談抽象知識點示例化教學過程

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摘要：教學知識點的抽象性使其對學生來說是不易理解、不宜學習的。本文以《計算機組成原理》為例探討把抽象知識點進行示例化展示的方法，實現(xiàn)直觀、形象和生動地講述抽象知識點，達到提高學生理解能力和學習興趣的目的。

關鍵詞：計算機組成原理；抽象；示例化

1引言

抽象性是計算機理論課程的基本特點。理解抽象的概念或原理，常常需要借助更為直觀的手段和材料。利用具體的實例來呈現(xiàn)抽象的教學內容，就是一種重要的直觀教學手段。所謂示例化教學法，就是通過一些經典的示例展示來輔助教學，從而激發(fā)學生的學習興趣，通過學習、掌握、模仿、提高等環(huán)節(jié)，逐步引導學生在理論學習中步步扎實，層層遞進，提高教學質量，培養(yǎng)學生多方面的能力[1]。示例教學法能夠充分利用有效的課堂時間，實例化展示，拓展學生的知識面，挖掘學生的學習潛能，激發(fā)學生的學習動力和創(chuàng)新意識，活躍學生的學習氛圍，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與動手能力，從而提高應用型人才培養(yǎng)的質量，達到理論教學與實際相結合、易學易懂的目標要求。《計算機組成原理》課程是計算機專業(yè)本科階段極其重要的核心課程，內容多、學習難度大，多年來一直被認為是既難教又難學的課程[2]。它的主要教學任務是使學生能系統(tǒng)而完整地理解計算機硬件系統(tǒng)的組成結構和工作原理，通過實驗課程的操作訓練培養(yǎng)學生對計算機硬件結構分析、應用、設計的能力，在整個專業(yè)課的教學過程中，它起到了承上啟下的作用[3]。該課程由于具有內容較多且抽象、知識面廣、難度大的特點，學生通常對所學的知識點及概念理解不透徹，無法將所學理論原理與實際應用聯(lián)系在一起。因此如何將抽象教學內容采用示例進行展示，讓學生有更直觀的感觀是教學實踐中應該考慮的問題。本文通過對《計算機組成原理》若干抽象知識點的解析，指出在本課程教學中遇到的一些典型問題，并探討該課程的教學設計方法。

2存在的主要問題

《計算機組成原理》課程教學一直以理論教學為主，少量實驗教學為輔。比如對河南工程學院計算機專業(yè)來說，《計算機組成原理》總課時64，其中理論課時56，實驗課時8。學生學習過程難度較大，教學效果不理想。許多教材理論性較強，內容陳舊且知識覆蓋面窄，缺乏與前沿技術的結合，教材中的知識點多且雜，學生對課程不感興趣[4]。另外大多教材配套的課件都是書本章節(jié)內容的簡單羅列，內容缺乏多樣性，且比較空洞，對抽象和重要的知識點理解幫助不大，實質性使用價值也不大，很難調動學生的學習興趣?！队嬎銠C組成原理》課程屬于硬件課程范疇，表面上看，硬件是能夠看得見摸得著的物理實體，但由于該課程的特殊性，要求深入到物理實體的內部或者組件的內部去了解其內部結構，理解其工作原理[5]。因此該課程所涉及的大部分內容，比如控制器的功能、運算器的原理、信息的存儲、指令的執(zhí)行等知識對大多數(shù)學生來說都是抽象的，不易理解的。鑒于以上在《計算機組成原理》教學中的主要問題以及教師在教學中的重要作用，思考在教學實踐中如何將抽象的教學內容采用示例進行展示，從而讓學生有更直觀的感觀。本文以《計算機組成原理》中“SRAM存儲芯片存儲矩陣”以及“Cache與主存地址映射”兩個知識點為例，通過把抽象的知識點示例化來探討《計算機組成原理》的教學過程設計。

3示例化教學過程設計

由于河南工程學院以唐朔飛編著的《計算機組成原理》作為本科授課教材，因此本文也以該教材中的內容為基礎，針對該教材中相關知識點的講述，探討計算機組成原理的教學過程設計。

3.1SRAM存儲芯片存儲矩陣

在對該抽象知識點進行講述時，按照以下步驟進行示例展示。（1）對SRAM的基本電路單元進行簡化，如圖1（上）所示。行地址選擇和列地址選擇同時有效表示SRAM存儲元處于“可操作”狀態(tài)；讀寫控制線控制對存儲元的讀寫操作；數(shù)據(jù)線用于數(shù)據(jù)輸入或者讀出。圖1（上）可以直觀地說明SRAM基本電路單元所具有的功能，并為SRAM存儲芯片存儲矩陣的構成提供基礎。由于數(shù)據(jù)線及讀寫控制線對“SRAM存儲芯片存儲矩陣”構成沒有影響，因此在介紹該知識點時可以對圖1（上）進一步簡化為圖1（下）。本文在以下描述中，為了降低示例的復雜度，都采用圖1（下）的形式，文字部分不再標注。（2）SRAM存儲芯片容量表示為存儲單元數(shù)目*存儲單元字長形式，設為M*N。則所需SRAM存儲元的數(shù)量為MN個。采用重合法盡量減少選擇線數(shù)目，把MN個存儲元，分布在長寬為（MN）1/2構成的矩陣上，如圖2所示。（3）每行中各個SRAM存儲元的行地址選擇相連，簡稱行線；每列中各個SRAM存儲元的列地址選擇相連，簡稱列線，如圖2所示。（4）對列線進行重分配，按存儲單元字長N進行合成，形成共用列線，如圖2所示。（5）在行列兩個方向進行譯碼，形成SRAM存儲芯片存儲矩陣，如圖2所示。

3.2Cache與主存地址映射

以“Cache與主存地址映射”中直接映射方式為例子，在對該抽象知識點進行講述時，按照以下步驟進行示例展示。示例中Cache中存儲單元數(shù)目為8，主存中存儲單元數(shù)位為32，塊大小為2個存儲單元。（1）分別以存儲單元和塊為單位，對Cache和主存進行編址，得到存儲單元地址和塊地址，發(fā)現(xiàn)塊地址為塊中所包含存儲單元地址的高位。如圖3中標號①所示。（2）依據(jù)直接映射原理，Cache塊與主存塊對應關系如圖3標號②所示。發(fā)現(xiàn)Cache塊號為對應主存塊號的低位，如圖3標號③所示。（3）在圖3標號②區(qū)域，每個Cache塊對應了4個主存塊。需要確認Cache塊與裝入Cache中的主存塊之間的關系，因此為每個Cache塊增加“標記”部分。通過觀察圖3標號②發(fā)現(xiàn)，對任意Cache塊號來說，其映射的主存塊號的高位部分是唯一的，如圖3標號④所示。因此該部分可以作為“標記”使用，如圖3標號⑤所示。（4）總結（1）、（2）、（3）可以直觀地發(fā)現(xiàn)在直接映射方式下對主存地址格式分為標記、Cache塊號及塊內地址三部分。

3.3總結

《計算機組成原理》課程通過從內部及底層剖析電子計算機的基本組成及其工作原理，使學生能夠掌握計算機主要硬件系統(tǒng)的基本設計思想，并培養(yǎng)計算機系統(tǒng)觀點，從而教授學生的計算思維設計方法和解決實際數(shù)字系統(tǒng)問題的能力。在課程的教學活動中，講授計算機基本組成和工作原理的同時，恰到好處地運用示例化教學，注重將所學的理論知識與實踐應用相結合，調動學生學習的主動性和積極性，能夠使學生對抽象的理論產生較強的興趣，起到幫助理解、啟發(fā)思維、防止遺忘、化簡難點、促進創(chuàng)新、提高自主學習和活躍教學氣氛等作用。通過近幾學期課程教學方式的改革與實踐，提高了課程的教學水平和教學質量，對培養(yǎng)學生的硬件設計能力和系統(tǒng)思維能力起到了積極的作用，教學效果良好。

4結束語

《計算機組成原理》是一門理論抽象但實踐又很強的課程。要提高該課程的教學質量需要在理論教學和實踐教學的內容和方式上進行不斷地研究和總結。對抽象的理論進行示例化展示，讓學生在學習上看到不僅僅是抽象的理論，而是形象、生動、直觀的展示，對于提高學生的理解能力，提高學習效率都有很好的幫助。隨著當今計算機技術的飛躍發(fā)展，《計算機組成原理》課程的教學方法仍然還有很多工作需要去探究和實踐。如何更好地在實際教學中對教學過程進行設計還需要不斷地深入與探討。只有不斷改革、不斷總結才能有效地提升教學質量，滿足學生日益增長的專業(yè)求知需求。

參考文獻

[1]劉建偉,袁慶生,等.示例教學法在計算機實驗教學中的應用.電腦知識與技術,2013,20(28):6336-6337

[2]蔣宗禮.高等學校計算機科學與技術專業(yè)核心課程教學實施方案.北京:高等教育出版社,2009

[3]王金祥.啟發(fā)式教學在計算機組成原理教學中的應用.科技信息,2011,28(31):286

[4]姚愛紅,武俊鵬,等.“計算機組成原理”教學改革實踐.計算機教育,2013,11(2):9-13

[5]唐朔飛,劉旭東,等.“計算機組成原理”課程教學實施方案.中國大學教學,2010,32(11):42-45

作者：李華 李松陽 張順利 單位：河南工程學院計算機學院