導(dǎo)語：計算機(jī)組成原理案例教學(xué)設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在計算機(jī)組成原理課程中引入案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實踐。考慮課程特點和普遍存在的問題，引入案例教學(xué)法，構(gòu)建案例教學(xué)執(zhí)行流程的四個環(huán)節(jié)，并具體描述各環(huán)節(jié)實施方法。案例教學(xué)法增加了課堂互動，激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，教學(xué)效果改善明顯。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；計算機(jī)組成原理；教學(xué)設(shè)計；教學(xué)實踐

計算機(jī)組成原理是計算機(jī)專業(yè)的核心課程，技術(shù)性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，在整個計算機(jī)課程體系中起著承上啟下的作用。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握計算機(jī)硬件系統(tǒng)各部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握計算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本分析和設(shè)計方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)硬件課程或軟硬件結(jié)合的課程打下良好基礎(chǔ)。然而,由于硬件概念和原理的非直觀性，給學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)都帶來較大挑戰(zhàn)。課程知識點大多抽象、散亂，又與其他課程相關(guān)知識緊密相關(guān)，如果學(xué)生像學(xué)習(xí)其他軟件課程那樣學(xué)習(xí)，教學(xué)中方法又以填鴨式灌輸為主，就會產(chǎn)生不良的教學(xué)效果[1-5]。⑴入門難度大，概念抽象，梯度較陡現(xiàn)代大學(xué)生接觸計算機(jī)較早，所以起初學(xué)生往往帶著極大的興趣和信心投入到課程的學(xué)習(xí)中。但隨著知識點密集地展開，硬件的抽象性表現(xiàn)出來，學(xué)生往往會感到課堂內(nèi)容枯燥無味，沒有了吸引力，再加上對硬件的操作又很難產(chǎn)生與軟件運行一樣的直觀效果，無法在課后及時通過實踐的方法對理論知識進(jìn)行消化和再認(rèn)識，大部分學(xué)生產(chǎn)生了“喜歡軟件，害怕硬件”的心理。⑵知識點散亂，與其他課程聯(lián)系緊密課程涉及的概念多、單英文縮寫詞多，而且很多概念命名帶有歷史發(fā)展的痕跡，例如RAM稱為隨機(jī)存儲器，如果不清楚存儲器的發(fā)展過程，對“隨機(jī)”概念就無法徹底理解。同一個概念因為涉及的計算機(jī)硬件部件不同，其解釋也略微不同，例如在串行通信中有“異步”的概念，在動態(tài)存儲器的刷新中有“異步”的概念，在總線的控制中也有“異步”的概念[6-7]等。課程中的“寄存器堆棧”和“存儲器堆?！迸c數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程關(guān)系緊密，而“緩沖器”，“三態(tài)”等概念與數(shù)字電路課程關(guān)系緊密，指令系統(tǒng)中的“尋址方式”與匯編語言程序設(shè)計關(guān)系緊密，中央處理器中“狀態(tài)字”在明白基本編譯原理后才容易理解。⑶實驗環(huán)節(jié)相對較弱，課堂師生互動偏少課程的實驗課多是幾個章節(jié)的驗證性實驗，實驗內(nèi)容也無法覆蓋所有的知識點，學(xué)生很難將不懂的問題通過實驗及時得到解決，有些學(xué)生甚至覺得實驗課沒有什么用處。

1案例教學(xué)特點和優(yōu)勢

上述的問題給該課程的學(xué)習(xí)和教學(xué)都帶來很大困難和挑戰(zhàn)。然而課程的應(yīng)用性強(qiáng)的特點卻為采用案例教學(xué)法（casemethod）實施提供了可行性和便利性。案例教學(xué)法由哈佛大學(xué)商學(xué)院首創(chuàng)，是一種開放式、互動式的新型教學(xué)方式，以案例作為一種教學(xué)工具，以學(xué)生為中心，通過對實際問題的研究、分析和探討，得出結(jié)論的過程，越來越受到中外教育工作者的歡迎，近年來在各個學(xué)科的教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用[8-11]。案例教學(xué)的特點是目的性強(qiáng)。首先，通過案例教學(xué)法的實施（設(shè)計、分析與講解），能使學(xué)生深刻領(lǐng)會學(xué)習(xí)目標(biāo)，掌握相關(guān)知識和技能，案例教學(xué)法更看重培養(yǎng)學(xué)生實際操作和應(yīng)用能力。其次，案例教學(xué)具有生動性，將復(fù)雜的理論和抽象的概念具象化、直觀化，并與實際應(yīng)用結(jié)合，賦予課堂知識以生動性、形象性，激起學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)興趣。最后，案例教學(xué)具有極強(qiáng)的可操作性和實踐性，教師選擇結(jié)合實際的問題、內(nèi)容豐富的案例進(jìn)行教學(xué)，不僅能深化學(xué)生對理論的認(rèn)知和理解，還能使學(xué)生在課堂上接觸并學(xué)習(xí)到社會實際問題，實現(xiàn)從理論到實踐的轉(zhuǎn)化。而反觀傳統(tǒng)的教學(xué)，它只告訴學(xué)生相關(guān)的理論知識，課堂乏味無趣，而且其內(nèi)容在實踐中可能不實用，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2案例教學(xué)的設(shè)計和實施

2.1知識點及其案例設(shè)計。筆者在我國大型計算機(jī)企業(yè)工作二十多年，通過與學(xué)生交流和咨詢，對知識點進(jìn)行分析、歸納并與工程實踐結(jié)合，設(shè)計了十幾個類型案例，這些案例設(shè)計考慮了趣味性、生動性和可操作性，貼近學(xué)生，并緊扣知識點，在表1中給出了三個案例作為示例。2.2案例教學(xué)的執(zhí)行過程。教師在案例執(zhí)行過程中扮演者設(shè)計者和激勵者的角色，好的案例設(shè)計本身就可以調(diào)動學(xué)生的積極性。案列教學(xué)執(zhí)行過程包括了設(shè)計案例、講解案例、引申拓展案例以及反饋和改進(jìn)等四個環(huán)節(jié)，如圖1所示，這些環(huán)節(jié)它們構(gòu)成閉環(huán)反饋，通過迭代方式逐步改進(jìn)案例，以取得最佳教學(xué)效果。⑴精心設(shè)計案例教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇合適的案例，好的案例事半功倍。所以案例要與教學(xué)目標(biāo)相吻合，學(xué)生易于接受和認(rèn)同。對于計算機(jī)組成原理課程，大部分學(xué)生對電腦都感興趣，但他們對計算機(jī)的認(rèn)識常常僅停留在表面上，那么我們就以身邊熟悉的事情入手，這樣更容易讓學(xué)生感到親切并引發(fā)興趣。以第1個案例為例，電腦U盤幾乎人人都有，而為其他人購買U盤這件事情又常常發(fā)生，利用這個案例設(shè)計，讓學(xué)生感受到課本上的知識就在身邊。計算機(jī)組成原理與多門課程緊密相關(guān)，在案例2中，我們展示本課程枯燥的知識點如何給前導(dǎo)課程C語言程序設(shè)計帶來支撐的。IT行業(yè)發(fā)展迅猛，相關(guān)新聞更是占據(jù)頭條位置，非常吸引年輕學(xué)生眼球。在案例3中，我們以最近的熱點新聞——一種流行的計算機(jī)病毒（勒索病毒）為例，“投其所好”，吸引學(xué)生的興趣，讓學(xué)生感受用課程基礎(chǔ)知識是如何來完美解釋病毒核心加密功能的。⑵討論講解案例和引申拓展案例在案例講解中，教師作為主導(dǎo)，學(xué)生作為主體。教師鼓勵學(xué)生開闊思路，積極發(fā)言，并主動回答其他學(xué)生的問題，使學(xué)生獲得成就感，增強(qiáng)自信心。同時對學(xué)生提出的問題，進(jìn)行指導(dǎo)、調(diào)控、激勵、點撥，從而提高教學(xué)質(zhì)量和效率。案例拓展是案例講解的深化，提出需要學(xué)生繼續(xù)深入思考的問題，或者就此問題，觸類旁通，將知識點串起來進(jìn)行小結(jié)，是案例講解的升華。舉例來說，在案例1中學(xué)生了解到U盤就是采用FlashRom材料的存儲器，在之前一道課后習(xí)題中，考查電可改寫存儲器的概念，大部分學(xué)生都沒有選FlashRom。究其原因，是為字母縮寫Rom所困惑，Rom是只讀存儲器的英文縮寫，所以他們望文生義，這個“不準(zhǔn)確”的縮寫與存儲器發(fā)展歷史有關(guān)，學(xué)生知道了自己經(jīng)常保存文件的U盤就屬于這種存儲器，這樣他們才完整地了解了電可改寫存儲器的概念，并且記憶深刻。案例1并沒有止步于此，在接下來的案例拓展中，還會提到存儲器名稱與其發(fā)展歷程相關(guān)的RAM存儲器，即隨機(jī)存取存儲器，通過引入早期的磁帶存儲器，學(xué)生明白了“隨機(jī)”二字的真正含義。再進(jìn)一步拓展，根據(jù)學(xué)生查閱的資料中有關(guān)評測的文章，由于U盤采用的工藝材料不同，讀寫時間相差很大，最后體現(xiàn)為價格差異。他們又認(rèn)識到，存儲器讀寫時間指標(biāo)非常重要，如果不關(guān)心這個指標(biāo)，買U盤的時候就容易“上當(dāng)”，而這個指標(biāo)正是后續(xù)課程要講述的內(nèi)容，當(dāng)學(xué)生了解到知識點連貫性和系統(tǒng)性，他們的學(xué)習(xí)目標(biāo)也就“水到渠成”了。邏輯運算是重要的知識點，涉及多種邏輯運算規(guī)則，相比邏輯與，或和非運算，異或運算規(guī)則顯得更加抽象，學(xué)生很難理解為什么要有這樣的運算規(guī)則。如果學(xué)生明白了它的“廣大神通”，就容易接受和掌握，為此設(shè)計了案例3。在案例3中，選取了近期新聞熱點——勒索病毒作為案例，并以其加密原理作為起點。由于該病毒已被殺毒軟件廠商分析和制服，所以在網(wǎng)上可以容易找到公開的病毒加密方法，其原理是將一個指定的二進(jìn)制數(shù)（稱為“密鑰”）與用戶文件做異或運算，然后用運算結(jié)果文件替換掉原始文件，用戶打開時就會呈現(xiàn)亂碼。在用戶付費后，病毒制作者，只需將這個“密鑰”與加密后的文件再次做異或運算，就恢復(fù)出了原始文件。在這個案例分析之后，學(xué)生對異或運算的“神奇功能”有了深刻的認(rèn)識，學(xué)生感嘆原來“異或”這個小小的邏輯運算“功力”如此大。進(jìn)一步的拓展，可以向?qū)W生介紹，這種基于“異或”的加密方式在密碼學(xué)上稱為“流密碼加密”，并廣泛應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)傳輸中，但實際應(yīng)用中多“密鑰”也被做過多重加密，防止被盜竊。從而讓學(xué)生對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程有所“期待”。還可以進(jìn)行實用性方面拓展，讓學(xué)生利用學(xué)習(xí)過的C語言做簡單的文件加密工具，既有趣，又激發(fā)他們編程創(chuàng)意的熱情。⑶反饋改進(jìn)案例精選的案例設(shè)計，精辟的案例講解，精彩的案例拓展，能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心、探索性、想象力及創(chuàng)造個性，他們更愿意參加到案例中，一方面對案例執(zhí)行過程和結(jié)論提出自己意見和看法，另一方反饋自己在使用電腦和智能手機(jī)中遇到的種種硬件問題。這時，教師要熱情面對學(xué)生的提問，汲取好的建議，并且將學(xué)生新提出的與課程有關(guān)的問題或困惑匯編到案例集中，形成良性循環(huán)，真正做到“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變。

3結(jié)束語

在計算機(jī)原理課程中引入案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，并經(jīng)過兩屆學(xué)生的教學(xué)實踐活動，達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)，取得了良好的教學(xué)效果。精選的好案例可以給學(xué)生留下深刻印象，貼近生活的案例，讓抽象的硬件概念變得更加具象化；學(xué)科關(guān)聯(lián)案例，使學(xué)生理解學(xué)好該課程的重要性；而接近工程實踐的案例，讓學(xué)生開闊了眼界，增加了學(xué)習(xí)興趣。而案例教學(xué)實施過程中增加了師生互動，活躍了課堂氣氛。各個學(xué)科都有自己的經(jīng)典案例，案例教學(xué)具有普遍適用性，其優(yōu)勢是有利于“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變，具有廣闊的應(yīng)用前景。進(jìn)一步，可以嘗試將案例教學(xué)法同其他教學(xué)方法結(jié)合使用，例如，在案例中采用翻轉(zhuǎn)課堂法，鼓勵學(xué)生主動提出問題并進(jìn)行討論；還可以將思政元素引入案例，讓案例教學(xué)承擔(dān)課程思政任務(wù)等。

作者:李志剛 單位:北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系