软件工程专业“计算机组成原理”课程教学

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摘 要：计算机组成原理是软件工程专业一门专业核心课程,但由于其理论性强、内容抽象及教学内容“偏硬”等特点学生难以掌握.本文从对学生的引导、教学内容和教学实践等方面进行探讨,以期对相同或相类似专业有一定的借鉴作用.

关 键 词：软件工程；计算机组成原理；教学改革；虚拟实验

中图分类号：G42文献标识码：A文章编号：1009-0118（2013）01-0142-02

计算机组成原理在我院的软件工程系被定为专业基础课,在学科体系中起着基础性和准备指导性的作用.目标是通过该课程的学习,使学生掌握计算机各功能部件及整机运行的工作原理和方法,并为学生建立起整机的概念.为后期的系统开发的理论、实践的学习奠定基础.但该门课程具有概念多、知识点多、内容抽象等特点,加上学生思想上有“偏软”现象,使该课程的组织教学有一定难度.本文将对计算机组成原理的教学现状、教学方法、教学内容、及通过实践等辅助教学手段来改进教学等方面进行阐述,以期对一般本科院校的计算机组成原理教学有一定借鉴促进作用.

一、计算机组成原理的课程的教学现状

(一)课程本身的特点决定这门课程教学难度大

1.基础概念多的特点

计算机组成原理这门课程由于内容较多,所涉及的基础概念也较多.在CPU模块有微程序、微指令及流水线等系统类概念,其中ALU部分有原码、补码等与编码相关的概念；在存储器部分,与存储器单元相关的有RAM、SRAM、DRAM、ROM及各种ROM设备,与存储系统相关的有cache存储器、虚拟存储器等概念；外设部分有中断等信息的各种传送方法.对整个计算机系统,有计算机的各种性能指标.对各个概念,靠单纯记忆的方法很难掌握,必须放在系统中学习.

2.理论性强的特点

计算机组成原理这门课程首先要考虑其原理性,现在仍然采用冯.诺依曼式计算机模型作为基本模型,但也要考虑现代计算机的发展,以融入实际的需要.如何对内容进行合理的安排、衔接,对任课教师来说,是一不小的挑战.

3.内容抽象的特点

要让学生明白计算机的工作原理、方法和实现,需弄清数据和信号在计算机各部件件间的流动情况,对学生来说,这看不见也摸不着,如何将信息流动的复杂情况形象、生动地向学生展示、讲解,教师对此需要作出相当的努力.

(二)学生对该们课程的认识误区

大部分的学生认为,我们学的专业是软件工程,专业是“偏软”的,而计算机组成原理这门课程是“偏硬”的,对其转为实际能力表示怀疑.由于对这门课程在学科中的作用认识不明确,在学生中就有一种印象,学习这门课程主要目的是修学分的需要,另外还有考研的需要,但考研的学生比例较小,再加上这门课程本身的学习难度,因此认真学习且能学好这门课程的人数就不多了.

二、对组成原理教学的几点建议

由于是一门基础理论课,加上本身的教学内容特点,可能内容较为枯燥,因此学生可能会因为课程内容本身而不感兴趣.因此我们要在思想上要对学生加以引导,使学生认识到,学习这门课程不仅对计算机本身的运转有更深刻的认识,更对与硬件相关的嵌入式系统设计,软件的设计实现有基础指导作用.并为学生在计算机领域的进一步研究和发展奠定基础.因此,学生不能因为这门课程“偏硬”,而自己的专业和就业方向“偏软”就否定这门课程的重要性.

根据不同的专业,学生的不同层次,及大部分学生的就业方向对该课时设置不同的教学学时.报告［3］中指出,对于多数调查对象为毕业生的调查结果,多数人认为这门课开设为64、48或32学时.而48学时的人稍多些.这与本人想法基本一致,对于非计算机专业,作为导论型的,32学时足矣；对于软件专业,其目的主要是通过掌握其基本原理,能更好的为软件系统的设计服务,开设48学时,其中8学时实验较合理.而对于偏硬件的计算机专业,可以根据需要,开设56或64学时.

(三)根据专业要求及课程设置对教学内容作出调整

计算机组成原理在学科中的地位被定为专业基础课,在学科中具有承上启下的作用,希望通过本门课程的学习,使学生对计算机硬件的组成、各部件及各部件之间运转情况进行了解.对于软件专业的学生来说,为硬件相关的嵌入式系统设计及其他软件的设计奠定基础.计算机组成原理从内容上主要分为三部分：CPU、存储器、外设.但由于学时的限制及课程的安排（本专业开设了微机原理课,外设是其讲授重点）,重点讲授CPU和存储器两部分.存储器内容分为主存储器和存储体系两部分内容.前者讲述存储元器件的基本原理,而后者则是cache、主存和辅存之间的区别与联系,如果开设了计算机体系结构这么课程,这存储体系的内容可简略介绍,具体内容由计算机体系结构讲解.CPU部分与存储器一样,在详细介绍完其核心部件ALU后,重点即是处理器章节,即指令的运行,而指令的运行需要访问存储器,这就将CPU与存储体系联系起来了.故这两部分又是有联系的.由此有关硬件的内容就脉络清晰、分工明确了.

（四）对实验内容进行合理的学时分配实验课对于一门课程来说,主要目的是加深对知识点认识,使抽象的理论变得形象、具体.因此,对本身理论性强,内容抽象的计算机组成原理课程,实验课就显得尤为重要.我们采用的是西安唐都科教仪器公司生产的实验箱作为实验设备.与其相配套的实验有9个,其中主要包括与CPU中的与ALU相关的3个实验、静态存储器存取实验、微程序控制实验及4个模型机的设计类实验.根据实验学时的设置,只有8个学时的实验课.8个学时全部完成这些实验有一定难度,因此,可将这些试验进行合理的学时分配,如第1、2个学时完成第一、二个实验,因为刚开始做硬件实验不熟悉,但第二个运算器进位实验教简单,可顺便完成；有了前面的基础,完成第三个运算器移位控制实验就简单多了,因此和第四个稍麻烦的静态存储器存取试验合并在第3、4学时完成；第5个实验内容较复杂,可单独安排2个学时完成；这样就留出了2学时来研究后面的模型及设计与实现的实验了.（五）以实践为手段带动学生的学习积极性

为了提高学生的学习积极性,加深对知识的掌握,实践就显得尤为重要.对软件专业的学生来说,利用软件对所学知识进行模拟不失为一种好的办法.对于计算机组成原理这门课程,实验内容较为抽象,不易被理解,因此,采用“硬件软化”的方法,对课程的实验内容等进行模拟,既可加深对知识的掌握,又可提高大家的软件设计、编程能力.本系为了提高大家参与的积极性,采用了学生科技立项的办法,系里拿出一部分资金,将“计算机组成原理虚拟实验系统的设计与实现”作为一学生科技项目,鼓励学生组队参加,和其他项目一起参加评比,并进行奖励的办法,在学生中得到了良好的响应.学生做出的项目教师可拿来作为课堂教学用,并可鼓励学生在此基础上进行改进,进一步完善.以后甚至可以将系统分块,让学生分组做,并作为课后作业的一部分,计入学生平时成绩.以此提高学生的学习兴趣和动力.

三、结语

计算机组成原理这门课程由于其本身知识点多、内容相对抽象、知识“偏硬”等特点,对软件专业的学生来说,普遍学习的积极性不高,对知识的掌握不能达到预期的目的.本文从对学生的引导、课时的设置、教学内容的调整等方面进行了讨论,特别提出通过“硬化软件”的方法,提高大家学习的积极性.相信经过多方面的努力,学生会喜欢并学好这门课程,该课程也将很好地发挥其在学科体系中的作用.