谈抽象知识点示例化教学过程

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摘要：教学知识点的抽象性使其对学生来说是不易理解、不宜学习的。本文以《计算机组成原理》为例探讨把抽象知识点进行示例化展示的方法，实现直观、形象和生动地讲述抽象知识点，达到提高学生理解能力和学习兴趣的目的。

关键词：计算机组成原理；抽象；示例化

1引言

抽象性是计算机理论课程的基本特点。理解抽象的概念或原理，常常需要借助更为直观的手段和材料。利用具体的实例来呈现抽象的教学内容，就是一种重要的直观教学手段。所谓示例化教学法，就是通过一些经典的示例展示来辅助教学，从而激发学生的学习兴趣，通过学习、掌握、模仿、提高等环节，逐步引导学生在理论学习中步步扎实，层层递进，提高教学质量，培养学生多方面的能力[1]。示例教学法能够充分利用有效的课堂时间，实例化展示，拓展学生的知识面，挖掘学生的学习潜能，激发学生的学习动力和创新意识，活跃学生的学习氛围，培养学生的创新思维与动手能力，从而提高应用型人才培养的质量，达到理论教学与实际相结合、易学易懂的目标要求。《计算机组成原理》课程是计算机专业本科阶段极其重要的核心课程，内容多、学习难度大，多年来一直被认为是既难教又难学的课程[2]。它的主要教学任务是使学生能系统而完整地理解计算机硬件系统的组成结构和工作原理，通过实验课程的操作训练培养学生对计算机硬件结构分析、应用、设计的能力，在整个专业课的教学过程中，它起到了承上启下的作用[3]。该课程由于具有内容较多且抽象、知识面广、难度大的特点，学生通常对所学的知识点及概念理解不透彻，无法将所学理论原理与实际应用联系在一起。因此如何将抽象教学内容采用示例进行展示，让学生有更直观的感观是教学实践中应该考虑的问题。本文通过对《计算机组成原理》若干抽象知识点的解析，指出在本课程教学中遇到的一些典型问题，并探讨该课程的教学设计方法。

2存在的主要问题

《计算机组成原理》课程教学一直以理论教学为主，少量实验教学为辅。比如对河南工程学院计算机专业来说，《计算机组成原理》总课时64，其中理论课时56，实验课时8。学生学习过程难度较大，教学效果不理想。许多教材理论性较强，内容陈旧且知识覆盖面窄，缺乏与前沿技术的结合，教材中的知识点多且杂，学生对课程不感兴趣[4]。另外大多教材配套的课件都是书本章节内容的简单罗列，内容缺乏多样性，且比较空洞，对抽象和重要的知识点理解帮助不大，实质性使用价值也不大，很难调动学生的学习兴趣。《计算机组成原理》课程属于硬件课程范畴，表面上看，硬件是能够看得见摸得着的物理实体，但由于该课程的特殊性，要求深入到物理实体的内部或者组件的内部去了解其内部结构，理解其工作原理[5]。因此该课程所涉及的大部分内容，比如控制器的功能、运算器的原理、信息的存储、指令的执行等知识对大多数学生来说都是抽象的，不易理解的。鉴于以上在《计算机组成原理》教学中的主要问题以及教师在教学中的重要作用，思考在教学实践中如何将抽象的教学内容采用示例进行展示，从而让学生有更直观的感观。本文以《计算机组成原理》中“SRAM存储芯片存储矩阵”以及“Cache与主存地址映射”两个知识点为例，通过把抽象的知识点示例化来探讨《计算机组成原理》的教学过程设计。

3示例化教学过程设计

由于河南工程学院以唐朔飞编著的《计算机组成原理》作为本科授课教材，因此本文也以该教材中的内容为基础，针对该教材中相关知识点的讲述，探讨计算机组成原理的教学过程设计。

3.1SRAM存储芯片存储矩阵

在对该抽象知识点进行讲述时，按照以下步骤进行示例展示。（1）对SRAM的基本电路单元进行简化，如图1（上）所示。行地址选择和列地址选择同时有效表示SRAM存储元处于“可操作”状态；读写控制线控制对存储元的读写操作；数据线用于数据输入或者读出。图1（上）可以直观地说明SRAM基本电路单元所具有的功能，并为SRAM存储芯片存储矩阵的构成提供基础。由于数据线及读写控制线对“SRAM存储芯片存储矩阵”构成没有影响，因此在介绍该知识点时可以对图1（上）进一步简化为图1（下）。本文在以下描述中，为了降低示例的复杂度，都采用图1（下）的形式，文字部分不再标注。（2）SRAM存储芯片容量表示为存储单元数目*存储单元字长形式，设为M*N。则所需SRAM存储元的数量为MN个。采用重合法尽量减少选择线数目，把MN个存储元，分布在长宽为（MN）1/2构成的矩阵上，如图2所示。（3）每行中各个SRAM存储元的行地址选择相连，简称行线；每列中各个SRAM存储元的列地址选择相连，简称列线，如图2所示。（4）对列线进行重分配，按存储单元字长N进行合成，形成共用列线，如图2所示。（5）在行列两个方向进行译码，形成SRAM存储芯片存储矩阵，如图2所示。

3.2Cache与主存地址映射

以“Cache与主存地址映射”中直接映射方式为例子，在对该抽象知识点进行讲述时，按照以下步骤进行示例展示。示例中Cache中存储单元数目为8，主存中存储单元数位为32，块大小为2个存储单元。（1）分别以存储单元和块为单位，对Cache和主存进行编址，得到存储单元地址和块地址，发现块地址为块中所包含存储单元地址的高位。如图3中标号①所示。（2）依据直接映射原理，Cache块与主存块对应关系如图3标号②所示。发现Cache块号为对应主存块号的低位，如图3标号③所示。（3）在图3标号②区域，每个Cache块对应了4个主存块。需要确认Cache块与装入Cache中的主存块之间的关系，因此为每个Cache块增加“标记”部分。通过观察图3标号②发现，对任意Cache块号来说，其映射的主存块号的高位部分是唯一的，如图3标号④所示。因此该部分可以作为“标记”使用，如图3标号⑤所示。（4）总结（1）、（2）、（3）可以直观地发现在直接映射方式下对主存地址格式分为标记、Cache块号及块内地址三部分。

3.3总结

《计算机组成原理》课程通过从内部及底层剖析电子计算机的基本组成及其工作原理，使学生能够掌握计算机主要硬件系统的基本设计思想，并培养计算机系统观点，从而教授学生的计算思维设计方法和解决实际数字系统问题的能力。在课程的教学活动中，讲授计算机基本组成和工作原理的同时，恰到好处地运用示例化教学，注重将所学的理论知识与实践应用相结合，调动学生学习的主动性和积极性，能够使学生对抽象的理论产生较强的兴趣，起到帮助理解、启发思维、防止遗忘、化简难点、促进创新、提高自主学习和活跃教学气氛等作用。通过近几学期课程教学方式的改革与实践，提高了课程的教学水平和教学质量，对培养学生的硬件设计能力和系统思维能力起到了积极的作用，教学效果良好。

4结束语

《计算机组成原理》是一门理论抽象但实践又很强的课程。要提高该课程的教学质量需要在理论教学和实践教学的内容和方式上进行不断地研究和总结。对抽象的理论进行示例化展示，让学生在学习上看到不仅仅是抽象的理论，而是形象、生动、直观的展示，对于提高学生的理解能力，提高学习效率都有很好的帮助。随着当今计算机技术的飞跃发展，《计算机组成原理》课程的教学方法仍然还有很多工作需要去探究和实践。如何更好地在实际教学中对教学过程进行设计还需要不断地深入与探讨。只有不断改革、不断总结才能有效地提升教学质量，满足学生日益增长的专业求知需求。

参考文献

[1]刘建伟,袁庆生,等.示例教学法在计算机实验教学中的应用.电脑知识与技术,2013,20(28):6336-6337

[2]蒋宗礼.高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案.北京:高等教育出版社,2009

[3]王金祥.启发式教学在计算机组成原理教学中的应用.科技信息,2011,28(31):286

[4]姚爱红,武俊鹏,等.“计算机组成原理”教学改革实践.计算机教育,2013,11(2):9-13

[5]唐朔飞,刘旭东,等.“计算机组成原理”课程教学实施方案.中国大学教学,2010,32(11):42-45

作者：李华 李松阳 张顺利 单位：河南工程学院计算机学院