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摘要：《計(jì)算機(jī)組成原理》在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的課程體系中起到了承上啟下的作用，這套改革方案將這門(mén)課的重要性展現(xiàn)出來(lái)的同時(shí)還降低了這門(mén)課的教授難度，讓學(xué)生更加容易掌握課程并形成一定的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)、自主學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教師利用線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)的教學(xué)方式教授理論課程，可以有效地提高課堂的質(zhì)量，幫助學(xué)生答疑解惑。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)課程中穿插使用Proteus等方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，能有效地解決傳統(tǒng)使用實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)課場(chǎng)地、設(shè)備等的限制帶來(lái)的困擾。本文通過(guò)調(diào)查學(xué)生課程滿(mǎn)意度證明了該教學(xué)方案在實(shí)踐中效果較好。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;計(jì)算機(jī)組成原理;自主學(xué)習(xí)理論實(shí)踐結(jié)合;應(yīng)用型本科

《計(jì)算機(jī)組成原理》介紹了計(jì)算機(jī)的五大部件及其工作原理和設(shè)計(jì)方法等知識(shí)點(diǎn)。其作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的關(guān)鍵課程，為后續(xù)開(kāi)設(shè)課程鋪墊了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，同時(shí)也是為了培養(yǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)認(rèn)知和設(shè)計(jì)以及能快速入門(mén)新型技術(shù)等需求的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才為目的而開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)課程，充分體現(xiàn)了《計(jì)算機(jī)組成原理》一門(mén)課程的重要性。為了達(dá)到這一目的，國(guó)內(nèi)許多高校執(zhí)行了針對(duì)《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的教學(xué)改革活動(dòng)并取得了不錯(cuò)的成效。這種方式極大地提升了學(xué)生的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，也體現(xiàn)了該課程創(chuàng)新改革的必要性。在如今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求下，大量的高校正向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型，社會(huì)需求與家長(zhǎng)學(xué)生的需求產(chǎn)生了較大的分歧（如圖1所示），社會(huì)需求更注重技能型人才而學(xué)校的教育方式更傾向于于學(xué)術(shù)型人才。在這樣的性質(zhì)下，需要在教學(xué)中注重理論與實(shí)踐的結(jié)合并符合行業(yè)需求，注重理論在實(shí)踐中的應(yīng)用技巧、能力的培養(yǎng)。

一、課程教學(xué)重難點(diǎn)

明確課程教學(xué)重點(diǎn)是制定人才培養(yǎng)方案和實(shí)施教學(xué)方案改革的重要前置步驟?！队?jì)算機(jī)組成原理》課程開(kāi)設(shè)在應(yīng)用型本科中?！队?jì)算機(jī)組成原理》其在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)中的重要地位。該課程中體現(xiàn)的計(jì)算機(jī)是具備了表達(dá)、計(jì)算、儲(chǔ)存以及其他形式信息處理能力的復(fù)雜系統(tǒng)。所以在這門(mén)課程的教授中要有基本的理論知識(shí)，也要有培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)軟硬件等“解決問(wèn)題”的能力。

二、教學(xué)方案改革措施

針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)方案在企業(yè)、學(xué)校的情況可以進(jìn)行大致的方案歸類(lèi)，如圖2所示，根據(jù)這些方案可以有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)改革。布置任務(wù)理解任務(wù)提示要點(diǎn)團(tuán)隊(duì)工作教學(xué)指導(dǎo)成果展示成果點(diǎn)評(píng)企業(yè)考核教師評(píng)價(jià)學(xué)生圖2教學(xué)流程方案常見(jiàn)的方案離不開(kāi)以一個(gè)特定的CPU、特定的OS、特定的編譯器在比較同意的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上以MIPS或者ARM指令集為學(xué)生建立系統(tǒng)的觀念，讓學(xué)生能夠?qū)⒁酝鶎W(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)聯(lián)系起來(lái)達(dá)到理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念、完善知識(shí)體系的目的。通常還結(jié)合教材讓學(xué)生能在掌握底層的原理機(jī)制之后能夠?qū)τ龅降挠?jì)算機(jī)頂層新問(wèn)題能有較好的解決思路，進(jìn)而利用這些原理機(jī)制寫(xiě)出更高效的程序。1.課堂方式改革作者:單位:在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新元素幫助課堂教學(xué)的時(shí)代里面，線(xiàn)下教學(xué)已經(jīng)不能只以理論化的方式來(lái)教學(xué)了。結(jié)合線(xiàn)上、線(xiàn)下的教學(xué)和討論的新教學(xué)模式能夠較好地解決學(xué)生預(yù)習(xí)難的問(wèn)題，如圖3所示。線(xiàn)上的教學(xué)主要通過(guò)短視頻的形式。使用能夠體現(xiàn)當(dāng)堂課知識(shí)大綱和重點(diǎn)的短視頻，能夠讓學(xué)生能夠在開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)最有興趣的幾分鐘到十幾分鐘內(nèi)解決向?qū)W生介紹本堂課的重點(diǎn)、讓學(xué)生了解本堂課的講課大綱走向、讓學(xué)生清楚自己在學(xué)習(xí)什么等問(wèn)題。而課堂的內(nèi)容應(yīng)更多地用于復(fù)習(xí)、拓展和討論，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自主思考能力的目的。2.教學(xué)方法改革作者:單位:因?yàn)椤队?jì)算機(jī)組成原理》課程內(nèi)容抽象并且較多復(fù)雜的電路圖、時(shí)序圖，故為了達(dá)到提高教學(xué)效果的目的，可以使用多媒體教學(xué)把所需的硬件圖等內(nèi)容做成動(dòng)態(tài)效果使用PPT展示出來(lái)，這樣可以將課程內(nèi)容中各種原理、過(guò)程等通過(guò)多彩和有吸引力的畫(huà)面展現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生直觀地理解各個(gè)部分工作的原理以及整機(jī)運(yùn)行的機(jī)制等抽象的知識(shí)。在教授課程時(shí)多講解課程內(nèi)容與其他課程的關(guān)系以及和該課程如何做到課程上的承上啟下的，讓學(xué)生在清楚結(jié)構(gòu)之后更能真正理解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制。3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革作者:單位:為了學(xué)生可以不受限制地熟悉所學(xué)內(nèi)容，可以考慮實(shí)驗(yàn)課程在使用仿真試驗(yàn)箱進(jìn)行課程時(shí)穿插采用Proteus等仿真軟件，這樣可以極大地減少學(xué)生將自主想法實(shí)踐出來(lái)的難度，又可以使用這類(lèi)軟件對(duì)課堂的知識(shí)及時(shí)預(yù)習(xí)、回顧，保障了學(xué)生的課程效果。在實(shí)驗(yàn)課程中，對(duì)于模仿驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)而言，學(xué)生按照預(yù)定的流程步驟完成就可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果跨度到自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)將會(huì)出現(xiàn)學(xué)生難以理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容目的、無(wú)法動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，可以在前期的獨(dú)立部件實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分解并且建立準(zhǔn)確評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)效果的評(píng)估體系。

三、人才培養(yǎng)實(shí)施方案

課程方案改進(jìn)。針對(duì)教學(xué)改革措施中提到的教改需要達(dá)到的各種效果，課程大致可以進(jìn)行如下方式修改：（1）運(yùn)算部件的教學(xué)中為了達(dá)到讓學(xué)生可以設(shè)計(jì)一個(gè)CPU的課程目的還應(yīng)該著重講解標(biāo)志位的加法器。（2）在講解指令系統(tǒng)部分時(shí)添加匯編及反匯編的過(guò)程詳解，同樣可以達(dá)到提高學(xué)生興趣的目的。（3）主要是在講解儲(chǔ)存器體系結(jié)構(gòu)的部分時(shí)注意結(jié)合實(shí)際的C語(yǔ)言程序講解程序訪問(wèn)的局部性和高速緩存命中率等重點(diǎn)。（4）實(shí)驗(yàn)課程考慮在運(yùn)算方法和運(yùn)算器一章節(jié)中添加Proteus的仿真實(shí)驗(yàn)。Proteus仿真實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容具體包括一位全加器、行波進(jìn)位加法器、行波進(jìn)位減法器、BCD碼加法器、74LS181驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、兩片74LS181構(gòu)成8位運(yùn)算器等實(shí)驗(yàn)。

四、成效和結(jié)束語(yǔ)

為了檢驗(yàn)該方案的教學(xué)效果，這里對(duì)計(jì)算機(jī)Ⅰ班和計(jì)算機(jī)Ⅱ班兩個(gè)教學(xué)班分別使用了教學(xué)改革前的教學(xué)方案和教學(xué)改革后的教學(xué)方案，調(diào)查結(jié)果顯示使用改革后的教學(xué)方案的Ⅱ班較不使用改革教學(xué)方案的Ⅰ班學(xué)生滿(mǎn)意度高出約20%。該課程是對(duì)實(shí)際的機(jī)器的理論知識(shí)補(bǔ)充，對(duì)改革也應(yīng)該采用實(shí)際的應(yīng)用相結(jié)合的方式，才能讓課程教學(xué)和效果更加適合當(dāng)今社會(huì)的技術(shù)發(fā)展。

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作者:陳錦煌 陳釗淇 劉志洋 單位:中山大學(xué)新華學(xué)院