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摘要：

教學設計本著從如何提高教學效率和教學質量的角度出發，是保證課堂教學成功的前提。文章以《計算機硬件技術基礎》課程中“程序的執行過程”一節的內容為例，基于軟件生命周期模型的思想著重從計劃、需求分析、設計以及反饋等幾方面進行分析描述。針對每一項理論內容都將給出了具體的實施計劃，具體的設計了整節課的授課思路。

關鍵詞：

軟件開發周期模型；課堂教學設計；教學任務；教學策略；案例實施

1引言(Introduction)

在總部修訂的《軍隊院校本科教學工作評價方案》的指標體系中，增加了一個新的評價標準——課程教學設計。然而課堂教學直接關系到課程的實施情況，而課堂教學設計是保證課堂教學成功的前提之一[1]，因此必須加強課堂教學設計的研究。那么課堂教學設計主要包含哪些方面，哪些是關鍵要素呢？又要如何設計課堂教學來體現出教員各自的特點與個性呢？這些是教學評價為我們提出的新挑戰，同時這也是我們年輕教員提高課堂教學質量的所必須要考慮的問題。軟件生命周期同任何事物一樣，一個軟件產品或軟件系統需要經歷孕育、誕生、成長、成熟、衰亡等階段，一般稱為軟件生命周期。把整個軟件生命周期劃分為若干階段，使得每個階段有明確的任務，使規模大，結構復雜和管理復雜的軟件開發變的容易控制和管理。通常軟件生命周期包括可行性分析與開發項計劃、需求分析、設計(概要設計和詳細設計)、編碼、測試、維護等活動，可以將這些活動以適當的方式分配到不同的階段去完成。本案例將以簡要的以軟件工程的工程化思想著重從計劃、需求分析以及設計等角度從教學策略的選擇、教學目標的設置、教學任務的分析幾方面進行分析描述。

2計劃方面(Plan)

在軟件生命周期的第一階段即要確定軟件的開發目標和總的要求，要進行可行性分析、制定開發計劃等，同樣進行教學設計的前提即是首先設置教學目標。進行一節課的教學設計，不僅要了解本節課的目標，首先要把握了解課程的總體目標。《計算機硬件技術基礎》這門課的整體教學目標通過理論學習，建立計算機硬件的知識結構體系，學會把以前所學的計算機文化基礎、電子技術、計算機軟件技術等知識運用到計算機硬件技術的學習中。通過課堂討論與作業，加深對CPU部件與整機系統兩個層次、計算機內部硬件邏輯組成及內部工作機制，能在學習的過程中發現一些問題，提出解決問題的對策。另外，通過計算機硬件發展史的典型事例及其在社會發展以及科技進步中的重要作用，激發對學習計算機硬件技術的興趣。通過研討式教學方式，學員將進一步學習科學探究的方法，敢于面對學習中的困難，提高提出問題、分析和解決問題的能力。在總的目標的指引下，再來定位本節課的目標，即掌握指令的執行過程和相應的發展方向、最新技術。

3需求分析方面(Requirementanalysis)

軟件生命周期的第二階段是由系統分析人員對被設計的系統進行系統分析，確定對該軟件的各項功能、性能需求和設計約束，確定對文檔編制的要求，對應到教學設計的過程，即是分析教學任務，對教學內容與教學對象進行分析與定位。

3.1定位教學內容

教材是課程的載體。能否準確而深刻地理解教材，高屋建瓴地駕馭教材，合乎實際地處理教材，科學合理地組織教材，是說好課的前提[2]。本節課的特點，闡述計算機的微處理器、存儲器的基本工作原理及相關知識，比較抽象，為以后各章的學習打下基礎。本節課的目標，通過本節課的學習要初步的理解微機的工作原理以及程序的執行過程，從宏觀上去體會計算機執行指令的過程。說教材處理:精選教材內容，并合理地擴展或加深教材內容，通過一定的加工將其轉化為教學內容，即搞清各個知識點及其相互之間的聯系。①處理的原則。這節課教材分四個部分，把它重新整合為四個內容：程序執行的一般過程。CPU對內存的操作。指令的執行過程；程序的執行。程序執行技術的發展。②重點的確定和依據。本節課的內容主要由微機的工作原理和程序執行的過程兩大部分組成，重點定為程序的執行過程，其中又以指令的執行過程為重點內容。確定的依據有兩個，一是教材的知識體系，微機的工作原理是程序設計的基礎，而程序的執行過程又是其中的重點內容，而指令的執行過程是程序執行過程的核心內容，因此將它確定為重點。③難點的確定和依據。本節課的難點有兩個，第一個是CPU對內存的操作，第二是指令的執行過程。確定的依據是兩個方面，一個是教材一個是學員。在教材方面，不管是CPU對內存的操作還是指令的執行過程都比較抽象，理解起來相對有些困難，難以掌握。由于學員之前接觸是的計算機文化基礎和計算機軟件技術基礎這樣實用性很強的課程，而硬件技術基礎是新接觸的內容，并且純屬理論同時很抽象，所以學員同時接受這么多知識信息的能力有限，另外記憶，想象空間事物的能力也有限，所以把它列為教學難點。④說教材處理上值得注意和探討的問題。

3.2分析教學對象

對教學對象的分析主要從學員的知識能力水平以及學員的心理、生理特點兩方面入手，進而根據其特點采取相適應的教學對策。本節課是本硬件技術教材中的核心，對學員的情況做四個方面的分析。知識掌握上，前面已經有了一定的軟件技術基礎相關的基本知識，但卻是一年前的事情了，會些許遺忘，另外許多學員在這一方面沒有總體的知識框架，所以應系統的去講述。心理上，引導學員認識到硬件技術是一門有意思的學科，有利于其他學科的學習。生理上，學員比較年輕好動，注意力易分散，愛發表見解，希望得到教員的表揚，所以在教學中應抓住學員這一生理特點，一方面要運用直觀生動的形象，引發學員的興趣，使他們的注意力始終集中在課堂上；另一方面要創造條件，讓學員發表見解，發揮學員學習的主動性。此外，學員學習本節課將遇到一些知識障礙，如CPU對內存的操作很抽象，學員不易理解，所以教學中應深入淺出的分析，采取宜于理解的方式去體現。

4設計方面(Design)

軟件生命周期的第三階段是系統設計人員和程序設計人員在反復理解軟件需求的基礎上，提出多個設該軟件的結構、模塊的劃分、功能的分配，以及處理流程，體現在教學設計的過程中，這個階段即可把握成教學策略的選擇。在課程設計的環節中，教學策略的選擇處于很重要的位置，其中包括說教學方法和說教學過程以及說教學理論。

4.1說教學方法

本堂課總體上采取的是總分總的教學方法，從觀察現象到分析本質，逐層深入，易于學員理解。首先通過問題引入，觀察現象來讓大家分析得出個結論，從宏觀上理解程序執行的一般過程；然后初步深入的從微觀上去學習指令的執行過程以及程序的執行過程。通過計算機處理器發展的典型事例及其應用，認識計算機硬件技術在社會發展以及科技進步中的重要作用，激發對學習計算機硬件技術的興趣。通過引導式教學方式，學員將進一步學習科學探究的方法，敢于面對學習中的困難，提高提出問題、分析和解決問題的能力。

4.2教學過程

4.2.1發現問題(問題導入)

首先通過幻燈片給大家提出一個問題供大家思考，然后打開任務管理器進行演示，讓學員來觀測當中的CPU利用率和頁面使用率(內存的使用情況)，了解其中的現象，然后在相繼打開一個應用程序和影音文件，這時再來觀測其中的變化。程序執行的時候CPU和內存是工作著的，以此推出程序執行的一般過程。

4.2.2分析問題

程序執行的一般過程。通過對上述過程的分析，總結出這個程序執行的一般過程(圖2)，程序在沒有運行之前是放在外存上，當要執行時就要雙擊，這時程序從外存調入到外存。由此說明出各部件中重要的部件為CPU和內存(銜接)。CPU對內存的操作之前清楚了程序的執行是CPU與內存間的數據頻繁操作，但是CPU與內存間的信息是怎樣傳遞的一個過程呢？引出CPU對內存的兩種操作－讀操作和寫操作(圖3)。方法與手段：對讀寫操作過程進行動態演示講解，使學員更清晰明了的理解讀寫操作過程，使比較難理解的內容變得容易。指令的執行過程。程序的執行過程就是CPU對內存的讀寫操作過程，那么具體CPU對指令如何來控制的呢？(銜接)有此可以進一步去講解指令的執行過程。在該部分中大家觀察到，在內存中存放的都是二進制代碼，是機器語言，操作起來很不方便，而在我們軟件設計中用的卻是高級語言，如何實現這種轉換呢？引入匯編語言的概念，用助記符的形式來完成與機器語言的一一對應。方式與手段：通過在DOS下的debug調試軟件進行現場演示，去明白助記符與機器代碼間的對應關系，通過一個題目來具體的講解指令的執行過程。方式與手段：通過動態過程的模擬來講解一條指令的執行過程。每條指令都是這樣一條條的一步步去執行的，整個過程就被分為各個獨立的小部分，就像我們的生產車間一樣(圖4)，把原料(數據)送到生產車間，加工完送出去，需要永久保存的放到存儲器，然后送到硬盤或顯示器上顯示，對應下來就是取指令，分析指令(指令譯碼)，取操作數和執行指令。由此下去一條條指令執行起來后就是程序的執行。

4.2.3解決問題

CPU執行指令內部就是這樣一條條的去做的，有人就會說這是不是效率太低了啊？當執行到后面的時候前面的部件就空閑出來了，有沒有好的辦法去充分調動它呢？以此引出流水線技術。隨著技術的不斷提高、發展，逐步出現了相應的微處理器機，引出系列機微處理器程序執行的技術發展。回顧計算機內部的信息流向問題，將整節課的內容穿了一條線，理清脈絡，這樣最初拋出來的問題就迎刃而解了。

4.2.4思維拓展

80x86系列微處理器程序執行技術的發展以8086為基本。

4.3教學理論

教學理論是課堂教學設計的本質屬性。教學理論不一定是一個單獨的設計環節，可以貫穿在以上所有的環節中。例如本節課的幾個環節設計，首先將采用問題引入，然后觀察現象并采取圖表示意法進行講解，最后分析得出結論，分析分為三步進行，第一，設疑。CPU利用率和內存的使用情況發生了怎么的變化；第二，程序的執行為什么會有這樣的變化呢？CPU和內存的關系怎樣呢？第三，解疑。通過分析，得出這個現象的原因，一是程序未執行時放在外存，二是程序執行時CPU和內存之間進行數據交換。這樣設計的目的有三個：第一，在學員動耳，動眼聽課的基礎上，進一步達到動腦思考，動嘴說。第二，促進學員思維和表達能力的發展。第三，使學員由感性認識上升到理性認識，從而將這節課推向高潮。

5結論(Conclusion)

課程教學設計作為教學評價的一個新的評價點，使我們面臨了一個新的挑戰[3]。而課堂教學設計的最終目的是提高課堂教學質量，更好的開展教學活動。本文嘗試從教學目標的設置、教學任務的分析以及教學策略的選擇等幾方面進行分析描述，以軟件工程的工程化思想來進行課堂教學設計。這既是本人以一堂課為例進行的課堂教學設計的實踐總結，也是本研究的具體成果體現，由于實踐應驗較淺，還沒有認識的很徹底，以后會繼續努力提高。

參考文獻(References)

[1]皮連生,劉杰.現代教學設計[M].北京:首都師范大學出版社,2005.

[2]孫立仁.教學設計——實踐基礎教育課程改革的理論與方法[M].北京:電子工業出版社,2004.

[3]曾文婕.課堂教學設計[M].北京:北京師范大學出版社,2011

作者：祁薇 楊健 王輝 單位：海軍大連艦艇學院基礎部