談抽象知識點示例化教學(xué)過程
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了談抽象知識點示例化教學(xué)過程范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
摘要：教學(xué)知識點的抽象性使其對學(xué)生來說是不易理解、不宜學(xué)習(xí)的。本文以《計算機組成原理》為例探討把抽象知識點進行示例化展示的方法，實現(xiàn)直觀、形象和生動地講述抽象知識點，達到提高學(xué)生理解能力和學(xué)習(xí)興趣的目的。
關(guān)鍵詞：計算機組成原理；抽象；示例化
1引言
抽象性是計算機理論課程的基本特點。理解抽象的概念或原理，常常需要借助更為直觀的手段和材料。利用具體的實例來呈現(xiàn)抽象的教學(xué)內(nèi)容，就是一種重要的直觀教學(xué)手段。所謂示例化教學(xué)法，就是通過一些經(jīng)典的示例展示來輔助教學(xué)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過學(xué)習(xí)、掌握、模仿、提高等環(huán)節(jié)，逐步引導(dǎo)學(xué)生在理論學(xué)習(xí)中步步扎實，層層遞進，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力[1]。示例教學(xué)法能夠充分利用有效的課堂時間，實例化展示，拓展學(xué)生的知識面，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和創(chuàng)新意識，活躍學(xué)生的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與動手能力，從而提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量，達到理論教學(xué)與實際相結(jié)合、易學(xué)易懂的目標要求?！队嬎銠C組成原理》課程是計算機專業(yè)本科階段極其重要的核心課程，內(nèi)容多、學(xué)習(xí)難度大，多年來一直被認為是既難教又難學(xué)的課程[2]。它的主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生能系統(tǒng)而完整地理解計算機硬件系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，通過實驗課程的操作訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生對計算機硬件結(jié)構(gòu)分析、應(yīng)用、設(shè)計的能力，在整個專業(yè)課的教學(xué)過程中，它起到了承上啟下的作用[3]。該課程由于具有內(nèi)容較多且抽象、知識面廣、難度大的特點，學(xué)生通常對所學(xué)的知識點及概念理解不透徹，無法將所學(xué)理論原理與實際應(yīng)用聯(lián)系在一起。因此如何將抽象教學(xué)內(nèi)容采用示例進行展示，讓學(xué)生有更直觀的感觀是教學(xué)實踐中應(yīng)該考慮的問題。本文通過對《計算機組成原理》若干抽象知識點的解析，指出在本課程教學(xué)中遇到的一些典型問題，并探討該課程的教學(xué)設(shè)計方法。
2存在的主要問題
《計算機組成原理》課程教學(xué)一直以理論教學(xué)為主，少量實驗教學(xué)為輔。比如對河南工程學(xué)院計算機專業(yè)來說，《計算機組成原理》總課時64，其中理論課時56，實驗課時8。學(xué)生學(xué)習(xí)過程難度較大，教學(xué)效果不理想。許多教材理論性較強，內(nèi)容陳舊且知識覆蓋面窄，缺乏與前沿技術(shù)的結(jié)合，教材中的知識點多且雜，學(xué)生對課程不感興趣[4]。另外大多教材配套的課件都是書本章節(jié)內(nèi)容的簡單羅列，內(nèi)容缺乏多樣性，且比較空洞，對抽象和重要的知識點理解幫助不大，實質(zhì)性使用價值也不大，很難調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！队嬎銠C組成原理》課程屬于硬件課程范疇，表面上看，硬件是能夠看得見摸得著的物理實體，但由于該課程的特殊性，要求深入到物理實體的內(nèi)部或者組件的內(nèi)部去了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理解其工作原理[5]。因此該課程所涉及的大部分內(nèi)容，比如控制器的功能、運算器的原理、信息的存儲、指令的執(zhí)行等知識對大多數(shù)學(xué)生來說都是抽象的，不易理解的。鑒于以上在《計算機組成原理》教學(xué)中的主要問題以及教師在教學(xué)中的重要作用，思考在教學(xué)實踐中如何將抽象的教學(xué)內(nèi)容采用示例進行展示，從而讓學(xué)生有更直觀的感觀。本文以《計算機組成原理》中“SRAM存儲芯片存儲矩陣”以及“Cache與主存地址映射”兩個知識點為例，通過把抽象的知識點示例化來探討《計算機組成原理》的教學(xué)過程設(shè)計。
3示例化教學(xué)過程設(shè)計
由于河南工程學(xué)院以唐朔飛編著的《計算機組成原理》作為本科授課教材，因此本文也以該教材中的內(nèi)容為基礎(chǔ)，針對該教材中相關(guān)知識點的講述，探討計算機組成原理的教學(xué)過程設(shè)計。
3.1SRAM存儲芯片存儲矩陣
在對該抽象知識點進行講述時，按照以下步驟進行示例展示。（1）對SRAM的基本電路單元進行簡化，如圖1（上）所示。行地址選擇和列地址選擇同時有效表示SRAM存儲元處于“可操作”狀態(tài)；讀寫控制線控制對存儲元的讀寫操作；數(shù)據(jù)線用于數(shù)據(jù)輸入或者讀出。圖1（上）可以直觀地說明SRAM基本電路單元所具有的功能，并為SRAM存儲芯片存儲矩陣的構(gòu)成提供基礎(chǔ)。由于數(shù)據(jù)線及讀寫控制線對“SRAM存儲芯片存儲矩陣”構(gòu)成沒有影響，因此在介紹該知識點時可以對圖1（上）進一步簡化為圖1（下）。本文在以下描述中，為了降低示例的復(fù)雜度，都采用圖1（下）的形式，文字部分不再標注。（2）SRAM存儲芯片容量表示為存儲單元數(shù)目*存儲單元字長形式，設(shè)為M*N。則所需SRAM存儲元的數(shù)量為MN個。采用重合法盡量減少選擇線數(shù)目，把MN個存儲元，分布在長寬為（MN）1/2構(gòu)成的矩陣上，如圖2所示。（3）每行中各個SRAM存儲元的行地址選擇相連，簡稱行線；每列中各個SRAM存儲元的列地址選擇相連，簡稱列線，如圖2所示。（4）對列線進行重分配，按存儲單元字長N進行合成，形成共用列線，如圖2所示。（5）在行列兩個方向進行譯碼，形成SRAM存儲芯片存儲矩陣，如圖2所示。
3.2Cache與主存地址映射
以“Cache與主存地址映射”中直接映射方式為例子，在對該抽象知識點進行講述時，按照以下步驟進行示例展示。示例中Cache中存儲單元數(shù)目為8，主存中存儲單元數(shù)位為32，塊大小為2個存儲單元。（1）分別以存儲單元和塊為單位，對Cache和主存進行編址，得到存儲單元地址和塊地址，發(fā)現(xiàn)塊地址為塊中所包含存儲單元地址的高位。如圖3中標號①所示。（2）依據(jù)直接映射原理，Cache塊與主存塊對應(yīng)關(guān)系如圖3標號②所示。發(fā)現(xiàn)Cache塊號為對應(yīng)主存塊號的低位，如圖3標號③所示。（3）在圖3標號②區(qū)域，每個Cache塊對應(yīng)了4個主存塊。需要確認Cache塊與裝入Cache中的主存塊之間的關(guān)系，因此為每個Cache塊增加“標記”部分。通過觀察圖3標號②發(fā)現(xiàn)，對任意Cache塊號來說，其映射的主存塊號的高位部分是唯一的，如圖3標號④所示。因此該部分可以作為“標記”使用，如圖3標號⑤所示。（4）總結(jié)（1）、（2）、（3）可以直觀地發(fā)現(xiàn)在直接映射方式下對主存地址格式分為標記、Cache塊號及塊內(nèi)地址三部分。
3.3總結(jié)
《計算機組成原理》課程通過從內(nèi)部及底層剖析電子計算機的基本組成及其工作原理，使學(xué)生能夠掌握計算機主要硬件系統(tǒng)的基本設(shè)計思想，并培養(yǎng)計算機系統(tǒng)觀點，從而教授學(xué)生的計算思維設(shè)計方法和解決實際數(shù)字系統(tǒng)問題的能力。在課程的教學(xué)活動中，講授計算機基本組成和工作原理的同時，恰到好處地運用示例化教學(xué)，注重將所學(xué)的理論知識與實踐應(yīng)用相結(jié)合，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，能夠使學(xué)生對抽象的理論產(chǎn)生較強的興趣，起到幫助理解、啟發(fā)思維、防止遺忘、化簡難點、促進創(chuàng)新、提高自主學(xué)習(xí)和活躍教學(xué)氣氛等作用。通過近幾學(xué)期課程教學(xué)方式的改革與實踐，提高了課程的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，對培養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計能力和系統(tǒng)思維能力起到了積極的作用，教學(xué)效果良好。
4結(jié)束語
《計算機組成原理》是一門理論抽象但實踐又很強的課程。要提高該課程的教學(xué)質(zhì)量需要在理論教學(xué)和實踐教學(xué)的內(nèi)容和方式上進行不斷地研究和總結(jié)。對抽象的理論進行示例化展示，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)上看到不僅僅是抽象的理論，而是形象、生動、直觀的展示，對于提高學(xué)生的理解能力，提高學(xué)習(xí)效率都有很好的幫助。隨著當今計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展，《計算機組成原理》課程的教學(xué)方法仍然還有很多工作需要去探究和實踐。如何更好地在實際教學(xué)中對教學(xué)過程進行設(shè)計還需要不斷地深入與探討。只有不斷改革、不斷總結(jié)才能有效地提升教學(xué)質(zhì)量，滿足學(xué)生日益增長的專業(yè)求知需求。
參考文獻
[1]劉建偉,袁慶生,等.示例教學(xué)法在計算機實驗教學(xué)中的應(yīng)用.電腦知識與技術(shù),2013,20(28):6336-6337
[2]蔣宗禮.高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實施方案.北京:高等教育出版社,2009
[3]王金祥.啟發(fā)式教學(xué)在計算機組成原理教學(xué)中的應(yīng)用.科技信息,2011,28(31):286
[4]姚愛紅,武俊鵬,等.“計算機組成原理”教學(xué)改革實踐.計算機教育,2013,11(2):9-13
[5]唐朔飛,劉旭東,等.“計算機組成原理”課程教學(xué)實施方案.中國大學(xué)教學(xué),2010,32(11):42-45
作者：李華 李松陽 張順利 單位：河南工程學(xué)院計算機學(xué)院