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融入“计算思维”的计算机硬件类课程改革

作者：曹建芳赵青杉

来源：《电脑知识与技术》2014年第07期

摘要：针对大学计算机硬件类课程的教学实际，分析计算机硬件类课程和计算思维的内在

关系。从整合教学内容、改革教学方法和考核评价模式三方面着手，阐述在计算机硬件类课程

中贯穿计算思维能力的可行性，为深化课堂教学改革提供了新的思路。从近年学生的考核成绩

看出，取得了良好的教学效果。

关键词：计算思维；计算机硬件类课程；教学改革

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044（2014）07-1461-02

概述1

计算机硬件类课程在高校计算机专业占据非常重要的地位，从逻辑角度和应用角度为学生

阐述计算机的基本原理和使用方法，让学生在计算机硬件方面打下坚实的理论基础，并为学生

今后应用技能的提升奠定基础，其应用范围非常广泛且与实际工程联系紧密[1-3]。因此，计算

机硬件类课程是大学计算机专业的必修课程。然而，由于这类课程理论性较强，大多数高校的

硬件类课程实践环节相对薄弱，导致硬件类课程的教学一直是计算机学科体系结构教学中一个

比较薄弱的环节。

计算思维是由美国卡内基梅隆·大学的周以真教授于2006年在ACM的会刊上提出来的。

他指出：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它

包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[4，5]。计算思维使用约简、转化和仿真等方

法，利用启发式推理，采用抽象和分解处理庞杂任务的手段，将一个看似极其复杂的问题转换

成一个个易于处理的小问题。也就是说，计算思维就是通过人的思维进行计算，即人通过特定

的思维活动使用计算机解决实际问题，计算机在解决问题过程中充当媒介的作用，它是人和机

器相结合的产物[6]。

计算机硬件类课程作为计算机学科的核心基础课程，其理论性、实用性和创新性较强，面

对这样知识庞杂而又抽象的课程，融入计算思维的理念，对其进行教学改革，使学生灵活的掌

握计算机硬件的基本原理和应用技能成为必然。

教学改革思路和方法2

引2.1入关注点分离方法，整合教学内容

大学计算机硬件类课程主要涉及电工与电子技术、数字逻辑、计算机组成原理、操作系

统、微机原理、计算机网络等课程，这些课程看起来比较分散、自成体系、教学内容抽象，是

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教师最难教、学生最难学的课程。关注点分离是计算思维的方法之一，它将复杂抽象的问题合

理分解成具体的小问题，再研究各个小问题的不同侧面，形成关注点，然后汇总各个问题的结

果，形成解决方案。在大学计算机硬件类课程中，引入关注点分离方法对教学内容进行整合，

可以使得抽象的问题具体化，复杂的问题简单化，对教师教学起到事半功倍的效果。例如在操

作系统课程的教学过程中，选择以WindowsNT操作系统的功能为主线，将课程所有的知识点

（进程管理、进程调度与死锁、存储器管理、设备管理和文件管理）融入到具体的实例中，避

免了学生在学习过程中感觉到知识点分散零乱、难以理解，让学生在学习操作系统课程的过程

中，形成一个完整的知识体系，帮助学生更好的理解知识；在微机原理课程的教学过程中，以

80386CPU的指令系统及设计为主线，将主要知识点指令系统、汇编语言程序设计、中断以及

接口电路设计贯穿其中，这样既浅显易懂，又形象生动，极大的增强了学生的学习兴趣。其他

硬件类课程的教学也基本采用关注点分离教学法，教学效果良好。

利用启发式2.2教学，体现计算思维

启发式教学是针对传授的知识，先提出一个源自实际生产生活的问题，然后与学生共同探

讨分析问题，引导学生逐步解决问题，在该过程中讲授分析问题和解决问题所需要的理论和方

法。以操作系统课程中的进程同步为例，这是进程管理部分教学的重点，也是难点。在讲解这

部分内容时，先以典型的司机—售票员问题导入，与学生共同探讨在公共汽车上司机与售票员

的相互合作关系以及合作的先后次序关系，分析两者的相互制约关系，从而得出使用信号量机

制解决进城同步的方法；在计算机网络课程中，局域网组建是教学的重点，在讲授这部分内容

时，首先以日常实验室局域网的组建情况为例，与学生一起分析实验室局域网的工作原理，共

同探讨一般局域网的组建方法，从而