農林院校計算機組成課程教學研究
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［摘要］隨著計算機技術日新月異，計算機組成與系統結構的教學改革與實踐是一項大工程。在“創建世界一流農業大學”時代背景下，基于該課程的特殊性和重要性，結合高等農林院校的特點，闡述如何合理優化教學過程、教學方法、教學實驗、課程考核，全方位培養學生的專業素養和科學探索精神，不斷滿足新時代下各類學生不斷增長的求知需求。
0引言
我校在創建世界一流農業大學的進程中，積極營造交流、開放式、國際化辦學的教學氛圍，開展深度科研協作，努力實現“產學研緊密結合的世界一流農業大學”。我校自20世紀70年代末開設計算機應用課程以來，曾先后多次調整教學內容，以適應時展的需要。正是在此背景下，在當前信息技術飛速發展的今天，如何開展高等農林院?！坝嬎銠C組成與系統結構”課程教學，如何改革課程的理論教學、實驗教學及課程授課令人深思。
1課程現狀
“計算機組成與系統結構”（簡稱計算機組原）是我校計算機科學與技術、信息管理與信息系統、電子商務和軟件工程專業的核心基礎課。該門課程呈現出學生難學、教師難教的現象，其原因在于該課程理論性強，概念和知識點繁、雜、抽象。為使學生具備扎實的基礎理論和良好的動手實踐能力，作者自2006年春開始講授本門課程，結合多年的教學、教改實踐，從以下幾方面對該課程的教學進行了一些嘗試性探索。
2教學優化過程及實踐
2．1優化教學內容，突出重點、難點，補充科技前沿知識
由于該課程具有概念繁雜和內容抽象的特點，且每節內容都可擴展開獨自形成完整的知識體系，在有限的教學時間內不可能對計算機系統的五大部件和實現技術都進行詳細講解，為此學院及系部每年組織各類教研活動，如集體備課，集體討論教學大綱，研討教材重點、難點和疑點，確定實踐環節；組織教師之間互相聽課，取長補短；新任教師試講等。
2．2強化實驗教學設計，提高動手實踐能力
實驗教學是本課程的重要實踐環節，是抽象理論的科學驗證，有助于提升學生對理論的認知，可激發學生的學習興趣。我校采用清華大學教學實驗機TEC－XP，以驗證性實驗為主，在實驗過程中增加附加的設計型教學實驗任務。在授課過程中講解實驗機中的設計思想，讓學生清楚了解硬件的連接及程序的實現過程，在實驗過程中，通過實驗內容逐級深入的方法，使教學試驗機的設計思想逐漸滲透，最終實現教學目標。
2．3因材施教，運用靈活多變的教學方法及手段
為使課堂授課豐富愉悅、內容飽滿活潑，為使學生能盡快融會貫通，這就必須對教學內容進行精心設計，多種教學方法相結合并貫穿授課始終。作者結合多年的教學經驗總結，極大地提高了學生學習興趣，極大地提升了教學質量。
2．3．1培養學生學習興趣的互動式板書與PPT教學手段
結合教材內容，充分運用現代網絡技術，利用圖片、動畫、視頻等多媒體素材設計PPT，幫助學生理解枯燥的計算機組成原理概念，提高學習效果。如第一章計算機系統概論中講授計算機執行ax2＋bx＋c，以學生熟悉的C語言知識，板書介紹非常重要的地址概念，引導學生熟悉用戶程序存放的內存單元地址、自定義變量地址，PPT動畫展示運算器的加、乘運算的基本過程。
2．3．2客觀真實的案例教學法
對感性認識不強的計算機組成概念，使用案例教學法可幫助學生消除對計算機的神秘感。如在講解多體（存儲器）交叉存儲系統時，通過下述案例，以科技文獻及圖片素材讓學生逐漸了解并掌握大型機（或巨型機）中多體交叉的知識點，有助于后續Cache命令率的學習。
2．3．3科學地利用教師的主導作用，運用生活化、形象化的類比教學法
作為專職專業課教師，任何時候都可通過課堂中的點滴小事與學生交流，詢問他們是否已理解了授課內容和難點、重點知識。作為授課中“人類靈魂的工程師”，真誠關注、鼓勵、教育學生注重專業修養，提高綜合素質。為避免學生“知其然，不知其所以然”，避免死記硬背，結合日常生活中的實例，采用類比教學法，形象生動、由淺入深地讓學生理解計算機中艱澀的概念，最后達到深入淺出的教學效果。如存儲器，猶如倉庫，計算機中用于存放指令和數據；“按地址尋訪”，是指計算機根據地址尋找內存單元和IO部件，地址的概念正如現實生活中區別某人的身份證號碼，或現實中的座機號碼，或計算機網絡中的IP地址。總線中的異步串行通信猶如食堂排隊買飯、火車站排隊買票等，逐比特的傳輸；應答信號如通信雙方握手一樣，成對出現。Cache與主存地址映射過程是本課程的難點和重點，將Cache與主存的地址映射比作火車座位的對應機制，有助于學生對Cache地址映射的理解。講解尋址方式時，以去宿舍找學生作類比，若已知學生的具體宿舍號，則為直接尋址；若詢問宿管辦阿姨，則為寄存器間接尋址。介紹運算器的功能時，指出運算器只做一件事，即算術邏輯運算，其余均不參與；控制器的功能就是大總管，控制并管理計算機所有的行為和操作等等。
2．3．4強化重點，當堂消化難點，采用專項典型習題講解法
我校采用的教材是由唐朔飛老師主編的國家“十一五”規劃教材《計算機組成原理》（第2版）。由于該課程具有很強的理論性以及學生考研的需求，通過對大綱的重點難點知識第四章CPU與存儲器的連接、高速緩沖存儲器，第六章計算機的運算方法及第十章CU的設計的典型例題、習題進行講解，能有效鞏固、加強學生對所學知識的理解。同時，預留少且精的課后題，以再次加深對知識點的理解，培養學生的思維能力。
3鼓勵個性化發展，完善考核方式
課程考核是教學過程的重要組成部分，是實現教學目標和檢測學生學習成果的一種手段，貫穿授課及實驗過程的始終。本門課程考核的主要內容是學生對整機的基本組成及工作原理的理解程度，以及對基本概念、基本知識的掌握程度。經過多年的教學經驗總結，課程考核基本由以下三部分組成。
（1）隨堂測驗（占總成績的10％）。為了督促和鼓勵學生對課程的學習，在重點章節后進行隨堂測試，主要考核學生對重點難點內容的理解及掌握情況，隨時發現學生在學習過程中存在的各類問題，及時調整教學方向。
（2）驗證實驗及設計型實驗（占總成績的20％）。規范實驗教學，嚴格考勤制度，采用單人單機的形式，主要看重實驗過程、實驗結果，輕實驗報告成績。對學生的實驗驗證報告、設計型實驗的完成狀態以實驗截圖的形式提交，實驗完成后當場驗收并給出驗收成績。在所有實驗完成后，提交相關代碼及實驗文檔，并給出實驗報告成績。實驗成績由三部分構成：驗收成績占50％，報告成績占30％，實驗考勤占20％。
（3）期末考試（占總成績的70％）。該課程一直沿用閉卷理論考試；課程全部結束后，進行期末考試，全面考核學生對基礎理論、基本原理的掌握程度與分析水平。
4總結
鑒于我校地處西北及正處于“創建世界一流農業大學”戰略時期，以及計算機組成與系統結構課程的特殊性、重要性，這就決定了該課程的教學改革與實踐是一項大工程，需要從理論授課、實驗驗證、課程考核等多方面同時進行教學優化，以上整個教學過程優化的思考與實踐，已取得了較好的效果。作為高等農業院校，我院的本科畢業生受到了國內知名IT公司的好評和青睞，在華為、阿里巴巴、百度、迅雷、網易、美團網、去哪網等公司就業，不少已是部門負責人，連續四年一次性就業率達98％，年薪10萬元以上的畢業生每年在12人次以上。雖然取得了一些成績，但距離世界一流農業大學的創新型人才培養還有一些距離?！坝嬎銠C組成與系統結構”的課程教學優化需要做的工作還有很多，各種教學方法、教學手段也并不是一成不變的。隨著網絡技術、信息技術的不斷發展，專業教師只有不斷進行學習、更新、優化、探索、總結，才能持續有效地提高教學效果、教學質量，持續有效地滿足新時代下學生不斷增長的求知需求。
主要參考文獻
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作者：黃鋁文 陳勇 李書琴 張志勇 單位：西北農林科技大學信息工程學院
