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　　摘　要:本文结合“计算机组成与结构”课程的特点和多年的教学经验,从教学内容组织、教学手段改进等方面进行了探讨,强调了在首堂课中为学生构建学科认知结构的重要性,提倡“问题2概念2方法”教学,提出将软件知识与硬件原理相结合、以兴趣为引导、架设各种沟通桥梁的教学方法。结果表明,学生学习的积极性、主动性得到较大的提高,收到了较好的教学效果。
　　关键词:计算机组成与结构;课堂教学;教学方法
　　“计算机组成与结构”课程的教学目的,是使学生掌握计算机系统的硬件组成和工作原理,为学生进行计算机系统的分析、设计、开发和提高使用能力打下基础。与其他基础课程相比,本课程教学的难点主要有两个:一是课程涵盖的范围广,信息量大,概念较为抽象,而课时却相对较少;二是计算机的发展日新月异,不断更新换代,如何将课堂讲授的计算机最基本的部件及原理与计算机的最新发展相结合的问题。
　　本文从明确目标、问题教学、软硬结合、兴趣引导和多种沟通等五个方面讨论如何提高“计算机组成与结构”授课质量。
　　1 　明确课程目标,构建学科认知结构
　　明确课程目标在教学过程中是至关重要的。我们在第一堂课中,首先介绍了课程的教学目标,并着重阐述了这门课程与前后课程的横向联系,以及纵向上的课程体系的构成,让学生从系统层面上对讲授的课程有个初步认识,我们强调这门课程与前续课程“数字与逻辑设计”密切相关,如本课程教材的第2 章计算机的逻辑部件及运算方法内容已在“数字与逻辑设计”课程中讲解过,所以教师讲解这部分内容时,应以归纳总结方式讲解,同时注意有所提高。这门课程的后续课程“微机系统与接口”,是在掌握计算机的组成原理与结构体系的基础上,深入分析微处理器和基本接口的结构与工作原理。所以教师也同样可以建立一些内在联系。这三门课程前后衔接,使学生一步步建立起系统的概念,并为今后计算机硬软件应用系统设计和参与科研打下必要的基础。
　　然后我们介绍了这门课程的内容架构,计算机的几个基本组成部分为:中央处理器、存储器和输入输出设备。并按照这个结构划分,对整个教材的章节进行分类,其目的是让学生有一个全局的观念,让学生对计算硬件系统有一个完整的认识,对一条指令的执行过程中各部件的协同工作有一个正确的认识。
　　2 　分析问题和解决方法
　　大学课堂讲授的内容主要分为两个方面,一个是具体的知识,另一个就是分析问题和解决问题的科学方法,而后者通常要在教师的教学过程中来体现。采用问题→概念→方法→解决问题的教学方法,能够使教师所传授的知识易于被学生有效接受和消化。因此,在“计算机组成与结构”课程的讲授中,应当结合每个具体知识单元的特点,从提出问题出发,传授分析问题、解决问题的一般思路和方法,诱导和激发学生的创新意识和创新思维方式。例如,在讲解CPU 中的控制器这部分时,依次提出三个问题: ①为什么需要控制信号? ②控制信号究竟是如何工作的? ③如何产生控制信号? 引导学生归纳出控制信号的作用,进而分析控制器的工作原理,从而一步步构建起完整的知识体系。
　　再如,讲解内存管理的时候,我们并不是一开始就分别介绍段式、页式和段页式管理的概念及各自的优缺点,而是从程序执行所需要的条件出发,先提出问题,形成概念再去分析问题、接着解决问题,然后再发现问题,螺旋上升式地去揭示内在规律。一开始,人们根据直觉,将一个程序作为一整段来进行管理,从而形成了纯粹分段管理模式,这种模式由于自然,人人都能想到。但是,纯粹的分段存在重大缺陷,比如程序不能超过物理内存容量、一个程序必须同时加载到内存才能执行。为了克服这些缺点,我们引导学生进入页式内存管理模式。虽然解决了纯粹分段的一系列缺点,但是又出现了一些新的问题,如存在共享不方便、一个程序只能在一个虚拟地址空间增长的问题。于是,我们领着学生进入逻辑分段与段页式管理模式,逻辑分段将一个程序按逻辑关系分解为多个段,从而扩大了程序可以使用的虚拟地址空间并解决了共享难的问题,而段内分页又可以克服分段的缺点。这样,从纯粹分段到分页,再到逻辑分段,再到段内分页的演变过程,让学生对内存管理模式的进步有较深的认识。
　　3 　强调软件和硬件之间的关系
　　在讲授硬件原理的同时,我们通过与软件的结合来加深学生对硬件原理的认识。比如,学习数据在存储器存放方式的时候,我们就结合“C 语言”课程中学过的结构体来进行现场演示:
　　st ruct foo
　　{
　　char c ;
　　int i ;
　　} ;             (1)
　　我们会直接在电脑中输入语段(1) ,让学生来回答如果运行sizeof (foo) 会是什么结果。大部分学生会认为char 占1 个字节,int 占4 个字节,结果应该是5 个字节,这时我们当场运行演示程序,结果却是8 个字节。接着,我们就可以引入什么是存储器中的字节对齐,字节对齐对提高计算机取数的速度是否有帮助等等问题。
　　当前计算机的硬件与软件正朝着互相渗透,互相融合的方向发展。计算机系统中并没有一条明确的硬件与软件的分界线。例如,当机器本身没有双字长指令,而又需对双字长操作数进行运算的时候,就可以通过编写子程序来予以实现。同样,原来由软件实现的功能也可以改由硬件来实现,称为软件硬化。比如固件( Firmware) ,指的是那些存储在能永久保存信息的器件中的程序,是具有软件功能的硬件。固件的性能指标介于硬件与软件之间,是软硬件结合的产物。这样,我们一步步引导学生,让他们认识到硬件和软件在逻辑上是等价的,一项功能究竟采用何种方式实现,应从系统的效率、速度、价格和资源状况等诸多方面综合考虑。
　　4 　以兴趣为引导,调动学生主观能动性
　　兴趣是激发学生学习积极性的动力,也是激发创造力的必要条件。因此,在课程教学过程中,教师的重要任务之一就是激发学生的学习兴趣。这就要求教师从问题的引入和互动环节的设计上下功夫,引人入胜的开题,生动活泼的互动交流,是引发学生学习兴趣的关键因素。
　　我们在课堂教学中适时地引入计算机发展的新技术和新应用等内容,以及与学习、生活密切相关的计算机常识。比如键盘按键的布局是如何设计的?
　　笔记本的触摸屏为什么用笔无法输入? LCD 与PDP 有什么区别?
　　5 　架设多种沟通渠道
　　利用通讯与网络的优势,在学生与教师之间架设多种沟通渠道很有必要。比如手机短信、电子邮件、MSN 和博客等等。这样,学生在课后自己复习遇到问题的时候,能够及时与教师交流,从而巩固课程知识。例如,我们以课程为单位建立了MSN 群,并鼓励学生加入到群里,这样无论何时何地,只要有人在线,就可以针对课程中的某个问题展开讨论。
　　另一方面,由于课时有限,教师也能够通过博客,发表一些自己对这门课程的深入理解与想法,或者阐述一些科研项目中所用到的相关知识,并进行提炼与归纳,引入至教学过程。
　　教师的讲授与辅导毕竟是有限的。在教学过程中还应有意识的培养学生利用网络资源的自学能力。例如,我们在教师的博客中推荐了一些有关计算机硬件的教学网站以及介绍计算机发展的国外网站,帮助学生去了解计算机的基本理论与最新动态。
　　6 　结语
　　本文结合教学实际情况,对如何提高“计算机组成与结构”课程的授课质量进行了一些初步探讨。学校各级教学督导组和学生座谈会的反馈都表明,这些探讨使学生在学习这门课程时的积极性、主动性得到较大的提高,收到了较好的教学效果。
　　参考文献:
　　[ 1 ] 　王爱英. 计算机组成与结构(第4 版) [M] . 北京:清华大学出版社,2007
　　[2 ] 　邹恒明. 计算机的心智2操作系统之哲学原理[M] . 北京:机械工业出版社,2009
　　[ 3 ] 　方红萍,陈和平. “C 语言”课程教学改革与实践[J ] . 南京:电气电子教学学报,2007 (29) ,5 :7210
　　[ 4 ] 　蒋本珊. 计算机组成原理[M] . 北京:清华大学出版社,2004

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