计算机组成原理课程中引入案例教学法进行教学设计和教学实践

摘要：在计算机组成原理课程中采用案例教学法进行教学设计和课堂实践。考虑课程特点跟普遍存在的弊端，引入案例教学法，构建案例教学执行步骤的四个环节，并详细表述各环节实施办法。案例教学法增加了教学互动，激发师生的积极性和主动性，教学效果提升显著。

关键词：案例教学；计算机组成原理；教学设计；教学实践

计算机组成原理是计算机专业的核心课程，技术性强，应用范围广，在整个计算机课程模式中起着承上启下的作用。学生借助本课程的学习，掌握计算机软件平台各组件的外部结构和工作原理，掌握计算机软件平台的基本预测和设计方式，为后续学习软件课程或软硬件结合的课程打下良好基础。然而,由于软件概念跟原理的非直观性，给师生学习跟学生课堂都带给较大挑战。课程知识点大多抽象、散乱，又与其它课程相关知识紧密相关，如果教师像学习其它工具课程那样学习，教学中技巧又以填鸭式灌输为主，就会形成不良的教学效果[1-5]。⑴入门难度大，概念抽象，梯度较陡现代大学生接触计算机较早，所以起初学生往往带着极大的兴趣跟信心投入到课程的学习中。但随着知识点密集地展开，硬件的抽象性表现起来，学生通常会觉得课堂内容枯燥无味，没有了吸引力，再加上对硬件的操作既很难产生与工具运行一样的直观效果，无法在课后及时通过实践的方式对理论常识进行消化和再认识，大部分学生造成了“喜欢软件，害怕硬件”的心理。⑵知识点散乱，与其它课程联系密切课程涵盖的概念多、单英文简写词多，而且这些概念命名具有历史演进的痕迹，例如RAM称为随机存储器，如果不知道存储器的演进过程，对“随机”概念就能够彻底理解。同一个概念由于涵盖的计算机软件组件不同，其解释也略微不同，例如在轮询通信中有“异步”的概念，在动态存储器的刷新中有“异步”的概念，在总线的控制中还有“异步”的概念[6-7]等。课程中的“寄存器堆栈”和“存储器堆栈”与数据结构课程关系紧密，而“缓冲器”，“三态”等概念与数字电路课程关系紧密，指令系统中的“寻址模式”与汇编语言程序设计关系紧密，中央处理器中“状态字”在知道基本编译原理后才易于理解。⑶实验环节相对较弱，课堂学生互动偏少课程的实验课多是几个章节的验证性实验，实验内容也能够覆盖所有的知识点，学生很难将不懂的难题通过实验及时给与解决，有些学生或者认为实验课没有什么意义。

1案例教学特质和优势

上述的难题给该课程的学习跟课堂都带给很大困难和挑战。然而课程的应用性强的特征却为采取案例教学法（casemethod）实施提供了可行性和便利性。案例教学法由哈佛大学商学院首创，是一种开放式、互动式的新型教学方法，以实例作为一种教学工具，以教师为中心，通过对实际问题的探究、分析跟论述，得出结论的过程，越来越受到中外教育工作者的欢迎，近年来在各个学科的课堂中受到广泛应用[8-11]。案例教学的特征是目的性强。首先，通过案例教学法的推行（设计、分析与讲解），能使学生深刻领悟学习目标，掌握相关常识和技能，案例教学法更看重培养教师实际操作跟应用素养。其次，案例教学具有生动性，将复杂的理论跟抽象的概念具象化、直观化，并与实际应用结合，赋予课堂知识以生动性、形象性，激起学生对理论常识的学习兴趣。最后，案例教学具有极强的能操作性和实践性，教师选择结合实际的弊端、内容丰富的实例进行教学，不仅可加强教师对理论的感知和理解，还能让学员在教学上接触并学习到社会实际问题，实现从理论到实践的转换。而反观传统的课堂，它只告诉学生相关的理论常识，课堂乏味无聊，而且其内容在实践中或许不实用，影响学生的学习效果。

2案例教学的设计跟实施

2.1知识点及其实例设计。笔者在我国大型计算机企业工作二十多年，通过与学生交流和咨询，对知识点进行探讨、归纳并与项目实践结合，设计了十几个类型实例，这些案例设计考量了趣味性、生动性跟能操作性，贴近学生，并紧贴知识点，在表1中给出了三个案例成为实例。2.2案例教学的执行过程。教师在实例执行过程中扮演者设计者和激励者的角色，好的案例设计原本就可以激发学生的积极性。案列教学执行过程包含了设计实例、讲解案例、引申拓展案例并且反馈和优化等四个环节，如图1所示，这些环节它们构成闭环反馈，通过降维方法逐渐优化案例，以获得绝佳教学效果。⑴精心设计实例教师依据教学内容选择适合的实例，好的案例事半功倍。所以案例应与课堂目标相吻合，学生容易接受跟信任。对于计算机组成原理课程，大部分学生对电脑都感兴趣，但它们对计算机的了解经常仅停留在表面上，那么我们就以身边熟悉的事情入手，这样更容易让学生觉得亲切并导致兴趣。以第1个案例为例，电脑U盘几乎人人都有，而为其他人购买U盘这件事情既时常出现，利用这个案例设计，让学员感受到课本上的常识就在身边。计算机组成原理与多门课程紧密相关，在实例2中，我们展现本课程枯燥的知识点如何给前导课程C语言程序设计增添支撑的。

IT产业发展迅猛，相关新闻最是占领头条位置，非常打动年轻学生眼球。在案例3中，我们以今天的热点新闻——一种流行的计算机病毒（勒索病毒）为例，“投其所好”，吸引学生的兴趣，让学员体会用课程基础知识是怎样来完美解释病毒核心加密功能的。⑵讨论讲解案例跟引申拓展案例在实例讲解中，教师成为主导，学生作为主体。教师引导学员开阔思路，积极演讲，并主动回答其他学生的难题，使学生取得成就感，增强自信心。同时对学生强调的难题，进行指导、调控、激励、点拨，从而提升教学品质跟强度。案例拓展是实例讲解的推进，提出应该学生再次深入探讨的难题，或者就此问题，触类旁通，将知识点串起来进行总结，是实例讲解的升华。举例来说，在实例1中学生了解到U盘就是采用FlashRom材料的存储器，在之前一道课后习题中，考查电可改写存储器的概念，大部分学生都没有选FlashRom。究其原因，是为字母简写Rom所问题，Rom是只读存储器的中文简写，所以它们望文生义，这个“不精确”的缩写与存储器发展历史有关，学生了解了自己一直保存文件的硬盘就属于此类存储器，这样它们才完整地知道了电可改写存储器的概念，并且记忆深刻。案例1并没有止步于此，在接下来的实例拓展中，还会看到存储器名称与其发展经历相关的RAM存储器，即随机存取存储器计算机原理教案下载，通过采用初期的磁带存储器，学生知道了“随机”二字的真正意义。

再进一步拓宽，根据学生查阅的资料中有关评测的文章，由于U盘采用的工艺材料不同，读写时间差距巨大，最后表现为价格变化。他们既认识到，存储器读写时间指标比较重要，如果不关心这个指标，买U盘的之后就容易“上当”，而这个指标正是后续课程应讲述的内容，当教师了解到知识点连贯性和系统性，他们的学习目标也就“水到渠成”了。逻辑运算是重要的知识点计算机原理教案下载，涉及多种逻辑运算规则，相比逻辑与，或跟非运算，异或运算规则变得非常抽象，学生很难理解为什么应有这种的运算规则。如果学生知道了它的“广大神通”，就容易接受跟掌握，为此设计了实例3。在案例3中，选取了最近新闻热点——勒索病毒作为实例，并以其加密原理成为起点。由于该病毒已被杀毒软件厂商分析跟制服，所以在网上可以容易找到公开的病毒加密方式，其机理是将一个指定的二进制数（称为“密钥”）与客户文件做卷积运算，然后用运算结果文件替换掉原始文件，用户开启时才会呈现乱码。在客户付费后，病毒制作者，只需将这个“密钥”与加密后的文件重新做异或运算，就恢复出了原始文件。在这个实例预测以后，学生对赋值运算的“神奇功能”有了深切的了解，学生抱怨原本“异或”这个小小的逻辑运算“功力”如此大。

进一步的拓宽，可以向学生介绍，这种基于“异或”的加密方法在密码学上称为“流密码加密”，并广泛应用中网络存储中，但实际应用中多“密钥”也被做过多重加密，防止被盗窃。从而使教师对计算机网络课程有所“期待”。还可以进行实用性方面拓展，让学生运用学习过的C语言做简单的文件加密软件，既有趣，又唤起人们编程创意的热情。⑶反馈改进案例精选的实例设计，精辟的案例讲解，精彩的实例拓展，能够促使学生的好奇心、探索性、想象力及成就个性，他们最愿意参与到案例中，一方面对案例执行过程跟结论强调自己意见和想法，另一方反馈自己在使用电脑跟智能手机中遭遇的种种硬件问题。这时，教师应热情面对学生的回答，汲取好的建议，并且将学员新强调的与课程有关的难题或问题汇编到实例集中，形成良性循环，真正做到“以教师为中心”向“以学生为中心”转变。

3结束语

在计算机原理课程中采用案例教学法进行教学设计，并经过两届学生的课堂实践活动，达到了教学目标，取得了良好的教学效果。精选的好案例可以帮学生留下深刻印象，贴近生活的实例，让抽象的硬件概念显得非常具象化；学科关联案例，使教师理解学好该课程的重要性；而接近工程实践的实例，让学生开阔了眼界，增加了学习兴趣。而案例教学实施过程中提高了学生互动，活跃了教学气氛。各个学科都有自己的经典实例，案例教学具有普遍适用性，其优势是有利于“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，具有广阔的应用前景。进一步，可以尝试将案例教学法同其它教学方法结合使用，例如，在实例中引入翻转教学法，鼓励教师主动提出疑问并进行探讨；还可以将思政元素采用案例，让案例教学承担课程思政任务等。

作者:李志刚 单位:北京邮电大学世纪学院计算机科学与技术系