计算机的科学原理

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计算机的科学原理范文第1篇

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.

计算机的科学原理范文第2篇

关键词：计算机网络;理论教学; 实验教学; 教学方法; 创新性

1.引 言

计算机网络是计算机学科中发展最快的技术之一，也是计算机应用中一个空前活跃的领域。21世纪是信息社会，信息产业正成为全球经济的主导产业，而它的基础就是支持全社会的计算机网络，网络的出现大大缩短了人与人之间的时间与空间距离，扩大了交互与协作范围。

计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉性学科，计算机网络原理课程在计算机专业中占有重要的地位，它属于一门学科基础课，是几乎所有的计算机专业都开设的一门课程。目前我国信息技术与信息产业的快速发展，正需要大批掌握计算机网络与通信技术的人才，这就对培养21世纪高素质创新型计算机专业人才提出了迫切的要求。

2.现 状

   计算机网络原理课程主要讲述网络的基本原理、技术与应用，一般以计算机网络5层体系结构为主线进行讲述，网络设备多，网络概念多，内容相对枯燥，尤其是开始部分，讲述参考模型，学生不容易理解为什么划分那么多的模型，不容易引起学生的兴趣。而且多数的学校对于这门课程都没有相关的实验课程，学生学了之后总感觉是虚无缥缈的，使用网络的时候体会不到内部的运行机制。比如讲述网络协议部分，由于数据包在各层次的流动以及协议对其的处理过程都隐藏在设备内部，看不见也摸不着，没有实际的直观印象，只有理论的抽象讲述，学生很难从整体上理解和掌握局域网的工作原理与运行规律。

3.教学方法研究

针对目前计算机网络原理课程的教学现状，结合多年的教学经验，提出如下的教学方法：

3.1 理论教学方法研究

    (1)采用类比的方法

计算机网络原理课程中，网络概念多，网络名词多，讲述的时候可以采用类比的方法，以学生已知的生活经验和知识为参照进行讲解，如讲述OSI参考模型时，可以与大家熟知的邮政通信系统进行类比，邮政通信系统可以分为三层：用户、邮局和运输部门，用户位于最高层，运输部门位于最底层，各司其职，各尽其责，上一层对下一层提出要求，下一层完成上一层提出的要求，为上一层提供服务，对等层之间和上下层之间存在相应的约定，上一层要打包之后再交给下一层。这样学生就比较容易理解为什么要划分层次了，以及层与层之间的数据传输过程。

(2) 动画演示

对于内容比较抽象，现实生活中又很难找到相似例子的部分，可将内容做成动画，采用动画演示的方法，如数据的通信方式，动画能够直观形象的展示数据通信的过程，学生容易理解且容易激发学习兴趣。

(3) 自己动手

通过网络学习网络，在使用网络的过程中思考网络的工作原理。如讲述介质访问控制子层时，让学生利用现有条件在宿舍自己动手组建局域网。即增加了兴趣，又增强了动手能力。讲述应用层时，主要采用简要讲述课后自己实践的方式，自己动手配置ftp服务器，配置DNS服务器，电子邮件服务器，web服务器等。

(4)参观调查

课堂上看不到的网络通信设备如交换机、路由器、集线器、网卡等，传输介质如双绞线、光纤等可以到市场上去调查，对比优缺点，性价比，不明白的地方回来查询相关资料，最后书写心得体会，并与其他同学交流经验。

参观学校的网络中心，了解校园网的网络结构，参观并利用现有的网络相关实验室。

(5)讨论课

为了培养创新性的应用型人才，教学模式应由“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，适当开设讨论课程，让学生自主学习，遇到问题相互讨论，各抒己见，如学习网桥的工作原理时，讨论网桥是如何工作的，以及网桥和交换机的区别等。最后教师给出总结。

(6)问题驱动式

为了增强教学过程的连贯性，可以采用问题驱动式教学方法，即提出问题，解决问题，再提出新的问题，一环扣一环，直到结束。

(7)更新教材内容

网络技术日新月异，网络教学内容也要不断取舍，要紧跟计算机科学与技术的发展潮流，及时制定并修正教学计划和课程体系，删除逐渐被淘汰的技术，如X.25、ATM等，注重对下一代互联网体系结构和IPV6协议研究的介绍，强化对网络核心的路由和交换问题的介绍，增加对网络安全和管理的介绍。为培养高素质创新型人才打下坚实的基础。

3.2 实验教学方法研究

实验课程是理论课程的延伸，对于培养学生综合运用所学知识、解决实际问题，加深对网络理论知识的理解与应用起着非常重要的作用。目前，多数学校没有针对网络原理课程的实验，现有实验也仅限于网络操作系统的安装与使用等与网络原理课程关系不大的操作性实验，主要是因为：计算机网络实验室的组建具有一定的难度，不仅仅有计算机就够了，还要有组网的设备，网络互联的设备和工具，投资较大，变化更新快，因此在教学的过程当中，应充分利用现有的各种实验设备，为学生创造更多的实践动手机会。

计算机网络是综合性很强的学科，即有硬件实验又有软件实验，两者密切结合，不可分割，先实物在理论后应用的教学模式，更有利于学生的理解。应该加强实验教学环节的力度。深入理解课程核心知识内容，认真选择实验内容，通过对计算机网络知识体系的理解，制定详细实验计划，选择数据链路层、网络层、传输层和应用层等重点教学内容来设计实验的内容。把实验分为操作性、设计性和分析性和创新性等类型，着力构建“厚基础、重应用”的人才培养模式。

(1)操作性实验

操作性实验如局域网的组建，web服务器、ftp服务器、DNS服务器的建立和管理等，这类实验主要培养学生实际动手能力，加深学生对理论知识的理解和应用，避免高分低能的现象发生，让学生学有所用。这类实验可以分组完成，每组6~8人，指定一名组长，每组具有6~8台主机，和相关的联网设备。

(2)分析性实验

计算机网络的特点使得使用网络的时候体会不到内部的运行机制，针对这种现象可以采用分析性实验，如使用Sniffer、Ethereal等网络分析工具捕获数据包，对数据包进行分析，体会数据在 各层的流动顺序和变化过程。

（3）设计性实验

在学习网络原理之前，学生已经学习了C语言课程，并具备了一定的编程基础，可以让学生利用C语言编写一些小的程序，模拟网络的内部细节，如：数据链路层帧交换过程，教师可以给出原始数据，让学生把它组装成一个802.3帧，并转换成802.5帧格式；网络层分组交换过程；传输层报文交换的过程等。

由于网络实验环境的局限性，所有的网络实验都利用真实的实验环境来实现是不现实的，也是没有必要地，我们可以用Packet Tracer、OPNET等网络仿真软件设计网络拓扑结构、配置网络设备，分析实验结果。

（4）创新性实验

这类实验培养学生综合运用所学知识，进行科学研究创作，培养学生的发现问题、提出问题和解决问题的能力，培养学生的自我学习能力，从以教师为中心向以学生为中心转变。如编写IPV4转发实验，IPV6收发实验，简单TCP协议实验，用UDP编写网络聊天程序等。

4.总 结

计算机网络原理课程是计算机专业的一门重要基础课，实践性较强，同其他课程的教学一样，不是一成不变的，教学的方式与方法也要不断适应课程变化的需要，本文从理论教学和实验教学两方面提出了几点看法，注重理论教学，尤其要加强实验教学环节，让学生在实践中加深对理论知识的理解，增强动手能力，为打造创新性应用型人才打下坚实的基础。

参考文献：

[1]吴功宜.计算机网络[M]. 北京：清华大学出版社，2007.3.

[2]相明科，吴学毅.计算机网络及应用[M].北京：中国水利水电出版社，2003.8.

[3]徐明伟.计算机网络原理实验教程[M].北京：机械工业出版社，2008.4.

[4]吴黎兵，彭红梅，黄磊.计算机网络实验教程[M].北京：机械工业出版社，2007.9.

[5]丁美荣，唐华，曾碧卿.计算机网络研究型实验教学评价体系的构建[J].计算机技术与发展，2011.1

[6]潘泽强，黄益群.计算机网络技术实践教学改革研究与探索[J].制造业自动化，2011.2

[7]姚华婷.网络服务器配置与管理[M].北京：人民邮电出版社，2009.10

计算机的科学原理范文第3篇

关键词:计算机组成原理实验;开放性实验教学;EDA技术

21世纪社会和经济的发展,要求高校培养的人才具备较高的综合素质和一定的实践能力。面对这一要求,高校应对现有的实验课教学培养模式、课程体系、课程内容和教学方法进行改革,使实验教学适应现代技术变革,以加强对学生综合素质和实践能力的培养。

计算机组成原理是计算机专业的重要核心课程,所开设的实验课具有较强的硬件综合性质。由于实验环境所限,在以往的实验课教学中,主要进行的是验证性实验,无法满足和达到课程设置要求学生具有一定设计能力的目标。早期由于资金和技术原因,只有少数重点院校自己搭建教学平台进行实验课教学,这种平台操作复杂,从一定程度上分散了学生的注意力,降低了实验效果。随着技术的不断进步和国家对高校实验室经费投入的增加,目前绝大多数院校都能开设这门课程的实验。教学手段和方法也从采用在面包板上连线搭电路到使用教学实验箱进行教学,实验教学环境越来越好,设备操作越来越简单,实验成功率显著提高。然而,良好的实验教学手段和环境并没有显著提高学生的实验技能,达不到设计计算机部件的实验目的,更谈不上创新能力的培养。其重要的原因是教学理念陈旧,人才培养的教育教学观没有从“知识型”转变到“素质型”、“能力型”上来[1]。

EDA是电子设计自动化( Electronic Design Automation)的缩写,是上世纪80年代末电子设计领域中高速发展的一项新技术,在电子设计领域中的应用已经非常普及。而将EDA技术引入计算机组成原理实验课教学,是近年来的一个趋势。目前,一些高校采用了这种基于EDA技术的计算机组成原理实验课教学手段,并且出现与之配套的实验电路箱,使计算机组成原理实验课教学模式和方法发生了巨大的变革。

这种基于EDA技术支持的计算机组成原理实验课教学手段,使学生利用FPGA厂商提供的软件设计和综合工具进行计算机部件的设计、仿真和综合,经过多次调试,得到正确的设计结果,然后通过相应的实验仪器对设计结果进行实际功能验证,完成计算机组成部件的设计任务。学生通过参与实验课的各个环节,提高了软件编程、电子设计、芯片使用等知识的综合运用能力。采用这种教学方法有利于培养学生实验能力和设计创新能力。

近几年来,国家加大了对高校教学经费的投入,使得高校的教学条件和教学设施得到了很大的改善,计算机组成原理实验课采用EDA技术支持的实验箱已经比较普遍了。然而通过调查发现,各高校使用的这类实验箱大多数是各教学仪器生产厂商提供的。这

基金项目:黑龙江省新世纪教学改革工程项目(S08-19);黑龙江省重点学科(081203);黑龙江省高等教育学会“十一五”课题(115C-706)。

作者简介:李丽萍(1988-),女,副教授,研究生,研究方向为计算机科学教育、计算机体系结构;盛琳阳(1956-),男,教授,本科,硕士研究生导师,研究方向为计算机辅助教学、嵌入式系统。

类仪器所提供的功能虽然较多,但设备使用复杂,价格比较昂贵。仪器所提供的许多功能并不是教学必备的,基本闲置不用,较多的功能设置加大了学生掌握仪器使用的难度,增加了操作的复杂度,也从一定程度上影响了实验进度,分散了学生进行计算机组成部件设计和创新设计的注意力。针对这种状况,如何设计和开发一种能满足实验教学需求的实验仪器,是教学模式改革的关键。专业教师在长期的教学实践中,积累了丰富的教学经验,熟悉教学内容,掌握一线教学的需求,但缺少资金支持和良好的开发和测试环境;而专业公司具有这些优势,但苦于不了解教学一线需求,开发的教学仪器总是不能满足教学实际需求。于是,我们将教师和企业的专业开发人员的优势结合在一起,我们设计教学内容,提出实验仪器应具备的功能,甚至详细到实验操作平台控制按钮的布置,由哈尔滨市中云科技开发公司进行实验仪器设计,在很短的时间开发出了ZY-ZCⅠ型计算机组成实验教学板,并在教学中使用,收到了很好的效果。同时,在本省的几所院校使用和试用后,都受到了教学一线教师的好评。在此基础上,开展了计算机组成原理新教学方法的教学实验和研究。经过2年的教学实践,摸索和设计出了一套新型的计算机组成原理实验课教学方法与模式。

1实验教学体系改革

这套教学体系和模式完全不同于传统的计算机组成原理实验教学模式。传统的教学模式是以验证计算机组成部件功能为实验目的,以验证正确为验收目标,新的模式是以设计计算机组成部件为目的,以设计成功为验收目标;传统的教学模式不能发挥学生的主观能动性,新的教学模式完全以学生自主设计为主,在教师的指导下,由学生独立自行设计、调试和分析来完成实验任务,充分体现和发挥了学生的创新设计能力[2]。我们依据这一研究结果,编写了我校《计算机组成实验教学大纲(2009年)》。

2实验教学板的开发与配套教材建设

根据实际教学需求,大力削减意义不大的实验教学经费投入,由哈尔滨师范大学和哈尔滨市中云科技开发公司合作开发了计算机组成原理实验教学板如图1所示。

图1ZY-ZCⅠ计算机组成实验教学板

该实验板与市场流行的教学实验箱相比有如下特点:

(1) 外观开关和显示灯布局合理。大多数实验箱面板上布置了大量的芯片,插孔布置分散,经连线后显得非常散乱,影响教学效果。所开发的实验教学板将所需开关与显示灯、连线分别集中在不同区域,避免了连线散乱的现象出现。操作简单,容易掌握。

(2) 实验可行性和可操作性强。满足基本的计算机组成原理实验要求,在不需要进行计算机整机设计的情况下,该实验仪器简单实用,价格低廉。

(3) 扩展性好。具备功能扩展接口,以满足进行整机实验的计算机设计课程需求。

在这套实验板的基础上,编写了配套的计算机组成原理实验指导教材并在教学中使用。教材设计了采用EDA技术进行计算机组成部件设计实验内容,包括存储器、基本运算器、总线传输和时序等单一功能和综合功能的设计。教材中的每个单元首先向学生提出目的和要求,给出设计提纲、设计环节和设计思路,每一步详细的操作步骤完全由学生自主决定,避免学生只照着给出的步骤搬动开关,看显示灯,记录几个二进制结果数的现象出现[3]。

3实验过程设计

计算机组成原理实验课遵从EDA技术设计思路,充分体现自主和自动设计风格。由于EDA设计非常灵活,考虑到计算机组成原理实验课不同于EDA设计课程,也没有更多的学时讲授EDA设计方法,新方法运用层次教学和开放教学手段。

实验在FPGA综合开发工具Quartus II 8.0软件环境下进行,而掌握该软件的全部功能不是几个学时就能解决的,因此,只用少量学时进行软件基本功能使用培训,如对大多数学生要求采用画电路图的方法进行部件设计,并不要求一定要学习VHDL语言和编程设计电路,对有能力的学生鼓励采用VHDL语言编程设计[4]。

鉴于学时限制和课程性质,大部分实验内容由学生在课外完成,如软件环境下的部件设计和仿真环节,完全可以由学生在课下用自己的计算机完成。仿真验证设计正确后才在实验板上进行硬件资源配置,部件功能验证,充分体现了实验开放性特点。

4实验考核方法

为了规范实验教学,制定了严格的考核机制。考核方法中包括课堂培训、验收环节、实验报告等环节的考核,并重点在验收环节进行把关。实验内容交代给学生后,在验收环节对学生的全部实验过程进行考核。如在考核时对学生提出不同的技术参数要求以得到不同的结果。学生只能在完全熟悉设计过程的情况下才能很快地更改自己的设计,回答教师问题。由于这种考核机制是面对面考核每个学生,也调动了学生学习的自主性。

5实验效果和存在问题分析

计算机组成原理实验教学课程新方法研究,经过2个年级15个班级的实践,从教学体系,教学大纲,实施方案、实验环境和设备、考核等方面进行了探索

和完善。经过相关专家鉴定,认为这种新教学体系和模式满足21世纪教学要求,实现了实验教学由验证实验为主到以设计实验为主的革新,从简单而分散的实验到综合、系统性创新设计的飞跃,从单一的课程实验到各科的融会贯通。新教学体系和模式巩固和深化课堂教学,提高学生的实践动手和科研创新能力,培养了学生的全面素质。实践中也发现,Quartus II 8.0软件对计算机硬件环境要求较高,但随着时间的推移,该问题能够逐步消除。

6结语

EDA技术是电子设计领域的一场革命,目前正处于高速发展阶段,并广泛应用于多个重要领域。将EDA仿真引入到组成原理的设计性实验中不仅丰富了实验内容、方法和手段,提高了实验效率,而且也使学生接触到现代电子设计的新方法、新手段,更能激发学生实验的积极性和创造性。我院采用校企合作方式开发教学仪器,能解决学校资金不足和不具备开发测试环境的难题,是支持高校教学改革的一种探索。

从目前就业市场反馈的信息看,计算机软件人才已经在一定程度上供大于求,而熟悉硬件设计的人才则供不应求,年薪也远远高于同等学历的软件人才。掌握这一先进技术在将来工作时更有竞争力,学习也就有了更切实际的目标[5]。

参考文献:

[1] 颜俊松. 计算机组成原理实验教学研究与探索[J]. 重庆文理学院学报, 2008,27(1):101-102.

[2] 冯洁. 创新型人才培养中实验教学的问题与对策[J]. 实验室研究与探索,2008,27(4): 102-105.

[3] 陈越. 计算机组成原理课程教学研究[J]. 福建电脑,2008(2):209.

[4] 秦磊华,王小兰,管军. EDA仿真在组成原理设计性实验中的应用[J].实验室研究与探索,2009(4):79-82.

[5] 钱江波,王让定,石守东,等. 基于EDA技术的“计算机组成原理”课程改革研究与实践[J].计算机教育,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)

计算机的科学原理范文第4篇

在计算机系统中，操作系统全面管理计算机系统资源，地位重要。计算机操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是向服务客户的一个窗口。计算机上运行的所有程序，包括汇报语言、编译软件以及大量的应用软件诸如常用的办公Office软件等，都依赖于操作系统支持，都要得到操作系统提供的服务。操作系统原理课程与诸多领域密切相关，如程序设计，数据结构，计算机硬件、软件设计，程序设计语言，等等，具有涵盖领域广、相关概念较为抽象、实践性和操作性强的特征。这些对提高学生的思维创新能力，培养学生的动手实践能力有很大帮助。然而，也正是由于这些特点，使学生经常感到学习难度偏大，不易掌握。所以，我们应该完善目前的教学模式，来促进学生对于操作系统原理的消化和吸收。限于农业专业方向在计算机方面的师资、生源、硬件条件等的具体情况，在教学过程中，没有把操作系统原理的教学提高到培养复合型应用人才的高度，对教学内容、课程设置与教学方法研究较少。教学内容陈旧落后且重复严重，课程结构不合理。

以下三点是笔者在教学实践中发现的计算机操作系统课程教学存在的不足之处：

1.在传统的计算机操作系统课程教学中，课堂灌输是主要形式，仅辅以少量实践操作，导致课程理论性较强、内容抽象。对学生而言，学习过程中难度较大，知识点多且庞杂，而操作系统原理教学中以理论讲解为主，很难达到理想的教学效果，学生难以对操作系统课程有全面系统的认识，在计算机操作系统的实际应用中也很难结合这些抽象理论，对这门课程的学习具有畏难情绪。

2.课堂教学手段较为单一、枯燥。现在的计算机高校教材中，内容多数由操作系统的基本原理等五部分组成（操作系统概述、进程管理、存储管理、外部设备管理和文件管理）。课程讲授主要偏向理论知识的灌输，教学内容与实际使用的Windows和Linux等操作系统脱节，存在一定距离，学生对该课程失去兴趣，学与用之间缺乏联系。计算机操作系统的原理性和抽象性强、系统性较差、更新速度快。在传统教学中，老师多要求学生掌握教材的内容，教学以教材为中心。部分老师仍然采用板书为主的填鸭式教学方法，讲授枯燥的理论知识；或者利用电子教案单纯播放理论知识课件，课题枯燥。

3.教学内容理论性较强，实践性环节薄弱。操作系统课程实践受到学时限制，实验内容单纯，形式呆板，并且与理论学习脱轨，主要以验证、仿真为主，学生的兴趣很难得到激发，不能充分锻炼他们的操作能力。还有，学生缺乏自己动手设计或者分析具体操作系统案例的体验过程。课程设计环节的遗漏，使学生能够参与研究性学习的机会更少，这样对学生创造力的培养会带来不利影响。

针对以上计算机操作系统原理课程的教学特点， 为了促进学生对于操作系统的原理、方法的理解和掌握，提高他们开发系统软件和应用软件的能力和认识，我们提出了以学生为主体的自主学习模式，提倡引导学生理论联系实际、激发学习兴趣，组织学生进行开放式自主学习和专题讨论，以及加强实践等方面的改进措施。

一、运用比喻教学法，激发学习兴趣

在讲解理论、讲授知识点时，教师要注意理论结合实践，引导学生积极发现问题，努力解决问题。但是由于计算机操作系统课程内容抽象、晦涩，如果教师在讲解的时候采用比喻教学法，将空洞的内容结合实例，可以将内容讲得生动、浅显易懂，往往能够收到事半功倍的效果。比喻教学就是运用生动、形象的例子打比方，用贴近实际、贴近生活的案例进行类比，这样才能深入浅出，有助于学生对抽象概念的理解。比如，在讲解分时系统与实时系统定义和区别后，引导学生举出生活中类似的例子，学生提出了例子：铁路和航空网络售票系统，对任务的响应时间有严格要求，属于实时系统。对于并发和并行的区别，学生也举出例子：不同的学生去上同一门课，学生之间是并行的，而学生同一学期中的不同课程学习之间的学习是并发的。把日常生活中经常见到的现象引入教学中做类比分析，可以加深学生的理解。

二、开放式自主学习，开展专题讨论

在计算机操作系统的课堂教学中，要以教材为基础，引导学生充分利用现代化电子资源，如Internet、网络公开课，及时了解、跟踪操作系统发展的国际新动态和一些热点、前沿问题。教师可根据教学进度和学生情况指定可选的专题分类，例如Android手机操作系统、苹果IOS操作系统和日常办公的微软windows 8操作系统等等。充分尊重学生的兴趣，让他们在给定范围内自主选题或自由拟题，组成相应的学习小组（3～5人为一组），通过小组讨论，分配任务，充分利用身边的学习资源，如网络、图书馆的文献资料、书籍报刊等，确定专题后进行自主学习，并总结成研究性报告。再通过PPT（幻灯片，可以包括图片、文字、视频、音频等）与其他同学相互讨论、交流，中间穿插教师点评、学生提问等环节。对表现好的小组进行奖励，从而提高学生之间的合作能力，形成团队意识，同时培养学生自主学习的积极性。优秀的学生报告也可以放在课程的网站中，供学生学习观摩，并可以成为教案素材。

同时，利用数据库、校园网等电子技术，创建基于Web的测试平台及习题库。这种开放式测试平台可以使学生进行自我评估，弥补空缺的知识点。我们专业每年开展网站设计与软件设计大赛活动，这有利于学生对数据库、VB语言设计、操作系统原理课程等知识的融会贯通，激励学生的学习兴趣与动力。

三、加强实践环节

操作系统原理课程以原理、概念及算法等基础知识为主，必须设置与之配套的实验课。操作系统课程设计的教学实践，可以加深学生对于操作系统功能的了解与熟悉程度，加深对相关算法、数据结构、基本概念的理解。同时学生可以切身感受到抽象思维的具体实践，提高学生进行系统程序设计的能力，培养学生系统操作方面的创造力。国内操作系统原理课程实践教学的现状大致包括如下三种类型：设计操作系统，模拟实现操作系统，使用操作系统。按照实验的难度又分为：①基础型实验。基础型实验是为了加深学生对操作系统使用、配置等方面的了解，相应地分为存储管理、设备管理、文件管理、网络功能及操作系统的综合运用。老师可以根据教学内容提供一些可选择的部分，学生根据自己掌握的情况和兴趣爱好选择内容。建议选择开源操作系统，如面向个人计算机的LINUX操作系统等。②应用型实验。相对于基础型实验，应用型实验对学生提出了较高的要求，要求学生能够自己动手操作模拟一些常见的、经典的操作系统算法，如存储空间的分配与回收，设备分配，进程间通信，多进程并发与调度等。学生自己操作模拟练习可以加深对于操作系统算法的理解。③综合型实验。综合型实验对学生提出了更高的要求，要求学生能够独立掌握现代主流操作系统，比如面向手机的ANDROID操作系统、面向个人计算机的LINUX操作系统等。学生要努力理解操作系统内核，尽力分析操作系统中的源代码和数据结构，并进行程序设计。此阶段实践环节难度较大，仅对学有余力的同学提出要求，要求学生掌握操作系统的实现技术和模块设计方法与技巧。

考核方式灵活多变。计算机操作系统原理课程应用性、操作性很强，单理解理论部分是不合适的。考核实验应用部分不可或缺，老师可以根据课程进度、学生掌握程度等进行考核，如让学生提交实验报告、程序代码，并进行演示；编写一些程序代码，根据要求写出算法等。学生也可以撰写研究报告，或者科研小论文。鼓励能力强的学生自己组建团队，培养学生的团队协作能力，同时有利于提高学生的文献综述能力，研读能力，科技文献查阅能力，理解问题、解决问题的能力，团队合作能力。对于这样的小组，在考核时应该适当地增加鼓励分。

计算机的科学原理范文第5篇

[关键词]地理教学 计算机辅助教学 课堂效率

计算机辅助教学（Computer Assist Instrunct）简称CAI，是随着现代科学技术的发展而兴起的一种全新的教学方法。地理学科的特性，使广大的地理教师能充分利用多媒体计算机收集地理素材，制作出图文并茂，形象生动，图、声、文交互性强，界面友好，操作简捷方便、灵活易用，易于控制的地理课件，利用多媒体计算机技术在地理教学中可以发挥其优势，改变传统的地理教学模式，使地理课堂教学更加多姿多彩。

一、教学氛围得以优化

兴趣是最好的老师，有了兴趣，学生才能注意力集中，思维主动活跃，才能充分发挥学生在课堂中的主体作用并收到良好的教学效果，多媒体电脑能够生动、形象、直观地展示大量信息，而且中学生的思维又以形象思维为主，针对学生的特点，利用多媒体优势，调动学生的非智力因素，营造教学情境，创设浓厚的教学氛围。例如，在讲述《澳大利亚》时，最先利用多媒体展示一段关于澳大利亚特有动物的电影文件，奔跑的袋鼠，奇异的鸭嘴兽要比课本中的图片形象生动，使同学对其有了一个立体动态的感觉，激发了同学的兴趣，正当同学处于兴奋之时，及时抛出为什么在澳大利亚会保存很多的古老动物这一问题，使同学对这一有趣现象的存在原因探索的欲望欲罢不能，从而增强了求智的欲望。再如，我们在学习《长江》、《黄河》时，可以先展示一段《黄河大合唱》、《长江之歌》影音文件，使学生领略长江、黄河气势磅礴，雄浑壮美的大川形象，激发学生的学习兴趣，从而调动学生的学习积极性。

二、在教学中帮助学生突破重点、难点

对于缺乏阅历的青年学生来说，地理学科的难点常常是一些难以直接观察的地理事物，而CAI则能以生动直观的形象，帮助学生建立起概念与表象之间的联系，建立起各种感觉器官之间的联系。如“月相”一课中，“月相的成因”是难点又是重点，过去只由教师结合课本插图抽象地讲解，青年学生空间想象能力差，很难接受，教师也很费力。现在使用微机模拟月相变化的过程，消除了时间和空间的距离，同时用音乐、动画和语言显示变化的不同阶段，把视觉形象和听觉形象统一在一起，把形象编码和语义编码揉合在一起，生动直观，学生一看就懂，且印象特别深刻。由于微机演示、动画的各个步骤是事先设计好的，所以使用方便，操作简单，便于教师贯彻教学意图，具有极强的表现力。

另外，CAI软件能够方便地模拟动态，这对于地理教学中一些动态性知识的展示很有好处。例如，“影响天气变化的因素”一课中，各种锋过境前后对天气的影响，传统课堂教学只能运用图示进行静态展现，而CAI软件则能化静为动，清晰地展现各种锋过境前后不同的天气现象，帮助学生进行动态观察，突破难点。

三、使信息的反馈得以优化

一堂课学生学习的状况如何，无论是传统的方法，还是现代的手段，都要及时了解。学生是否理解掌握了知识点，是否达到能力培养的目的。传统的方法是请同学到黑板上默写，或一个一个的提问，或一堂课结束时用小测验来反馈，而多媒体电脑可以把知识能力要点编辑成交互性很强的练习，可以穿插于课堂之中也可放于最后，这种练习不但可以提高学生兴趣，而且可以用来评判学生练习的成绩，其评判公平、快速。便于老师根据学生学习状况及时调整教学，达到教与学双向沟通的目的。比如，学习中国行政区，很重要的是要学生掌握各个省区的位置，传统方法。大多是看图死记，再发展一些是用模具拼图，但速度太慢，而用多媒体电脑，通过AUTHORWARE，把每个省级行政区域设置成一个热区，然后拖动其所代表的政区名称的文字到相应区域，如正确通过文字或声音给予肯定，如不正确，则文字又回到原来位置，这种方法增加了练习的速度，反馈快，效果好。

四、计算机辅助教学有效地提高了教学效率

学生的学习过程，是利用多种感官感知信息，将其纳入自身知识结构，并加工处理以解决问题的过程。利用计算机辅助教学，向学生展示图片、文本、视频、声音、动画等内容，有效刺激学生多种感官，使学生在充分感知信息并在教师启发指导下接受信息，然后给论题讨论，运用已知信息解决问题，达到知识迁移，从而真正将信息纳入自身知识结构。这一学习过程，在计算机的辅助下能较快地达到。首先，CAI信息传输量大，渠道多；其次，多媒体展示知识，易于吸引学生无意注意；再次，计算机将重点、难点化难为易、化繁为简、化深为浅、化抽象为具体，使学生易接受、理解快，掌握牢。例如，“气温分布及成因”一节，由于重点、难点突出，对比班在教室上课用了45分钟才勉强讲完，而在多媒体教室只用了30分钟，且学生学习效果比在教室好，给学生留下了深刻的印象。总之，利用计算机辅助教学，缩短了上课时间，提高了课堂效率。

虽然，计算机辅助教学在很多方面都存在很大的优势，但是笔者认为，在地理教学中运用多媒体计算机必须遵循几个原则。第一，在地理课堂教学中，多媒体计算机只是一个辅助手段，它不能取代教师的教学。教学过程中师生间的相互交流、互相影响必然造成教学过程事件的非可预见性。课件设计不可能把对这些事件作出的“反应”纳入可控流程。

第二，并非所有的课堂内容或课型都需要多媒体计算机，如我们自己有矿物、岩石实物标本时，观察实物标本更直观、有效，若再用多媒体计算机展示其图片就是画蛇添足。

第三，操作主体选择的原则，即以谁操作为主。这主要看教学内容和学生对计算机操作的掌握程度。如果学生对计算机操作不熟，又是讲授新课，演示地理感性材料揭示地理规律，则应以教师操作为主，否则就会影响教学的正常进度。复习或练习课，又有相应软件，则应以学生操作为主，以利学生根据自己的实际情况选择复习或练习内容。