jìn)教學(xué)等方面進(jìn)行闡述，希望對(duì)各大高校的計(jì)算機(jī)課程有一定借鑒促進(jìn)作用。
一、計(jì)算機(jī)組成原理的課程的教學(xué)現(xiàn)狀
(一)課程本身的特點(diǎn)決定這門課程教學(xué)難度大
1、基礎(chǔ)概念多的特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)組成原理這門課程由于內(nèi)容較多，所涉及的基礎(chǔ)概念也較多。在CPU模塊有微程序、微指令及流水線等系統(tǒng)類概念，其中ALU部分有原碼、補(bǔ)碼等與編碼相關(guān)的概念;在存儲(chǔ)器部分，與存儲(chǔ)器單元相關(guān)的有RAM、SRAM、DRAM、ROM及各種ROM設(shè)備，與存儲(chǔ)系統(tǒng)相關(guān)的有cache存儲(chǔ)器、虛擬存儲(chǔ)器等概念;外設(shè)部分有中斷等信息的各種傳送方法。對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)的各種性能指標(biāo)。對(duì)各個(gè)概念，靠單本文由論文聯(lián)盟收集整理純記憶的方法很難掌握，必須放在系統(tǒng)中學(xué)習(xí)。
2、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)組成原理這門課程首先要考慮其原理性，現(xiàn)在仍然采用馮.諾依曼式計(jì)算機(jī)模型作為基本模型，但也要考慮現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展，以融入實(shí)際的需要。如何對(duì)內(nèi)容進(jìn)行合理的安排、銜接，對(duì)任課教師來說，是一不小的挑戰(zhàn)。
3、內(nèi)容抽象的特點(diǎn)
要讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)的工作原理、方法和實(shí)現(xiàn)，需弄清數(shù)據(jù)和信號(hào)在計(jì)算機(jī)各部件件間的流動(dòng)情況，對(duì)學(xué)生來說，這看不見也摸不著，如何將信息流動(dòng)的復(fù)雜情況形象、生動(dòng)地向?qū)W生展示、講解，教師對(duì)此需要作出相當(dāng)?shù)呐Α?/p>
(二)學(xué)生對(duì)該們課程的認(rèn)識(shí)誤區(qū)
大部分的學(xué)生認(rèn)為，我們學(xué)的專業(yè)是軟件工程，專業(yè)是“偏軟”的，而計(jì)算機(jī)組成原理這門課程是“偏硬”的，對(duì)其轉(zhuǎn)為實(shí)際能力表示懷疑。由于對(duì)這門課程在學(xué)科中的作用認(rèn)識(shí)不明確，在學(xué)生中就有一種印象，學(xué)習(xí)這門課程主要目的是修學(xué)分的需要，另外還有考研的需要，但考研的學(xué)生比例較小，再加上這門課程本身的學(xué)習(xí)難度，因此認(rèn)真學(xué)習(xí)且能學(xué)好這門課程的人數(shù)就不多了。
二、對(duì)組成原理教學(xué)的幾點(diǎn)建議
(一)根據(jù)課程設(shè)置需要對(duì)教學(xué)學(xué)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整
根據(jù)不同的專業(yè)，學(xué)生的不同層次，及大部分學(xué)生的就業(yè)方向?qū)υ撜n時(shí)設(shè)置不同的教學(xué)學(xué)時(shí)。報(bào)告[3]中指出，對(duì)于多數(shù)調(diào)查對(duì)象為畢業(yè)生的調(diào)查結(jié)果，多數(shù)人認(rèn)為這門課開設(shè)為64、48或32學(xué)時(shí)。而48學(xué)時(shí)的人稍多些。這與本人想法基本一致，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)，作為導(dǎo)論型的，32學(xué)時(shí)足矣;對(duì)于軟件專業(yè)，其目的主要是通過掌握其基本原理，能更好的為軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)服務(wù)，開設(shè)48學(xué)時(shí)，其中8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)較合理。而對(duì)于偏硬件的計(jì)算機(jī)專業(yè)，可以根據(jù)需要，開設(shè)56或64學(xué)時(shí)。
(二)對(duì)學(xué)生對(duì)該門課程的認(rèn)識(shí)進(jìn)行相應(yīng)正確引導(dǎo)
由于是一門基礎(chǔ)理論課，加上本身的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，可能內(nèi)容較為枯燥，因此學(xué)生可能會(huì)因?yàn)檎n程內(nèi)容本身而不感興趣。因此我們要在思想上要對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，學(xué)習(xí)這門課程不僅對(duì)計(jì)算機(jī)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)有更深刻的認(rèn)識(shí)，更對(duì)與硬件相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有基礎(chǔ)指導(dǎo)作用。并為學(xué)生在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的進(jìn)一步研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。因此，學(xué)生不能因?yàn)檫@門課程“偏硬”，而自己的專業(yè)和就業(yè)方向“偏軟”就否定這門課程的重要性。
(三)根據(jù)專業(yè)要求及課程設(shè)置對(duì)教學(xué)內(nèi)容作出調(diào)整
計(jì)算機(jī)組成原理在學(xué)科中的地位被定為專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)科中具有承上啟下的作用，希望通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的組成、各部件及各部件之間運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行了解。對(duì)于軟件專業(yè)的學(xué)生來說，為硬件相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其他軟件的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
計(jì)算機(jī)組成原理從內(nèi)容上主要分為三部分：CPU、存儲(chǔ)器、外設(shè)。但由于學(xué)時(shí)的限制及課程的安排(本專業(yè)開設(shè)了微機(jī)原理課，外設(shè)是其講授重點(diǎn))，重點(diǎn)講授CPU和存儲(chǔ)器兩部分。存儲(chǔ)器內(nèi)容分為主存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)體系兩部分內(nèi)容。前者講述存儲(chǔ)元器件的基本原理，而后者則是cache、主存和輔存之間的區(qū)別與聯(lián)系，如果開設(shè)了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)這么課程，這存儲(chǔ)體系的內(nèi)容可簡(jiǎn)略介紹，具體內(nèi)容由計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)講解。CPU部分與存儲(chǔ)器一樣，在詳細(xì)介紹完其核心部件ALU后，重點(diǎn)即是中央處理器章節(jié)，即指令的運(yùn)行，而指令的運(yùn)行需要訪問存儲(chǔ)器，這就將CPU與存儲(chǔ)體系聯(lián)系起來了。故這兩部分又是有聯(lián)系的。由此有關(guān)硬件的內(nèi)容就脈絡(luò)清晰、分工明確了。
(四)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行合理的學(xué)時(shí)分配
實(shí)驗(yàn)課對(duì)于一門課程來說，主要目的是加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)，使抽象的理論變得形象、具體。因此，對(duì)本身理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象的計(jì)算機(jī)組成原理課程，實(shí)驗(yàn)課就顯得尤為重要。我們采用的是西安唐都科教儀器公司生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)箱作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備。與其相配套的實(shí)驗(yàn)有9個(gè)，其中主要包括與CPU中的與ALU相關(guān)的3個(gè)實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)存儲(chǔ)器存取實(shí)驗(yàn)、微程序控制實(shí)驗(yàn)及4個(gè)模型機(jī)的設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的設(shè)置，只有8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課。8個(gè)學(xué)時(shí)全部完成這些實(shí)驗(yàn)有一定難度，因此，可將這些試驗(yàn)進(jìn)行合理的'學(xué)時(shí)分配，如第1、2個(gè)學(xué)時(shí)完成第一、二個(gè)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閯傞_始做硬件實(shí)驗(yàn)不熟悉，但第二個(gè)運(yùn)算器進(jìn)位實(shí)驗(yàn)教簡(jiǎn)單，可順便完成;有了前面的基礎(chǔ)，完成第三個(gè)運(yùn)算器移位控制實(shí)驗(yàn)就簡(jiǎn)單多了，因此和第四個(gè)稍麻煩的靜態(tài)存儲(chǔ)器存取試驗(yàn)合并在第3、4學(xué)時(shí)完成;第5個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較復(fù)雜，可單獨(dú)安排2個(gè)學(xué)時(shí)完成;這樣就留出了2學(xué)時(shí)來研究后面的模型及設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)了。
(五)以實(shí)踐為手段帶動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深對(duì)知識(shí)的掌握，實(shí)踐就顯得尤為重要。對(duì)軟件專業(yè)的學(xué)生來說，利用軟件對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行模擬不失為一種好的辦法。對(duì)于計(jì)算機(jī)組成原理這門課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為抽象，不易被理解，因此，采用“硬件軟化”的方法，對(duì)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等進(jìn)行模擬，既可加深對(duì)知識(shí)的掌握，又可提高大家的軟件設(shè)計(jì)、編程能力。本系為了提高大家參與的積極性，采用了學(xué)生科技立項(xiàng)的辦法，系里拿出一部分資金，將“計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”作為一學(xué)生科技項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生組隊(duì)參加，和其他項(xiàng)目一起參加評(píng)比，并進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)的辦法，在學(xué)生中得到了良好的響應(yīng)。學(xué)生做出的項(xiàng)目教師可拿來作為課堂教學(xué)用，并可鼓勵(lì)學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步完善。以后甚至可以將系統(tǒng)分塊，讓學(xué)生分組做，并作為課后作業(yè)的一部分，計(jì)入學(xué)生平時(shí)成績(jī)。以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。
三、結(jié)語
計(jì)算機(jī)組成原理這門課程由于其本身知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容相對(duì)抽象、知識(shí)“偏硬”等特點(diǎn)，對(duì)軟件專業(yè)的學(xué)生來說，普遍學(xué)習(xí)的積極性不高，對(duì)知識(shí)的掌握不能達(dá)到預(yù)期的目的。本文從對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)、課時(shí)的設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整等方面進(jìn)行了討論，特別提出通過“硬化軟件”的方法，提高大家學(xué)習(xí)的積極性。相信經(jīng)過多方面的努力，學(xué)生會(huì)喜歡并學(xué)好這門課程，該課程也將很好地發(fā)揮其在學(xué)科體系中的作用。
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