摘要：根据《计算机组成原理》课程的特点，在对建构主义理论分析的基础上，将《计算机组成原理》教学与建构主义理论相结合，对基于建构主义理论的《计算机组成原理》课程的教学改革进行了探讨和分析，有利于进一步提高教学质量，培养学生良好的《计算机组成原理》教学素养和创新意识。
关键词：建构主义理论；计算机组成原理；教学改革；教学素养
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)11-20295-03
1 引言
《计算机组成原理》是计算机专业的一门核心专业必修课，它不仅可使学生从底层剖析电子数字计算机的基本组成和工作原理，掌握计算机系统的基本设计技术，而且可以培养学生分析和解决数字系统实际问题的能力，是培养计算机系统分析、系统设计和系统继承技术人员的一个有效的教育环节，从而打破学生对计算机的神秘感。它在整个专业课的教学中起到了承上启下的作用，为后继的《接口技术》、《单片机原理及应用》等课程的教学奠定了基础。
随着计算机技术和电子技术的飞速发展，计算机内部结构日趋复杂和庞大而且高度集成化，这使学生普遍感到《计算机组成原理》这门课难学、难懂、概念抽象、感性认识差，教师在教学中使用传统的教学方法和教学手段很难实现教学目标。如何改革《计算机组成原理》课程教学，以提高其教学效果和教学效率，使它跟上计算机技术的发展是我们当前亟待解决的问题。针对这一问题，结合多年来从事《计算机组成原理》课程教学的体会，在对建构主义理论分析的基础上，分析了建构主义理论与《计算机组成原理》教学的相通性，强调建构主义理论在革新传统《计算机组成原理》教学过程中的重要性，并通过相关案例的分析，对建构主义理论在《计算机组成原理》教学中的应用进行了探讨。
2 基于建构主义理论的《计算机组成原理》课程的学习
2.1 建构主义理论下《计算机组成原理》课程学习的特征
结合《计算机组成原理》课程的特点，建构主义理论下《计算机组成原理》课程学习的特征可分为以下几个方面：
第一，《计算机组成原理》课程的学习具有广泛性和复杂性。该课程内容涉及的范围很广，包括计算机硬件系统的基本组成原理与运行机制，计算机硬件系统各部分的设计方法以及构成整机系统的基本原理。同时也包括高性能计算机的新技术，具有一定的复杂性。
第二，《计算机组成原理》课程学习具有很强的实践性。比如在要求学生进行计算机整机系统的设计时，强调的是综合能力的培养，它要求学生能够将计算机硬件组成的各个部分融会贯通，让各个部分彼此发生联系，从而能综合利用各知识点完成整机系统的集成。
第三，《计算机组成原理》中的相关技术是当今计算机学科中发展最迅速的技术之一，很多知识点都是随着社会的发展和需求不断出现的，如浮点运算技术、多核控制器技术、磁盘存储阵列技术、通道技术。所以，《计算机组成原理》课程的学习总是在一定的社会环境下进行，它不可能是孤立的，因此它的学习具有一定的社会性。
第四，《计算机组成原理》课程的学习是反思性学习。学习者只有在学习过程中学会反思，进行自我分析，才能不断取得进步。例如学生在学习了DMA的工作原理后，应该反过来对中断的工作原理进行对比分析，从本质上比较出两者的异同，这样才能在实践中灵活应用这两种I/O信息的处理方式。
2.2 建构主义理论下《计算机组成原理》课程中学生的角色
根据上述对基于建构主义的《计算机组成原理》课程学习特征的分析，可以看出学生在整个教学活动和学习过程整的角色已经发生了很大的变化。在《计算机组成原理》课程的学习中，学生不再是处于被动的状态，学习任务也不再是对一些概念和原理的简单记忆和重复使用。在建构主义的学习环境下，学生是带着知识，带着经验，带着好奇心和浓厚的学习兴趣走进课堂的。建构主义的学习环境要求学生积极参与整个教学活动和学习过程中，要不断地思考，在旧经验基础上不断地纳入新经验，不断地重新建构自己地知识体系。所以在整个学习过程中，学生是教学活动的积极参与者、是知识的主动建构者、是学习的管理和监控等责任。
2.3 建构主义理论下《计算机组成原理》课程中教师的角色
建构主义理论强调学习是在教师的指导下，学习者主动建构自己知识的过程。因此，教师在教学活动中的角色也必然发生了很大的变化。可以从以下几方面来看：
第一，教师是学生知识建构的引导者。在传统的《计算机组成原理》教学中，教师的主要任务是向学生传授《计算机组成原理》的基本理论。而在建构主义理论下，针对《计算机组成原理》课程的特点，教师在教学中应该要学会引导学生自己去学，并且根据教学内容的需要，创设各种情境，引导学生去发现问题，引导学生去搜集资料（如上网查看计算机硬件发展的最新趋势和动向），从而完成知识的建构。
第二，教师是学生知识建构的协助者。在建构主义环境下，《计算机组成原理》课程的教师要在教学初期为学生创设问题情境，帮助学生发现问题。但在学生解决问题的过程中，教师除了给予适当点拨之外，更重要的是要放开手脚让学生自己去解决问题，建构知识。例如在讲授运算器和控制器时，启发学生将其与实际的CPU相比较，然后让他们自己归纳总结出运算器和控制器的特点，这样学生才能对知识有深刻的印象，而不再是对知识死记硬背。
第三，教师是学生知识建构的组织者，建构主义为学生知识的建构提供了真实情境，在学习者协作学习过程中，教师也要当好组织者，尤其是在《计算机组成原理》整机系统的设计过程中，由于整机系统涉及到运算器、控制器、存储器、I/O系统以及相关软硬件设计方面的综合知识，需要同学之间团队合作才可能做好。因此，在分组过程中，教师一定要结合多方面的因素，组织好学生的协作学习。
第四，教师是学生知识建构的管理者。在基于建构主义《计算机组成原理》课程的教学中，教师已经由单纯的教学执行者转变为学生知识建构的管理者。随着远程教育的不断发展，教育资源日益丰富，学生要积极参与学习，主动建构知识，就要有效的利用资料。《计算机组成原理》课程涉及的知识面很广，很多计算机硬件方面的前沿技术和文档都是通过网络获取的，在相关资料的整理和收集过程中，教师应当做好管理者的角色。
3 基于建构主义理论的《计算机组成原理》课程教学案例分析
“抛锚式教学策略”是建立在建构主义教学理论基础上。它的主要目的是使学生在一个完整、真实的问题背景中，产生学习的需要，并通过镶嵌式教学以及学习共同体中成员间的互动、交流，即合作学习，凭借自己的主动学习、探究，亲身体验从识别目标到提出和达到目标的全过程。在《计算机组成原理》课程教学中，运用此教学策略能有效地培养学生的信息素养，提高学生自主学习、协作学习的能力，提高学生解决问题的能力，提高学生的思维力。
“抛锚式教学策略”的具体流程如图1所示，下面结合案例对基于网络环境的抛锚式教学策略在《计算机组成原理》课程教学中的应用进行探讨。
3.1 创设情境
创设情境，即创设学生当前所学习的内容与现实情况基本相接近的情景环境，把学生引入到需要通过某知识点来解决现实问题的情境。创设学习的资源和学习的环境是教师的主要工作。
教师要充分运用现代教育技术手段给学生提供多种学习资源，让学生有多种机会在不同的情境下应用所学的知识，提供学生施展才能的舞台。通过情景引发主动学习的启动。
3.2 确定问题
教师要根据学生掌握的知识以及教材所涉及的内容，去选择教学主题。本次教学案例采用实践教学的方式，其主题是如何构成一台完整的模型机，在此基础上控制真实的外围接口芯片，通过扩展8253和8255接口芯片，完成定时器、计数器和并行接口电路控制。该教学主题要用到《计算机组成原理》教材中的绝大部分知识点，达到了温故知新的目的。
3.3 自主学习
由于在《计算机组成原理》课程的教学中并未对接口芯片如8253、8255做具体介绍，所以在本次的教学中，可以安排学生通过各种方式进行自主学习，利用一切可以利用的资源查找资料。最终学生所要完成的主要任务是：掌握构成整机系统的主要知识，8253、8255等芯片的软硬件基本原理和实际应用方法。这一环节不仅培养了学生收集资料、分析资料、利用信息的能力，同时也培养了学生独立解决问题，自主学习的能力。
3.4 协作学习
这是建构主义学习中的一个重要环境。由于个人能力有限，为了达到对问题的最全面的了解，教师可以组织学生划分学习小组，各组在组长的组织下，进行分工，根据自己的能力每人负责一个模块的设计，并制定出小组行动计划，如表1所示。这样每个学生都有任务,促使学生主动提出问题、思考问题，主动去发现、去探索，从而找到解决问题的方法。学生在学习过程中自始至终处于主动地位，而教师只是在旁边加以点拨，起指导和促进作用。通过协作学习的方式，使群体的智慧为每一个个体所共享，内化个体的智慧，拓展个体知识视野。
3.5 效果评价
这是主动学习的延伸性环节。包括学生个体自我评价、学习小组评价和教师的最后评价。
通过实践证明，在《计算机组成原理》课程的实践教学过程中进行“抛锚式教学法”的尝试，整个过程由学生自己主动进行，无需教师介入，具有良好的教学效果，并且可以培养学生以下几方面的能力：(1)提高了学生自主学习的能力；(2)提高协调、合作的能力，培养了团队精神；(3)能培养学生收集资料的能力；(4)能提高学生运用所学理论和知识进行综合分析、制定设计和实验方案的能力；(5)能进一步提高设计计算和绘图能力；(6)培养学生实验操作和研究能力。
3.6 课外扩展
可以为课外探究任务再抛一个“锚”：如让学生学习关于中断处理功能的模型机设计、并行处理功能的模型机设计的相关知识。
4 结束语
《计算机组成原理》是计算机专业的核心专业课程，如何有效地开展和探讨《计算机组成原理》教学改革的新思想、新方法和新理论，已成为《计算机组成原理》课程教学改革中迫切要解决的重要问题。建构主义理论包含了许多全新的教学理念，它要求“以人为本”、“以学生为中心”的思想，对传统的填鸭式教学模式提出了挑战。研究建构主义理论并把它与《计算机组成原理》课程教学相结合，能够为我们构建《计算机组成原理》课程教学的新型教学模式提供有利的依据和保障，对培养学生的《计算机组成原理》教学素养，提高学生的创新能力具有十分重要的意义。
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