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摘 要 针对计算机组成原理教学的方法进行了一定的探索，文章探讨了该课程传统教学在教学方法、教学过程存在的不足；结合“计算机组成原理” CAI（Computer Assisted（aided） Instruction--计算机辅助教学）课件的设计与开发，阐述了如何将CAI技术更好地融入到课程教学中的思路和方法，从而更好地加强计算机组成原理课程建设。
关键词 计算机组成原理 计算机辅助教学 交互性 教学改革
中图分类号：G424 文献标识码：A
The Computer Aided Teaching Application Composition
Teaching Reform in the Course of Computer Principle
WANG Dong
（Information Engineering College of Tarim University， Alar， Xinjiang 843300）
Abstract A method for teaching computer organization carried out some exploration， the article discusses the lack of teaching in the course of traditional teaching methods， teaching process exists； combined with "Computer Organization" CAI （Computer Assisted （aided） Instruction-- computer-aided teaching） courseware design and development， explains how the CAI technology to better integrate into the curriculum ideas and teaching methods in order to better strengthen computer architecture course construction.
Key words computer organization； computer aided instruction； interaction； teaching reform
计算机多媒体技术、网络技术和虚拟现实技术的发展，使得计算机在教育领域的应用更加广泛，通过这些技术发展而来的计算机辅助教学手段成为当前的一个热门研究课题，它也是现代教育管理和教学媒体的重要工具。
计算机组成原理是计算机专业的核心硬件基础，在一系列软件、硬件课程中起着承上启下和支撑作用，是所有后续硬件专业课的基础和支撑。本课程以计算机组成结构为中心阐述基本概念和原理，具体介绍了计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术。但是，由于该课程理论性强、概念抽象、内容多、难度大，有些内容难以通过课堂讲授和硬件实验被学生理解掌握；现有的硬件仿真实验箱也无法直观、形象地描述计算机内部组成的工作过程和原理。多数学生对该门课程学习畏难、学不入门、学习效率低、感性认识差，给学生后续专业课程的学习带来了诸多的困难。因此，迫切需要进行教学方法和教学模式的改革探索。
针对这种现状，本文归纳了传统的计算机组成原理课程教学存在的一些不足方面，初步探讨计算机组成原理教学较好的方法，着重研究了如何把计算机辅助教学手段引入到计算机组成原理教学中，寻找到一种既提高学生的兴趣与自觉性，又提高学习效率，符合学生认知规律，又符合现代教学原则的教学模式，使其能得到良好的教学效果。
1 计算机组成原理教学存在问题分析
计算机组成原理教学本身存在着知识点多、内容杂、抽象、难以理解等特点，传统课程教学是采用“三段式”的基本程序进行教学的，即：组织教学、讲授新课、小结内容。
这种教学方法存在的不足主要表现在：（1）学生学习的主动性难以调动。传统课程教学中，教学目标、教学内容、教学过程都是程式化、固定不变的，它不会随着学生思维火花的闪现而变动，在整个教学活动中，教师处于教学的中心地位，往往大都把某个问题的“为什么”、“是什么”、“怎么样”太过具体化；学生只能按照教师讲授的内容被动地接受灌输，其学习的积极性和主动性很难被调动起来。①（2）难以发挥学生学习的创造性。学生学习主动性的欠缺，同时会引发学生创造性的不足。因为在采用传统课程教学方法的教学活动中，教师和学生在传授以及接受知识的过程中，受书本知识内容的影响较大，使得书本知识内容一定程度上约束了教学过程的活力。学生缺乏主动发现、主动探究的学习环境。（3）扼杀了学生的个性。传统计算机组成原理教学的过程本身就是“满堂灌”的形式，教学中较少考虑到学生间接收知识、理解知识的差异，不利于学生对知识的理解和消化；同时，缺少教师与学生、学生与学生之间的交流与相互作用，②扼杀了学生个性的发展。
2 CAI在计算机组成原理教学中的优势
CAI的主要特点是采用图文声像并茂的内容形式，友好的交互性界面，超文本结构组织信息，提供丰富的信息资源。它能激发学生学习的兴趣，调动学生积极参与，扩大学生知识面，提供多种教学路径。③CAI作用于课程教学的基本原理如图1所示。
根据图1可知，教师利用计算机完成课程多媒体内容设计，学生可根据自己的学习情况选择某学习内容，并利用多媒体的交互性来检测学习效果；计算机将结果反馈给教师，教师可根据学生的实际情况调整教学内容，从而确保学生理解和掌握相关的知识内容。
图1 CAI基本原理图
2.1 改进教学方法和体系 CAI的教学模式，能充分发挥其的交互处理能力，应用计算机技术将教师的授课内容通过动画、图像、图形、视频、声音等形式展现出来，增强学生的感性认识，将抽象与形象、理性与感性相结合，提升课堂教学效果。这对学生知识面的拓宽是非常有利的，并且在学习过程中提升了学生对于先进教学思想的感知。
2.2 实现人机交互，提高学生学习的主动性和激发学习兴趣
传统的计算机组成原理教学是采用教师“组织教学、讲授新课、小结内容” 的教学形式，学生的学习是一个被动灌输的过程。而采用CAI教学模式中，能利用计算机技术创设形象、生动和直观的教学情景，有利于沟通知识之间、图形之间的联系，增强教学的趣味性，吸引学生的注意力。学生可以根据自己的学习需求和能力，对某个知识进行一般了解、深入研究等筛选性学习，并及时反馈学习信息，真正做到教与学之间信息的交流，体现了教学过程中因材施教的原则，从而激发学生学习的主动性和创造性。④
2.3 紧跟现代教育的需求
在推广素质教育的今天，学生的学习任务越来越重，教学时数不断减少与教学信息量的矛盾不断增加，CAI在处理这个矛盾中发挥了巨大优势，使得我们更好地实施素质教育。⑤
3 计算机组成原理CAI研制的实现
3.1 总体方案设计
总体方案应该根据教学课程的学科特点、教学大纲、教学内容、教学目标和教学对象进行设计，同时要贯彻一定的教育思想和教学策略，遵循科学的开发方法，体现出CAI教学的时效性、灵活性、共享性和个性化等优点。在设计过程中不仅要注意突出内容难点与重点，采用多媒体技术将课件有关的文本、图像、图像、动画、视频等相关联；而且也要考虑教学内容的连续性，CAI的内容应该符合不断深入、循序渐进的教学原则。CAI总体设计流程如图2所示。
3.2 脚本的编写
脚本的设计要与课程的教学大纲和教学内容保持一致，符合教学的整体设计，能为整体教学服务。它不仅要呈现了CAI课件包含的具体内容，也体现了CAI编制的设计思想和要求，只有这样才能达到辅助的目的和效果。⑥脚本设计应该应给出各种教学信息和交互控制等内容，同时对CAI课件制作中的各种指示、要求能做出相应反应；脚本能很好地把文本素材、图片素材、声音素材和动画素材联系起来，以达到交互式教学的目的。例如，在讲解计算机中指令执行过程中，可通过CAI制作出CPU内部的ALU、IR、OP、Cache、R、内部总线等模型图，以动画的形式反映指令执行的详细过程，数据如何在CPU内部流动和存储的，这样可以确保学生有了直观的感性认识，也能更好地理解和掌握相关的知识内容。脚本设计如图3所示。
图2 CAI设计流程
3.3 交互性设计
CAI具有双向信息传递方式，在授课过程中不仅可以向学生演示信息，同时允许学生向程序传递一些控制信息，这就是我们说的具有交互性。它改变了学习者只能被动接受的局面，学生可以通过键盘、鼠标等来控制程序的运行，体现了CAI实时、双向的特点。
在计算机组成原理CAI多媒体课件设计中，运用多媒体技术使得各类交互图标和函数实现填空题、选择题、判断题、简答题等等，并在ODBC数据库的支持下，实现多媒体考试系统的设计。这样增强了多媒体课件的交互性，同时提高了学习者学习的兴趣。学生可以在课程每章节学习完后，通过如上的填空、选择等测试来检验自己的学习的效果。
3.4 CAI课件的制作
利用多媒体技术，结合教学的特点，在脚本编写的基础上，完成了计算机组成原理CAI课件的设计。该课件打破了传统教室的时空限制，支持教师备课、讲课、辅导答疑、批改作业；学生可随时进行学习、复习、提问、提交作业、练习、测试等。
图3 脚本设计
4 计算机辅助教学和其他教学方法相结合
将CAI技术引入到计算机组成原理教学有许多优越之处，但也有缺点和不足，先进的教学手段不应完全取代传统教学，只有扬长避短，保证传统教学与多媒体教学有机结合，才能真正发挥CAI教学的先进作用；在教学中应该保证给学生充足的思维空间，注重培养学生的独立思考能力和创新能力。同时，在教学中，应注意计算机辅助教学与启发式教学、类比教学等其他教学方法相结合的原则。
5 结语
针对计算机组成原理教学现状，从传统的教学方法和采用计算机辅助教学的应用进行了分析和探讨。计算机辅助教学的引入能更好地为学生创设教学情境，帮助学生解除抽象思维、逻辑思维、语言理解等方面的困难；变抽象为具体，变静态为动态，化枯燥为生动，提高思维信息的活动量；能在有限的时间内提供传统教学手段根本无法达到的信息量，弥补了传统教学方式在直观感、立体感、动态感等方面的不足，全面拓展了学生的思维，真正提高了课堂教学效率。但在实际课程教学中，注意把传统教学和计算机辅助教学相互结合，充分发挥两种教学模式的优势。
基金项目：塔里木大学高等教育教学研究课题（TDG J1308）
注释
①②刘志栋.高职高专课堂教学技术路线应如何改变[J].广东技术师范学院学报，2009（1）：104-108.
③ 王颖纯.MCAI课件的设计制作与思考[J].天津理工学院学报，2011.9：113-114.
④ 王港，吴铁桥.计算机辅助教学（CAI）在体育教学改革中的应用[J].体育与科学第21卷（总第122期）：59-61.
⑤ 傅宾忠.CAI在《机械基础》教学中的应用[J].金花职业技术学院学报，2008.4.8（2）：65-69.
⑥ 陈跃峰，刘猛，肖自美.基于多媒体数据库的计算机辅助教学系统的设计与实现[J].计算机工程与应用，2001.18：31-33.
关键词 计算机组成原理 计算机辅助教学 交互性 教学改革
中图分类号：G424 文献标识码：A
The Computer Aided Teaching Application Composition
Teaching Reform in the Course of Computer Principle
WANG Dong
（Information Engineering College of Tarim University， Alar， Xinjiang 843300）
Abstract A method for teaching computer organization carried out some exploration， the article discusses the lack of teaching in the course of traditional teaching methods， teaching process exists； combined with "Computer Organization" CAI （Computer Assisted （aided） Instruction-- computer-aided teaching） courseware design and development， explains how the CAI technology to better integrate into the curriculum ideas and teaching methods in order to better strengthen computer architecture course construction.
Key words computer organization； computer aided instruction； interaction； teaching reform
计算机多媒体技术、网络技术和虚拟现实技术的发展，使得计算机在教育领域的应用更加广泛，通过这些技术发展而来的计算机辅助教学手段成为当前的一个热门研究课题，它也是现代教育管理和教学媒体的重要工具。
计算机组成原理是计算机专业的核心硬件基础，在一系列软件、硬件课程中起着承上启下和支撑作用，是所有后续硬件专业课的基础和支撑。本课程以计算机组成结构为中心阐述基本概念和原理，具体介绍了计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术。但是，由于该课程理论性强、概念抽象、内容多、难度大，有些内容难以通过课堂讲授和硬件实验被学生理解掌握；现有的硬件仿真实验箱也无法直观、形象地描述计算机内部组成的工作过程和原理。多数学生对该门课程学习畏难、学不入门、学习效率低、感性认识差，给学生后续专业课程的学习带来了诸多的困难。因此，迫切需要进行教学方法和教学模式的改革探索。
针对这种现状，本文归纳了传统的计算机组成原理课程教学存在的一些不足方面，初步探讨计算机组成原理教学较好的方法，着重研究了如何把计算机辅助教学手段引入到计算机组成原理教学中，寻找到一种既提高学生的兴趣与自觉性，又提高学习效率，符合学生认知规律，又符合现代教学原则的教学模式，使其能得到良好的教学效果。
1 计算机组成原理教学存在问题分析
计算机组成原理教学本身存在着知识点多、内容杂、抽象、难以理解等特点，传统课程教学是采用“三段式”的基本程序进行教学的，即：组织教学、讲授新课、小结内容。
这种教学方法存在的不足主要表现在：（1）学生学习的主动性难以调动。传统课程教学中，教学目标、教学内容、教学过程都是程式化、固定不变的，它不会随着学生思维火花的闪现而变动，在整个教学活动中，教师处于教学的中心地位，往往大都把某个问题的“为什么”、“是什么”、“怎么样”太过具体化；学生只能按照教师讲授的内容被动地接受灌输，其学习的积极性和主动性很难被调动起来。①（2）难以发挥学生学习的创造性。学生学习主动性的欠缺，同时会引发学生创造性的不足。因为在采用传统课程教学方法的教学活动中，教师和学生在传授以及接受知识的过程中，受书本知识内容的影响较大，使得书本知识内容一定程度上约束了教学过程的活力。学生缺乏主动发现、主动探究的学习环境。（3）扼杀了学生的个性。传统计算机组成原理教学的过程本身就是“满堂灌”的形式，教学中较少考虑到学生间接收知识、理解知识的差异，不利于学生对知识的理解和消化；同时，缺少教师与学生、学生与学生之间的交流与相互作用，②扼杀了学生个性的发展。
2 CAI在计算机组成原理教学中的优势
CAI的主要特点是采用图文声像并茂的内容形式，友好的交互性界面，超文本结构组织信息，提供丰富的信息资源。它能激发学生学习的兴趣，调动学生积极参与，扩大学生知识面，提供多种教学路径。③CAI作用于课程教学的基本原理如图1所示。
根据图1可知，教师利用计算机完成课程多媒体内容设计，学生可根据自己的学习情况选择某学习内容，并利用多媒体的交互性来检测学习效果；计算机将结果反馈给教师，教师可根据学生的实际情况调整教学内容，从而确保学生理解和掌握相关的知识内容。
图1 CAI基本原理图
2.1 改进教学方法和体系 CAI的教学模式，能充分发挥其的交互处理能力，应用计算机技术将教师的授课内容通过动画、图像、图形、视频、声音等形式展现出来，增强学生的感性认识，将抽象与形象、理性与感性相结合，提升课堂教学效果。这对学生知识面的拓宽是非常有利的，并且在学习过程中提升了学生对于先进教学思想的感知。
2.2 实现人机交互，提高学生学习的主动性和激发学习兴趣
传统的计算机组成原理教学是采用教师“组织教学、讲授新课、小结内容” 的教学形式，学生的学习是一个被动灌输的过程。而采用CAI教学模式中，能利用计算机技术创设形象、生动和直观的教学情景，有利于沟通知识之间、图形之间的联系，增强教学的趣味性，吸引学生的注意力。学生可以根据自己的学习需求和能力，对某个知识进行一般了解、深入研究等筛选性学习，并及时反馈学习信息，真正做到教与学之间信息的交流，体现了教学过程中因材施教的原则，从而激发学生学习的主动性和创造性。④
2.3 紧跟现代教育的需求
在推广素质教育的今天，学生的学习任务越来越重，教学时数不断减少与教学信息量的矛盾不断增加，CAI在处理这个矛盾中发挥了巨大优势，使得我们更好地实施素质教育。⑤
3 计算机组成原理CAI研制的实现
3.1 总体方案设计
总体方案应该根据教学课程的学科特点、教学大纲、教学内容、教学目标和教学对象进行设计，同时要贯彻一定的教育思想和教学策略，遵循科学的开发方法，体现出CAI教学的时效性、灵活性、共享性和个性化等优点。在设计过程中不仅要注意突出内容难点与重点，采用多媒体技术将课件有关的文本、图像、图像、动画、视频等相关联；而且也要考虑教学内容的连续性，CAI的内容应该符合不断深入、循序渐进的教学原则。CAI总体设计流程如图2所示。
3.2 脚本的编写
脚本的设计要与课程的教学大纲和教学内容保持一致，符合教学的整体设计，能为整体教学服务。它不仅要呈现了CAI课件包含的具体内容，也体现了CAI编制的设计思想和要求，只有这样才能达到辅助的目的和效果。⑥脚本设计应该应给出各种教学信息和交互控制等内容，同时对CAI课件制作中的各种指示、要求能做出相应反应；脚本能很好地把文本素材、图片素材、声音素材和动画素材联系起来，以达到交互式教学的目的。例如，在讲解计算机中指令执行过程中，可通过CAI制作出CPU内部的ALU、IR、OP、Cache、R、内部总线等模型图，以动画的形式反映指令执行的详细过程，数据如何在CPU内部流动和存储的，这样可以确保学生有了直观的感性认识，也能更好地理解和掌握相关的知识内容。脚本设计如图3所示。
图2 CAI设计流程
3.3 交互性设计
CAI具有双向信息传递方式，在授课过程中不仅可以向学生演示信息，同时允许学生向程序传递一些控制信息，这就是我们说的具有交互性。它改变了学习者只能被动接受的局面，学生可以通过键盘、鼠标等来控制程序的运行，体现了CAI实时、双向的特点。
在计算机组成原理CAI多媒体课件设计中，运用多媒体技术使得各类交互图标和函数实现填空题、选择题、判断题、简答题等等，并在ODBC数据库的支持下，实现多媒体考试系统的设计。这样增强了多媒体课件的交互性，同时提高了学习者学习的兴趣。学生可以在课程每章节学习完后，通过如上的填空、选择等测试来检验自己的学习的效果。
3.4 CAI课件的制作
利用多媒体技术，结合教学的特点，在脚本编写的基础上，完成了计算机组成原理CAI课件的设计。该课件打破了传统教室的时空限制，支持教师备课、讲课、辅导答疑、批改作业；学生可随时进行学习、复习、提问、提交作业、练习、测试等。
图3 脚本设计
4 计算机辅助教学和其他教学方法相结合
将CAI技术引入到计算机组成原理教学有许多优越之处，但也有缺点和不足，先进的教学手段不应完全取代传统教学，只有扬长避短，保证传统教学与多媒体教学有机结合，才能真正发挥CAI教学的先进作用；在教学中应该保证给学生充足的思维空间，注重培养学生的独立思考能力和创新能力。同时，在教学中，应注意计算机辅助教学与启发式教学、类比教学等其他教学方法相结合的原则。
5 结语
针对计算机组成原理教学现状，从传统的教学方法和采用计算机辅助教学的应用进行了分析和探讨。计算机辅助教学的引入能更好地为学生创设教学情境，帮助学生解除抽象思维、逻辑思维、语言理解等方面的困难；变抽象为具体，变静态为动态，化枯燥为生动，提高思维信息的活动量；能在有限的时间内提供传统教学手段根本无法达到的信息量，弥补了传统教学方式在直观感、立体感、动态感等方面的不足，全面拓展了学生的思维，真正提高了课堂教学效率。但在实际课程教学中，注意把传统教学和计算机辅助教学相互结合，充分发挥两种教学模式的优势。
基金项目：塔里木大学高等教育教学研究课题（TDG J1308）
注释
①②刘志栋.高职高专课堂教学技术路线应如何改变[J].广东技术师范学院学报，2009（1）：104-108.
③ 王颖纯.MCAI课件的设计制作与思考[J].天津理工学院学报，2011.9：113-114.
④ 王港，吴铁桥.计算机辅助教学（CAI）在体育教学改革中的应用[J].体育与科学第21卷（总第122期）：59-61.
⑤ 傅宾忠.CAI在《机械基础》教学中的应用[J].金花职业技术学院学报，2008.4.8（2）：65-69.
⑥ 陈跃峰，刘猛，肖自美.基于多媒体数据库的计算机辅助教学系统的设计与实现[J].计算机工程与应用，2001.18：31-33.