计算机创新教学模式的探讨

摘　要：以体系结构、课程设计、作业辅导三个创新点为切入点，以《计算机组成原理与体系结构》课程为例分享了计算机类课程教学改革的效果与经验，结合实践教学过程，探讨了改进后的教学模式所具备的优点与特色，提供了一些新的教学设计理念。

关键词：教学模式；创新；MIPS；ALU；组成原理
引言
　　《计算机组成原理》是计算机专业的核心课程，是先导课与后续课之间的重要衔接课程，在计算机专业中具有重要地位，但由于其内容多接近于计算机的底层硬件，属于技术类课程，经常会让学生在学习过程中感到课程内容抽象、枯燥，学习难度过大，不像语言类课程那样容易上手，因此，学生也缺乏学习的兴趣和动力。
　　针对此种现象，从三个创新点入手，对《计算机组成原理》课程教学进行了大胆的尝试和改进，获得了良好的教学效果。尤其是将此项教学改革应用在基础较薄弱的成人教学时，更是获得了大量学员的好评和喜爱。
1. 课程体系结构的选择
　　首先，打破了传统教学模式中课程体系结构的选取方式。摒弃了基于CISC计算机系统的内容，改以MIPS处理器为基础。MIPS提供了简单易懂的指令集，并可由一种简单、直接的方式实现，使学生更容易掌握整个机器的组织结构，以及了解指令在计算机上是如何实现的。
　　由于学生具备前续课程《IBM PC汇编语言与程序设计》的知识储备，在介绍MIPS的汇编指令时，大量采用了对比的教学方式，从指令长度、指令格式到寻址方式都能让学生深深体会到MIPS指令严谨、简洁的RISC特色。在课程的开端即为学生打消了畏难的顾虑和情绪，引发了学生浓厚的学习兴趣，成功地将学生引入课堂。
　　在教学中经常面临的一个难题是如何平衡汇编语言和计算机组成这两部分内容。在课程设计中，我们精选出基于MIPS的一个8条指令的核心子集，为学生重点讲解，并在后期的CPU设计中，为这个核心子集构建了完整的数据通路和控制单元，并逐步修改这个实现，令学生从整体上把握了指令与CPU设计之间的关系，很好的了解了系统的实现方式。学生反映，通过这样的学习过程，对计算机的组成原理有了更具体的理解，不再认为硬件结构是那么抽象、晦涩了，从被动的接受转向主动的思考，在学习过程中能围绕所学知识点不断提出各种问题。
2. 硬件教学模式特色
　　其次，更新了计算机硬件组成原理的教学模式。在传统的教学模式中，往往是先给出某一硬件概念的某种版本，然后再花大量的时间来解释这些深奥概念的工作原理。我们采用的方法是着重介绍每个技术思想的最初版本，以及它是怎样工作的、如何形成的，这样更有助于帮助学生理解今天的计算机为什么是现在这个样子，以及在技术改进中是如何演变的。例如，在讲到运算器一节时，带领学生从构造最基本的能实现与、或逻辑运算的1位ALU入手，继而在其上增加能实现加法运算的全加器，再到减法的实现、SLT指令的实现等等，通过不断加入新的功能，扩展和完善了ALU的运算功能，最终构造出能完成所有算术与逻辑运算的32位串行进位ALU。
　　在这一互动的教学活动中，以往对学生来说神秘莫名的ALU坦呈于前，变得清晰无比。从学生方面反馈的信息来看，学生普遍对这样的教学方式感到满意，认为自主参与的这个设计过程，让学生获得了大量的成就感，进一步激发了后续学习的动力和潜能。
3. 关于作业与课后辅导
　　再者，细化了作业习题与课后辅导工作。每一次为学生布置作业，都要精心指出学生解答问题需要参考的章节、预计学生解答问题所需的时间等细节问题，通过这种人性化的作业设计方法，使学生在做作业的过程中感到目标明确、有理有据，而且通过这一细节，还为学生在课下继续深入思考提供了方向。
　　除两类作业外，在每一章节的最后都会为全体学生提供大量关于相应的计算机硬件结构发展的补充、扩展材料和实例资料，以供学生课下拓展知识深度和广度。例如，在运算器一章，引入了Power PC 和80x86的浮点部件；在处理器一章，提供了Pentium Pro的实现方法；学生通过课下阅读和学习加深了对各硬件部件组织结构和工作原理的了解，也更好的印证了课堂教学内容，达到了巩固和拓展知识层面的目的。
4. 结束语
　　教与学是相辅相成的，只有调动学生的主动性，积极性，才会有好的教学效果。通过实践证明，从以上三个创新点入手，改变传统的灌输式的教学模式，以学生为本，课程趋向于人性化设计，以问题驱动，启发式教学，可以有效地将学生吸引进课堂，再让学生在课堂中有事可想，而后让学生在课后有事可做，最终可以达到教与学的和谐统一。
参考文献：
[1]  David A. Patterson & John L. Hennessy  COMPUTER ORGANIZATION &DESIGN [M] 北京：清华大学出版社，2003   
[2] 唐朔飞  计算机组成原理[M]  北京：高等教育出版社  2008
[3] 徐苏  计算机组织与结构[M]  北京：中国铁道出版社  2008
[4] 谢安邦  高等教育学[M]  北京：高等教育出版社  1999