本站原创摘 要：计算机组成原理是计算机专业的一门主干核心课程,课程的任务是使学生掌握计算机组成部件的工作原理、逻辑实现、设计方法,建立CPU级和硬件系统级的整体概念,培养学生对计算机硬件系统的分析、开发与设计能力.本文从教学内容、授课方式、教学手段等几个方面进行教学方法的探讨,并提出了改进教学质量的建议.
关 键 词：计算机组成原理；教学方法；分析、开发与设计
中图分类号：TP301-4
通过计算机组成原理课程的学习,可以分层次地掌握计算机组成的概念、工作机制、分析和设计方法等全面系统的知识,掌握必要的专业知识基础；了解计算机系统中软件、硬件功能的划分和彼此之间相互配合的关系；按照系统的观点,分析提高计算机软硬件整体性能的必要性和各种可行性方法；从计算机系统结构的角度进一步了解提高系统性能的主体思想,站在更高层次上思考和解决学习工作中遇到的问题.
该课程在后续课程的学习中起着承上启下的作用.但在实际教学过程中往往不能达到预期的教学效果.主要因为课程内容枯燥抽象,教师上课方法死板无趣,知识点往往前后连贯不起来,造成所学的内容无法紧密衔接；很多书本列出的内容相对陈旧,不符合当今计算机技术研究和教育发展的潮流,理论课和实训课程安排不合理,重理论轻实践,实践教学环节薄弱.
我在课堂教学中以培养学生理解、联系实际能力为核心的教学模式,以提高教学质量为目的来展开教学,通过教学内容的安排、教学方法的探讨、教学手段的介绍进行教学改革的研究.
1教学内容的合理安排
计算机组成原理课程的特点是内容较多、概念抽象,难学不易懂.为了做好计算机组成原理的授课任务和课程建设,教师必须与时俱进,根据所教授学生的专业和特点改进教学内容,对于教材的内容进行适当的删减和扩充.下面以计算机处理器CPU工作原理为例来介绍我对这门课程这个重要知识点所做的授课安排.
在课程开始时通过新课导入让学生思考,我们工作生活中用的计算机是由哪几部分组成?我们使用的计算机用来做哪些事情?完成哪些工作?通过图文并茂的形式,介绍计算机各个组成部件.
在了解了计算机系统组成及各部件的作用之后让学生去描述计算机的工作过程是怎样的?我们每天都会使用计算机,计算机打开之后就是在运行一个又一个程序,如程序、杀毒软件程序、文字处理程序等,计算机的工作过程就是执行程序并对数据进行处理的过程.在了解了计算机的工作过程之后我再让学生试着去思考计算机的工作原理.
计算机的工作原理即编程人员把编写好的程序输入到计算机的存储器中存储起来,CPU依次到存储器中取出每一条指令自动执行,直到全部指令执行完毕,这就是计算机的工作原理,即“程序存储”思想.计算机工作原理是在机器指令层面介绍计算机的运行机制及其构成的.它的工作过程就是CPU存取指令、分析指令、执行指令并为下一次指令的执行做好准备的过程,在整个工作过程中存储器是存放指令的仓库.
学习了计算机的工作原理之后,认识两个重要的概念：指令和CPU.接着学习指令的基本格式以及每条指令所包含的信息,再通过CPU内部结构图掌握CPU的两大组成部分和CPU内部六个主要寄存器数据缓冲寄存器DR、指令寄存器IR、程序计数器PC、地址寄存器AR、累加器AC、状态标志寄存器F的作用.最后借助两个实例――CLA指令和ADD指令的取值和执行指令,演示了CPU取值和执行指令的整个工作过程.完成了本门课中一个重要知识点的由浅入深、循序渐进的学习.
计算机硬件系统与软件系统紧密相连,相辅相成.在学习时构建以“指令”为主线的教学体系与知识体系,让学生建立起“程序―指令―电路”计算机整体观念,引导学生将计算机组成原理、操作系统、嵌入式系统、算法设计与分析等课程联系起来,构建出完整的计算机知识体系.
2教学方法的灵活使用
在授课过程中我采用启发式教学、观察法、讨论法、任务发、案例法等多种方式来引导学生对所学知识点更好的掌握.比如在讲解Cache高速缓冲存储器时,我会提出问题让学生思考：计算机在实现CPU与内存的通信时,如何弥补元器件之间巨大的速率差?如何构建计算机的存储系统,解决各个部件对快速、大容量存储的需求.进而引出计算机的存储部件和Cache概念.即在计算机执行指令的过程中,CPU会不断到内存中读取指令或者数据,连续不停地工作,但是高速的CPU和低速内存之间速度会有差异,快速的CPU每次存取数据都要等待慢速的内存,久而久之必然会影响整机的性能,这时Cache高速缓冲存储器就可以起到桥梁的作用了,CPU每次存取数据就可以先到Cache中寻找,如果没有找到再到内存中找.Cache可以协调CPU和内存之间的速度差异,提高系统性能.借助于一系列形象的比喻可以更好地帮助学生理解概念.
计算机组成原理这门课理论性较强,很多概念理解起来比较困难,在讲解时可以把很多专业名词用生活中随处可见的例子进行类比,比如存储器的编址就可以比作学生的宿舍,一排排等大均匀的房间,构造格局相同,但是唯一识别它们的是地址编号.用高速公路比作总线,总线上流动的各类信号即是高速公路上快速行驶的车辆等同时充分利用多媒体教学手段,将计算机系统内部工作用动画演示出来,将抽象的问题简单化、形象化.教师只有真正掌握课本知识的内涵,才能在课堂教学中用形象生动的语言,轻松活泼的形式解释各种复杂的概念,真正提高教学质量.
3教学改革的建议
针对计算机组成原理这门课程的教学现状,我们可以从课程本身的学习、授课模式、教学方法等方面进行探讨和尝试,对课程设置、培养体系和目标进一步深究,对实训教学环节必须给以足够的重视,安排足够的实训学时,提供实验性能良好的实训装置,能够开展反映主要教学内容、层次较高的实验项目.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.