基于互聯網+BOPPPS的計算機組成原理教學探索與實踐

張睿 張永梅 趙繼澤 潘理虎 柴艷峰

摘要：針對計算機組成原理課程教學中存在的主要問題，結合我校實際情況，提出了一種互聯網+BOPPPS教學新模式，并將其應用于計算機組成原理教學中。實踐表明，通過課堂延伸、網絡資源和平臺利用、BOPPPS模式結構調節，新教學模式不僅提高了教學質量和效率，還有助于培養學生的計算思維能力。

關鍵詞：BOPPPS模型；互聯網；計算機組成原理；教學改革； 教學實踐

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）05-0133-03

Teaching Exploration and Practice for the Course of Computer Organization Principals Based on the Internet+ BOPPPS

ZHANG Rui1， ZHANG Yong-mei2*， ZHAO Ji-zhe1， PAN Li-hu1， CHAI Yan-feng1

（1. Taiyuan University of Science and Technology， Department of Computer Science and Technology，Taiyuan 030024， China；2. North China University of Technology， School of Computer Science， Beijing 100144， China）

Abstract： Aimed at the current main problems which exits in teaching， and combination with the practical situation of our university， a new kind of teaching mode called Internet+ BOPPPS is raised and applied to the teaching of the course of the Computer Organization Principals .The practice indicates that the new educational mode not only improves the teaching qualities and the efficiencies ，but also helps to cultivate the abilities of the computational thinking for students through extending the classroom， taking advantage of the network resources and platforms， and adjusting the structure of the BOPPPS Mode.

Key words：BOPPPS Mode；Internet；Computer Organization Principals；Educational reform；Teaching practice

1 引言

計算機專業人才計算思維能力的強化培養已經成為我國高等院校工程教育改革的重點，即在計算機系統理論和方法掌握的基礎上，利用計算機系統思維方式構建、開發計算技術相關的系統，解決相關問題[1]。計算機組成原理[2-3]是以培養學生掌握計算機整機結構和工作原理為目的，是計算機專業學生必修的核心基礎課。該門課程是計算機專業學生計算思維能力培養的基石，包含硬、軟件之間的相互協同運行機制，與后續操作系統、編譯原理、計算機系統結構等課程知識交叉滲透、息息相關，直接影響著計算思維能力的培養效果。

計算機組成原理[4]主要是以計算機各個組成部件（軟、硬件）相互協同運行機制、高級語言源程序到機器指令程序轉換機制為學習內容，所涉及知識點較多、課程內容較為抽象、較于依賴先導課程（數字電路，數字邏輯）知識，課時緊湊，所以該門課程被認定為難學難教的課程。該門課程普遍的教學方式多是教師單向教為主，學生缺乏反饋、缺乏思考，常常被動接收抽象理論，難以深入理解計算機內部組件協同運行、轉換機制，更別提主動運用計算機思維解決問題。

《國家教育事業發展“十三五”規劃的通知》中指出：全力推動信息技術與教育教學深度融合。在當下“互聯網+”時代環境下，信息技術已逐步深入到教育領域，“互聯網+教育”模式下許多新興的教育模式應運而生，如慕課、SPOC、微課、等翻轉課堂模式[5-9]讓教學不再局限于課堂、書本，改善了教學質量的同時也提高了學生積極性。但縱觀上述線上線下結合的教育方式，教師對學生自主學習的約束力和監控過程較為薄弱，學生難以有效堅持完成線上學習，同時微課、慕課、SPOC等平臺存在實際操作要求高，成本高，教師難以開發和推廣在線課程等問題。

因此，結合太原科技大學計算機組成原理課程實際教學情況，本文提出一種折中教學模式，互聯網+ BOPPPS教學模式，即在現有BOPPPS教學模式的基礎上，通過互聯網優質數字資源合理的利用，以學定教，以啟發式、反饋式教學為主導，來改善現有計算機組成原理課程授課的單一性、抽象性、被動性和枯燥性，同時有助于“互聯網+教育”服務新業態的發展。

2 BOPPPS教學模式

1976年，溫哥華大學的Douglas Kerr提出了一種增強師生互動的閉環教學模式，即BOPPPS模式[10]。該教學模式遵循“教學目標→教學行為→學習活動→教學評估→教學目標”的循環過程，將課程知識點按照六個要素遞進貫穿于整個教學過程，重點強調學生全方位參與和學生學習信息情況反饋，并以此不斷調整改善后續課程的教學設計的活動。圖1是BOPPPS模式教學流程。BOPPPS六要素具體包括[11-13]：引入（Bridge-in）、目標（Objective）、前側（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）、總結（Summary）。

1）引入，教師選擇與當前課堂教學目標相關聯的問題、經驗、事件，吸引學生注意力的同時，幫助學生連接課堂內容；2）目標，圍繞“事件、條件、行為、程度”，明確告訴學生：who，under what condition，will dowhat，howwell，讓學生確切知道當前課堂的具體學習目標，并達到一個可量化、觀測的學習效果；3）前側，通過直接問題、開放式問題、腦力激蕩、小測試等教學策略來了解學生對當前課堂的先導知識掌握情況和興趣程度，從而調整課堂知識點的深度和進度；4）參與式學習，作為核心要素，參與式學習通過師/生或生/生雙向交流方式改變傳統單向教學方式，突出學生學習為主導，教輔于學，讓學生主動參與課堂、體驗課堂、互動課堂、反思課堂；5）后測，通過多種問答檢測當前課程學生的學習效果，以及教學目標達成度，同時也是對教師自己教學效果的評價，為后續課程改進提供依據，實現雙向反饋；6）總結，圍繞教學目標梳理、整合、延伸課堂內容。

圖1 BOPPPS教學模型

從圖1中可以看出，BOPPPS模式構建的各個教學環節前后承接條理，各環節層次明確，圍繞教學目標環環緊扣，同時前測后測首尾呼應，做到課堂及時反饋。BOPPPS 模式的融入將有效提高教學課堂的“教”與“學”的互動。

3 互聯網+BOPPPS教學模式

對于依賴先導知識較強的計算機組成原理課程來說，學校提出壓縮課程課時，提高學生自主學習，但并沒有改變教學目標，反而提高了教學要求，教學難度無疑增大，利用傳統的BOPPPS教學模式在有限課時內完成講授和實踐教學，教學質量和知識點深度必會大打折扣。

互聯網+BOPPPS即將互聯網優質數字資源和便利融入BOPPPS六個教學過程要素中，同時六個過程要素也進行延展調整，以互聯網為輔，課堂BOPPPS教學為主的教學新模式?；ヂ摼W+BOPPPS教學模型如圖2所示。相比于傳統的課堂教學模式和線上教學模式，互聯網+BOPPPS：

1）改變傳統BOPPPS模式結構和順序。“教學有法但無定法”，BOPPPS過程要素不應局限于圖1固定模式，根據需要可以靈活調整結構和順序，將目標和前測放在課前，并加入先導知識點學習目標和內容，通過微信公眾號信息或微視頻推送讓學生對學有側重，并利用調查測試的形式來督促學生先導知識的學習，對學生先導理論的掌握情況、存在的疑惑進行了解，教師以此調整課堂進度和深度，這樣既避免了傳統課前預習的目標模糊，學習效果難以檢測的問題，同時還能帶著學生疑惑進行課堂解答，節省了課堂寶貴時間。

圖2 互聯網+BOPPPS教學模型

2）互聯網課前學習評測與反饋。傳統的線上教輔多以老師布置任務，學生課余時間線上完成，對于缺乏自覺性和紀律性的學生多以應付為主，同時老師也無法做到網絡教學過程的監控，對課前學習效果難以測評?；ヂ摼W+BOPPPS教學模式，利用網絡豐富的教學資源和便利的測試平臺，同時結合了BOPPPS層層交互的特點，以明確的教學目標為中心，在線上學習的過程引入不同形式的測評和反饋的評價標準，并計入學生平時成績，在監督學習效果的同時，也是教師對學生前測結果的把控，實現互聯網+式教學新模式。

3）課堂在線后測反饋，增加查漏補缺環節。后測是教師對學生知識掌握情況和教學效果的評估方式，線上后測可以通過問卷星、雨課堂、微助教等軟件工具，實現課堂知識點測試及疑惑反饋，并精確統計和分析測試結果，對于檢驗不合格的知識點或統計回的疑惑帶入到查漏補缺環節，對于學生未能掌握好的知識點進行多次強調，對于學生的疑惑給出合理解答。在線后測提高了BOPPPS教學效率的同時，節約了課堂寶貴時間，提供了客觀有效的測試分析和疑惑反饋，讓教師在查遺補漏環節圍繞學習目標再次強化知識點，鞏固課堂知識。

4 互聯網+BOPPPS在計算機組成原理課程中的應用

以計算機系統組成和層次結構的設計為例，將互聯網+BOPPPS模式應用其中，進行課程教學設計。

4.1 教學結構設計

l教學對象及學情分析（Whom）

太原科技大學四年制本科計算機科學與技術二年級專業學生；

l教學目標（Why）

掌握存儲程序型計算機的原理；熟悉計算機系統組成和層次結構；

l教學內容及重難點（What）

基本內容：（1）馮·諾依曼計算機結構及特點；（2）計算機系統層次結構；

教學重點：計算機的硬件組成；計算機系統的層次結構；

教學難點：存儲程序型計算機原理。

l教學方法（How）

本課程采用啟發式與參與式相結合的互聯網+BOPPPS教學方法，充分利用線上資源、多媒體課件以及實物教具等教學手段。

l評測方法（Whether）

基于問卷星、雨課堂、微助教等線上APP的知識點考核，并分析及解疑。

4.2 教學過程設計

4.2.1課前線上（時間控制20分鐘以內）

前邊本論文已經提到，計算機組成原理課程的重要性，其先導課程包含如數字電路、數字邏輯、程序設計語言等，知識面涉及硬件軟件，且內容較為抽象。為了更好地讓學生理解課程知識，先導知識學習目標、內容、測試是非常必要的。在督促學生復習基礎理論的同時也有利于教師把控課堂教學進度、深度，調整教學設計。

1）課前先導學習目標。這部分強調的是為什么要復習這部分知識點，并幫助學生明確課程先導知識點的學習程度和掌握程度。這部分內容可以通過QQ群、微信群以及微信公眾號等方式，利用PPT或Word形式或公眾號課程信息傳遞推送給學生。如：能夠準確說出計算機系統中輸入設備、輸出設備、存儲器、中央處理器的概念；能夠準確說出計算機二進制語言、程序、算法的概念、區別與聯系。