近几年,计算机组成原理在国内各大高校软件工程系被定为专业基础课,在学科体系中起着基础性和准备指导性的作用。希望通过该课程的学习,使学生掌握计算机各功能部件及整机运行的工作原理和方法,并为学生建立起整机的概念。为后期的系统开发的理论、实践的学习奠定基础。但由于该门课程具有概念多、知识点多、内容抽象等特点,加上学生思想上有“偏软”现象,使该课程的组织教学有一定难度。本文将对计算机组成原理的教学现状、教学方法、教学内容、及通过实践等辅助教学手段来改进教学等方面进行阐述,希望对各大高校的计算机课程有一定借鉴促进作用。
一、计算机组成原理的课程的教学现状
(一)课程本身的特点决定这门课程教学难度大
1、基础概念多的特点
计算机组成原理这门课程由于内容较多,所涉及的基础概念也较多。在CPU模块有微程序、微指令及流水线等系统类概念,其中ALU部分有原码、补码等与编码相关的概念;在存储器部分,与存储器单元相关的有RAM、SRAM、DRAM、ROM及各种ROM设备,与存储系统相关的有cache存储器、虚拟存储器等概念;外设部分有中断等信息的各种传送方法。对整个计算机系统,有计算机的各种性能指标。对各个概念,靠单本文由论文联盟收集整理纯记忆的方法很难掌握,必须放在系统中学习。
2、理论性强的特点
计算机组成原理这门课程首先要考虑其原理性,现在仍然采用冯.诺依曼式计算机模型作为基本模型,但也要考虑现代计算机的发展,以融入实际的需要。如何对内容进行合理的安排、衔接,对任课教师来说,是一不小的挑战。
3、内容抽象的特点
要让学生明白计算机的工作原理、方法和实现,需弄清数据和信号在计算机各部件件间的流动情况,对学生来说,这看不见也摸不着,如何将信息流动的复杂情况形象、生动地向学生展示、讲解,教师对此需要作出相当的努力。
(二)学生对该们课程的认识误区
大部分的学生认为,我们学的专业是软件工程,专业是“偏软”的,而计算机组成原理这门课程是“偏硬”的,对其转为实际能力表示怀疑。由于对这门课程在学科中的作用认识不明确,在学生中就有一种印象,学习这门课程主要目的是修学分的需要,另外还有考研的需要,但考研的学生比例较小,再加上这门课程本身的学习难度,因此认真学习且能学好这门课程的人数就不多了。
二、对组成原理教学的几点建议
(一)根据课程设置需要对教学学时进行相应调整
根据不同的专业,学生的不同层次,及大部分学生的就业方向对该课时设置不同的教学学时。报告[3]中指出,对于多数调查对象为毕业生的调查结果,多数人认为这门课开设为64、48或32学时。而48学时的人稍多些。这与本人想法基本一致,对于非计算机专业,作为导论型的,32学时足矣;对于软件专业,其目的主要是通过掌握其基本原理,能更好的为软件系统的设计服务,开设48学时,其中8学时实验较合理。而对于偏硬件的计算机专业,可以根据需要,开设56或64学时。
(二)对学生对该门课程的认识进行相应正确引导
由于是一门基础理论课,加上本身的教学内容特点,可能内容较为枯燥,因此学生可能会因为课程内容本身而不感兴趣。因此我们要在思想上要对学生加以引导,使学生认识到,学习这门课程不仅对计算机本身的运转有更深刻的认识,更对与硬件相关的嵌入式系统设计,软件的设计实现有基础指导作用。并为学生在计算机领域的进一步研究和发展奠定基础。因此,学生不能因为这门课程“偏硬”,而自己的专业和就业方向“偏软”就否定这门课程的重要性。
(三)根据专业要求及课程设置对教学内容作出调整
计算机组成原理在学科中的地位被定为专业基础课,在学科中具有承上启下的作用,希望通过本门课程的学习,使学生对计算机硬件的组成、各部件及各部件之间运转情况进行了解。对于软件专业的学生来说,为硬件相关的嵌入式系统设计及其他软件的设计奠定基础。
计算机组成原理从内容上主要分为三部分:CPU、存储器、外设。但由于学时的限制及课程的安排(本专业开设了微机原理课,外设是其讲授重点),重点讲授CPU和存储器两部分。存储器内容分为主存储器和存储体系两部分内容。前者讲述存储元器件的基本原理,而后者则是cache、主存和辅存之间的区别与联系,如果开设了计算机体系结构这么课程,这存储体系的内容可简略介绍,具体内容由计算机体系结构讲解。CPU部分与存储器一样,在详细介绍完其核心部件ALU后,重点即是中央处理器章节,即指令的运行,而指令的运行需要访问存储器,这就将CPU与存储体系联系起来了。故这两部分又是有联系的。由此有关硬件的内容就脉络清晰、分工明确了。
(四)对实验内容进行合理的学时分配
实验课对于一门课程来说,主要目的是加深对知识点认识,使抽象的理论变得形象、具体。因此,对本身理论性强,内容抽象的计算机组成原理课程,实验课就显得尤为重要。我们采用的是西安唐都科教仪器公司生产的实验箱作为实验设备。与其相配套的实验有9个,其中主要包括与CPU中的与ALU相关的3个实验、静态存储器存取实验、微程序控制实验及4个模型机的设计类实验。
根据实验学时的设置,只有8个学时的实验课。8个学时全部完成这些实验有一定难度,因此,可将这些试验进行合理的学时分配,如第1、2个学时完成第一、二个实验,因为刚开始做硬件实验不熟悉,但第二个运算器进位实验教简单,可顺便完成;有了前面的基础,完成第三个运算器移位控制实验就简单多了,因此和第四个稍麻烦的静态存储器存取试验合并在第3、4学时完成;第5个实验内容较复杂,可单独安排2个学时完成;这样就留出了2学时来研究后面的模型及设计与实现的实验了。
(五)以实践为手段带动学生的学习积极性
为了提高学生的学习积极性,加深对知识的掌握,实践就显得尤为重要。对软件专业的学生来说,利用软件对所学知识进行模拟不失为一种好的办法。对于计算机组成原理这门课程,实验内容较为抽象,不易被理解,因此,采用“硬件软化”的方法,对课程的实验内容等进行模拟,既可加深对知识的掌握,又可提高大家的软件设计、编程能力。本系为了提高大家参与的积极性,采用了学生科技立项的办法,系里拿出一部分资金,将“计算机组成原理虚拟实验系统的设计与实现”作为一学生科技项目,鼓励学生组队参加,和其他项目一起参加评比,并进行奖励的办法,在学生中得到了良好的响应。学生做出的项目教师可拿来作为课堂教学用,并可鼓励学生在此基础上进行改进,进一步完善。以后甚至可以将系统分块,让学生分组做,并作为课后作业的一部分,计入学生平时成绩。以此提高学生的学习兴趣和动力。
三、结语
计算机组成原理这门课程由于其本身知识点多、内容相对抽象、知识“偏硬”等特点,对软件专业的学生来说,普遍学习的积极性不高,对知识的掌握不能达到预期的目的。本文从对学生的引导、课时的设置、教学内容的调整等方面进行了讨论,特别提出通过“硬化软件”的方法,提高大家学习的积极性。相信经过多方面的努力,学生会喜欢并学好这门课程,该课程也将很好地发挥其在学科体系中的作用。
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