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計算機的科學原理范文第1篇

關鍵詞 計算機組成原理 計算機輔助教學 交互性 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

計算機多媒體技術、網絡技術和虛擬現實技術的發(fā)展，使得計算機在教育領域的應用更加廣泛，通過這些技術發(fā)展而來的計算機輔助教學手段成為當前的一個熱門研究課題，它也是現代教育管理和教學媒體的重要工具。

計算機組成原理是計算機專業(yè)的核心硬件基礎，在一系列軟件、硬件課程中起著承上啟下和支撐作用，是所有后續(xù)硬件專業(yè)課的基礎和支撐。本課程以計算機組成結構為中心闡述基本概念和原理，具體介紹了計算機硬件系統(tǒng)中各大部件的組成原理、邏輯實現、設計方法及互連構成整機的技術。但是，由于該課程理論性強、概念抽象、內容多、難度大，有些內容難以通過課堂講授和硬件實驗被學生理解掌握；現有的硬件仿真實驗箱也無法直觀、形象地描述計算機內部組成的工作過程和原理。多數學生對該門課程學習畏難、學不入門、學習效率低、感性認識差，給學生后續(xù)專業(yè)課程的學習帶來了諸多的困難。因此，迫切需要進行教學方法和教學模式的改革探索。

針對這種現狀，本文歸納了傳統(tǒng)的計算機組成原理課程教學存在的一些不足方面，初步探討計算機組成原理教學較好的方法，著重研究了如何把計算機輔助教學手段引入到計算機組成原理教學中，尋找到一種既提高學生的興趣與自覺性，又提高學習效率，符合學生認知規(guī)律，又符合現代教學原則的教學模式，使其能得到良好的教學效果。

1 計算機組成原理教學存在問題分析

計算機組成原理教學本身存在著知識點多、內容雜、抽象、難以理解等特點，傳統(tǒng)課程教學是采用“三段式”的基本程序進行教學的，即：組織教學、講授新課、小結內容。

這種教學方法存在的不足主要表現在：（1）學生學習的主動性難以調動。傳統(tǒng)課程教學中，教學目標、教學內容、教學過程都是程式化、固定不變的，它不會隨著學生思維火花的閃現而變動，在整個教學活動中，教師處于教學的中心地位，往往大都把某個問題的“為什么”、“是什么”、“怎么樣”太過具體化；學生只能按照教師講授的內容被動地接受灌輸，其學習的積極性和主動性很難被調動起來。①（2）難以發(fā)揮學生學習的創(chuàng)造性。學生學習主動性的欠缺，同時會引發(fā)學生創(chuàng)造性的不足。因為在采用傳統(tǒng)課程教學方法的教學活動中，教師和學生在傳授以及接受知識的過程中，受書本知識內容的影響較大，使得書本知識內容一定程度上約束了教學過程的活力。學生缺乏主動發(fā)現、主動探究的學習環(huán)境。（3）扼殺了學生的個性。傳統(tǒng)計算機組成原理教學的過程本身就是“滿堂灌”的形式，教學中較少考慮到學生間接收知識、理解知識的差異，不利于學生對知識的理解和消化；同時，缺少教師與學生、學生與學生之間的交流與相互作用，②扼殺了學生個性的發(fā)展。

2 CAI在計算機組成原理教學中的優(yōu)勢

CAI的主要特點是采用圖文聲像并茂的內容形式，友好的交互性界面，超文本結構組織信息，提供豐富的信息資源。它能激發(fā)學生學習的興趣，調動學生積極參與，擴大學生知識面，提供多種教學路徑。③CAI作用于課程教學的基本原理如圖1所示。

根據圖1可知，教師利用計算機完成課程多媒體內容設計，學生可根據自己的學習情況選擇某學習內容，并利用多媒體的交互性來檢測學習效果；計算機將結果反饋給教師，教師可根據學生的實際情況調整教學內容，從而確保學生理解和掌握相關的知識內容。

圖1 CAI基本原理圖

2.1 改進教學方法和體系

CAI的教學模式，能充分發(fā)揮其的交互處理能力，應用計算機技術將教師的授課內容通過動畫、圖像、圖形、視頻、聲音等形式展現出來，增強學生的感性認識，將抽象與形象、理性與感性相結合，提升課堂教學效果。這對學生知識面的拓寬是非常有利的，并且在學習過程中提升了學生對于先進教學思想的感知。

2.2 實現人機交互，提高學生學習的主動性和激發(fā)學習興趣

傳統(tǒng)的計算機組成原理教學是采用教師“組織教學、講授新課、小結內容” 的教學形式，學生的學習是一個被動灌輸的過程。而采用CAI教學模式中，能利用計算機技術創(chuàng)設形象、生動和直觀的教學情景，有利于溝通知識之間、圖形之間的聯系，增強教學的趣味性，吸引學生的注意力。學生可以根據自己的學習需求和能力，對某個知識進行一般了解、深入研究等篩選性學習，并及時反饋學習信息，真正做到教與學之間信息的交流，體現了教學過程中因材施教的原則，從而激發(fā)學生學習的主動性和創(chuàng)造性。④

2.3 緊跟現代教育的需求

在推廣素質教育的今天，學生的學習任務越來越重，教學時數不斷減少與教學信息量的矛盾不斷增加，CAI在處理這個矛盾中發(fā)揮了巨大優(yōu)勢，使得我們更好地實施素質教育。⑤

3 計算機組成原理CAI研制的實現

3.1 總體方案設計

總體方案應該根據教學課程的學科特點、教學大綱、教學內容、教學目標和教學對象進行設計，同時要貫徹一定的教育思想和教學策略，遵循科學的開發(fā)方法，體現出CAI教學的時效性、靈活性、共享性和個性化等優(yōu)點。在設計過程中不僅要注意突出內容難點與重點，采用多媒體技術將課件有關的文本、圖像、圖像、動畫、視頻等相關聯；而且也要考慮教學內容的連續(xù)性，CAI的內容應該符合不斷深入、循序漸進的教學原則。CAI總體設計流程如圖2所示。

3.2 腳本的編寫

腳本的設計要與課程的教學大綱和教學內容保持一致，符合教學的整體設計，能為整體教學服務。它不僅要呈現了CAI課件包含的具體內容，也體現了CAI編制的設計思想和要求，只有這樣才能達到輔助的目的和效果。⑥腳本設計應該應給出各種教學信息和交互控制等內容，同時對CAI課件制作中的各種指示、要求能做出相應反應；腳本能很好地把文本素材、圖片素材、聲音素材和動畫素材聯系起來，以達到交互式教學的目的。例如，在講解計算機中指令執(zhí)行過程中，可通過CAI制作出CPU內部的ALU、IR、OP、Cache、R、內部總線等模型圖，以動畫的形式反映指令執(zhí)行的詳細過程，數據如何在CPU內部流動和存儲的，這樣可以確保學生有了直觀的感性認識，也能更好地理解和掌握相關的知識內容。腳本設計如圖3所示。

圖2 CAI設計流程

3.3 交互性設計

CAI具有雙向信息傳遞方式，在授課過程中不僅可以向學生演示信息，同時允許學生向程序傳遞一些控制信息，這就是我們說的具有交互性。它改變了學習者只能被動接受的局面，學生可以通過鍵盤、鼠標等來控制程序的運行，體現了CAI實時、雙向的特點。

在計算機組成原理CAI多媒體課件設計中，運用多媒體技術使得各類交互圖標和函數實現填空題、選擇題、判斷題、簡答題等等，并在ODBC數據庫的支持下，實現多媒體考試系統(tǒng)的設計。這樣增強了多媒體課件的交互性，同時提高了學習者學習的興趣。學生可以在課程每章節(jié)學習完后，通過如上的填空、選擇等測試來檢驗自己的學習的效果。

3.4 CAI課件的制作

利用多媒體技術，結合教學的特點，在腳本編寫的基礎上，完成了計算機組成原理CAI課件的設計。該課件打破了傳統(tǒng)教室的時空限制，支持教師備課、講課、輔導答疑、批改作業(yè)；學生可隨時進行學習、復習、提問、提交作業(yè)、練習、測試等。

圖3 腳本設計

4 計算機輔助教學和其他教學方法相結合

將CAI技術引入到計算機組成原理教學有許多優(yōu)越之處，但也有缺點和不足，先進的教學手段不應完全取代傳統(tǒng)教學，只有揚長避短，保證傳統(tǒng)教學與多媒體教學有機結合，才能真正發(fā)揮CAI教學的先進作用；在教學中應該保證給學生充足的思維空間，注重培養(yǎng)學生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力。同時，在教學中，應注意計算機輔助教學與啟發(fā)式教學、類比教學等其他教學方法相結合的原則。

5 結語

針對計算機組成原理教學現狀，從傳統(tǒng)的教學方法和采用計算機輔助教學的應用進行了分析和探討。計算機輔助教學的引入能更好地為學生創(chuàng)設教學情境，幫助學生解除抽象思維、邏輯思維、語言理解等方面的困難；變抽象為具體，變靜態(tài)為動態(tài)，化枯燥為生動，提高思維信息的活動量；能在有限的時間內提供傳統(tǒng)教學手段根本無法達到的信息量，彌補了傳統(tǒng)教學方式在直觀感、立體感、動態(tài)感等方面的不足，全面拓展了學生的思維，真正提高了課堂教學效率。但在實際課程教學中，注意把傳統(tǒng)教學和計算機輔助教學相互結合，充分發(fā)揮兩種教學模式的優(yōu)勢。

基金項目：塔里木大學高等教育教學研究課題（TDG J1308）

注釋

①②劉志棟.高職高專課堂教學技術路線應如何改變[J].廣東技術師范學院學報，2009（1）：104-108.

③ 王穎純.MCAI課件的設計制作與思考[J].天津理工學院學報，2011.9：113-114.

④ 王港，吳鐵橋.計算機輔助教學（CAI）在體育教學改革中的應用[J].體育與科學第21卷（總第122期）：59-61.

計算機的科學原理范文第2篇

關鍵詞：計算機網絡;理論教學; 實驗教學; 教學方法; 創(chuàng)新性

1.引 言

計算機網絡是計算機學科中發(fā)展最快的技術之一，也是計算機應用中一個空前活躍的領域。21世紀是信息社會，信息產業(yè)正成為全球經濟的主導產業(yè)，而它的基礎就是支持全社會的計算機網絡，網絡的出現大大縮短了人與人之間的時間與空間距離，擴大了交互與協作范圍。

計算機網絡是計算機技術與通信技術相互滲透、密切結合而形成的一門交叉性學科，計算機網絡原理課程在計算機專業(yè)中占有重要的地位，它屬于一門學科基礎課，是幾乎所有的計算機專業(yè)都開設的一門課程。目前我國信息技術與信息產業(yè)的快速發(fā)展，正需要大批掌握計算機網絡與通信技術的人才，這就對培養(yǎng)21世紀高素質創(chuàng)新型計算機專業(yè)人才提出了迫切的要求。

2.現 狀

   計算機網絡原理課程主要講述網絡的基本原理、技術與應用，一般以計算機網絡5層體系結構為主線進行講述，網絡設備多，網絡概念多，內容相對枯燥，尤其是開始部分，講述參考模型，學生不容易理解為什么劃分那么多的模型，不容易引起學生的興趣。而且多數的學校對于這門課程都沒有相關的實驗課程，學生學了之后總感覺是虛無縹緲的，使用網絡的時候體會不到內部的運行機制。比如講述網絡協議部分，由于數據包在各層次的流動以及協議對其的處理過程都隱藏在設備內部，看不見也摸不著，沒有實際的直觀印象，只有理論的抽象講述，學生很難從整體上理解和掌握局域網的工作原理與運行規(guī)律。

3.教學方法研究

針對目前計算機網絡原理課程的教學現狀，結合多年的教學經驗，提出如下的教學方法：

3.1 理論教學方法研究

    (1)采用類比的方法

計算機網絡原理課程中，網絡概念多，網絡名詞多，講述的時候可以采用類比的方法，以學生已知的生活經驗和知識為參照進行講解，如講述OSI參考模型時，可以與大家熟知的郵政通信系統(tǒng)進行類比，郵政通信系統(tǒng)可以分為三層：用戶、郵局和運輸部門，用戶位于最高層，運輸部門位于最底層，各司其職，各盡其責，上一層對下一層提出要求，下一層完成上一層提出的要求，為上一層提供服務，對等層之間和上下層之間存在相應的約定，上一層要打包之后再交給下一層。這樣學生就比較容易理解為什么要劃分層次了，以及層與層之間的數據傳輸過程。

(2) 動畫演示

對于內容比較抽象，現實生活中又很難找到相似例子的部分，可將內容做成動畫，采用動畫演示的方法，如數據的通信方式，動畫能夠直觀形象的展示數據通信的過程，學生容易理解且容易激發(fā)學習興趣。

(3) 自己動手

通過網絡學習網絡，在使用網絡的過程中思考網絡的工作原理。如講述介質訪問控制子層時，讓學生利用現有條件在宿舍自己動手組建局域網。即增加了興趣，又增強了動手能力。講述應用層時，主要采用簡要講述課后自己實踐的方式，自己動手配置ftp服務器，配置DNS服務器，電子郵件服務器，web服務器等。

(4)參觀調查

課堂上看不到的網絡通信設備如交換機、路由器、集線器、網卡等，傳輸介質如雙絞線、光纖等可以到市場上去調查，對比優(yōu)缺點，性價比，不明白的地方回來查詢相關資料，最后書寫心得體會，并與其他同學交流經驗。

參觀學校的網絡中心，了解校園網的網絡結構，參觀并利用現有的網絡相關實驗室。

(5)討論課

為了培養(yǎng)創(chuàng)新性的應用型人才，教學模式應由“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變，適當開設討論課程，讓學生自主學習，遇到問題相互討論，各抒己見，如學習網橋的工作原理時，討論網橋是如何工作的，以及網橋和交換機的區(qū)別等。最后教師給出總結。

(6)問題驅動式

為了增強教學過程的連貫性，可以采用問題驅動式教學方法，即提出問題，解決問題，再提出新的問題，一環(huán)扣一環(huán)，直到結束。

(7)更新教材內容

網絡技術日新月異，網絡教學內容也要不斷取舍，要緊跟計算機科學與技術的發(fā)展潮流，及時制定并修正教學計劃和課程體系，刪除逐漸被淘汰的技術，如X.25、ATM等，注重對下一代互聯網體系結構和IPV6協議研究的介紹，強化對網絡核心的路由和交換問題的介紹，增加對網絡安全和管理的介紹。為培養(yǎng)高素質創(chuàng)新型人才打下堅實的基礎。

3.2 實驗教學方法研究

實驗課程是理論課程的延伸，對于培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、解決實際問題，加深對網絡理論知識的理解與應用起著非常重要的作用。目前，多數學校沒有針對網絡原理課程的實驗，現有實驗也僅限于網絡操作系統(tǒng)的安裝與使用等與網絡原理課程關系不大的操作性實驗，主要是因為：計算機網絡實驗室的組建具有一定的難度，不僅僅有計算機就夠了，還要有組網的設備，網絡互聯的設備和工具，投資較大，變化更新快，因此在教學的過程當中，應充分利用現有的各種實驗設備，為學生創(chuàng)造更多的實踐動手機會。

計算機網絡是綜合性很強的學科，即有硬件實驗又有軟件實驗，兩者密切結合，不可分割，先實物在理論后應用的教學模式，更有利于學生的理解。應該加強實驗教學環(huán)節(jié)的力度。深入理解課程核心知識內容，認真選擇實驗內容，通過對計算機網絡知識體系的理解，制定詳細實驗計劃，選擇數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層等重點教學內容來設計實驗的內容。把實驗分為操作性、設計性和分析性和創(chuàng)新性等類型，著力構建“厚基礎、重應用”的人才培養(yǎng)模式。

(1)操作性實驗

操作性實驗如局域網的組建，web服務器、ftp服務器、DNS服務器的建立和管理等，這類實驗主要培養(yǎng)學生實際動手能力，加深學生對理論知識的理解和應用，避免高分低能的現象發(fā)生，讓學生學有所用。這類實驗可以分組完成，每組6~8人，指定一名組長，每組具有6~8臺主機，和相關的聯網設備。

(2)分析性實驗

計算機網絡的特點使得使用網絡的時候體會不到內部的運行機制，針對這種現象可以采用分析性實驗，如使用Sniffer、Ethereal等網絡分析工具捕獲數據包，對數據包進行分析，體會數據在 各層的流動順序和變化過程。

（3）設計性實驗

在學習網絡原理之前，學生已經學習了C語言課程，并具備了一定的編程基礎，可以讓學生利用C語言編寫一些小的程序，模擬網絡的內部細節(jié)，如：數據鏈路層幀交換過程，教師可以給出原始數據，讓學生把它組裝成一個802.3幀，并轉換成802.5幀格式；網絡層分組交換過程；傳輸層報文交換的過程等。

由于網絡實驗環(huán)境的局限性，所有的網絡實驗都利用真實的實驗環(huán)境來實現是不現實的，也是沒有必要地，我們可以用Packet Tracer、OPNET等網絡仿真軟件設計網絡拓撲結構、配置網絡設備，分析實驗結果。

（4）創(chuàng)新性實驗

這類實驗培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，進行科學研究創(chuàng)作，培養(yǎng)學生的發(fā)現問題、提出問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生的自我學習能力，從以教師為中心向以學生為中心轉變。如編寫IPV4轉發(fā)實驗，IPV6收發(fā)實驗，簡單TCP協議實驗，用UDP編寫網絡聊天程序等。

4.總 結

計算機網絡原理課程是計算機專業(yè)的一門重要基礎課，實踐性較強，同其他課程的教學一樣，不是一成不變的，教學的方式與方法也要不斷適應課程變化的需要，本文從理論教學和實驗教學兩方面提出了幾點看法，注重理論教學，尤其要加強實驗教學環(huán)節(jié)，讓學生在實踐中加深對理論知識的理解，增強動手能力，為打造創(chuàng)新性應用型人才打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]吳功宜.計算機網絡[M]. 北京：清華大學出版社，2007.3.

[2]相明科，吳學毅.計算機網絡及應用[M].北京：中國水利水電出版社，2003.8.

[3]徐明偉.計算機網絡原理實驗教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.4.

[4]吳黎兵，彭紅梅，黃磊.計算機網絡實驗教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.9.

[5]丁美榮，唐華，曾碧卿.計算機網絡研究型實驗教學評價體系的構建[J].計算機技術與發(fā)展，2011.1

[6]潘澤強，黃益群.計算機網絡技術實踐教學改革研究與探索[J].制造業(yè)自動化，2011.2

[7]姚華婷.網絡服務器配置與管理[M].北京：人民郵電出版社，2009.10

計算機的科學原理范文第3篇

關鍵詞:計算機組成原理實驗;開放性實驗教學;EDA技術

21世紀社會和經濟的發(fā)展,要求高校培養(yǎng)的人才具備較高的綜合素質和一定的實踐能力。面對這一要求,高校應對現有的實驗課教學培養(yǎng)模式、課程體系、課程內容和教學方法進行改革,使實驗教學適應現代技術變革,以加強對學生綜合素質和實踐能力的培養(yǎng)。

計算機組成原理是計算機專業(yè)的重要核心課程,所開設的實驗課具有較強的硬件綜合性質。由于實驗環(huán)境所限,在以往的實驗課教學中,主要進行的是驗證性實驗,無法滿足和達到課程設置要求學生具有一定設計能力的目標。早期由于資金和技術原因,只有少數重點院校自己搭建教學平臺進行實驗課教學,這種平臺操作復雜,從一定程度上分散了學生的注意力,降低了實驗效果。隨著技術的不斷進步和國家對高校實驗室經費投入的增加,目前絕大多數院校都能開設這門課程的實驗。教學手段和方法也從采用在面包板上連線搭電路到使用教學實驗箱進行教學,實驗教學環(huán)境越來越好,設備操作越來越簡單,實驗成功率顯著提高。然而,良好的實驗教學手段和環(huán)境并沒有顯著提高學生的實驗技能,達不到設計計算機部件的實驗目的,更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。其重要的原因是教學理念陳舊,人才培養(yǎng)的教育教學觀沒有從“知識型”轉變到“素質型”、“能力型”上來[1]。

EDA是電子設計自動化( Electronic Design Automation)的縮寫,是上世紀80年代末電子設計領域中高速發(fā)展的一項新技術,在電子設計領域中的應用已經非常普及。而將EDA技術引入計算機組成原理實驗課教學,是近年來的一個趨勢。目前,一些高校采用了這種基于EDA技術的計算機組成原理實驗課教學手段,并且出現與之配套的實驗電路箱,使計算機組成原理實驗課教學模式和方法發(fā)生了巨大的變革。

這種基于EDA技術支持的計算機組成原理實驗課教學手段,使學生利用FPGA廠商提供的軟件設計和綜合工具進行計算機部件的設計、仿真和綜合,經過多次調試,得到正確的設計結果,然后通過相應的實驗儀器對設計結果進行實際功能驗證,完成計算機組成部件的設計任務。學生通過參與實驗課的各個環(huán)節(jié),提高了軟件編程、電子設計、芯片使用等知識的綜合運用能力。采用這種教學方法有利于培養(yǎng)學生實驗能力和設計創(chuàng)新能力。

近幾年來,國家加大了對高校教學經費的投入,使得高校的教學條件和教學設施得到了很大的改善,計算機組成原理實驗課采用EDA技術支持的實驗箱已經比較普遍了。然而通過調查發(fā)現,各高校使用的這類實驗箱大多數是各教學儀器生產廠商提供的。這

基金項目:黑龍江省新世紀教學改革工程項目(S08-19);黑龍江省重點學科(081203);黑龍江省高等教育學會“十一五”課題(115C-706)。

作者簡介:李麗萍(1988-),女,副教授,研究生,研究方向為計算機科學教育、計算機體系結構;盛琳陽(1956-),男,教授,本科,碩士研究生導師,研究方向為計算機輔助教學、嵌入式系統(tǒng)。

類儀器所提供的功能雖然較多,但設備使用復雜,價格比較昂貴。儀器所提供的許多功能并不是教學必備的,基本閑置不用,較多的功能設置加大了學生掌握儀器使用的難度,增加了操作的復雜度,也從一定程度上影響了實驗進度,分散了學生進行計算機組成部件設計和創(chuàng)新設計的注意力。針對這種狀況,如何設計和開發(fā)一種能滿足實驗教學需求的實驗儀器,是教學模式改革的關鍵。專業(yè)教師在長期的教學實踐中,積累了豐富的教學經驗,熟悉教學內容,掌握一線教學的需求,但缺少資金支持和良好的開發(fā)和測試環(huán)境;而專業(yè)公司具有這些優(yōu)勢,但苦于不了解教學一線需求,開發(fā)的教學儀器總是不能滿足教學實際需求。于是,我們將教師和企業(yè)的專業(yè)開發(fā)人員的優(yōu)勢結合在一起,我們設計教學內容,提出實驗儀器應具備的功能,甚至詳細到實驗操作平臺控制按鈕的布置,由哈爾濱市中云科技開發(fā)公司進行實驗儀器設計,在很短的時間開發(fā)出了ZY-ZCⅠ型計算機組成實驗教學板,并在教學中使用,收到了很好的效果。同時,在本省的幾所院校使用和試用后,都受到了教學一線教師的好評。在此基礎上,開展了計算機組成原理新教學方法的教學實驗和研究。經過2年的教學實踐,摸索和設計出了一套新型的計算機組成原理實驗課教學方法與模式。

1實驗教學體系改革

這套教學體系和模式完全不同于傳統(tǒng)的計算機組成原理實驗教學模式。傳統(tǒng)的教學模式是以驗證計算機組成部件功能為實驗目的,以驗證正確為驗收目標,新的模式是以設計計算機組成部件為目的,以設計成功為驗收目標;傳統(tǒng)的教學模式不能發(fā)揮學生的主觀能動性,新的教學模式完全以學生自主設計為主,在教師的指導下,由學生獨立自行設計、調試和分析來完成實驗任務,充分體現和發(fā)揮了學生的創(chuàng)新設計能力[2]。我們依據這一研究結果,編寫了我?！队嬎銠C組成實驗教學大綱(2009年)》。

2實驗教學板的開發(fā)與配套教材建設

根據實際教學需求,大力削減意義不大的實驗教學經費投入,由哈爾濱師范大學和哈爾濱市中云科技開發(fā)公司合作開發(fā)了計算機組成原理實驗教學板如圖1所示。

圖1ZY-ZCⅠ計算機組成實驗教學板

該實驗板與市場流行的教學實驗箱相比有如下特點:

(1) 外觀開關和顯示燈布局合理。大多數實驗箱面板上布置了大量的芯片,插孔布置分散,經連線后顯得非常散亂,影響教學效果。所開發(fā)的實驗教學板將所需開關與顯示燈、連線分別集中在不同區(qū)域,避免了連線散亂的現象出現。操作簡單,容易掌握。

(2) 實驗可行性和可操作性強。滿足基本的計算機組成原理實驗要求,在不需要進行計算機整機設計的情況下,該實驗儀器簡單實用,價格低廉。

(3) 擴展性好。具備功能擴展接口,以滿足進行整機實驗的計算機設計課程需求。

在這套實驗板的基礎上,編寫了配套的計算機組成原理實驗指導教材并在教學中使用。教材設計了采用EDA技術進行計算機組成部件設計實驗內容,包括存儲器、基本運算器、總線傳輸和時序等單一功能和綜合功能的設計。教材中的每個單元首先向學生提出目的和要求,給出設計提綱、設計環(huán)節(jié)和設計思路,每一步詳細的操作步驟完全由學生自主決定,避免學生只照著給出的步驟搬動開關,看顯示燈,記錄幾個二進制結果數的現象出現[3]。

3實驗過程設計

計算機組成原理實驗課遵從EDA技術設計思路,充分體現自主和自動設計風格。由于EDA設計非常靈活,考慮到計算機組成原理實驗課不同于EDA設計課程,也沒有更多的學時講授EDA設計方法,新方法運用層次教學和開放教學手段。

實驗在FPGA綜合開發(fā)工具Quartus II 8.0軟件環(huán)境下進行,而掌握該軟件的全部功能不是幾個學時就能解決的,因此,只用少量學時進行軟件基本功能使用培訓,如對大多數學生要求采用畫電路圖的方法進行部件設計,并不要求一定要學習VHDL語言和編程設計電路,對有能力的學生鼓勵采用VHDL語言編程設計[4]。

鑒于學時限制和課程性質,大部分實驗內容由學生在課外完成,如軟件環(huán)境下的部件設計和仿真環(huán)節(jié),完全可以由學生在課下用自己的計算機完成。仿真驗證設計正確后才在實驗板上進行硬件資源配置,部件功能驗證,充分體現了實驗開放性特點。

4實驗考核方法

為了規(guī)范實驗教學,制定了嚴格的考核機制?？己朔椒ㄖ邪ㄕn堂培訓、驗收環(huán)節(jié)、實驗報告等環(huán)節(jié)的考核,并重點在驗收環(huán)節(jié)進行把關。實驗內容交代給學生后,在驗收環(huán)節(jié)對學生的全部實驗過程進行考核。如在考核時對學生提出不同的技術參數要求以得到不同的結果。學生只能在完全熟悉設計過程的情況下才能很快地更改自己的設計,回答教師問題。由于這種考核機制是面對面考核每個學生,也調動了學生學習的自主性。

5實驗效果和存在問題分析

計算機組成原理實驗教學課程新方法研究,經過2個年級15個班級的實踐,從教學體系,教學大綱,實施方案、實驗環(huán)境和設備、考核等方面進行了探索

和完善。經過相關專家鑒定,認為這種新教學體系和模式滿足21世紀教學要求,實現了實驗教學由驗證實驗為主到以設計實驗為主的革新,從簡單而分散的實驗到綜合、系統(tǒng)性創(chuàng)新設計的飛躍,從單一的課程實驗到各科的融會貫通。新教學體系和模式鞏固和深化課堂教學,提高學生的實踐動手和科研創(chuàng)新能力,培養(yǎng)了學生的全面素質。實踐中也發(fā)現,Quartus II 8.0軟件對計算機硬件環(huán)境要求較高,但隨著時間的推移,該問題能夠逐步消除。

6結語

EDA技術是電子設計領域的一場革命,目前正處于高速發(fā)展階段,并廣泛應用于多個重要領域。將EDA仿真引入到組成原理的設計性實驗中不僅豐富了實驗內容、方法和手段,提高了實驗效率,而且也使學生接觸到現代電子設計的新方法、新手段,更能激發(fā)學生實驗的積極性和創(chuàng)造性。我院采用校企合作方式開發(fā)教學儀器,能解決學校資金不足和不具備開發(fā)測試環(huán)境的難題,是支持高校教學改革的一種探索。

從目前就業(yè)市場反饋的信息看,計算機軟件人才已經在一定程度上供大于求,而熟悉硬件設計的人才則供不應求,年薪也遠遠高于同等學歷的軟件人才。掌握這一先進技術在將來工作時更有競爭力,學習也就有了更切實際的目標[5]。

參考文獻:

[1] 顏俊松. 計算機組成原理實驗教學研究與探索[J]. 重慶文理學院學報, 2008,27(1):101-102.

[2] 馮潔. 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中實驗教學的問題與對策[J]. 實驗室研究與探索,2008,27(4): 102-105.

[3] 陳越. 計算機組成原理課程教學研究[J]. 福建電腦,2008(2):209.

[4] 秦磊華,王小蘭,管軍. EDA仿真在組成原理設計性實驗中的應用[J].實驗室研究與探索,2009(4):79-82.

[5] 錢江波,王讓定,石守東,等. 基于EDA技術的“計算機組成原理”課程改革研究與實踐[J].計算機教育,2008(8):27-28.

Research on Open Educational Model of Technology Computer Composition

Principle Experiment Class Based on EDA

LI Li-ping, SHENG Lin-yang

(Institute of Computer Science and Information Engineering,Harbin Normal University, Harbin 150025, China)

計算機的科學原理范文第4篇

在計算機系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)全面管理計算機系統(tǒng)資源，地位重要。計算機操作系統(tǒng)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是向服務客戶的一個窗口。計算機上運行的所有程序，包括匯報語言、編譯軟件以及大量的應用軟件諸如常用的辦公Office軟件等，都依賴于操作系統(tǒng)支持，都要得到操作系統(tǒng)提供的服務。操作系統(tǒng)原理課程與諸多領域密切相關，如程序設計，數據結構，計算機硬件、軟件設計，程序設計語言，等等，具有涵蓋領域廣、相關概念較為抽象、實踐性和操作性強的特征。這些對提高學生的思維創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生的動手實踐能力有很大幫助。然而，也正是由于這些特點，使學生經常感到學習難度偏大，不易掌握。所以，我們應該完善目前的教學模式，來促進學生對于操作系統(tǒng)原理的消化和吸收。限于農業(yè)專業(yè)方向在計算機方面的師資、生源、硬件條件等的具體情況，在教學過程中，沒有把操作系統(tǒng)原理的教學提高到培養(yǎng)復合型應用人才的高度，對教學內容、課程設置與教學方法研究較少。教學內容陳舊落后且重復嚴重，課程結構不合理。

以下三點是筆者在教學實踐中發(fā)現的計算機操作系統(tǒng)課程教學存在的不足之處：

1.在傳統(tǒng)的計算機操作系統(tǒng)課程教學中，課堂灌輸是主要形式，僅輔以少量實踐操作，導致課程理論性較強、內容抽象。對學生而言，學習過程中難度較大，知識點多且龐雜，而操作系統(tǒng)原理教學中以理論講解為主，很難達到理想的教學效果，學生難以對操作系統(tǒng)課程有全面系統(tǒng)的認識，在計算機操作系統(tǒng)的實際應用中也很難結合這些抽象理論，對這門課程的學習具有畏難情緒。

2.課堂教學手段較為單一、枯燥?，F在的計算機高校教材中，內容多數由操作系統(tǒng)的基本原理等五部分組成（操作系統(tǒng)概述、進程管理、存儲管理、外部設備管理和文件管理）。課程講授主要偏向理論知識的灌輸，教學內容與實際使用的Windows和Linux等操作系統(tǒng)脫節(jié)，存在一定距離，學生對該課程失去興趣，學與用之間缺乏聯系。計算機操作系統(tǒng)的原理性和抽象性強、系統(tǒng)性較差、更新速度快。在傳統(tǒng)教學中，老師多要求學生掌握教材的內容，教學以教材為中心。部分老師仍然采用板書為主的填鴨式教學方法，講授枯燥的理論知識；或者利用電子教案單純播放理論知識課件，課題枯燥。

3.教學內容理論性較強，實踐性環(huán)節(jié)薄弱。操作系統(tǒng)課程實踐受到學時限制，實驗內容單純，形式呆板，并且與理論學習脫軌，主要以驗證、仿真為主，學生的興趣很難得到激發(fā)，不能充分鍛煉他們的操作能力。還有，學生缺乏自己動手設計或者分析具體操作系統(tǒng)案例的體驗過程。課程設計環(huán)節(jié)的遺漏，使學生能夠參與研究性學習的機會更少，這樣對學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)會帶來不利影響。

針對以上計算機操作系統(tǒng)原理課程的教學特點， 為了促進學生對于操作系統(tǒng)的原理、方法的理解和掌握，提高他們開發(fā)系統(tǒng)軟件和應用軟件的能力和認識，我們提出了以學生為主體的自主學習模式，提倡引導學生理論聯系實際、激發(fā)學習興趣，組織學生進行開放式自主學習和專題討論，以及加強實踐等方面的改進措施。

一、運用比喻教學法，激發(fā)學習興趣

在講解理論、講授知識點時，教師要注意理論結合實踐，引導學生積極發(fā)現問題，努力解決問題。但是由于計算機操作系統(tǒng)課程內容抽象、晦澀，如果教師在講解的時候采用比喻教學法，將空洞的內容結合實例，可以將內容講得生動、淺顯易懂，往往能夠收到事半功倍的效果。比喻教學就是運用生動、形象的例子打比方，用貼近實際、貼近生活的案例進行類比，這樣才能深入淺出，有助于學生對抽象概念的理解。比如，在講解分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)定義和區(qū)別后，引導學生舉出生活中類似的例子，學生提出了例子：鐵路和航空網絡售票系統(tǒng)，對任務的響應時間有嚴格要求，屬于實時系統(tǒng)。對于并發(fā)和并行的區(qū)別，學生也舉出例子：不同的學生去上同一門課，學生之間是并行的，而學生同一學期中的不同課程學習之間的學習是并發(fā)的。把日常生活中經常見到的現象引入教學中做類比分析，可以加深學生的理解。

二、開放式自主學習，開展專題討論

在計算機操作系統(tǒng)的課堂教學中，要以教材為基礎，引導學生充分利用現代化電子資源，如Internet、網絡公開課，及時了解、跟蹤操作系統(tǒng)發(fā)展的國際新動態(tài)和一些熱點、前沿問題。教師可根據教學進度和學生情況指定可選的專題分類，例如Android手機操作系統(tǒng)、蘋果IOS操作系統(tǒng)和日常辦公的微軟windows 8操作系統(tǒng)等等。充分尊重學生的興趣，讓他們在給定范圍內自主選題或自由擬題，組成相應的學習小組（3～5人為一組），通過小組討論，分配任務，充分利用身邊的學習資源，如網絡、圖書館的文獻資料、書籍報刊等，確定專題后進行自主學習，并總結成研究性報告。再通過PPT（幻燈片，可以包括圖片、文字、視頻、音頻等）與其他同學相互討論、交流，中間穿插教師點評、學生提問等環(huán)節(jié)。對表現好的小組進行獎勵，從而提高學生之間的合作能力，形成團隊意識，同時培養(yǎng)學生自主學習的積極性。優(yōu)秀的學生報告也可以放在課程的網站中，供學生學習觀摩，并可以成為教案素材。

同時，利用數據庫、校園網等電子技術，創(chuàng)建基于Web的測試平臺及習題庫。這種開放式測試平臺可以使學生進行自我評估，彌補空缺的知識點。我們專業(yè)每年開展網站設計與軟件設計大賽活動，這有利于學生對數據庫、VB語言設計、操作系統(tǒng)原理課程等知識的融會貫通，激勵學生的學習興趣與動力。

三、加強實踐環(huán)節(jié)

操作系統(tǒng)原理課程以原理、概念及算法等基礎知識為主，必須設置與之配套的實驗課。操作系統(tǒng)課程設計的教學實踐，可以加深學生對于操作系統(tǒng)功能的了解與熟悉程度，加深對相關算法、數據結構、基本概念的理解。同時學生可以切身感受到抽象思維的具體實踐，提高學生進行系統(tǒng)程序設計的能力，培養(yǎng)學生系統(tǒng)操作方面的創(chuàng)造力。國內操作系統(tǒng)原理課程實踐教學的現狀大致包括如下三種類型：設計操作系統(tǒng)，模擬實現操作系統(tǒng)，使用操作系統(tǒng)。按照實驗的難度又分為：①基礎型實驗?；A型實驗是為了加深學生對操作系統(tǒng)使用、配置等方面的了解，相應地分為存儲管理、設備管理、文件管理、網絡功能及操作系統(tǒng)的綜合運用。老師可以根據教學內容提供一些可選擇的部分，學生根據自己掌握的情況和興趣愛好選擇內容。建議選擇開源操作系統(tǒng)，如面向個人計算機的LINUX操作系統(tǒng)等。②應用型實驗。相對于基礎型實驗，應用型實驗對學生提出了較高的要求，要求學生能夠自己動手操作模擬一些常見的、經典的操作系統(tǒng)算法，如存儲空間的分配與回收，設備分配，進程間通信，多進程并發(fā)與調度等。學生自己操作模擬練習可以加深對于操作系統(tǒng)算法的理解。③綜合型實驗。綜合型實驗對學生提出了更高的要求，要求學生能夠獨立掌握現代主流操作系統(tǒng)，比如面向手機的ANDROID操作系統(tǒng)、面向個人計算機的LINUX操作系統(tǒng)等。學生要努力理解操作系統(tǒng)內核，盡力分析操作系統(tǒng)中的源代碼和數據結構，并進行程序設計。此階段實踐環(huán)節(jié)難度較大，僅對學有余力的同學提出要求，要求學生掌握操作系統(tǒng)的實現技術和模塊設計方法與技巧。

考核方式靈活多變。計算機操作系統(tǒng)原理課程應用性、操作性很強，單理解理論部分是不合適的。考核實驗應用部分不可或缺，老師可以根據課程進度、學生掌握程度等進行考核，如讓學生提交實驗報告、程序代碼，并進行演示；編寫一些程序代碼，根據要求寫出算法等。學生也可以撰寫研究報告，或者科研小論文。鼓勵能力強的學生自己組建團隊，培養(yǎng)學生的團隊協作能力，同時有利于提高學生的文獻綜述能力，研讀能力，科技文獻查閱能力，理解問題、解決問題的能力，團隊合作能力。對于這樣的小組，在考核時應該適當地增加鼓勵分。

計算機的科學原理范文第5篇

[關鍵詞]地理教學 計算機輔助教學 課堂效率

計算機輔助教學（Computer Assist Instrunct）簡稱CAI，是隨著現代科學技術的發(fā)展而興起的一種全新的教學方法。地理學科的特性，使廣大的地理教師能充分利用多媒體計算機收集地理素材，制作出圖文并茂，形象生動，圖、聲、文交互性強，界面友好，操作簡捷方便、靈活易用，易于控制的地理課件，利用多媒體計算機技術在地理教學中可以發(fā)揮其優(yōu)勢，改變傳統(tǒng)的地理教學模式，使地理課堂教學更加多姿多彩。

一、教學氛圍得以優(yōu)化

興趣是最好的老師，有了興趣，學生才能注意力集中，思維主動活躍，才能充分發(fā)揮學生在課堂中的主體作用并收到良好的教學效果，多媒體電腦能夠生動、形象、直觀地展示大量信息，而且中學生的思維又以形象思維為主，針對學生的特點，利用多媒體優(yōu)勢，調動學生的非智力因素，營造教學情境，創(chuàng)設濃厚的教學氛圍。例如，在講述《澳大利亞》時，最先利用多媒體展示一段關于澳大利亞特有動物的電影文件，奔跑的袋鼠，奇異的鴨嘴獸要比課本中的圖片形象生動，使同學對其有了一個立體動態(tài)的感覺，激發(fā)了同學的興趣，正當同學處于興奮之時，及時拋出為什么在澳大利亞會保存很多的古老動物這一問題，使同學對這一有趣現象的存在原因探索的欲望欲罷不能，從而增強了求智的欲望。再如，我們在學習《長江》、《黃河》時，可以先展示一段《黃河大合唱》、《長江之歌》影音文件，使學生領略長江、黃河氣勢磅礴，雄渾壯美的大川形象，激發(fā)學生的學習興趣，從而調動學生的學習積極性。

二、在教學中幫助學生突破重點、難點

對于缺乏閱歷的青年學生來說，地理學科的難點常常是一些難以直接觀察的地理事物，而CAI則能以生動直觀的形象，幫助學生建立起概念與表象之間的聯系，建立起各種感覺器官之間的聯系。如“月相”一課中，“月相的成因”是難點又是重點，過去只由教師結合課本插圖抽象地講解，青年學生空間想象能力差，很難接受，教師也很費力?，F在使用微機模擬月相變化的過程，消除了時間和空間的距離，同時用音樂、動畫和語言顯示變化的不同階段，把視覺形象和聽覺形象統(tǒng)一在一起，把形象編碼和語義編碼揉合在一起，生動直觀，學生一看就懂，且印象特別深刻。由于微機演示、動畫的各個步驟是事先設計好的，所以使用方便，操作簡單，便于教師貫徹教學意圖，具有極強的表現力。

另外，CAI軟件能夠方便地模擬動態(tài)，這對于地理教學中一些動態(tài)性知識的展示很有好處。例如，“影響天氣變化的因素”一課中，各種鋒過境前后對天氣的影響，傳統(tǒng)課堂教學只能運用圖示進行靜態(tài)展現，而CAI軟件則能化靜為動，清晰地展現各種鋒過境前后不同的天氣現象，幫助學生進行動態(tài)觀察，突破難點。

三、使信息的反饋得以優(yōu)化

一堂課學生學習的狀況如何，無論是傳統(tǒng)的方法，還是現代的手段，都要及時了解。學生是否理解掌握了知識點，是否達到能力培養(yǎng)的目的。傳統(tǒng)的方法是請同學到黑板上默寫，或一個一個的提問，或一堂課結束時用小測驗來反饋，而多媒體電腦可以把知識能力要點編輯成交互性很強的練習，可以穿插于課堂之中也可放于最后，這種練習不但可以提高學生興趣，而且可以用來評判學生練習的成績，其評判公平、快速。便于老師根據學生學習狀況及時調整教學，達到教與學雙向溝通的目的。比如，學習中國行政區(qū)，很重要的是要學生掌握各個省區(qū)的位置，傳統(tǒng)方法。大多是看圖死記，再發(fā)展一些是用模具拼圖，但速度太慢，而用多媒體電腦，通過AUTHORWARE，把每個省級行政區(qū)域設置成一個熱區(qū)，然后拖動其所代表的政區(qū)名稱的文字到相應區(qū)域，如正確通過文字或聲音給予肯定，如不正確，則文字又回到原來位置，這種方法增加了練習的速度，反饋快，效果好。

四、計算機輔助教學有效地提高了教學效率

學生的學習過程，是利用多種感官感知信息，將其納入自身知識結構，并加工處理以解決問題的過程。利用計算機輔助教學，向學生展示圖片、文本、視頻、聲音、動畫等內容，有效刺激學生多種感官，使學生在充分感知信息并在教師啟發(fā)指導下接受信息，然后給論題討論，運用已知信息解決問題，達到知識遷移，從而真正將信息納入自身知識結構。這一學習過程，在計算機的輔助下能較快地達到。首先，CAI信息傳輸量大，渠道多；其次，多媒體展示知識，易于吸引學生無意注意；再次，計算機將重點、難點化難為易、化繁為簡、化深為淺、化抽象為具體，使學生易接受、理解快，掌握牢。例如，“氣溫分布及成因”一節(jié)，由于重點、難點突出，對比班在教室上課用了45分鐘才勉強講完，而在多媒體教室只用了30分鐘，且學生學習效果比在教室好，給學生留下了深刻的印象?？傊糜嬎銠C輔助教學，縮短了上課時間，提高了課堂效率。

雖然，計算機輔助教學在很多方面都存在很大的優(yōu)勢，但是筆者認為，在地理教學中運用多媒體計算機必須遵循幾個原則。第一，在地理課堂教學中，多媒體計算機只是一個輔助手段，它不能取代教師的教學。教學過程中師生間的相互交流、互相影響必然造成教學過程事件的非可預見性。課件設計不可能把對這些事件作出的“反應”納入可控流程。

第二，并非所有的課堂內容或課型都需要多媒體計算機，如我們自己有礦物、巖石實物標本時，觀察實物標本更直觀、有效，若再用多媒體計算機展示其圖片就是畫蛇添足。

第三，操作主體選擇的原則，即以誰操作為主。這主要看教學內容和學生對計算機操作的掌握程度。如果學生對計算機操作不熟，又是講授新課，演示地理感性材料揭示地理規(guī)律，則應以教師操作為主，否則就會影響教學的正常進度。復習或練習課，又有相應軟件，則應以學生操作為主，以利學生根據自己的實際情況選擇復習或練習內容。