計算機組成原理實驗課程網絡在線試驗平臺建設模式的思考

劉登峰　秦寧寧　徐保國

摘要：本文主要針對目前我國高校擴招后帶來的試驗設備與資源相對不足的問題，面向計算機組成原理實驗課程，提出了通過建立網絡在線試驗平臺來解決試驗設備與資源相對不足問題，并大大提高了學生動手實踐時間上的機動性，同時作者根據自身的教學經驗，對網絡在線試驗平臺涵蓋的內容與開展方式提出了相應的建議。

關鍵詞：計算機組成原理試驗課程；網絡在線試驗平臺；建設模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0207-02

計算機系統類課程在信息類專業教學過程中具有舉足輕重的作用，尤其是系統類課程中的計算機組成原理課程的實驗教學過程對于學生系統觀念的形成具有無可替代的地位。計算機組成原理是非常重要的計算機系統類核心課程，其在工科的計算機系統性學習占有舉足輕重的作用。目前，計算機組成原理的實驗課程已不僅僅是理論課程的補充或附屬，而是作為一個重要的環節和關鍵組成部分越來越受重視。社會及信息技術的發展要求高校培養的人才不僅掌握扎實的理解知識，還要有很強的實踐動手能力及創新能力。

對于計算機組成原理課程來說，傳統在實驗室的實驗課程已不能滿足現有需求，需要新型實驗課程教學平臺來滿足課程的需求。因此，計算機組成原理的實驗教學改革是目前各高校面臨的一項重要任務。目前，雖然在實驗室的實驗教學可以激發學生實驗興趣和創新能力，但是實驗設備的緊缺與實驗室開放時段的限制，使得學生的實際動手設計與操作時間大大縮短，不能滿足學生學習的需求。

目前以MOOC課程為代表的網絡教學在給傳統教學模式帶來了極大挑戰的同時，卻給學生們的學習帶來了極大的便利，使他們足不出戶就可以學習到最好的教師講授的最好的課程。正是由于MOOC課程帶來的沖擊，目前基于網絡技術來展開教學的研究開始出現在教學改革與研究領域，但是目前所進行的網絡教學改革主要針對文化課程，鮮有針對實驗課程的嘗試。而計算機系統類課程的建設應采取網絡在線實驗系統平臺代替實際實驗平臺，將為學生提供可以遠程在線設計實驗的計算機系統類在線實驗課程平臺，使得學生可以在線完成課程實驗的綜合設計與仿真。打破由于實驗設備的緊缺與實驗室開放時段的限制，使得學生的實際動手設計與操作時間大大縮短，不能滿足學生學習需求的限制。因此，開展網絡在線實驗系統平臺建設對提高當前形勢下本科生的質量極為重要。

但是目前鮮有研究涉及該領域，作者認為：在課程建設過程中，需要重視教學方式方法的改革以及網絡技術的應用和網絡資源平臺的建設。但是目前教學體系與模式存在以下問題，具體包括：①教學資源不完整。在有限課時情況下，要實現教師少講精講，又要完成教學內容，尤其是實驗方面要求教師和學生用較少的課時完成必修的實驗，且要求學生能夠理解掌握，就必須提供足夠的基礎教學資源，以滿足學生課外自主學習的需要。限于技術原因，目前，有一些基礎教學資源仍不能在課程網站上實現共享。②缺乏溝通與互動平臺。知識的學習是通過“教”與“學”來完成，目前高校的授課模式注定了學生與教師的交流大多集中在課堂上，而課時的限制使得教師根本無法對學生的疑問進行一一的解答。這造成學生在課外自主學習時，尤其是硬件實驗設計，學生在線進行實驗仿真，遇到疑難知識點，無法及時與教師溝通。而目前學校使用的網絡教學平臺無法實現在線答疑和討論，師生之間的課外互動需要依靠QQ群、短信、飛信等公共網絡通訊平臺進行，給師生之間和學生之間實時快捷的深度互動帶來諸多不便。③缺少自測和實驗驗證平臺。雖然現有課程資源中有一些實驗設計例程，但尚缺乏對學生進行手把手進行實驗設計的教學視頻及對學生所學知識點掌握情況的測試例程，不便于師生對學生自主學習的效果進行即時評價；同時，對于一些大型課程作業，目前也缺乏師生間和學生間交流討論以及作業提交和評價的平臺。④缺少遠程實驗平臺。目前缺少可以供學生遠程實驗的實驗平臺，學生只能依靠實驗課有限的課時動手完成實驗，沒有可靠的遠程平臺供課前的預習，及課后的復習理解。對于計算機系統類課程，學生僅靠實驗課的有限時間無法提高動手實踐能力。因此，對于計算機系統類課程來說，亟需開發出可以供學生遠程體驗實驗課程的平臺。⑤無法管理與監督。現有課程網站只是實現了課程資源的網絡化，并不能實現課程教學的網絡化，即學生只是從課程網站上獲取一些基本課程資源，如課件、教學錄像等，但教師卻無法跟蹤和管理學生課外學習的情況，教師對每位學生課外自主學習的時間和效果缺乏考核評價方法。目前，教師對學生自主學習的情況只能根據課外作業、課堂提問和課堂討論時學生的表現加以評價，未能真正實現對學生學習過程的跟蹤與考察。

綜上所述，為滿足學生自主學習的需要，亟需建立一種基于網絡的在線實驗平臺，可以綜合提供并收集各種教學資源（收集功能來自于學生們提交的各種大型課程作業），滿足師生之間和學生之間深度互動和討論答疑的需要，記錄和統計學生自主學習情況和規律，并滿足學生對知識點掌握情況的自測和測試，以及大型作業的討論和提交。具體研究實施思路為：①現有教學資源在網絡教學綜合平臺上的合理匯交。擁有現成的教學資源和已經建設的網絡教學平臺，并不是說簡單地將前者上傳到平臺上就能構建適合本課程的網絡教學綜合平臺。因此，在收集并上傳現有教學資源的基礎上，根據本課程的特點，進行二者之間的兼容與適應性的調整是需要研究的主要內容。②設計與建設系統設計在線平臺。利用現有網絡信息平臺，建成可供學生遠程實驗的在線平臺。該計算機系統類在線實驗平臺需要提供典型的演示實驗供學生觀摩學習，系統可提供平臺使用幫助說明，實驗結果需要能及時反饋供學生分析設計。③進一步完善課程資源。對知識點和重點、難點進行梳理，根據需要設計出三大類題目，構建課程設計例程庫。第一類主要用于學生自測，設計為較簡單的設計例程，方便學生對在線平臺的熟悉，考查學生對單一知識點的復習與掌握；第二類題目用于考查學生綜合分析利用知識的能力，包括方案設計及綜合分析型實驗；第三類是大型作業和課程綜合實驗，分別實現簡化的CPU與編譯器，目的是培養和考查學生利用所學知識分析問題、解決問題的能力以及分工協作的團隊意識。④構建在線自測、設計提交和評價平臺。對于以上各類知識點，將題目與答案分別存入計算機系統類在線實驗平臺。第一類知識點學生在完成題目后可進行自主學習的自我評價，并據此安排學習進度。如可能，在自測系統中，將設計類似目前大多網絡游戲中普遍采用的“沖關”模式，即以自測結果反饋控制學生是否可以進入下一環節的學習，以增加自主學習過程的樂趣；對于第二類題目，該平臺將提供學生在線提交和教師在線批改功能，同時對學生完成情況具有統計記錄和分析功能；對于第三類題目，平臺將提供分組、組內討論以及師生間交流討論功能。⑤構建在線答疑與互動平臺，實現師生間和學生間的深度互動。主要包括三個方面：一是師生可以針對某一問題，在線展開答疑與討論，這一點可以基于校園網絡教學綜合平臺實現，教師組成員負責答疑；二是可以找專門負責人員將對答疑問題進行統計和分析，反饋指導實驗教學重難點的梳理以及例程庫等教學資源的建設和完善；三是利用互動平臺，提高學生對課程設計網絡綜合平臺建設的參與度。一個有效的網絡平臺課程資源共享與利用機制需要教師和學生的完美結合和彼此間深度互動，因此，我們將利用互動平臺，調查學生自主學習過程中的需求，并使他們成為平臺質量評價的最直接、最有力的監督者。⑥構建管理與跟蹤統計平臺，監督指導學生自主學習。構建出的“計算機系統類在線實驗平臺”，可以利用學校現有的“江南大學網絡教學綜合平臺”課程登錄與管理的功能，統計學生在線學習次數、時間等基本信息，統計人員可重點關注這些統計數據以及學生參加答疑與互動討論的情況與其課程學習效果及自主學習能力培養之間的關聯性，以期總結出培養學生自主學習能力的一些基本方法和規律。

通過以上改革，可以實現學生自主學習所需要的教學資源以及學生自主學習管理評價的網絡化，構建師生交流互動平臺，從而重構實驗學習流程（教師課堂傳遞信息+學生實驗課前利用平臺仿真→學生課前獲取、吸收、消化信息+教師實驗課堂互動討論），轉變實驗教學模式（教師課堂傳授知識為主→學生課外獲取知識為主），革新實驗教學理念（以教師為中心→以學生為中心），轉換師生角色（教師：主演→導演；學生：配角→主角），深化課程建設的內涵，進一步提高教學質量，培養具有自主學習和持續學習能力的高素質人才。

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