《计算机组成原理与汇编语言程序设计》教学探索

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  【摘 要】:从地方性应用型本科院校的发展现状出发,针对《计算机组成原理与汇编语言程序设计》这门课程在软件工程专业实际的教学过程中的问题加以分析,通过对教学内容、课程之间的联系、多种教学方法的运用等方面的综合考虑,提出了一套较为新颖的教学方案。
  【关键词】:组成原理与汇编语言;教学方案;教学探索

  《计算机组原理与汇编语言程序设计》将传统的两门课程合并成一门课程。它主要讲述基于冯·诺依曼思想的计算机设计原理和在此基础上的汇编语言程序设计等内容。其中,《计算机组成原理》是许多高等学校计算机相关专业所开设的核心基础课程,也是2007年我国教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会制定的计算机课程体系中计算机专业的核心课程之一。而《汇编语言程序设计》是教会学生如何更好的和计算机沟通的实践性课程。将原理性内容和实践性内容融合,不但体现出了该课程具有较强的工程性、技术性、实用性等特点,而且与地方高校培养应用型人才的目标相一致。
  在软件工程专业中,《计算机组原理与汇编语言程序设计》课程的实际教学过程中存在着教师难教,学生难学等问题,导致教学效果不是很理想。软件工程专业的学生不清楚专业课程体系及课程之间的相互关联导致在对学习的认识上存在误区,认为软件工程专业没必要学好底层硬件的知识,再加上底层硬件知识比较杂, 所以对“模电”和“数电”这两门课的基础知识掌握不牢。同时对 C 语言和数据结构等先导课程的理解和掌握不够,导致在教学过程中很多概念和原理学生就不容易理解明白。当今计算机硬件技术的发展日新月异,新设备和新知识不断涌现,许多学生已经接触计算机多年,对新鲜事物具有较大的好奇心,但是这门课程介绍的机型还是 8086 系列,显然学生学习的热情不高。原因在于学生不清楚微处理机发展的历史,之所以选用8086系列机为介绍对象是因为 8086CPU 满足的条件:常用而结构简洁,常用保证了可以方便的进行实践,结构简洁则便于教学。纯粹的 8086PC 机已经不存在了,但现在的任何一台PC 机中的微处理机,都可以以8086 的方式进行工作,是兼容的工作方式。所以书本知识并不“旧”,新的设备并不“新”。
  新社会背景下的学生思维活跃,课堂上平铺直叙或照本宣科的教授方式很难吸引学生的注意力,因此要想把学生的注意力吸引到课堂上,必须注重教学方式和方法的灵活性和多样性。在适当的时候,可以留出一定的课时让学生参与问题的讨论,使学生在求知、探索的课堂氛围中获取知识。在软件工程专业中,由于本课程是将两门课程进行了融合,所以要对教学内容进行合理调整。大部分院校的教学计划是先介绍计算机组成原理部分的内容后介绍汇编语言程序设计部分的内容。如果将这两门课严格的区分开,学生很难找到两门课程的结合点。
  因为一开始就让学生接触较为抽象的理论学习,学生容易产生抵触的情绪,学习兴趣不高。所以,可以试着调整传统的教学计划顺序采用理论与实践相结合的方式来组织教学。如在介绍完运算器之后可以安排学生做脱机运算器实验;在介绍汇编语言程序设计部分的内容后可以安排学生熟悉汇编语言程序设计的流程,帮助学生更好的和计算机进行交流等。在内容取舍方面,对于重点内容要深挖,讲透。对于课程之间联系不紧密的内容要坚决舍弃,使学生对重点内容学透、学精、学通。如寻址方式、CPU 的内部组成(寄存器)、指令的执行过程、存储器、汇编语言程序设计方法等内容应该详细加以讲解,而计算机的运算方法章节中关于机器数的两位乘法、浮点除法及其实现,学生比较难以掌握,可以作为了解内容或者直接舍去。
  《计算机组原理与汇编语言程序设计》的先导课程是模拟电子技术、C 语言程序设计、数据结构。在教学过程中会碰到这样的情况,当需要用到前导课程的一些知识时,会发现学生对这部分内容掌握得不好。例如, 在讲解到计算机中运算器时,用逻辑门就可以实现一个半加器,然后用两个半加器组成全加器,发现学生对逻辑电路的知识比较生疏;在提到堆栈寻址时,数据结构的知识和 C 语言实现的方法又不能马上回忆起来。这不仅极大影响了教学进度, 同时也对学生学习新的知识产生了心理阴影。因此对于前导课程的学习质量直接影响到本课程的学习。另外,在很多后续的专业课,如计算机网络、操作系统等课程当中都有计算机原理与汇编语言的影子。比如计算机网络中的校验方法和操作系统中存储器管理部分的内容在本课程中都应在讲解时有所侧重。
  因此教师不仅要在教学过程中联系先导课程进行教学,使学生在学习时可以巩固所学的内容,同时对于与后续课程相关的内容,更要让学生重点掌握,一定要把它对后续课程的重要性明确告诉学生,让学生引起足够的重视。让学生学习的不再是单个的知识点,而是一个完整的知识系统。启发教学法和引导教学法相结合是指在课堂上激发学生思考问题,然后引导学生提出问题,引导学生去思考。中心思想是连续性思维与深入思维的综合运用。连续性思维可以比喻成“多设点”,点连成线,多个知识点互相串联,增大知识广度,形成一个相对独立完整的体系。深入思维可以比喻成“深挖点”,对重点内容的深入讲解,使知识内容向纵深方法延伸,难度逐渐加大。
  首先,考虑教学目标的编制是否切合学生的认知和情感需求,教师必须掌握教学需要,使教学目标能充分体现教材的重点和关键;其次,教学目标的确立应考虑到前后知识的衔接,不能脱离实际,应本着引导学生积极主动学习思维的要求加以制订。最后,要体现突出地方性本科院校应用型人才的培养要求,着眼于锻炼学生解决问题的能力。在教学过程中可以以问题引导出课堂教学目标,在引出新知识点前先给出前导课程中学过的知识点而后与学生平时生活中经常碰到的问题相结合,启发和引导学生将所学的知识综合考虑。如在讲解堆栈寻址方式时,可先回顾在数据结构中堆栈的操作及如何用C语言实现的方法,然后将隐藏在其背后的原理与CPU 的各寄存器之间的配合方式引导出来。这样通过回顾学过的知识及引出新的知识点,让学生对学过的知识有了更深入了解的同时也知道了计算机的工作原理,更加明确了本课程的学习目标,学生掌握了学习的主动权,就会积极投入到问题的分析讨论过程中能,充分发挥主观能动性,培养了自学、积极思考的能力。
  以典型知识点和例题引出新知识点,会让学生很自然的进入到新知识点的学习过程中。如存储单元的逻辑地址向物理地址转换的知识点,直接给出地址之间的转换关系,学生不能立即接受,可以先介绍 CPU内部的寄存器的位数和系统地址总线的位数在设计上的不同,让学生先了解CPU内部和外部的不同,通过这个不同点引出地址转化的方法。学生在接受起来自然比较容易。针对该课程的教学难点,在对教学内容进行组织加工的同时,也需要对教学手段进行合理选择,授课时需充分利用现代化的教学手段,并结合讲授法、演示法、探究法、讨论法等多种教学方法,将抽象变具体,将难变简,从而提高教学质量和教学效果。同时,利用立体化课件等现代教学手段,通过动画、图表等方式形象直观地演示和模拟计算机各部件抽象的工作原理,不仅增大了课堂教学的信息量,也降低了学生的学习难度。
  另外,根据软件工程专业学生的知识结构特点,在讲解汇编语言程序设计部分和机器指令的执行过程等内容时,可与软件设计中的相关概念进行联系,这不但能使学生认识到软硬系统之间的关联,也能增加学生的学习兴趣。在新时期的高等教育探索中,本文从《计算机组成原理与汇编语言程序设计》在地方性本科院校软件工程专业中的定位和教学目标出发,讨论了如何通过教学内容的适当调整和教学方法的选择来更好地适应本专业的特点,提高教学质量等方面。然而,在教学上的探索是永无止尽的,需要不断的思考与创新,比如在该课程中如何利用软硬件设计原理的相通性激发软件工程专业学生去了解计算机运行原理等问题,仍需要进一步研究和探讨。
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[正文图表略.]
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