提高非计算机专业计算机硬件课程教学质量的

更新时间:2024-03-04 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:14752 浏览:60923

摘 要:在对“计算机硬件技术基础”课程内容和教学对象深入分析的基础上,以提高教学效率为根本,通过运用内容讲授形象化,递进式引入概念,重新整合教学内容等方法,不仅使学生快速掌握计算机硬件体系结构的设计思想,具备解决实际问题的能力,而且通过启发学生思考,提高了学生的创新能力,效果良好.

关 键 词:非计算机专业;计算机硬件;教学质量

作者简介:郭华(1978-),男,河南灵宝人,军械工程学院信息工程系,讲师.(河北石家庄050003)尚静(1978-),女,河北石家庄人,河北经贸大学公共外语教学部,讲师.(河北石家庄050061)

中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1007-0079(2013)10-0129-02

计算机学科是一门科学性与工程性并重的学科.长期以来,工科高校非计算机专业通常开设如下课程:计算机应用基础、计算机软件课程和计算机硬件课程.其中“计算机硬件技术基础”是针对非计算机专业开设的计算机课程中具有应用性和实践性的专业基础课程.随着计算机课程的建设要求变化,学生对硬件课的期望值逐渐上升,“计算机硬件技术基础”面临新的需求和挑战.

一、课程面临的问题

“计算机硬件技术基础”是一门实用性很强的专业基础课程,主要内容为80x86系列的微型计算机基本组成和工作原理,汇编语言程序设计的基本方法,微型计算机输入输出设备以及典型接口电路和接口技术.课程大纲要求通过该课程的学习,掌握微型计算机的基本理论知识,同时也注重培养学生分析和解决实际问题的能力.经过多年的完善,课程在形式上已经建设得比较完备,但也存在一些问题,主要问题有:学生仍然感觉课程很抽象,难于理解;概念很多,不容易掌握;需要记的内容很多,内容之间的关联不明确,缺乏系统性.学习深度不够,不具备解决实际问题的能力.

传统的解决方法多是在课程的形式上下工夫,比如课程体系建设、教材的选择、互动式教学和实验方式的改革等等,缺乏对课程内在特性和学生的学习规律等深层次问题的考虑.笔者通过更深入地思考找到了一些解决以上问题的方法,并在具体教学实践中取得了较好的效果.


二、内容讲授形象化

课程内容讲授的直接目的是把知识教给学生.教师考虑的主要问题是如何让学生更容易理解和接受,同时有利于启发学生进行思考.当知识成为课程时,内容逻辑上更加严密、准确,同时也更加抽象.人对知识的学习需要经历从形象到抽象的过程,学生在没有任何计算机硬件知识的情况下,抽象的内容会难于理解.

任何事物都具有某种程度的相似性,比喻是传递语意的重要方法,任何复杂问题都是可以被简单比喻的.合理利用比喻能将抽象和难以理解的内容转化成形象和容易理解的内容.

在讲授硬件中存储器内容和地址区别时,可以将存储器比喻成一个大楼,楼里有很多房间,每个房间就是一个存储单元,房间的就是地址,房间内的东西则是存储的内容.通过比喻可以将抽象问题形象化,加深记忆和理解.

存储器分段是计算机硬件中的难点,需要进行比较复杂的比喻.计算机等级考试时,每个考生的考号是唯一的,这个考号很长,例如2000104000010017等等,这个考号是由几部分组成的,通常是考点号加考场号加座位号的组合.对于某一个监考人员,一般只监考很少教室的考试,具体到某一个教室,也就确定了前面的考场号和考点号组合,在这个前提下,监考人员关心的就是后两位,除非换教室,否则前面是固定的.这样做的好处是监考人员在不换教室的前提下,关心两位,而不是例如2000104000010017长的,在某个考场内,通过两位就可以对应到某个考生.对应到存储器分段,例如2000104000010017就类似于物理地址,一个考场可以看作一个逻辑段,教室中考生前面考点号加考场号就是段地址,后面两位座位号就是偏移,一个考场内的考生前面考号是固定的.

通过对教学中的难点用形象的例子进行解释,学生不仅对知识的要点理解得更透彻,而且也增加了计算机硬件学习的兴趣.恰当运用比喻需要对计算机硬件知识体系有深刻的理解,对问题形象化的前提是必须把握内容的核心关键所在,不恰当的比喻不仅不会使问题简单化,还可能使学生对知识产生误解.

三、递进式的引入概念

人对事物的认知是从感性到理性,从形象到抽象.微积分在牛顿和莱布尼茨发明的一百年的时间里,虽然已经在运用,可是逻辑推理并不严密,后来在加入极限的概念后才完善起来.可见,概念实际上是知识发展到一定阶段的结晶.

计算机硬件课程一大特色就是概念多,对概念的引入需要讲求方法和时机.一个严密准确的概念并不一定适合于初学者.比如,学习汇编语言时用到INT指令,这是一条中断指令,在课程体系安排中,中断章节比较靠后,而现在学生还根本不知道什么是中断,如果现在将中断的定义告诉学生,由于缺乏相关知识的支撑,学生根本不可能理解,但是现在又要用到这个指令,可以将简化的定义告诉学生,中断可以暂时理解为一个函数调用,这个定义是不严密,不准确的,但是,对于当前学习程度的学生却是适用的.等到学到中断章节时,再将准确定义给出,学生在以前理解的基础上继续完善,就更容易接受这个新概念.

通过递进式的多次解释同一概念,学生对概念的理解会越来越清晰,越来越准确.运用这种方法,学生原来普遍反映计算机硬件课概念多、不好理解的问题得到了有效缓解,而且考试结果反映出学生对概念的理解更加准确.

同样,总结性的内容因为其高度抽象性,不适宜过早教给学生.总结性的内容是教师多年对课程理解的精华,但同时也更加抽象,对于初学硬件的学生,理解起来是很困难的,这就好比给儿童上哲学课一样.因此,对于总结性的内容,都安排在课程的后期讲解,前期更多的是具体的示例和实验.

四、合理调整授课内容的顺序计算机硬件是一门系统性很强的学科,各个部分之间联系紧密.硬件课程内容多,讲授时则必须把课程内容分成相对独立的章节,但由于学生对其他知识上相互关联的章节并不了解,从而造成了学习上的困难.现有的内容顺序编排虽然概念准确,逻辑严密,其顺序适合对计算机硬件有所了解的人,并不适合初学者学习.针对学生而言,需要有一个由浅入深、逐渐清晰的过程,而不是说明书式的教学.学生对硬件的认识是整体由朦胧变清晰的过程,不是分部分清晰的过程.

计算机硬件课程涵盖两大部分,软件和硬件.这两部分各有各的特点,软件重点是培养学生解决实际问题的能力,授课时不仅局限于指令的使用,更多的注意力放到了把问题转化成程序的能力上.硬件重点是讲解整个计算机硬件系统结构的设计框架,软件和硬件彼此紧密联系.原有课程顺序如表1所示:

表1原课程内容安排

序号章节

一概述

二系统结构

三汇编语言

四存储器

五I/O接口和总线

六典型接口应用

上述课程编排比较明显的问题是:

第二章系统结构知识高度抽象,学生不容易理解;因为第二章没有学明白,缺乏对重点的把握,汇编语言学起来也很吃力;学习接口应用的时候,由于弄不清楚和前面知识的关联性,学生感到更加迷惑.

这样的讲授方式试图把每一部分都清晰地教给学生,本质上是违背了学生接受知识的过程,因此总体教学效率很低.很多学生往往在课程最后才通过自己的努力才把整个体系结构大致搞清楚.

针对上述不足,对整个教学顺序做了小幅度调整,调整后顺序如表2所示:

表2调整后课程内容安排

序号章节

一概述

二汇编语言

三典型接口应用

四系统结构

五存储器

六I/O接口和总线

建立合理课程顺序的原则是要符合学生的学习能力,关键分成两步做:一是寻找合理的课程切入点,二是建立合理的编排顺序.

计算机硬件课程切入点有两个可选:一个是数字电路,从最基本的逻辑电路讲起,再从加法器到CPU的结构;二是汇编语言.对于非计算机专业的计算机硬件教学,学生的基础是学过计算机软件,而且由于非计算机专业学生并不对组成原理做深入的学习,因此,最合理的切入点应该是汇编语言,这部分内容实践性很强,最具体,最形象,通过上机练习可以看得到,摸得着.

确定了切入点,然后就要逐步深入地将课程教给学生.汇编讲完后,然后再讲典型接口应用,典型接口应用相对也比较具体,学生通过接口实验加深对计算机硬件的了解,最后讲系统结构.整个计算机内容逐步由浅入深,由形象到抽象,由模糊到清晰.

具体教授时,对关联知识做适当的讲解,过深,学生听不懂;过浅,内容不够用.例如,汇编语言是需要硬件知识的,采用简单讲解,计算机由三部分构成,CPU、存储器(RAM)和I/O设备.CPU中有寄存器,寄存器和存储器的目的是存放数据,程序中的数据能放到寄存器中,就不要放到存储器中,因为访问存储器还要通过总线,速度慢,寄存器就在CPU内部,速度快.寄存器包括AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI通用数据寄存器.讲授时没有把所有概念和盘托出,仅介绍和汇编语言直接相关的,使学生在不需要很多基础概念的前提下,快速学习汇编语言,同时,通过对汇编语言的练习,学生对计算机硬件结构有了更加明确的认识.讲授时不追求面面俱到,不追求过于严密的逻辑和体系.

当学生学完第三章后,通过了汇编语言和接口实验的上机练习,已经对计算机硬件有了初步的认识,在此基础上讲授更加抽象的系统结构知识,学生感到很多不清晰的知识变清晰了,甚至对某些知识有恍然大悟的感觉.

通过以上的调整,学生对课程的理解更容易,学习效率明显提高.课程顺序调整的总体原则是把握计算机硬件知识的特点,同时了解学生学习的基本规律,由浅入深,由形象到抽象,由感性到理性循序渐进.

五、结束语

课程内容的讲授更多侧重知识层面,但更高层次的目的并不是知识,而是交给学生发现问题,思考问题,解决问题的能力,这也是高等教育区别于初等教育的根本所在.通过计算机硬件的教学,希望学生能够建立计算机结构体系的基本框架,具备初步的计算机硬件应用能力和创新能力.学生的创新能力本来就存在,关键在于能不能挖掘出来.创新来源于思考,思考来源于对问题的深入,而要深入问题则先要把知识踏踏实实地学明白.针对计算机硬件教学,外在的教学形式虽然重要,但更重要的是课程知识的内在联系和对学生的了解.要在教学中充分发挥学生是主体、老师是主导的基本作用,老师和学生都应该踏踏实实深入学习,深入思考,而不能仅仅局限于应付考试.