計算機組成原理課程實驗教學分析

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摘要：針對計算機組成原理課程理論性強，抽象，學習難度大等問題，闡述對該課程實驗教學環(huán)節(jié)的教學設(shè)計以及實踐措施，探討使課程教學的理論和實踐緊密結(jié)合的具體實現(xiàn)方式。從實驗課程的理論教學內(nèi)容的設(shè)置、實驗教學內(nèi)容的設(shè)置，實驗教學過程的設(shè)計以及實驗教學方法等方面，對實驗課程的內(nèi)容和教學方式進行介紹，并結(jié)合實驗教學的效果進行了歸納總結(jié)，以期為計算機組成原理實驗的教學提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；實驗教學；教學內(nèi)容；教學過程；教學實踐

1問題的提出

《計算機組成原理》課程是高校計算機相關(guān)專業(yè)本科生必修的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個專業(yè)課程中具有重要的地位。進行年來，計算機技術(shù)無論在軟件還是在硬件方面都得到了飛速的發(fā)展，計算機系統(tǒng)在人們生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域都得到了越來越多的應(yīng)用?！队嬎銠C組成原理》課程為這些應(yīng)用提供了必不可少的基礎(chǔ)理論。然而，我們不得不面對這樣一個實際情況，那就是《計算機組成原理》課程偏向于計算機硬件，其理論性強，抽象，學習難度大。而我校的教學定位于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，因此，計算機相關(guān)專業(yè)的學生普遍存在著重視軟件相關(guān)知識的學習，而輕視硬件相關(guān)知識的學習的心理及現(xiàn)狀。如何通過課程實驗教學的合理組織與安排，達到提高學生學習的主動性，培養(yǎng)學生學習的興趣，提高課程教學的效果的目的，是一個需要迫切解決的問題。本文結(jié)合課程理論教學的實踐，從實驗課程的理論教學內(nèi)容的設(shè)置、實驗教學內(nèi)容的設(shè)置，實驗教學過程的設(shè)計以及實驗教學方法等方面，對實驗課程的內(nèi)容和教學方式進行介紹，并結(jié)合實驗教學的效果進行了歸納總結(jié)，以期為《計算機組成原理》課程實驗教學提供思路和借鑒。

2課程理論教學內(nèi)容的設(shè)置

《計算機組成原理》課程的教育目標定位于使學生掌握單CPU計算機的組成原理與內(nèi)部運行機制，包括計算機系統(tǒng)的基本組成與結(jié)構(gòu)，計算機硬件的功能部件的組成及工作原理，為學習理解高級語言編寫的程序如何被執(zhí)行的過程和原理提供理論基礎(chǔ)。具體教學要求如下：1)理解各大部件互連構(gòu)成整機系統(tǒng)的技術(shù)以及計算機系統(tǒng)的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。2)理解單CPU計算機的完整硬件組成、基本運行原理、內(nèi)部運行機制。3)能夠運用計算機組成的基本原理和基本方法，對有關(guān)計算機硬件系統(tǒng)中的理論和實際問題進行計算、分析，并能對一些基本部件進行簡單設(shè)計。4)在知識、能力兩方面都得到提高。課程理論課的教學內(nèi)容按照馮•諾依曼結(jié)構(gòu)劃分，包括：1)計算機中的數(shù)據(jù)表示和運算方法，包括：定點數(shù)的表示和運算、浮點數(shù)的表示和運算；2)計算機中的運算器部件，包括：算術(shù)邏輯單元、定點運算器結(jié)構(gòu)、浮點運算器結(jié)構(gòu)；3)存儲系統(tǒng)，包括：存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、主存儲器、高速緩沖存儲器、其他形式的高速存儲器、虛擬存儲器系統(tǒng)、輔助存儲器；4)總線，包括：總線信息傳輸、總線的工作方式、總線仲裁、總線標準；5)指令系統(tǒng)，包括：指令格式、尋址方式、指令類型；6)控制器，包括：控制器的功能和基本結(jié)構(gòu)、指令的執(zhí)行過程、微程序控制器、硬布線控制器；7)輸入/輸出系統(tǒng)，包括：外圍設(shè)備、輸入/輸出接口、輸入/輸出信息傳送控制方式。

3課程實驗教學內(nèi)容的設(shè)置

實驗教學內(nèi)容按照理論教學進程安排，以單元實驗為主，每一章節(jié)的理論教學內(nèi)容都對應(yīng)安排相應(yīng)的實驗教學內(nèi)容，并再最后安排一次貫穿課程全部內(nèi)容的綜合性實驗內(nèi)容。驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗的構(gòu)成比例為4：3：1。實驗內(nèi)容與理論教學內(nèi)容緊密結(jié)合，目的是加深學生對理論知識的理解。同時，通過合理地安排實驗教學過程，培養(yǎng)學生的基本設(shè)計能力和實踐能力。通過合理的設(shè)計教學內(nèi)容和形式，既幫助學生對計算機硬件系統(tǒng)的各組成部分的結(jié)構(gòu)原理和工作過程有了充分的理解，又提高了學生的學習興趣，取得了良好的教學效果。

4實驗教學過程的設(shè)計與實驗教學方法

不同實驗性質(zhì)的實驗內(nèi)容采用不同的教學過程的設(shè)計和教學方法。1)驗證性實驗的教學過程和教學方法驗證性實驗的教學過程包括：學生課前預(yù)習，實驗課前檢查→實驗內(nèi)容及要求的講解→實驗原理的講解及實驗芯片的介紹→操作步驟講解及示范→學生動手實驗，教師個別輔導(dǎo)答疑→實驗驗收，評定驗收成績。2)設(shè)計性實驗的教學過程和教學方法設(shè)計性實驗的教學過程包括：學生課前預(yù)習，實驗課前檢查→實驗內(nèi)容及要求的講解→課程理論教學相關(guān)原理的回顧→實驗方法的講解→學生進行實驗過程的設(shè)計→學生設(shè)計成果檢查→學生動手實驗→教師實驗總結(jié)→實驗驗收，評定驗收成績。3)綜合性實驗的教學過程和教學方法綜合性實驗是將前面幾個實驗中的單元電路組合在一起，構(gòu)成一臺簡單的模型計算機。使用的單元電路主要包括運算器、存儲器，以及微程序控制器。實驗?zāi)Ｐ蜋C是用微程序控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通路的控制，通過執(zhí)行由機器指令組成的簡單程序體現(xiàn)模型機的功能。其教學過程包括：學生課前預(yù)習，實驗課前檢查→實驗內(nèi)容及要求的講解→課程理論教學相關(guān)原理的回顧→模型機工作原理以及操作步驟的講解→操作示范→學生動手實驗，教師個別輔導(dǎo)答疑→實驗驗收，評定驗收成績。最后，通過驗收成績和實驗報告成績，綜合給出課程實驗成績。

5結(jié)束語

近五年的教學實踐表明，《計算機組成原理》實驗教學調(diào)動了學生做實驗的積極性，使學生在實驗過程中能主動上手，將抽象的理論知識進行了具體又直觀的展示，使理論教學內(nèi)容得到了形象化和具體化，有利于理論內(nèi)容的消化理解，有效地提高了學生分析問題、解決問題以及動手實踐的能力。

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作者：李靈華 單位：大連民族大學計算機科學與工程學院