計算機組成原理實踐教學的設計與探研
摘要：計算機組成原理課程是計算機專業的非常重要的專業基礎課，而它的實踐教學環節在整個課程的學習中占有重要的地位。本文主要介紹了對于該課程的實踐教學進行科學的設計與研究的各個方面，包括實踐內容的設計、教學方法的改進以及考核體系的完善等方面。通過一系列的設計和研究在實際的教學過程中取得了良好的效果，較好地提高了學生的實踐動手能力和創遣性。
關鍵詞：計算機組成原理;實踐教學;教學方法;實踐項目;設計
計算機組成原理課程是計算機專業的非常重要的專業基礎課，也是為數不多地偏重于硬件的一門課程。它介紹了計算機硬件系統中各大部件的組成結構、工作原理、設計方法以及如何互連構成整機的相關技術，是計算機專業核心的課程之一，也是后續的體系結構、操作系統等課程的重要基礎。因此該課程學習的好壞將直接影響學生專業水平的高低。然而該課程內容相對枯燥，如果純粹靠理論課的講解，而缺乏感性的認識，很難將這門課程學得很透徹。但是盡管該課程也有配套的實驗教學內容，但實際情況下絕大部分學生很難將理論知識和實驗有機地結合起來，這顯然沒有達到實驗本身應該起到的作用。因此有必要通過對該課程實踐教學環節進行合理的設計和研究，使學生對計算機各部件之間的聯系、控制信號的作用有著深刻的理解，建立起整機的概念，培養學生分析問題和解決問題的能力。
1、設計科學合理的實踐項目
根據大綱的要求，本課程的實踐教學環節分為兩部分，即實驗課環節和課程設計環節。其中實驗課為12學時，課程設計時間為一周。根據實際情況，實驗課主要做4個實驗，包括運算器數據通路(4學時)、存儲器應用(4學時)、總線傳輸(2學時)、微程序控制器(2學時)，而課程設計則主要完成模型整機的設計任務，這是一個綜合性設計性的實驗項目。這些實驗項目隨課程進度安排在不同階段進行，這樣可使學生對計算機的五大部件都有直觀的認識和深刻的理解，從而促進對課程講授的理論知識的理解。
實驗一是運算器數據通路實驗，該實驗的目的主要是使學生了解運算器的組成、掌握運算器的各種算術邏輯運算功能的具體實現。運算器采用的是 74LS181芯片，其他輔助芯片還有74LS 24 4、74LS273、74LS373等。由于學生對所用芯片和操作步驟不是很熟悉， 因此對該實驗采用了驗證性為主的教學方案，給出較詳細的實驗方案和實驗步驟，包括具體的接線方法，做實驗之前老師進行半小時左右的講解，使學生利用邏輯電路搭試板搭建圍繞運算器的數據通路，然后對運算器進行各種算術邏輯運算操作。
實驗二是存儲器應用實驗，該實驗的目的主要是實驗目的是使學生了解存儲器的組成、掌握字擴展和位擴展的電路組裝方法和存儲器的讀寫方法， 存儲器采用的是6116SRAM芯片。由于已經有了前一次實驗的經驗， 對所用的實驗設備和相關芯片基本熟悉，因此對該實驗采用了設計應用型實驗為主的教學方案，給定實驗要求、方案，實驗電路框圖，實驗的具體接線方法及實驗步驟由學生自行設計，在完成接線圖及實驗步驟的設計之后，在邏輯電路搭試板上利用相關芯片和導線構建存儲器的數據通路，調試后進行存儲器的讀寫測試， 完成實驗任務。
實驗三是總線傳輸實驗，該實驗的目的是使學生了解總線傳輸基本概念，掌握數據在存儲器和運算器這兩個模塊之間的傳遞方法和過程。該實驗同樣給出要求、方案和實驗電路框圖，具體接線圖和實驗步驟由學生自行設計，最后在邏輯電路搭試板搭建相應實驗電路，完成數據在存儲器和運算器之間的傳輸。
實驗四是微程序控制器實驗。該實驗目的是使學生理解微程序控制器的概念，并掌握機器指令和微指令的輸入方法，通過對示例程序進行調試運行理解微程序控制器的工作原理，為后面的課程設計打下一定的基礎。
課程設計是一個整機實驗，也是本課程實踐教學環節中最重要的部分，設計目的是培養學生的綜合設計能力和實際動手能力，屬于綜合性設計性實驗。要求根據給定的整機框圖，自行設計、調試出包括立即尋址、直接尋址、間接尋址等尋址方式的采用微程序控制方式實現的10余條機器指令，然后采用這10幾條機器指令編制一個具有具體功能的小程序，并調試運行，觀察運行過程和結果。設計完成后根據要求撰寫課程設計報告，要求對設計過程進行闡述并進行總結。
2、改進教學方法，調動學生的積極性
設計好合理的實踐項目后，還需要進一步改進實踐教學方法，以充分調動學生做實驗的積極性，變被動為主動。在做第一個實驗時，采用老師講授為主的教學方法。首先要把電路原理框圖講清楚，讓學生弄明白本次實驗究竟要做什么東西，達到什么樣的要求。在講授中， 著重介紹電路的設計思路， 并對實驗中用到的相關芯片的功能和引腳作一定介紹，為接線打下基礎，然后讓同學們自己按照實驗連線圖完成數據通路的搭建，并按照實驗步驟進行操作，完成實驗內容。實驗過程中盡量引導學生深入理解各控制信號對于芯片工作所起的作用，地址信號和數據信號是如何進行傳輸的，為什么要按照書上的實驗步驟去操作，如果步驟之間順序進行調整會出現什么情況，還能不能得到正確結果， 原因是什么等等。通過這種教學方式，使學生對于組成原理的實驗不再感到害怕和無從下手，對實驗的原理和操作都有著感性的認識，從而對接下來的實驗充滿興趣。
從第二個實驗開始，學生基本上了解了數據通路、控制信號等等基本概念，對常用芯片的功能也比較清楚，因此可以重點讓學生自行設計電路了。此時主要采用講授和啟發式相結合的教學方法。在實驗課上，老師可以先簡要介紹實驗的目的、要達到的實驗效果，然后讓學生自己根據電路原理圖設計連線方法和操作步驟， 自己動手接線和操作，進而完成實驗內容。實驗過程中，指導老師可以留意一些特別突出的學生，進行“個性化” 培養，鼓勵他們參加學校組織的各類電子競賽，申報學校的大學生創新基金項目，讓他們的才能得到充分的發揮和展示。
經過這樣的實驗環節之后，可以充分培養學生的綜合設計能力和動手能力， 使學生從被動接受知識轉變為主動獲取知識，極大地調動了學生學習的積極性。同時加深了學生對于核心知識點的認識與理解，反過來對于課堂教學效果的提高也有較大的幫助。
3、完善實踐環節考核體系
要提高實踐教學的效果，考核體系也必須配套跟上。首先是對實驗結果的驗收，指導老師對每組的實驗結果進行檢查和驗收，并做好記錄。同時在做實驗的過程當中，老師也應注意和學生多交流，盡量跟蹤了解每個學生的實驗情況，這也是實驗考核的重要參考依據。其次是實驗成績的評定方法。根據實際情況將實驗成績分為4個檔次：優、良、中、差，主要根據學生的現場表現和實驗報告綜合評定。
其中現場表現占60%，具體考查學生對實驗原理的掌握，設計和接線能力、創新能力以及操作的熟練程度等方面;實驗報告占40%，具體考察報告的組織結構、文字表達、實驗過程的描述分析、圖表的規范性以及個人總結等方面。
4、結束語
實踐教學環節是大學教育中不可缺少重要組成部分，是培養大學生專業素質的重要環節和有效途徑。因此對實踐教學環節進行精心設計和研究，努力提高實踐教學環節的教學效果，是非常必需的。通過上述對于計算機組成原理課程實踐教學的設計，在實際的教學過程中取得了良好的效果，學生的實踐動手能力和創造性都得到了較大的提高，這對他們今后走向工作崗位也是非常有幫助的。
【計算機組成原理實踐教學的設計與探研】相關文章：
淺談中專計算機組成原理教法初探03-18
臨床藥學實習中實施案例教學法的探研與實踐11-16
論述“鍋爐原理”課程實踐訓練教學內容設計12-05
獨立學院通信原理課程教學的探索及實踐11-24
試論計算機輔助教學課件的設計與實踐12-05
試論結合創新性實踐教學模式的結構設計原理課程教學研究12-03
利用微觀教學原理提高服裝實踐技能教學水平12-05
編譯原理課程設計與教學改革論文01-01
- 相關推薦