计算机的组成教学设计篇1
关键词：自主学习；实践；课程纲要；网络
中图分类号：G642文献标志码：a文章编号：1673-291X（2013）06-0300-03
引言
随着国家精品课程建设的深化，学生可利用的网络资源更加丰富，形象的动画设计、制作精美的课件，老教授精彩的网络讲课，国外名校的开放课程，学生可以不受时间空间的限制，充分地利用网络资源自主地探索，自主地学习。国家精品课程无论在知识的底蕴、学识的渊博上，普通老师都无法媲美。有学识渊博的大师，有精彩的网络课堂传授知识技能，我们的讲课是不是成了班门弄斧？我们还有存在的价值吗？我们的出路在哪里？这给老师提出了一个新的课题，借助于网络共享平台，迫切需要改革我们的教育教学方法。
网络如此发达的今天，知识技能的传授完全可以依托国内外大师的讲课，新的课程设计思路是：怎样保证学生课后进行自主自学，怎么帮助学生更好地消化所学的理论知识，怎样训练学生提出问题，怎么进行自我探究性学习，怎样提高学生的综合素质。因此需要设计以学生为中心的提高学生综合素质的自主学习的教学方法，需要更多地加强实践教学培养创新能力，需要有设计合理的课程纲要进行必要的自主学习指导。
一、以学生为中心的自主学习设计
但是，学生会充分地利用时间自觉自愿去学习吗？学生真的人人有这种自觉性吗？真的可以不用教师的指导吗？真的不用任何约束吗？大学生作为社会上最活跃的年轻群体，抵御外界诱惑，自我约束能力还较弱，沉溺于网络游戏、聊天、不思进取的现象比比皆是。而普教中广泛存在的应试教育模式更使学生们养成了被动学习的习惯，相对自由的大学学习环境容易使他们在学习上产生迷茫。怎样引导学生走向一条自我学习、自我探究之路呢？需要教师对学生自主学习过程的引导，需要老师和同学对学生的学习效果进行正确评价，为了创立一个良好的自主学习环境，充分有效地利用网络资源，计算机组成原理课程设计了四个自主学习主题。
1.国外开放课程、国家精品课程网站学习导航——张贴板教学法。为了让学生熟悉国家精品课程网站、国外课程网站，学会查找、搜索可用资源，可对教师课件、教学大纲、教学要求、教学目标、教学方法、教学手段、动画设计、Cai辅助教学、课程特色、课程建设、试验内容、教学录像、试题库、不同国家之间的教学进行比较研究，通过张贴板教学法组织课堂讨论，调动所有学生的学习积极性，收集国家精品课程资源信息，共同界定国家精品课程的含义，找出可利用的学习资源。
2.学生讲课——模拟教学法。在教学过程中，对学生自学较容易的章节，让学生先模仿网上名师讲课，再指导学生备课，然后课堂上由学生讲课，老师同学共同总结，给出评价。这样可以调动学生主动学习和思考的积极性，很好地锻炼学生的表达能力，抽象归纳能力，在实施中我们发现有些学生讲课诙谐、幽默、风趣，充满青春活力，反过来对老师改进教学也有很大的启发作用。
3.计算机专题研究学习——项目教学法。项目教学法是师生共同实施一个完整的项目（专题研究）工作而进行的教学行动，项目教学法一般按照以下阶段进行，确定专题研究任务、制订研究计划、实施研究计划，师生共同讨论检查评估。专题研究让学生成为学习的主体，从而充分调动学生的积极性。在研究性学习中以2～3个人为一组开展协作学习，培养团队精神和协作能力，利用资源、搜索资源能力，全面提高学生的思维能力、解决问题的能力以及创新能力。
4.一整计算机系统设计范例自主学习——案例教学法。一整计算机系统设计范例自主学习是一个非常有意义的工作，对教学质量的提高、对学生能力的培养必将有巨大的推动作用。清华大学开发模型计算机结构复杂，包括串口、按钮、指示灯、开关、运算器、控制器、存储器、接口、总线等部件。同时要自学汇编语言，研究指令系统的设计，控制器的设计，控制信号对各部件的控制及连接，以及相应的软件系统的设计。要仔细研究模型计算机范例的设计文档，整机的构成和布局。这项自主学习安排和讨论对实验任务的完成、对计算机组成原理各功能部件的学习、对课程内容的消化理解都有非常重要的作用。只有学好了模型计算机系统才算真正地理解计算机组成原理，才能将抽象的概念，枯燥的内容变成一台简单但能运行的计算机。学生只有完成一台计算机系统设计，才能深刻理解计算机组成原理基本概念。一整计算机系统设计范例自主学习在培养学生的综合能力方面将起到不可替代的作用。
二、教学手段和方法设计
虽然我们强调利用网络资源培养学生的自学能力，加强实践教学培养学生的创新能力，但理论教学也是不可或缺的。学生对基本原理、基本概念的掌握要通过精心设计的理论教学完成。我们应该用什么样的教学方法、什么思想来指导教学呢？课堂教育怎样培养学生、提高他们的综合素质呢？怎样训练学生提出问题、学会用精炼简短的语言表达自己呢？我们采用了如下的教育思路、教学手段和方法来提高教育质量。
1.关注最新技术——提问教学技能。提问是引发学生心智活动、促进学生思考发展的有效途径，是教师学生相互交流的有效手段，提问的种类可分为检查知识与创造知识两大类，创造知识的问题是在学习者的内心引起新知识的问题，答案需要学生自己思考得出，教学是一个探索未知领域的知识与技能的过程，因而需要展开创造知识的提问。在计算机组成原理教学过程中要时刻关注最新技术，要善于提出问题让学生思考。例如，当前计算机技术中CpU非常快，内存速度不能满足要求是最被关注的难点，继续提出问题让学生思考，怎样去平衡CUp与内存的速率？数据的延迟有什么新的方法解决吗？高速缓存由谁来管理？哪里是影响计算机速度的瓶颈？通过关注最新技术，学生能提出很多问题，经过头脑风暴法组织课堂讨论，再进行实验探究，最后学生会把问题变成文章，再变成一个有价值的产品。
2.教学思路设计——悬念导入法。有效的导入是教学中一个重要环节，成功的导入能够承上启下，引起学生的注意和兴趣，把学生带入设计好的情境之中，充分调动学生的积极性，为完成教学任务创造条件。计算机组成原理教学中以激发学生的求知欲望为主线，从大框架入手，一开篇给学生展示一幅简单明了的计算机组成关联图，并由此把学生立即领入到一个制高点，使学生看到一个极为简单的计算机框架，在此架构的引导下，让学生自上向下、由表及里、层层细化，一步一步进入计算机的微观世界。在每一步深化的过程中，学生头脑里总会暂留一些悬念，从而激发学生主动探索计算机内部的庞杂架构及其如何自动工作的原理。提出带有悬念的问题来导入新课，激发了学生的兴趣和求知欲。
3.课堂教学——思维导图法应用。可以选用一种教学法，比如思维导图法组织几次全班的课程教学，教师宣布思维导图的方法，共同讨论一个中心议题，提出要解决的问题和目标，遵循的原则和注意事项，鼓励积极思考，宣布思考的时间，发给每组二级卡片，写上关键词，按顺序上讲台作一分钟解释，展示卡片，由老师引导学生把卡片归类整理成若干个大的方面。各组就已归类的几方面，再提出进一步的思考，规定思考时间。之后重复第三步，继续由学生解释展示卡片，此时学生展示的卡片形成了一个中间是中心议题，往外是二层若干主要方面观点形成的思维导图的整体图象。作用是培养学生的归纳能力、自学能力、协作精神。总结归类时学生还能相互启发，从而掌握一个比较复杂的问题。还能学会根据相关因素的主次，进行分层思考。还可以借鉴别人的智慧，激励自己的灵感，产生更新更深层次的想法，促进每个学生智商、情商和思维能力的提高，在教学应用中常产生很好的学习效果。
三、课程纲要讨论实施——头脑风暴法、张贴板教学法
以学生为本的自主学习，必须让学生了解课程的目标，教学的安排，自主学习的主题，教师对学生的期望，教学要求等。作为教学依据，学习指南的课程纲要在课程一开始时就应进行讨论实施。一份精心制作的课程纲要在保证课程教学质量方面有非常重要的作用。
1.课程纲要的主要功能。（1）教学的依据：是教师教学的基本依据。教师根据课程纲要的学习目标、学习主题、时间进度，开展教学活动，安排课外作业，组织小测、期中考、期末考，并且严格按照纲要约定的成绩评定方法，客观公正地评定学生的最终成绩。（2）学习的指南：课程纲要还能够为学生整个学期的学习提供指导，帮助学生熟悉课程的概念框架和逻辑体系，提供给学生不容易获得的阅读材料，提高学生的学习效率。（3）学习的动力：学生和教师在第一次课上相遇，一起阅读和讨论课程纲要。如果学生知道教师对他们的期望和要求，发现教师已经设计好了达到课程目标的策略，就会感到学习这门课程是一次组织良好的、有意义的智力旅行，就会对学习充满信心和积极性。（4）师生的契约：课程纲要是教师和他们的学生之间的一份约定。课程纲要通常包括精确的课程进度表、成绩的考核与评定政策、学生出勤政策、实验安排、要求等，尤其要让学生知道，如果学生达不到课程的要求会出现什么后果。
2.课程纲要的基本组成部分。头脑风暴法是老师引导学生就这一问题自由发表意见，老师不对其正确性进行任何评价。再用张贴板教学法通过添加、移动、拿掉或更换写有内容的纸片进行讨论，得出结论的方法。优点可以最大限度地调动学生的学习积极性，通过讨论可以得出课程纲要的组成部分。（1）教师信息：包括教师姓名、办公地点、电话号码。（2）课程描述：包括课程名称、课程代码、课程性质、课程对象、学分数、教室位置。（3）课程目标：主要是指对学生学习结果的一种预期，尤其是学生在思维能力和学习技能方面的发展。（4）教学方法：需要什么样的教学互动、师生互动？哪种教学方法最能够帮助学生完成学习任务？（5）课程资源：包括课本，补充阅读材料，指明哪些是必读材料，哪些是推荐材料。（6）课程时间表：既是课程日历，也是课程结构图。（7）课程政策：包括出勤、迟到、课堂参与、作业迟交、小组贡献、实验成绩评定等政策。
计算机的组成教学设计篇2
【关键词】项目教学法《计算机组装与维护》课程教学应用
【中图分类号】G71【文献标识码】a【文章编号】2095-3089（2015）06-0185-02
一、前言
考虑到《计算机组装与维护》课程的实际难度，要想提高课程教学效果，就要在教学方法上进行全面创新。结合目前教学方法创新实际，在《计算机组装与维护》课程教学中应用项目教学法对提高教学质量和满足教学需要具有重要的促进作用。
二、项目教学法的主要含义
项目教学法是以实际的项目为对象，先由教师对设置的项目进行分析，分解为多个任务，并进行适当的演示操作，然后让学生围绕项目进行讨论并操作，最后以完成项目的实际情况来评价学生的一种教学方法。在《计算机组装与维护》课程教学设计中，采用项目教学法能极大地调动广大学生的积极性，提高堂课教学质量，使得学生在项目开发中掌握所学课程的知识点，并能实现知识的迁移和能力提高。
从目前教学手段创新来看，项目教学法是一种重要的教学创新实践，不但对现有的教学理念进行了修正和弥补，同时也改变了传统的教学理念，赋予了实践教学以新的方式。因此，项目教学法在实践课程教学中必然会得到全面有效的应用，对提高实践课程的教学效果和满足教学需要具有重要的促进作用。为此，只有认识到项目教学法的含义与作用，并在实践教学中积极应用项目教学法，才能保证《计算机组装与维护》课程教学取得实效，并有效满足教学需求，为《计算机组装与维护》课程教学提供有力的支持。
三、项目教学法在《计算机组装与维护》课程中的项目设置原则
1.对工作岗位的需求进行充分调研
在《计算机组装与维护》课程教学中，项目教学法的应用，不但要对项目设置引起足够的重视，还要准确把握项目设置原则，其中最重要的就是在项目设置中贴近工作岗位需求，强度教学的实效性，以及对学生实践能力的培养。基于这一认识，项目教学法在《计算机组装与维护》课程教学的应用中，应在项目设置中对工作岗位的需求进行充分调研，以社会对计算机人才的实际需要为准，开展相应的课程教学活动，并保证教学效果达到预期目标。因此，根据工作岗位的需求设置教学项目是确保项目教学法正确应用的关键，对提高《计算机组装与维护》课程教学效果具有重要的促进作用。
2.以“项目”推进理论知识的学习
结合《计算机组装与维护》课程特点，不但要重视理论知识教学，同时也要全面提高学生的实践能力，使学生能够成为理论联系实际的复合型人才，满足社会对计算机专业人才的需要。基于这一认识，项目教学法在《计算机组装与维护》课程的应用过程中，应重点把握以“项目”推进理论知识学习的原则，使项目教学法的指导作用能够得到全面发挥，在推动《计算机组装与维护》课程理论教学的同时，也能重点锻炼学生的实践能力，使学生成为计算机方面的专业人才，提高计算机专业人才培养的实效性。因此，为了保证项目教学法在《计算机组装与维护》课程教学中得到全面应用，应准确把握项目设置原则，以“项目”推进理论知识学习。
3.“项目”应分层次
在项目设置中，学生作为教学主体，学生的素质是关系到项目设置的关键。要想提高项目设置的针对性和合理性，满足项目设置需要，就要对学生的特点和文化基础进行全面了解，作为项目设置的基础。基于这一认识，在项目设置中，分层原则的把握和实施是十分重要的。鉴于《计算机组装与维护》课程的难度和教学特点，按照学生的基础和基本素质分层设置项目，是提高项目教学法应用效果的重要手段，对《计算机组装与维护》课程教学起到了重要的促进作用。因此，准确把握项目分层原则，是保证项目教学法应用效果的关键，对《计算机组装与维护》课程的教学开展起到了积极的促进作用。对此，我们应有正确认识。
四、项目教学法在《计算机组装与维护》课程中的教学设计
1.利用项目教学法，做好计算机硬件组装模块的教学设计
在《计算机组装与维护》课程的教学设计中，项目教学法的应用是关键。为了保证项目设置和任务设置的准确性，应在计算机硬件组装模块中将项目划分为两个部分，主要为计算机硬件识别与连接和计算机拆装与选购这两部分。在具体的任务设定上，在计算机硬件识别与连接项目中，应设定两项任务，主要为如何认识计算机硬件和外部设备接口的认识、连接。在计算机拆装与选购项目中，应设定三项任务，主要为主机箱的拆卸、主机箱的组装和部件的选购等内容。通过设定这些项目和具体任务，教学设计的内容相对全面，项目教学法的应用效果更加明显。
2.利用项目教学法，做好计算机软件安装模块的教学设计
在计算机软件安装模块的教学设计中，主要应包含以下项目：BioS操作、硬盘分区与格式化、操作系统的安装、驱动程序的安装以及常用软件的安装与卸载。在这些项目之下，还要设定以下任务：BioS基本操作、BioS程序、BioS密码的设置与管理；磁盘分区操作、如何格式化硬盘、分区格式及操作、其他分区软件的使用；单系统的安装、双系统的安装、用户密码的删除；驱动程序的安装、驱动程序的使用；常用软件的安装、常用软件的卸载。这些内容的设定，对提高教学效果具有重要作用。
3.利用项目教学法，做好计算机维护模块的教学设计
计算机维护是《计算机组装与维护》课程中的重要内容，要想做好计算机维护模块的教学设计，就要在项目划分中涵盖以下内容：系统备份与修复、硬盘分区调整与性能检验、系统优化和硬盘数据管理、网络的简单设置、计算机故障的诊断。其中具体任务设置应包括：利用还原点还原系统、利用GHoSt备份和还原系统、一键还原软件的使用；硬盘分区的调整、硬盘的性能检测；优化大师的使用、网络设置、远程操作控制、网络的制作、诊断故障方法、故障案例分析、常见杀毒软件的使用。通过合理设定上述内容，达到提高项目教学质量的目的，满足《计算机组装与维护》课程教学实际。
4.利用项目教学法，做好计算机内部处理模块的教学设计
除了上述几个部分的教学设计之外，计算机内部处理模块的教学设计，也是《计算机组装与维护》课程教学的重要内容。为了保证教学设计的整体质量，在计算机内部处理模块的教学设计过程中，应分为两个部分，即：计算机病毒的清除、恶意软件的清理。在这两部分之下，应分成五个部分，即：认识计算机病毒、杀毒软件的安装与使用、防火墙的使用、认识恶意软件、恶意软件清理大师的使用。通过具体的教学设计，项目教学法在《计算机组装与维护》课程教学中得到了具体的应用，使得《计算机组装与维护》课程教学得到了有效的开展，满足了教学需要。
五、项目教学法在《计算机组装与维护》课堂中的具体应用
要想全面有效应用项目教学法，就要从以下几个方面入手：
第一步：案例引入，提出问题。
在项目教学法的具体应用过程中，案例教学是一种具体的教学方式，对课堂教学具有重要的促及作用。通过具体的案例教学，让学生对计算机知识有全面深入的了解，保证《计算机组装与维护》课程教学能够具有较强的针对性，起到培养学生兴趣，提高教学效果的目的。因此，做好案例引入，并正确提出问题，是提高项目教学法应用效果的重要手段。
第二步：分析项目，解决问题。
从教学设计的编制来看，利用项目教学法要点，正确分析项目内容，并将项目内容细化为一个个具体的任务，对提高学生理论基础和满足实践能力培养具有重要的促进作用。基于这一认识，在项目教学过程中，重视项目分析，并培养学生解决问题的能力，对整个课程教学具有重要的促进作用。只有认识到这一点，才能保证项目教学法在《计算机组装与维护》课堂教学中得到全面应用。
第三步：归纳总结，消化知识。
在课堂教学中，培养学生归纳总结的能力，并使学生能够及时消化课堂所学知识，是《计算机组装与维护》课堂教学的重要目的。基于这一现实需要，项目教学法在《计算机组装与维护》课堂教学的具体应用中，应将归纳总结能力的培养作为重点，并引导学生主动学习，降低教师的教学负担，使学生能够快速消化知识，提高《计算机组装与维护》课堂教学的整体效果。
第四步：举一反三，学以致用。
在项目教学法的具体应用中，重视对项目教学内涵的分析，并根据《计算机组装与维护》的现实需要，重点培养学生的思维能力，使学生能够重视实践能力的培养，最终得到提升学习效率和满足学习需求的目的。基于这一认识，举一反三，学以致用，应成为项目教学法在《计算机组装与维护》课程教学中的重要着力点。由此可知，项目教学法的具体应用，应重视项目的划分，并对学生实践能力的培养提供具体的支持。
在完成项目的过程中，教师要让学生填写项目完成记录表及评价表，加深学生的记忆。学生自己动手拆卸电脑相关部件，并把它记录下来，进行自我评价和小组评价，再加上教师的评价，这样便产生了一种开放式的评价方式，易于为学生所接受。通过这种相互评价，学生可以发现其他人的优点，看到自己的不足，并在交流与评价中提高能力，加深感情，而教师的评价也言之有据，更能让学生心服口服。
六、结论
通过本文的分析可知，结合目前教学方法创新实际，在《计算机组装与维护》课程教学中应用项目教学法对提高教学质量和满足教学需要具有重要的促进作用。为此，我们不但要弄清楚项目教学法的主要含义，同时还要明确项目教学法在《计算机组装与维护》课程中的项目设置原则，并做好项目教学法在《计算机组装与维护》课程中的教学设计，同时推动项目教学法在《计算机组装与维护》课堂上的实现。由此可见，项目教学法对《计算机组装与维护》教学具有重要的促进作用，正确利用项目教学法，有助于提高《计算机组装与维护》的教学质量。
参考文献：
[1]刘洪江，李丽.基于项目的“计算机组装与维护”课程教学研究[J]；长春理工大学学报；2014年04期
[2]席良宝.项目教学法在中职计算机专业实训课教学中的运用[J]；时代教育（教育教学）；2013年12期
计算机的组成教学设计篇3
关键词：精品课程；课程建设；教学方法
2007年6月，教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会计算机专业规范研究小组在对计算机科学、计算机工程、软件工程和信息技术知识体系和CC2005核心课程进行研究的基础上，结合我国的实际情况，确定了我国计算机科学专业的15门核心课程、计算机工程专业的16门核心课程、软件工程专业的24门核心课程和信息技术专业的15门核心课程，并给出了各专业包括的知识领域及知识单元。按照各个专业方向核心知识体系的要求，给出了程序设计、离散结构、数据结构、计算机组成原理、计算机网络、操作系统和数据库系统等7门课程作为这四个专业的公共核心基础课程。2008年4月国家教育部公布，从2009年起，计算机专业考研中的专业基础课实行全国统一命题，专业基础课由数据结构(占45分)、计算机组成原理(占45分)、操作系统(占35分)、计算机网络(占25分)四个部分组成，并于2008年8月公布了统一的考试大纲。
计算机组成原理是计算机科学与技术的核心专业基础课，是学生接触的第一门较全面地介绍计算机组成及工作原理的硬件课程，它与数据结构、汇编语言程序设计、微机接口技术、计算机体系结构、嵌入式系统、计算机控制技术等计算机学科核心课程关系紧密。要建设一门既符合CC2005核心课程知识体系，又符合研究生入学考试全国统考大纲要求的计算机组成原理精品课程就显得格外重要。为此，本文从课程建设的定位与目标出发，从精品教材建设、教学内容规划、实践创新能力培养、教学方法与手段改革和教学团队建设等方面进行了探索与实践。
1 课程的定位与目标
计算机组成原理课程的定位是以基础理论知识为本、实践以及应用并重、反映学科最新成果、兼顾不同层次对象，培养学生科学思维、工程应用以及创新能力的精品课程。
课程的教学目标是通过该课程的学习，使学生理解计算机的组成和工作原理，掌握计算机整机设计的思想和方法，以及提高计算机整机性能所采用的核心技术，培养学生整机调试、故障分析、故障检测与故障排除的能力，为今后学习微机接口技术、计算机体系结构、计算机网络、并行与分布式处理等课程及计算机系统的硬件研究打下坚实的基础。
2 课程的内容和过程
2.1 建设精品教材，满足专业规范和考研大纲要求
通过分析CC2005、高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)和计算机科学与技术专业研究生入学考试专业基础课全国统一命题考试大纲对计算机组成原理知识点的要求，我们新编了《计算机组成原理》教材，并于2009年2月由西安电子科技大学出版社正式出版。该教材在系统地讲述计算机最基本的组成和工作原理、分析方法和设计技术的同时，还介绍了有关的先进技术在计算机组成方面的最新进展。教材具有基础性强、内容组织合理、取材先进、注重实践、便于自学等特色。实践证明，新教材的使用加深了学生对计算机组成和工作原理的理解，提高了学生的学习兴趣和独立思考的能力，收到了良好的学习效果。
2.2 合理规划教学内容，注重基础理论知识与新技术的结合
根据计算机组成原理的定位和教学目标，以及计算机科学与技术专业教学指导委员会给出的专业规范和研究生全国统考大纲的要求，我院将此课程规划为72学时，其中实验占12学时，讲授占60学时，课程设计单独占32学时。基础理论知识及讲授学时规划如下。
1)计算机系统概论部分占4学时，主要讲授计算机的发展历程，计算机系统层次结构，计算机系统的组成，计算机的工作过程，计算机性能，计算机的典型分类方式。
2)运算方法和运算器部分占12学时，主要讲授数值数据和非数值数据的表示方法，定点数的运算方法和运算器，浮点数的运算方法和运算器，数据校验码。
3)存储系统部分占10学时，主要讲授存储器的基本概念，半导体随机读写存储器和半导体只读存储器的组成及工作原理，半导体存储器的容量扩展，双端口Ram，多模块交叉存储器，相联存储器，Cache存储器，虚拟存储器。
4)指令系统部分占8学时，主要讲授指令系统的发展与性能要求，指令格式，指令和数据的寻址方式，指令格式的分析与设计，CiSC、RiSC、退耦CiSC／RiSC和后RiSC的基本概念。
5)中央处理器部分占12学时，主要讲授CpU的功能和组成，指令周期，时序产生器，微程序控制器，硬连线控制器，流水线技术。
6)总线结构部分占6学时，主要讲授总线的基本概念，总线标准，总线仲裁和总线通信。
7)输入／输出设备部分占4学时，主要讲授典型输入／输出设备的工作原理和常见的性能指标。
8)输入／输出系统部分占4学时，主要讲授i／o系统的基本概念，i／o接口的功能和基本结构，i／o端口及其编址，以及i／o设备数据传送控制方式。
为了让学生了解理论知识在新一代计算机系统中的应用，我们在计算机的发展趋势、计算机的典型应用、指令系统的发展、提高单机系统指令级并行性的措施、总线标准举例等知识点中引入了近几年来较新的计算机技术。例如在“提高单机系统指令级并行性的措施”这一知识点中，我们分别补充介绍了在单机系统中目前比较广泛使用的五种技术，即超标量、VLiw、超流水、超标量超流水、epiC技术，并简要介绍了这些技术在现代微处理器中的具体应用。
2.3 加强综合性和创新性实践环节，培养学生的实践创新能力
计算机组成原理课程不仅是一门理论性很强的专业基础课，而且也是一门实践性很强的实践课程。要清楚地理解计算机组成原理的精髓，亲自动手进行计算机各部件和模型机设计是相当重要的。我们通过加强综合性和创新性实践环节，不仅让学生理解了抽象的概念及原理，而且也提高了学生分析问题、解决问题的能力，以及实际动手的能力。
这门课程的综合性实验项目包括数据通路实验、操作控制器实验、高速aLU设计实验和浮点运算器设计实验，其目的是为了让学生掌握计算机运算部件、控制部件的组成和工作原理，加深学生对理论知识的融会贯通与理解，锻炼运用eDa技术进行计算机硬件设计的能力和硬件调试的能力。
创新性实践环节单独安排为一个课程设计，其内容是运用理论知识、硬件描述语言和eDa软件Quartusii进行模型机的设计。尽管在理论教学时，已分章节介绍了计算机的组成、指令的解释过程、指令周期、微指令格式、微程序的设计方法，以及时序控制方式和微处理器的设计步骤，但是实现相同的功能，在微处理器的内部结构设计时方法也是多种多样，比如微处理器内部寄存器的个数设置、是否采用片内指令Cache和数据Cache，采用什么样的指令格式和寻址方式、设计哪些指令、指令如何解释、采用微程序操作控制器还是硬连线控制器、是否采用流水线技术等。创新性实践环节涉及的知识面广、设计方案多样、设计方法灵活，有利于提高学生分析问题、解决问题的能力和实践创新能力。
2.4 科学合理地改进教学方法，提高教学质量和教学效果
教学内容的组织采用了整体“自顶向下”、细节“自底向上”的教学方法，从计算机硬件系统入手到分别介绍计算机硬件的五大部件及相互联系，再将内容的展开，分别讲授每一个部分的组成和工作原理。在涉及到各组成部分具体细节的知识点时，采用了“自底向上”的教学方法，讲授内容由浅入深、循序渐进、由简单到复杂，在讲清基本概念和基本原理的基础上，再进行分析和设计。这种教学方法既让学生正确理解和掌握了各部件的组成及工作原理，让学生掌握了计算机中各部件的设计方法和相互之间的联系，建立了整机的概念。
教学任务的安排是将不同的专业分别定为一个教学班，以小班上课的方式进行，促进了讲授、提问、讨论、练习等多种教学方式的开展。同时要求每个教学班的主讲教师必须参加理论课的辅导工作，并要求每个实验必须参加一批实验辅导。青年教师必须先经过实验辅导和理论课辅导两年后，才能根据试讲情况确定其是否能胜任主讲教师资格。理论课辅导教师主要负责作业批阅、答疑、上习题课、网上教学交流等工作，实验课辅导教师主要负责讲授实验目的、实验要求、实验内容、实验步骤，并指导学生完成实验的全过程。
教学方法的改进，有助于各专业主讲教师根据本专业的课程结构和学生能力水平，以及课堂交流、作业和辅导、实验操作等情况的反馈信息，及时将出现的问题与所有学生沟通，以便随时调整教学方法、教学进度和补充教学内容，提高了教学质量和教学效果。
2.5 利用现代化教学手段，提高学生的学习兴趣和学习主动性
利用课件教学，使得计算机各部件抽象的工作原理直观地展示在学生面前，大大地增加了课堂教学的信息量，提高了学生的学习兴趣。例如通过动画模拟机器指令的取指和执行过程，来解释中央处理器的组成和工作原理，让学生更直观地了解CpU内部控制信号的产生、指令和数据的流动过程、在指令执行过程中CpU内部各寄存器的变化情况等。通过使用Quartusii仿真软件进行实践教学，可以清楚地理解CpU的组成和详细设计，可以将CpU的顶层电路图逐层解剖，看到CpU内部的各组成部分及VHDL描述。通过微处理器执行某一个具体功能的机器语言程序，调出仿真波形，可以让学生清楚地看到CpU内部程序计数器、地址寄存器、指令寄存器、微地址寄存器、通用寄存器、数据暂存器、状态条件寄存器、主存储器、输出总线的内容随着时间的推移而发生变化的情况，将理论教学与实际设计充分结合，提高了学生的学习兴趣。
通过课程网站辅助教学，丰富的教学资源和交互式教学平台提高了学生的学生主动性，促进了师生之问的互动。课程网站采用DreamweavermX、FlashmX、photoshop、aSp和SQLServer等软件开发，为学生提供了全方位的学习辅导支持，包括教学大纲、学习指导、教学视频、课件下载、在线测试、难点解析、动画演示、虚拟实验室、在线答疑、学生论坛等。这些内容可以帮助学生全面地理解和掌握计算机组成原理课程的教学内容，了解该课程涉及的新知识和新技术。
2.6 建设合理的教学团队，重视对青年教师的培养
建设由课程负责人、主讲教师、辅导老师和实验指导教师组成的教学团队是极其必要的。我们的计算机组成原理课程教学团队由8名教师组成，主要成员均长期从事本课程及相关课程教学和相关课程的教学和学术研究，其中教授1人、副教授3人、博士1人、硕士6人；35～45岁年龄段的中青年教师占75％，具有计算机相关专业教育背景7人、通信相关专业教育背景1人，所学专业涵盖了计算机应用技术、通信与信息工程、自动控制等。教学团队成员分别来自上海理工大学、中山大学、桂林电子科技大学。在知识结构、年龄结构、职称结构、学缘结构等方面形成了较合理的结构配置，教师队伍在理论教学、教学研究和学术研究等方面已开展了较多卓有成效的工作。
课程教学团队充分发挥高学术水平和高教学水平骨干成员的传、帮、带作用，通过合理规划、创造条件、培育环境、严格要求等多种机制，实施青年教师的培养，具体措施包括选派青年教师到国内知名大学参加培训、实行骨干成员为核心的导师制、组织开展教研讨论和科研活动。
通过以上措施，青年教师得到迅速成长、能够很好地胜任本课程的教学任务。在近几年的学生评教中，教学团队的学生评教成绩一直保持在优良以上，深受学生欢迎。近五年来，课程组承担和完成了国家自然科学基金、广西自然科学基金和横向科研项目16项，发表学术论文24篇(ei、iStp收录10篇)，出版专著／教材4部，获得计算机软件著作权4个；承担教学改革与教学研究项目10项，发表教学研究论文16篇，获得教学改革与研究成果7项。
计算机的组成教学设计篇4
【关键词】多媒体；教学设计；目标任务；情境创设；活动组织
以“学”为中心的教学系统设计是进入九十年代以后随着多媒体和网络技术的日益普及（特别是基于internet的教育网络的广泛应用）以及建构主义的学习理论被人们所理解才逐渐发展起来的。建构主义理论强调人类的知识不是纯客观的；不是他人传授的而是自己建构的；不是独自形成的而是在与外部环境的交互过程中形成的。认为教学要以学生为中心，要给学生控制和管理自己学习的权利和机会。教学设计者的主要任务是学习环境和自主学习策略的设计，学生是学习环境的主人，教师只是学生的辅导者。目前这类教学设计理论的研究重点主要放在对建构主义学习环境的分析、构造自主学习策略方面。因此，被称为以学生为中心的教学设计。
当前，多媒体教室在高校已经普及，教师在基于多媒体环境下怎么样来开展教学，尤其以突出培养动手能力为特点的高职院校，又该怎样有针对性的开展一些基础课程教学，突显高职本色的多媒体环境教学，成为了众多教师探讨的话题。本文依据由西南交通大学出版社出版的校本教材《计算机组装与维护》，针对高职高专学生的培养要求，系统结合现代教育技术，清晰勾勒出基于多媒体环境下的教学设计案例。
一、学习目标与任务
对整门课程及各教学单元进行教学目标分析，以确定当前所学知识的“主题”。它包括：
1、学习目标描述
认知目标：认识计算机组成的各个组成部分及其作用；在教师的指导下能够亲自动手组装计算机；能够按照要求，通过邮箱提交DiY计算机的配置方案，并能简单说明配置理由。
技能目标：培养学生的计算机原理掌握能力与组装计算机的实践动手能力。
情感目标：激发学生学习计算机技术的兴趣与积极性；培养学生组装计算机与评价所装计算机的整机性能的能力；培养学生之间合作交流的习惯；培养学生团队协作能力。
信息素养：培养学生借助媒体、网络资源辅助学习的能力；培养学生对计算机硬件组成部分的分析评价能力。
2、学习内容与学习任务说明
《计算机组装与维护》一书，是由学院自编并由西安交通大学出版社出版，针对职教院校学生使用，学院建有“组装与维护实验室”，提供各类计算机配件，供学生动手组装并通电检测结果。本设计学习的主要内容是认识计算机的基本组成部分及其作用。在本设计中，学生通过观看教学演示、小组讨论、动手组装电脑以及对配置的计算机方案的填写和评价，运用已有知识和硬件网站资源对计算机配置方案进行分析，得出有关计算机性能的评价方案。
二、学习者特征分析
学生是五年制高职以及三年制高职学生，经过以往计算机基础文化知识的学习积累和长期媒体、网络资源的自主性学习，对计算机的各个组成部分已有初步的认识，能自己上网查找相关计算机硬件，并对资料进行分类整理，具有较高的计算机基本操作能力。学生的年龄在16-20岁之间，动手能力强，具有一定的选择探究能力。学生对于网上收集资源，动手操作，分析自己的劳动成果非常感兴趣。
三、学习情境创设
学习情境设计一是通过多媒体教室环境，演示该多媒体教学光盘、计算机操作基础课件中涉及的理论知识，引出并讲解新课内容。二是教师当面拆开一台电脑的主机，吸引学生的注意力，并对所讲理论知识进行演示、验证。三是在展示并介绍电脑的各个组成部分时，引出本课实践性教学任务。四是学生分组动手装机，并在老师的指导下，通电验证安装成功，以增强信心。五是采用分组协同学习方式，由小组间进行评价辩论，以激发学生学习的积极性和兴趣。六是分组完成装机方案的设计，并准备好采用该方案的理由。
四、学习环境选择与学习资源设计
确定学习本主题所需信息资源的种类和每种资源在学习本主题过程中所起的作用。对于应从何处获取有关的信息资源及如何有效的利用这些资源，如果学生确实有困难，教师应给予适当的帮助。
各类课件：指自行开发的计算机组装与维护多媒体教学光盘、计算机操作基础课程课件等。
计算机配件及工具：计算机组装实验室提供的计算机配件、工具，专业网站：中关村在线：(zj.zol.com.cn/)，太平洋电脑网：(pconline.com.cn)。提供电脑各配件的性能测试及计算机配置方案评价，它的自助装机板块非常有利于学生填写计算机配置方案。多媒体资源库：包括光盘、计算机各种配件的图解，详细参数等。网络课程：开发网络课程以利于学生在线上传作业，发表学习心得及评论。
五、学习活动组织
根据所选择的不同教学方法，对学生的自主学习作不同的设计。不管采用何种教学方法，在“自主学习设计”中均应充分体现以学生为中心的三个要素，即发挥学生的首创精神、知识外化和实现自我反馈。
六、学习评价设计
学习效果评价包括小组对个人的评价和学生个人的自我评价。评价内容主要围绕个体自主学习能力、协作学习过程中做出的贡献、是否达到意义建构的要求三个方面进行。应尽可能设计出使学生不感到任何压力、又能客观准确地反映出每个学生学习效果的评价方法。1、测试形式与工具；2、测试内容：动手组装电脑的速度与装机心得体会；按要求完成装机配置方案；各小组的代表陈述的装机配置方案理由。
根据小组评价和自我评价的结果，应为学生设计出一套可供选择并有一定针对性的补充学习材料和强化练习。这类材料和练习应经过精心的挑选，既要反映基本概念、基本原理，又要能适应不同学生的要求，以便通过强化练习纠正原有的错误理解或片面认识，最终达到符合要求的意义建构。
计算机的组成教学设计篇5
关键词：《计算机控制技术》课程教学改革组态王软件
1.引言
《计算机控制技术》课程是以计算机控制技术为核心，综合了可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，并以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科[1]。由于计算机控制技术是一门综合性强、包括领域广的学科，在传统的课程教学中存在深入理解难，实际使用方面模糊等问题。然而，将上位机开发软件组态王的实际应用引入到计算机控制技术教学中，可以有效地提高教学质量，加强学生对计算机控制技术的进一步了解。
2.组态王软件介绍
组态王软件是北京亚控科技发展有限公司生产的国内最早的商用组态软件“组态王”。组态王已经成功地应用于我国工业领域的各行各业，例如石油、化工、电力、冶金、环保、机械制造等，在中国使用的上位机监控软件中，组态王拥有国内最多的用户。它具有如下特点[2]。
2.1基本人机界面功能
组态王能快速便捷地进行图形维护和数据采集，提供了丰富的快速应用设计的工具，为方便画面管理，提供了画面分组管理功能。
2.2丰富的可扩充的图形库
设计者利用系统提供的图库，可以轻松构造自己需要的图形，也可以简单地从图库中取出图库精灵并放到自己的应用中，并按照需要的大小缩放它，图库精灵任意缩放也不会失真。
2.3强大的控制语言和控件应用
组态王命令语言是集成在组态王系统内部的简便、但功能强大的编程语言。它的作用就在于扩充应用系统的功能，以及对应用系统进行最精确的控制。组态王不仅可以嵌入报表、图片，通过其内部相关控件还可以实现声音、动画、FLaSH的播放，同时支持视频采集设备。
2.4多通讯接口的数据采集与处理
数据采集与处理是计算机控制系统中安全监视和控制的基础，监控系统可实时和定时采集设备的模拟量（如电流、电压、功率、电度、频率、温度等）和开关量（开关位置信号、保护及自动装置信号、设备运行状态信号等）。
3.组态王软件在计算机控制技术教学中的应用
3.1传统的计算机控制技术教学方法的缺陷
由于《计算机控制技术》是一门综合性较强的学科，在传统的计算机控制技术教学中主要是理论性的教学，并且教学内容联系到多门学科的原理知识、计算方法等，使得学生在学习过程中感到枯燥，学习起来没有方向感，对计算机控制技术在实际应用方面一片空白，因而忽略了《计算机控制技术》这门学科的重要性。另外，由于受到教学内容和教学设备条件的限制，还存在教学内容滞后于新技术的实际应用，不能够实现实际实践应用的缺点[3]-[4]。
3.2组态王促进了计算机控制技术教学方法的改革
为了让学生对计算机控制技术有一个全面的了解，提高学生对计算机控制技术的学习兴趣，进一步提高学生对上位机软件开发的认识，在教学中添加了组态王上位机开发软件。计算机控制系统是由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成的，其中计算机部分包括硬件组成和软件组成，硬件组成主要有内部总线和外部总线、人机接口、输入输出通道、通信接口等组成，生产过程包括被控对象和测量变换、执行机构等装置，然而传统的教学大多以框图、箭头的形式连接表达进行教学，很难将内部总线和外部总线之间如何实现连接，通讯协议如何在上位机与设备之间交换的实现，生产过程中数据的采集如何在上位机上显示，以及上位机如何实现对现场设备的控制，数据的采集等一系列重要而又实用性的问题作出详细的解释。随着课程的深入，集散DCS控制系统及现场总线FCS控制系统的学习进一步加深了计算机控制技术教学的难度，学生理解起来相对吃力。然而，这些问题都能够在组态王的引入中得到解决。利用组态王图库绘制控制系统图，组态王模拟串口设备通过通讯转换，将现场设备的运行状况、从设备采集过来的数据和组态王系统图形中的报表、实时曲线、文本框及其动态图形相关联，结合实际可以完成控制系统的绘制，模拟现场场景设备运行状况，当设备出现故障或超值超标时，组态王安全系统能够实时记录报警情况并发出警报。这样，组态王能将整个计算机控制系统如何实现完整地展现出来。
4.组态王在计算机控制技术中的实践举例及教学中的效果
如上图1为基于RS-485的分布式测控系统结构框图，上位机通过通讯接口将RS232通讯通过转换器转化为RS485，通过RS485总线分配到各个现场设备中，对现场设备进行实时数据的采集。在组态王引入计算机控制技术后的实际教学中，学生自己动手完成上位机中组态王画面，关联数据，报表的使用，实时数据的显示，上位机和现场设备进行通讯等计算机控制系统的整个过程。最终能够实现上位机实时显示现场设备数据，通过上位机控制现场设备。从而让学生对计算机控制系统有整体的了解，组态王生动的画面及强大的控件功能更能提高学生对计算机控制技术的学习兴趣。
5.结语
《计算机控制技术》的教学实践证明，在计算机控制技术的理论和实践教学中，随着上位机软件组态王的引入，大大提高了教学质量。一方面，提高了学生对计算机控制技术学习的兴趣，提高了学生的学习效率。另一方面，通过切合实际的应用教学，也提高了教学质量。随着高等学校不断地进行社会需要人才的培养教学，组态王引入计算机控制技术教学也会越来越广泛。
参考文献：
[1]吴作勋.计算机控制技术的发展现状[J].开发与研究，2005（3）：15-19.
[2]孙旭霞，李生民，张维娜.工业自动化通用组态软件—组态王的功能分析及应用[J].仪器仪表用户，2001，8（4）：29-31.
计算机的组成教学设计篇6
摘要：“计算机组成原理”课程教学历来是计算机专业教学中的重点，本文分析了“计算机组成原理”课程的定位和特点，提出了一种从整体功能推进到局部组成、从微观实现抽象到宏观结构的层次化教学内容设计模式，探讨了“计算机组成原理”教学与学生能力培养之间的关系，探索并实践了一种研究性的教学方法。实践证明，这样的方法也的确收到了良好的效果。
关键词：计算机组成原理；课程改革；教学方法；实践
中图分类号：G642
文献标识码：B
1引言
“计算机组成原理”是计算机科学与技术专业的核心课程，该课程以冯・诺依曼模型为起点，系统地讲述了计算机内部结构、功能部件、功能特征、工作原理、交互方式和基本设计方法[1]。在教授这门课程的过程中，我们通过课堂讲授、课程实验、课程设计相结合的方式，使学生系统地理解计算机硬件系统的组织结构与工作原理，掌握计算机硬件系统的基本分析与设计方法，为他们进一步学习计算机系统结构、操作系统等后续课程，全面培养计算机硬件系统认知、设计与创新能力奠定良好的基础。
“计算机组成原理”课程是计算机专业本科阶段一门极其重要的课程，也是一门教学内容多、学习难度大的课程[2]。目前国内外出版的相关教材不少，其中不乏较优秀的教材，但由于教材容量的限制和文字叙述方式的特点，我们很难凭借单本教材就能实现既能从全局或宏观的角度掌握计算机硬件系统的整体结构和工作原理，又能从局部或微观的角度理解计算机各个部件的工作过程和交互方式的教学目标。因此，研究并实践一种有效的教学模式，对帮助学生从微观层面掌握本课程知识单元、从宏观层面建立该课程知识体系，进而培养学生关于计算机硬件系统的认知能力、设计能力和创新能力，具有重要的作用。
2教学内容设计
我们系统地分析了卡耐基梅隆大学、麻省理工学院、普林斯顿大学、清华大学、北京大学等20余所国内外著名大学同类课程的教学内容和展现方式。国内外高校在课程的教学内容上差别基本不大(如表1所示)，但在内容的组织和知识的层次化推进方面存在一定的差别。
表1几所国外大学计算机组成课程教学内容分布
“计算机组成原理”课程教学过程中，应尽快建立计算机的整体概念，让学生清晰地了解所学内容在课程知识结构中的位置以及和其他部分之间的关系[2,3]，并合理组织课程知识点的展现结构，使学生对所学内容具有清晰的脉络和思路，这对学生全面地掌握本课程的知识具有十分重要的作用。
我们基于对国内外“计算机组成原理”课程教学体系的分析，从知识与能力两个层次，课堂与实验两个环节对“计算机组成原理”课程与实验体系进行了详细设计，基于自顶向下的教学思路，建立了一种从整体功能推进到局部组成、从微观实现抽象到宏观结构的层次化课程内容设计模式。首先，从问题出发。设想人类寻求一种可以代替人完成复杂计算的机器装置的功能需求，带领学生分析归纳计算机的功能模型，基于一定的技术条件带领学生分析总结实现该计算机功能模型的组成、结构以及其基本的工作方式，使学生初步建立计算机的整体概念。然后按照这样一种分析问题、探讨解决思路、总结功能特征、介绍设计与实现细节的教学内容展开模式，分别对存储系统、计算单元、控制单元和输入输出系统的教学内容进行设计，贯彻局部组成体现整体功能、微观实现体系宏观结构的教学内容设计思路，同时突出“功能分析”和“结构设计”两条主线。内容组织上，在对计算机各组成部分的功能需求分析的前提下，重点强调实现这些功能需求的组成部件的结构设计过程和特征。
3课程的能力培养
“计算机组成原理”课程的教学内容不仅仅是要传授有关硬件设计的课本知识，更重要的是重视理论知识与实践过程的结合，将知识综合灵活运用，重视学生综合能力和创新能力的训练和培养[4]。本课程着重培养学生关于计算机硬件系统方面的三种能力：即计算机硬件系统的认知能力、设计能力与创新能力。
“计算机组成原理”课程主要通过对计算机各功能部件的组成及运行原理的分析、讲解和配套实验，培养学生对计算机硬件的系统级认知能力。课程通过数据的机器表示、运算方法及运算部件的组成等知识点的讲解和实验，使学生掌握计算机的运算特征；通过指令系统的相关知识，使学生掌握计算机系统汇编级的结构特征和基本操作描述方法；通过存储系统的详细讲解和实验，使学生能从容量、速度和成本的角度理解多层次存储系统的组织结构和工作原理；通过CpU及控制单元的功能和结构的详细分析，结合指令执行控制的深入讲解和实验，使学生理解计算机系统指令执行的实质和控制单元的基本实现方法；通过总线、输入输出接口及外部设备等知识的讲解，使学生了解计算机系统内部、计算机系统与外部的交互方式。
在培养学生对计算机硬件的系统级认知能力的基础上，我们通过对运算部件、存储系统、指令系统、控制单元、整机硬件系统的设计方法等知识的讲解，结合相应设计实验，培养学生对计算机硬件系统的理解和设计能力。在设计能力培养的具体方式上，可通过课堂讲授、课后练习、配套实验等形式分层次实现。如课堂讲授可重点介绍系统和部件的设计方法和设计过程等内容；课后练习可进行框架性设计；配套实验可围绕规范、典型的模型系统，从功能部件的实现开始，直至最终设计出一台具备基本运算能力和存储能力、支持有限指令集的计算机设备。从而达到验证功能部件和系统的功能，掌握必要的硬件描述语言、设计工具及仿真环境，体验计算机硬件系统的设计过程，掌握相关硬件设计技术与方法等目的。
课堂教学和实验应努力为培养学生的创新意识和创新能力打下基础，课程在培养学生认知和设计能力的基础上，可通过计算机硬件系统不同阶段面临的问题及其技术发展的分析和探讨，体会在特定的技术条件下的创新思维；针对计算机硬件系统面临的新问题和新需求，结合新技术的介绍大胆畅想未来的技术发展趋势，引领学生突破思维定势，以此培养学生的创新意识。进一步可通过集成计算机组成原理、操作系统、编译技术等课程知识内容的综合课程设计，培养学生的基本创新能力。
4教学方法实践
计算机的组成教学设计篇7
中图分类号：G642
摘要：根据国内外计算机硬件类实践课程教育的现状，分析传统计算机组成原理实验课程教学中的弊端，介绍南京大学计算机系对此门实验课的教学安排，从知识准备、具体实验内容设置和教学组织形式等方面，全面介绍计算机组成原理实验课程的内容和教学方式，并对教学效果进行总结。
关键词：计算机组成原理；CpU；FpGa；单周期；多周期
1课程设计初衷
计算机组成原理是计算机专业重要的核心课程，在计算机专业的整个课程体系中起着承上启下的作用。熟练掌握计算机的结构和工作过程，不仅为计算机硬件的学习和研究打下基础，对从事软件工作的人也大有益处。
近年来，南京大学计算机系对国际一流大学计算机专业的相关课程进行了详尽的跟踪调研，调研结果表明，计算机组成原理实验课程设置一般都有两个不同的角度：一个是偏重软件的程序员角度，另一个是偏重硬件的硬件设计人员角度。偏重软件的实验课程一般是用高级语言和模拟器实现CpU，使学生能够更好地理解计算机底层的系统结构，提高程序编写和调试能力。偏重硬件的课程一般要求学生利用硬件描述语言，在FpGa上设计一个处理器系统。
国内传统的计算机组成原理实验的教学方式是做验证性实验，在固定的实验箱上，通过插拔一些连线，拨动部分开关和编制微程序等方式，和固定的硬件系统进行交互，从而了解计算机的内部结构。这一实验形式无法让学生深入理解计算机各个部件的具体硬件结构，也不能使学生很好地理解计算机底层的结构和系统软件之间的关系，更不能培养学生利用现代化的工具设计计算机硬件系统的能力。鉴于这些传统教学的弊端，国内部分高校在课程设置和教学内容上都开始借鉴国外一流大学计算机专业的做法，一部分高校已经率先利用eDa技术在FpGa上进行计算机单元部件的设计、并以系统搭建的形式来组织计算机组成原理的实验教学。南京大学计算机系从2007年开始了这一教学形式的尝试，经过几年的探索，已经形成了相对稳定的计算机组成原理实验课程的教学模式和教学内容。
2课程知识准备
利用eDa技术在FpGa上实现一个处理器，需要学生有一定的知识准备。首先，计算机系在数字逻辑电路实验课程中，利用eDa技术在FpGa上进行数字逻辑单元电路的设计和简单数字系统的设计。其次，在计算机组成与系统结构课程中，学生深入学习mipS体系结构的指令系统，单周期、多周期以及流水线结构CpU的数据通路。计算机组成原理实验课程在这些课程的基础上，从设计CpU内部的单元电路开始，逐步进行mipS体系结构的完整CpU的设计。
3课程设置
课程内容的安排主要分为3大部分：部件级实验、简单CpU实验和大型作业。
3.1部件级实验
在CpU的硬件电路设计中，涉及许多简单的单元电路，如选择器、译码器、触发器等，这些内容在数字逻辑电路实验课程中已经很熟悉了，在本实验课程中，主要是安排CpU内部其他重要的功能独立部件的设计，如存储器、寄存器组、桶形移位器和aLU等。
3.1.1存储器的设计及测试
存储器是计算机系统的重要组成部分，用于存储指令和数据。指令存储器和数据存储器可以分开设计，也可以只设计一个既存储指令又存储数据的存储器。存储器有读和写两个端口，读存储器时，可以使用时钟进行触发，也可以不使用时钟进行触发。写存储器时，一定需要有时钟进行触发才能将数据写入存储器中，时钟的上升沿和下降沿都可以触发存储器的写操作。
存储器实验的主要内容，是让学生掌握存储器的接口及控制信号的功能和使用，学会各种存储器的设计及测试，特别要掌握存储器的工作时序，这在单周期CpU设计时特别重要。单周期CpU需要在一个时钟周期内完成一整条指令的执行，而在这一个时钟周期内，CpU有可能会两次访问存储器——读指令和存储数据，如果存储器设计不合理，在一个时钟周期内是无法完成一条指令的。对于多周期和流水线CpU，一条指令需要多个时钟周期才能完成，对存储器时序的要求相对小一些，这时可以灵活应用方便读写的存储器结构。
3.1.2寄存器组的设计
寄存器是CpU内部暂存数据的空间，速度最快，使用也最为频繁。mipS体系结构的CpU内部寄存器，是一组由32个32位的寄存器组成的通用寄存器组。仅从寄存器组的外部特性来看，mipS结构的寄存器组由无差别的32个32位寄存器组成，任何条件下均可访问寄存器组中的任意寄存器。但是，为了简化CpU的结构，mipS体系结构寄存器组的0号寄存器的值被设置为恒“0”，只能读出，不能写入。
mipS指令集中一条指令（R型）最多同时对三个寄存器进行操作：两个源寄存器和一个目的寄存器。R型指令执行过程中，需要读出两个源地址寄存器中的内容，经过运算后再写入目的地址指定的寄存器，由此可以得出mipS体系结构的寄存器组至少需要两个输出端口和一个输入端口。32位宽的寄存器是由4个字节组成的，寄存器组可以仅对某个寄存器的某个字节进行写操作，因此寄存器组还需要一个4位的写使能控制端，分别用于控制4个字节的写操作。
3.1.3桶形移位器
在mipS的指令集中，有一些移位指令，要求对某寄存器中的数据一次性移动数位。如果用移位寄存器来完成这一移位操作，就需要多个移位周期才能完成一条移位指令，工作效率太低，显然不能满足快速CpU的要求。
桶形移位器是一个组合逻辑电路，移位位数可以在0～31位之间自由设置，移位方式有逻辑左移、逻辑右移、算术右移和循环右移4种。因此，桶形移位器的输入端有32位的待移位数据输入端、5位移位位数输入端和2位移位方式控制端；桶形移位器输出一个已经经过移位的32位数据。
3.1.4aLU设计
aLU是CpU中负责运算的电路，通常aLU只实现算术运算和逻辑运算，但是，mipS指令系统要求一些特殊指令也在aLU中完成，如LUi（置高位立即数）、SeB（字节扩展）、SeH（半字扩展）、SLt（比较置数）、CLZ（计算前导0）和CLo（计算前导1）等。经过对mipS指令系统进行详细的分析，mipS体系结构的aLU要执行15种不同的运算，aLU具体的操作及编码如表1所示。此外，为了简化后续电路和扩展CpU功能，在aLU电路设计时，其输出端也产生和保留了一些通常aLU没有保留的信号，如溢出信号、进位信号和是否小于信号等。
3.2简单CpU设计实验
3.2.1单周期CpU设计实验
所谓单周期CpU，是指所有的指令都在一个时钟周期内完成的CpU结构，单周期CpU的指令执行过程和硬件结构都相对简单。理解单周期CpU的工作和设计原理，对于理解多周期CpU和流水线CpU都有很大帮助，因此，学习设计CpU从单周期CpU人手是非常合适的。
该实验要求完成一个单周期CpU的设计，此CpU能完成表2中的指令，这些指令包含R型指令、i型指令和J型指令，为了使单周期CpU的结构相对简单，实验中没有加上移位指令和存储指令。
处理器的设计涉及数据通路的实现与控制逻辑的设计，能够执行以上16条指令的单周期CpU的数据通路如图1所示。
3.2.2多周期CpU设计实验
单周期CpU的指令周期长度，必须满足执行时间最长的指令周期长度。实际上，大部分的指令执行周期都很短，这就导致了单周期CpU的效率低下。多周期CpU是将每条指令分成几个时间相同的执行阶段，每个阶段执行特定的操作，执行时间长的指令就执行多个周期，执行时间短的指令就使用相对少的几个周期，这样就提高了指令执行的效率。
多周期CpU除了要完成上述所有单周期CpU需要执行的指令外，还增加了表3中的4条指令，这些指令包括逻辑移位指令和存储器访问指令。
观察多周期CpU可执行的指令，它比单周期CpU可执行的指令多了逻辑移位指令和存储访问指令，因此，多周期CpU在结构上比单周期CpU多了桶形移位器和数据存储器。另外，多周期CpU执行一条指令时需要多个时钟周期，只有在指令的运算周期，才会用到aLU，在其他周期aLU是空闲的。为了简化硬件结构，在aLU空闲期间可以用它来计算下一条指令的地址，这样用于计算下条指令地址的加法器就省略了。和单周期CpU相比，多周期CpU的控制信号也相应的有所增加，多周期CpU的结构图如图2所示。
3.3大型作业
进行了单周期CpU和多周期CpU的设计训练之后，同学们具备了一定的CpU设计基础，有了设计相对复杂的CpU的知识储备。在学期的后半段，我们会布置大型课程设计作业，作业内容包括mipS体系结构5级流水线CpU的设计，或是aRm体系结构CpU的设计，我们也鼓励同学们自己设计指令系统，并能够设计出可以执行这些指令的CpU。
大型作业要求同学们分组完成，每组2～4名同学分工合作，这样既减轻了他们的工作量，又锻炼了他们协同合作的能力。
4教学效果
自2008年秋季学期开始，我系在计算机组成原理实验课程中采用了用eDa技术在FpGa上进行CpU设计的教学方式。通过对CpU设计的学习，同学们加强了对于计算机硬件结构的理解，增强了数字系统设计的能力。在有些设计阶段，同学们的设计超出了教学讲解的范围，他们通过讨论、查询网络和查阅图书资料等方式解决问题，增加了他们的自学能力和搜集利用资料的能力。部分同学因此对CpU的设计产生了浓厚的兴趣，有些同学设计了包含mipS所有整数指令的五级流水CpU，还有的同学设计了aRm11结构的处理器，并在此基础上增加总线及总线接口、pS/2接口、VGa接口等部分，接上键盘和显示器，就构成了一整的计算机硬件裸机，然后又用已经实现的指令编写了游戏软件，实现了在自己设计的机器上玩自己设计的游戏的梦想。也有同学将设计的系统作为作品参加了相关的设计大赛，获得了很好的名次。
5结语
经过5年的教学实践，计算机系证明了在计算机组成原理实验课程中，指导学生利用eDa技术在FpGa上实现—个CpU在教学安排上是可行的，相关实践取得了很好的教学效果，为学生的研究和学习增加了—个可选的方向，对我国硬件人才的培养也非常有益。
参考文献：
[1]袁春风，张泽生，蔡晓燕.计算机组成原理课程实践教学探[J].计算机教育，2011（17）：110-114.
[2]王帅.美国一流大学计算机组成与系统结构实验课程研究[J].计算机教育，2011（17）：115-118.
[3]李山山，全成斌.计算机组成原理课程实验教学的调查与研究[J].计算机教育，2010（22）：127-129.
计算机的组成教学设计篇8
关键字：计算机；多媒体；因材施教；信息学教育
现在大家都说：“二十一世纪是信息的时代，二十一世纪的竞争是人才的竞争，也就是教育的竞争”，学校肩负着教育的重任，而作为信息时代标志的网络，已不可避免地进入学校，并带来了教育思想、模式和方法的一场革命。因此，充分利用现代教育技术设施,提高教育教学质量，已成为当务之急。然而，随着计算机的日益普及，现在的中学生普遍具有比较丰富的计算机应用方面的知识，有许多学生更在期盼一种更有挑战性的计算机学习内容。为推动学校信息学教育深入开展，丰富学生的课余科技活动内容，进一步培养中学生的实践能力和创新精神，进一步掌握现代计算机知识，培养学生逻辑思维和创造才能，如何搞好计算机课外延伸教学，培养学生的创新精神和实践能力、从而促进教学活动，成为每一位计算机教师应考虑和研究的问题。
一、重视计算机软、硬件设施建设，创设浓郁的学习气氛
计算机技术是现代信息科学技术的基础，是现代信息社会的主要技术之一，它正越来越广泛的应用于社会各个领域。计算机课外延伸教学，旨在利用学校现有设备，培养学生的创新精神和实践能力，所以学校应重视计算机硬软件建设，为学生创设一个学习和实践计算机知识及技能的优良环境和培训基地。
计算机课外延伸教学内容开展的特点是其实践操作重于理论，所以不像有些学科的开展基本上可以用一块黑板加一枝粉笔来解决问题。据一般的教学经验得知，上好一门以win98/2000为操作平台的计算机基础学科，其中上机实践操作的课时不得低于75%。在DoS版考试中，计算机教师上课即可以在计算机机房中，也可以脱离机房，而只用普通的教学法就可以达到考试要求。可是在win98/2000时代，极大部分板块内容则必须在计算机机房中或配合相应的多媒体教学设备进行教学，否则将会寸步难行，所以加强计算机软硬件建设完全是由于win98/2000是一个图形化的操作系统所决定的。同时，该网络机房最好能通过教科网、iSDn或DDn数据专线连入inteRnet，使得inteRnet一块的教学内容能够与实际相结合，如无这方面的条件则教学就会受到限制而无法正常进行。
我校设有学生计算机室三间，共有计算机200余台，皆为586奔腾机以上，且实现了校内的计算机联网并连入internet。随着信息社会的发展和网络的广泛应用，校内形成了浓郁的创新教研及学习气氛。课余时间,机房内机器很少处于闲置状态,在计算机房总能看到学生专注地神情，因为计算机课外延伸教学在有序地进行着。为提高学校的计算机管理水平，适应教育教学内容、设备、手段和管理现代化要求，每个教研组备有专用机，每位教师在计算机上都有自已专用的硬盘工作目录，随时可以应用计算机查询资料，整理资料数据，制作有关教学软件和多媒体课件，编制学生的各种课堂练习和考查试卷等。
二、提升计算机教师的业务素质，提高课外延伸教学的知识水准
有位名人说过：“成功是花，务实是根”。如果欣赏花的美丽，必须先加强根的牢固。为搞好计算机课外延伸教学，推动学校信息学教育深入开展，提高计算机教师的业务素质更是关键。
首先，计算机专业教师要进行技术方面的再深造，成为本校计算机技术的攻关人员，从而能使计算机课外延伸教学开展得更有特色更有水准。
其次，计算机教师应积极参与教学科研活动。计算机教师应以“实验作引导，成果促转变”的思路走在多媒体课件制作的最先列。如计算机教学组可以设立《现代教学媒体应用》课题组，承担有关科研课题任务，着力研究现代教学媒体在课堂教学的应用，积极探索如何运用现代教学媒体优化课堂教学，在计算机课外延伸教学中组织多媒体实验课、示范课并在全校推广。
三、分析知识背景差异，做好课外延伸教学的准备工作
要想搞好计算机课外延伸教学，学校应做好举办课外延伸教学的准备工作。这不仅包括计算机教师要先制定出可行的教学内容和合理的教学课时告知全校学生，并且要分析学生的知识背景差异,做好小组成员的报名工作。
孔子曰：“视其所以，观其所由，察其所安”，“退而省其私”，他认为在教育实践中要注重学生的个别差异和教育的关系的研究。而现代教育中“因材施教”就是承认差异，重视差异。现在的学生知识背景相差很大，以我校多次进行计算机课外延伸教学为例，要使学生从课外延伸教学中能更好更快的掌握相应知识持有特长的话，分析其特点可得如下经验表：
男生较适合
参照此表，学生从实际出发，分析自己在计算机知识各方面的饱和度,做到有的放矢,选择最优计算机延伸学习组别，也可在班主任的帮助下，教师再根据学生的报名情况分组编班，进行教育。
四、教学形式灵活多样，培养学生的创新精神和实践能力
搞好计算机课外延伸教学，教师不仅要彻底改变“纸上谈兵”的陈旧教学模式，而且要多采用Cai教学软件及多媒体等现代信息的教学手段，注意教学形式的灵活多样性，要让“苦读圣贤书”变成“学无止境，其乐无穷”。
1．游戏学习法
求知欲、兴趣和好奇心是智力发展的心理基础。当学生对学习的内容发生兴趣的时候，他们的思想就会活跃起来，记忆和思维效果就会大大提高。因此，课外延伸教学要开展地更有水准，需要专业教师的正确指导，教师可以在教学过程中大胆创新，采用游戏学习法,尽可能激发学生的兴趣和好奇心，从而调动学生的积极性和主观能动性。
比如在输入法学习中，指法练习和鼠标操作是必须掌握的内容。我们可使用具有游戏性质的学习软件，如金山打字精灵或乖乖熊和纸牌游戏等，由于电脑游戏具有极强的交互性、趣味性、挑战性，对学生来说更是挡不住的诱惑。在教学中大胆引入游戏，却不是仅以玩为目的，而把它作为激发学生兴趣和引导学生学习其它知识、技能的手段。又如网页设计、广告创意类的教学，教师可以自行设计一个新鲜有趣的半成品网页或广告，然后让学生以玩的方式展开想像，继续作品的创作。这样一来，易把学生带入一种神秘的世界，进入知识的殿堂，使他们的思维插上想像的翅膀，焕发出创新精神和创造力。
2．自学探究法
在计算机课外延伸教学的操作实践中,专业教师恰当地安排学生进行自学，有充分地时间让学生对所学的知识进行消化、吸收，帮助学生形成严谨务实的学习风气和奋进成才的理想。比如对于学习程序设计，我主张"实践->理论->再实践"的方式，在编程的初期,不管学生会不会写程序,都应先实践,（这里的实践是指编程工具操作方面的实践），学会操作编程工具.也许有些人会说:"废话!没有理论,又怎么实践?"不错，当你坐在一台电脑面前不知所措时,你就会想方设法使自己学会操作它,主动看书,看联机帮助,请教别人,忙得个"不亦乐乎",这不是变"被动"为"主动"了吗?边学习边操作,以实践来带动理论的学习，接着达到"理论与实践同步",就可闯过第一关,学会了编程工具的基本操作,可以为以后上机实践打下铺垫。可见,适当进行自学是非常有益的。
3．协作学习法
协作学习是指通过两个或两个以上的个体的合作，从事学习活动，互促学习，以提高学习成效的一种教学形式。一方面培养了学生的学习兴趣了，激发了学生的学习主动性；另一方面也便于学生按照自己的情况安排学习内容和进度，锻炼了学生的自学能力，培养了良好的学习习惯和团结协作精神。
在进行延伸教学的第一节课时教师不要急于展开教学，而是首先分组，将两人分为一小组，10个同学组成一大组，并告诉他们在学习过程中，必须互相配合，"三人行必有我师"，取人之长，补己之短，共同进步，在协作学习的方式下，学生感受到同学之间不仅仅是竞争的对手，也是促进学习的帮助者。
另外，可让高年级学生作为小组组长,组长的主要管理范畴:一是作为教师助手帮助小组成员进行上机实践操作；二是尽量把小组成员遇到的疑难问题反馈给老师；三是维护机房秩序，创造良好的学习环境。适时让高年级学生带领低年级学生学习计算机知识，不但会增加小组成员学习的信心，从羡慕至敬佩，继而转化为自己学习的动力，而且同时，会让有些学生消除紧张心理，让课外延伸教学活动开展得更加生动、活泼和丰富多彩。
4.组织竞赛法
为了进一步提高学生对计算机课外延伸教学的热爱，可有组织地进行技术竞赛，层层选拔优秀学生参加高一级的竞赛活动。这不仅是对该计算机课外延伸教学举办教育成果的一次检验，更促进了同学们的好学劲头。比如在宁海县第一届“LG”杯DiY大赛中，我校学生荣获冠军，在众目睽睽之下，短短时间内能将计算机各零散部件组装成顺利投入运行状态的计算机。又如，多次校内及校外其他单位出现计算机故障或缺少技术人才，于是组织学生以竞赛的方式来进行各软硬件的维修及杀毒操作或进行其他技术上的出助，这不仅给学生提供了实践操作的机会，还让课外延伸教育在校内及校外都造成了很好的影响，赢得了极佳的口碑。
总之，本人认为重视计算机硬软件设备建设、提升专业教师技术水平、做好延伸教学的准备工作和采用灵活多样的教学形式是搞好计算机课外延伸教学关键所在。只要学校、教师、学生共同努力，相信搞好计算机课外延伸教学，为社会输送更多的更好的计算机人才不会是一件难事。
参考文献：
[1]蔡皖东 计算机网络技术 西安电子科技大学出版社，1998年
[2]tanenbaumaS.计算机网络（第三版）清华大学出版社，2000年
计算机的组成教学设计篇9
关键词:考研;计算机组成原理;课程改革;教学方法
2009年以前计算机考试是各个学校自己命题,根据各个学校对考生的要求和学校老师的研究方向确定不同的考试科目。一般从数据结构、组成原理、操作系统、计算机网络这四门课中挑选两到三门来考。不同学校的试题难度相对不同学校的学生存在有非客观的因素。为使学生在计算机专业课考试中有一个客观的评价,教育部针对这个问题提出了统考科目。众所周知,计算机学科整个课程体系粗略可以分为软件理论和硬件理论两部分。“数据结构”是软件课程的基础,“计算机组成原理”是硬件课程的基石。在这两门课程的基础上,操作系统讲述的是如何使计算机展现给用户强大而易用的功能。随着网络应用的兴起,计算机网络运行基本原理也显得越发重要起来。因此,将这四门课被选定为计算机专业研究生入学考试考查的课程还是比较科学的。计算机专业考研统考给我们的计算机教学提出了新的要求。
1“计算机组成原理”考研大纲解析
1.1大纲考查目标
首先我们要知道考研大纲的考查目标,大纲中明确指出了课程的考查目标为:
(1)理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。
(2)理解计算机系统层次化结构概念,熟悉硬件与软件之间的界面,掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
(3)能够运用计算机组成的基本原理和基本方法,对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析,并能对一些基本部件进行简单设计。
1.2大纲解析
从大纲的考查目标以及近两年的真题中可以看出“计算机组成原理”课程的教学内容不仅要传授有关硬件设计的课本知识,更要重视理论知识与实践过程的结合,将知识综合灵活运用,重视学生综合能力和创新能力的训练和培养。本课程应该着重培养学生关于计算机硬件系统方面的3种能力:即计算机硬件系统的认知能力、设计能力与创新能力。课程主要通过对计算机各功能部件的组成及运行原理的分析、讲解和配套实验,培养学生对计算机硬件的系统级认知能力。通过对数据的机器表示、运算方法及运算部件的组成等知识点的讲解和实验,使学生掌握计算机的运算特征;通过指令系统的相关知识,使学生掌握计算机系统汇编级的结构特征和基本操作描述方法;通过存储系统的详细讲解和实验,使学生能从容量、速度和成本的角度理解多层次存储系统的组织结构和工作原理;通过CpU及控制单元的功能和结构的详细分析,结合指令执行控制的深入讲解和实验,使学生理解计算机系统指令执行的实质和控制单元的基本实现方法;通过总线、输入输出接口及外部设备等知识的讲解,使学生了解计算机系统内部、计算机系统与外部的交互方式。
2教学方法探讨
2.1教学内容设计
通过对大纲及其所涉及的知识点的分析来看,“计算机组成原理”考研大纲首先要求学生了解各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。也就是要求学生既能够从全局或宏观的角度掌握计算机硬件系统的整体结构和工作原理,又能从局部或微观的角度理解计算机各个部件的工作过程和交互方式。任课教师不但要使学生清晰地了解所学内容在课程知识结构中的位置以及和其他部分之间的关系,还要使学生对所学内容具有清晰的脉络和思路,这对学生全面地掌握本课程的知识具有十分重要的作用。因此,有必要研究并实践一种有效的教学模式,使学生从微观层面掌握课程知识单元、从宏观层面建立该课程知识体系,进而培养学生关于计算机硬件系统的认知能力、设计能力和创新能力[1]。
在实践中,我们从知识与能力两个层次,课堂与实验两个环节对“计算机组成原理”课程与实验体系进行了详细设计,采用自顶向下的教学思路,建立了一种从整体功能推进到局部组成、从微观实现抽象到宏观结构的层次化课程内容设计模式。通过提出问题、分析问题、分析功能需求、探讨解决思路、总结功能特征、介绍设计与实现细节的教学内容展开模式,分别对存储系统、计算单元、控制单元和输入输出系统的教学内容进行设计,贯彻局部组成体现整体功能、微观实现体现宏观结构的教学内容设计思路,同时突出“功能分析”和“结构设计”两条主线。
2.2教学方法
在实际教学过程中,有些学生,甚至老师认为各硬件课程之间的衔接并不紧密,互不相干。有的教师讲到的知识点如果用到了前导课程的知识,很多老师在这里就只是一笔带过,没有将前导课的知识点和本课程衔接和过渡起来,而知识之间的贯穿、联系去靠学生自己去领悟,这样的教学效果可想而知。因为课程与课程之间的联系内容对同学们对旧知识的加深和对新知识的理解起着非常重要的作用,教师明确将这种衔接和过渡告诉学生,学生才能在大脑里形成一个严密完整、一环扣一环的硬件体系[2]。
在培养学生对计算机硬件的系统级认知能力的基础上,我们通过对运算部件、存储系统、指令系统、控制单元、整机硬件系统的设计方法等知识的讲解,结合相应设计实验,培养学生对计算机硬件系统的理解和设计能力。在设计能力培养的具体方式上,可通过课堂讲授、课后练习、配套实验等形式分层次实现。如课堂讲授可重点介绍系统和部件的设计方法和设计过程等内容;课后练习可进行框架性设计;配套实验可围绕规范、典型的模型系统,从功能部件的实现开始,直至最终设计出一台具备基本运算能力和存储能力、支持有限指令集的计算机设备。从而达到验证功能部件和系统的功能,掌握必要的硬件描述语言、设计工具及仿真环境,体验计算机硬件系统的设计过程,掌握相关硬件设计技术与方法等目的。
课堂教学和实验应着力培养学生的创新意识和创新能力,在培养学生认知和设计能力的基础上,通过对计算机硬件系统不同阶段面临的问题及其技术发展的分析和探讨,体会在特定的技术条件下的创新思维;针对计算机硬件系统面临的新问题和新需求,结合新技术向学生介绍该领域的技术发展趋势,引领学生突破思维定势,以此培养学生的创新意识。通过集成计算机组成原理、操作系统、编译技术等课程知识内容的综合课程设计,培养学生的基本创新能力。
3教学方法实践
在教学中笔者还有意识地运用以下一些方法。
3.1多媒体教学
“计算机组成原理”传统的教学方法是采用粉笔加黑板的教学方式,教学手段单一。很多工作过程都发生在芯片内部,看不见也摸不着,内容很抽象,而且电路图、时序图也非常多。如果总是空讲或是单凭老师在黑板上画是远远不能满足授课需要的。要解决这个问题,就得充分利用现代的多媒体手段,上课的时候通过多媒体课件,使同学们有一个直观的、感性的认识,同时扩大学生的知识面。比如:要讲解CpU执行指令的时候,最好制作一个能反映CpU每一步工作流程的动画,动画生动地反映了计算机指令被执行的详细过程,指令如何流动,数据如何获取,结果如何存放。这样就能使同学们直观地获得感性认识,同时也加深了大家对理论知识的理解和记忆。
3.2启发式教学
启发式教学是指教师有意识地提出一些现象或问题去引导学生思考。例如,讲解加法器的时候引导学生思考:aLU内部有加法器,那么有减法器吗?教师进一步引导:补码出现的意义是什么,补码如何实现减变加?经过启发引导,学生把前后两个看似孤立的知识点有机联系在一起,构成完整的知识体系。
3.3类比教学
类比教学是在授课过程中将一些概念、策略和思想等与现实生活中的生动事例进行关联、类比。使学生更容易理解和牢固掌握教学内容、抓住关键思想。例如:为了便于理解指令寻址方式,用生活事例类比:你想找张三,如果张三与你在同一办公室,在办公室可直接找到他,这相当于立即数寻址;如果张三与你不在同一单位,但你知道他的家庭地址。根据地址到张三家可以找到他,这是直接寻址:如果你不知道张三的地址,但是你知道李四的地址,而李四知道张三的地址,可以通过李四找到张三,这就是间接寻址。再如,把存储层次中的映像规则与阅览室的位置分配进行类比;把局部性原理与衣柜里存放什么衣服以及电脑的桌面放什么图标相关联;把流水线技术与工业流水线进行类比等[3]。
还有在讲述计算饥存储系统时,学生对Cache在计算机系统中的作用不能准确把握,此时可以列举:假没学生要找一个同学的电话号码,一个途径是从整个城市的电活号码薄中去查,另一个途径是在自己随身携带的手机通讯录中去查,显然在手机通讯录中去查会快得多。这例子形象地说明了在Cache中获取数据会比在主存中获取数据更快,另外也说明了Cache的另一个特点:虽然存储容量有限,但所存储的信息是较常用的。又例如教学总线宽度的慨念,可借助于城市道路宽度来类比说明。
3.4根据教材内容补充最新的实用知识
计算机技术的迅速发展和教材的出版周期的不协调,使得教材中部分知识显得较老或过时,这也是造成学生学习兴趣不高的原因之一。因此,教学过程的每一环节,都尽量补充一些当前最新技术的发展情况和新型元器件的介绍。让学生不但能在该课程中学习到理论知识,还能开阔眼界并学习到实用的知识,从而有效提高学习积极性[4]。如:在讲述内存的存储单元工作原理和读写工作周期时,也可以补充一些与当前流行的计算机内存的相关知识,如SDRam、DDR、DDRii等,以及内存工作参数如pC150、DDR266、DDRii800等。又如:讲存储器时,也可以补充Rom、pRom、epRom、eepRom,使学生在比较中了解这几种存储器的区别和发展历史。在输入输出系统教学中,需要指出哪些技术和设备已经过时,让学生清楚了解输入输出系统的发展过程。同时补充一些当前最新的输入输出设备的发展、技术和性能,如U盘和串行硬盘存储系统、液晶显示系统等。由于这些最新的技术和产品是学生经常接触到的,相关知识容易吸引他们的兴趣,让学生清楚地理解教材内容究竟有哪些实际应用,可以让学生在学习理论知识的同时也学到一些与实践和应用相关的知识。这样,使学生对知识的记忆不再孤立,而能进行关联记忆,产生较好的教学效果。
4结语
总体来说“计算机组织原理”课程的难度还是较高,在计算机专业课里占到45分。在学习的时候要特别注意以下几点,第一要正确理解大纲的基本概念,掌握概念的一些要点;第二把概念和原理联系起来,不要孤立学习某一部分,要关联起来,因为计算机各个部件之间本来就是一个相互联系的整体;第三要把握重点、难点,主次分清。
以上是笔者在多年“计算机组成原理”教学改革摸索过程中的一些心得体会,归纳起来就是:通过合理组织硬件课程的知识内容,使它们详略得当,突出重点;充分结合实际,引入当前的许多实例来丰富学习的内容,提高同学们的学习兴趣;采用新的教学方法,使用多种教学工具充分调动同学们学习的积极性和主动性,提高学生对计算机组成的实际分析、设计和动手操作能力。通过以上这几个方面来提高课程的教学水平和教学质量,促进课程的建设与发展。在教授知识的同时,作为教师也应该不断学习提高,加强学科科研,立足教学,只有这样教师才能把“计算机组成原理”课程讲好,学生才能更加深入地理解和掌握课程内容,对考研大纲所要求的各个知识点才能更加融会贯通,当然也能够取得较为理想的考试成绩。
参考文献:
[1]刘旭东,熊桂喜.“计算机组成原理”的课程改革与实践[J].计算机教育,2009(7):74-76.
[2]杨振华.“计算机组成原理”课程改革探索[J].中国电力教育,2008(23):119-120.
[3]王志晓,夏战国,王凯.《计算机组织与体系结构》教学改革与探索[J].福建电脑,2009(2):213-214.
[4]王勇,黄贤英.“计算机组成原理”的教学方法[J].重庆工学院学报:自然科学,2008,22(3):167-170.
DiscussionofteachingmethodtotheprinciplesofComputerorganization
undertheenvironmentofnationalUnifiedexams
wanGDing-lei
(anyangnormalUniversity,anyang455002,China)
计算机的组成教学设计篇10
关键词：计算机组装与维护；教学改革；团队协作
中图分类号：G642文献标识码：a文章编号：1009-3044（2013）01-0119-03
随着计算机科技技术日新月异的飞速发展，个人计算机在我们大众生活中日益普及，给我们生活带来了很大的便利和巨大的作用。但随之而来也会出现各种各样问题，例如：计算机软硬件系统在兼容性上会出现不同的问题；以及计算机网络的广泛应用，每天要面临着计算机病毒和系统漏洞的威胁。虽然同学们可以在计算机上进行基本的操作和编写初步程序，但是当面临这些软硬件系统的故障时，由于缺少具体的实践机会和实际维修经验，他们显得茫然失措，各种问题随之而来[1-4]。
《计算机组装与维护》（简称《组装》）在我校是《大学计算机基础》基础必修课之后开设的一门旨在进一步提高学生计算机素养的素质教育选修课，该课程是《大学计算机基础》必修课的重要衔接和补充。本门课程的学时数为36学时，授课对象主要是面向全校选修过大学计算机基础课程的同学。通过本门课程的学习，学生可以系统地掌握计算机的硬件组装、软件安装、系统维护，并具备对微机常见故障诊断与维修的能力。该课程的特点是门槛较低，实践性强，更新速度快，涉及面广，可延展性强。然而在目前传统的教学模式下，由于受计算机组装与维护实验环境的限制，学生缺少的具体实践机会，教学效果不是很好，并不能很好地培养学生的创新实践能力，满足不了社会对综合性实用人才的需要[5-7]。
1目前教学现状与存在的问题
传统的《组装》教学模式和方法由于缺乏硬件设备的支持，往往偏重理论知识的系统介绍，对器件的发展构造、原理用途等进行枯燥地阐述，理论教学和实践教学脱节，无法提升学生的学习兴趣，也不能真正培养学生的实际动手能力[5-7]。为了保证教学效果，本门课程如果采用理论和实践的教学模式，需要配套建立组装与维护实验室。因为计算机组装与实验机房的建设对设备材料的要求比较高，为了保证教学效果，需要提供大量的设备。而计算机硬件设备经过反复拆装，设备的故障率比较高，实验室管理工作量很大。因此在一般的高校里面，按照“理论+实践”这种教学模式开设本门课程，还不是很多。
各种新技术的出现，加速了计算机的硬件设备和软件系统的更新速度，而随计算机设备更新配套的教材和资源库的建设相对滞后很多[8]。现有的教材和资料知识体系相对陈旧，类似于视频文件形式的其他多媒体教学资源不是很充足和新颖，因此展现给学生的信息量不是很丰富和生动，难以提高学生的学习积极性。同时，学生的兴趣、基础知识、操作技能差别很大，如何针对这种差异性，采用何种教学手段提高教学效果，是授课老师面临着的重要挑战。
2教学模式改革探讨
2.1教学方式改革
针对传统教学模式的弊端，我们提出“理论+实践”的教学模式：以互动教学为理念，网络教学为辅助，项目驱动教学为线索，团队协作精神为灵魂。首先利用基础中心已有资源，进行优化再利用，实现了教学资源的整合与共享，组建计算机组装与维护实验室，分为硬件拆装区和系统安装区，为教学模式的开展提供场地保障。在教学方式上，我们尝试互动教学方式，改变传统教学方式上学生被动的地位。教师主要是设计和控制教学过程，提供学习建议和指导。根据所面向学生的不同特点和专业要求，以及针对不同的教学内容采用不同的组织方式：对理论性较强的内容以课堂教学为主；对实践性强的部分，采用动手操作实验方式；对知识性方面的内容以学生自学为主，同时让学生充分利用网络资源进行启发式、讨论式、研究式的自主学习，在教学中给学生提供多样化的探索空间，鼓励他们进行个性化发展。这样学生从理解和接受式的被动学习转变成探索和研究式的自主学习。
2.2教学内容改革
课程改革的核心是课程体系之组织与安排，我们采用基于项目驱动教学法对《计算机组装与维护》课程教学体系进行改革，以具体的实验项目为载体，把所有相关的教学内容融入到四个教学情境中：计算机拆卸与组装、计算机选型与配置、计算机系统安装备份及优化配置、计算机维护与维修，然后按照这条主线细分为12个项目，具体内容如表1所示。按照学生对计算机的一般认识规律，引导学生完成项目实施的全过程。
在项目1的“课程开篇导读”模块中，教师首先介绍组装课程的整体规划与进度安排，让同学们对课程有个整体认识与了解，随后参观计算机硬件配件的展示区，学习计算机发展史，增强学习本门课程的兴趣。在互动教学模式下，学生填写计算机组装课程学习调查表，反馈计算机基础知识背景，最想学习的知识和最喜欢的教学模式等内容，增强师生互动，拉近师生距离，这样为后期的因材施教和课程项目调整提前做好准备。项目3的“微型计算机硬件部件市场调研”的亮点是：调动学生积极性参加市场调查和社会实践，跟踪计算机的软硬件市场最新行情，从市场中学习，从实践中学习。学生首先在网上了解计算机整件和散件市场行情，熟悉计算机各个部件的性能指标，然后到周边的电脑市场做社会实践调查，了解计算机配件的最新产品和采用的最新技术，回来以后做总结，写成社会实践报告。在适当的时候，给同学提供发言机会，交流他们的心得体会。通过这种形式，让学生了解最新的计算机主流硬件技术发展方向和技术指标，满足社会对综合性实用人才培养的需要。其他的实验项目的设计按照由浅入深、循序渐进和前后照应的思路，让学生逐步提升他们分析问题和解决问题的能力，逐步提高他们的综合素质。
2.3实践教学过程改革，分层次和分组教学
由于本门课程是全校公选课，不同专业和年级的学生都可以选修本门课程。同学们对计算机知识掌握的程度参差不齐，起点不一样，差别很大，如果按照统一的模式教学，将不能适应这种教学情况。因此在本门课程，采取分层次教学。对于高起点的学生，按照创新人才培养培养模式，对学生的要求较高一点，鼓励他们多参加社会实践，学会解决多种情况下的计算机软硬件故障。部分同学自发组成电脑维修小组，利用课余时间免费为别人维修电脑，通过理论联系实际，让他们在实践中了解新问题，培养他们独立解决实际问题的能力。而对于底起点的学生，要求稍微低点，主要要求他们掌握基本的知识，在社会实践中主要参与回答电脑咨询和市场行情调查相关事宜，提高他们参与活动的积极性。
实验环节，由于需要指导学生拆装电脑，如果学生的人数过多，老师往往指导不过来，教学效果达不到要求。针对这种情况，充分发挥优秀同学的积极性，让他们竞选组长，采取组长负责制，然后按照不同的专业和层次的组队原则，分成不同小组，每组4人，团队协作完成实验项目，加强了团队协作和创新实践能力的培养。学生在本门课程学习的过程中，学会与人相处，取长补短，在分工合作中培养了团队意识。通过团队成员的帮传代作用，在潜移默化的过程中，逐步提高计算机操作水平。为了提高他们学习和参与的积极性，在组装计算机软硬件的过程中，可以根据具体实验项目安排小组之间竞赛，丰富了课堂教学环节。这样，不仅培养学生的团结协作能力，同时使每个个体得到充分发展。
2.4考核模式改革
传统的教学考核模式主要以期末卷面考试为主，考核的是计算机软、硬件的基本概念，不能考核学生的综合素质。因此，我们把这门课程定位考查课，改变传统的考核模式，既不同于期末一次性纸质考试，也不同于大作业的提交，而是采用过程考核模式，从课程初始阶段即明确课程学习所需完成的任务，形式灵活多样，如实验报告、市场调研、分组讨论、成果展示、课程答辩等等。
本课程实践性、操作性强，因此取消了理论考试，突出在实践中学习，在实践中考核，培养学生解决实际问题的能力，与此相关，制定出相应的考试标准。具体的考核模式为：通过期末考查，结合平时作业和实验作业来综合评定学生的成绩。期末考查：通过综合能力考核与测试，记录学生的综合成绩，成绩占50%，要求学生当场提交实验结果。平时成绩占50%，主要依据为平时作业及平时考勤。平时上课时，教师应认真检查和记录，给出科学合理的平时成绩。平时的实验项目以案例驱动为主进行设计，在完成实验项目以后，提交实验结果和实验报告。对于综合性的实验项目，采用现场考核模式，计入平时成绩。这样以来，学生的兴趣提高，课堂出勤率高，完成实验的认真程度很高，期末提交作品的质量很高。
3结束语
本门课程是我校于2009年新开设的一门素质教育选修课，经过多年的课程建设和教学改革实践，深受同学们的重视和欢迎，形成了“抢选”、“旁听”等热烈的教学效果。通过以上教学模式改革与实践，学生上课的热情高涨、气氛活跃、兴趣浓厚、积极回答问题，出勤率提高；在实践教学环节，学生积极思考、善于发现问题和解决问题，在提高动手实践能力的同时，加强了与人相处和团队协作能力的培养，效果很好。当然，教学过程中还有许多新的问题需要解决，例如硬件拆装的计算机主要是台式计算机，设备的配置相对过时；随着笔记本电脑在大量普及，学生渴望了解关于笔记本电脑方面的更多知识。针对这种情况，在以后的教学中继续不断总结经验，不断提高学生解决实际问题的能力。
参考文献：
[1]郝心耀.从《计算机组装与维护》教学谈公选课的改革[J].科技信息，2010（34）.
[2]张世伟.浅谈计算机组装与维护课的教学模式[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2007.
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[4]张错玲，张佑生，张健.《计算机组装与维护》教学改革的收获与体会[J].中国科技信息，2010（1）.
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[6]陶建平.“计算机组装与维护”实验内容和考核方式的改革[J].计算机教育，2008（19）.