“計(jì)算機(jī)組成原理”教學(xué)改革研究

李春閣

摘 要：“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課，是一門承上啟下的課。學(xué)好這門課對(duì)學(xué)生日后從事軟、硬件系統(tǒng)的開發(fā)和研究等工作都有重要影響。因此本文對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)展開了深入的改革研究。在SPOC的基礎(chǔ)上引入MOOC資源，重新制定課程計(jì)劃，調(diào)整課程內(nèi)容，充分利用多種網(wǎng)絡(luò)手段，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，降低了課程難度，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，

關(guān)鍵詞：SPOC;混合教學(xué);計(jì)算機(jī)組成原理

一、計(jì)算機(jī)組成原理

“計(jì)算機(jī)組成原理”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課，是一門承上啟下的課，也是計(jì)算機(jī)考研入學(xué)專業(yè)考試（408計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合）涵蓋的四門科目之一。學(xué)好這門課對(duì)學(xué)生日后從事軟、硬件系統(tǒng)的開發(fā)和研究等工作都有重要影響。

其以數(shù)字邏輯為基礎(chǔ)，目標(biāo)是建立初步的硬件分析能力，主要講授計(jì)算機(jī)主要功能部件的組成結(jié)構(gòu)、邏輯設(shè)計(jì)和功能部件相互連接關(guān)系。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理不僅能讓學(xué)生理解并掌握計(jì)算機(jī)底層硬件的運(yùn)行機(jī)制與運(yùn)行原理，而且能培養(yǎng)學(xué)生硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力以及對(duì)計(jì)算機(jī)工程相關(guān)的科學(xué)問題進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的能力[1]。由于教學(xué)內(nèi)容眾多，知識(shí)點(diǎn)繁雜，如果學(xué)生掌握不夠熟練，就難以構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。因此，需要對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)展開深入研究。

二、教學(xué)現(xiàn)狀

由于該課程內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)、涉及的知識(shí)面廣，學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)難度較大。另一方面，該課程缺乏直接的應(yīng)用場景，部分學(xué)生認(rèn)為該課程用處不大，學(xué)習(xí)的積極性不高。這些因素給課程的教學(xué)帶來一定的困難，如何提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中面臨的實(shí)際問題[2]。

由于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)態(tài)度的不同，只是課堂教學(xué)已經(jīng)不能及時(shí)解決這些問題。在一個(gè)教學(xué)班中，總是有一部分學(xué)生是能力比較強(qiáng)的，覺得課堂教學(xué)內(nèi)容不能滿足他們對(duì)知識(shí)的渴求;也總有一部分學(xué)生是能力差一點(diǎn)的，對(duì)老師課堂教學(xué)內(nèi)容理解比較吃力;還有些學(xué)生對(duì)本門課程的興趣一般，需要更有趣的形式去吸引他們的注意力。在課堂上教師為了照顧多數(shù)同學(xué)，前面提到的這些學(xué)生的情緒就不能得到很好的照顧，這可能也是造成現(xiàn)在我們面臨困境的一個(gè)原因，所以能否結(jié)合多種途徑的教學(xué)方式展開教學(xué)工作，讓上述同學(xué)在這門課中找到樂趣是我們亟待解決的問題。

三、基于spoc的混合教學(xué)改革研究

（一）spoc介紹及應(yīng)用

加州大學(xué)伯克利分校的阿曼德·福克斯教授最早提出并使用了SPOC（Small Private Online Course小規(guī)模限制性在線課程）這個(gè)概念。SPOC課程入選者必須保證學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)強(qiáng)度，參與在線討論，完成規(guī)定的作業(yè)和考試等，通過者將獲得課程完成證書。

此概念逐漸被國內(nèi)外高校關(guān)注，國內(nèi)很多學(xué)校的很多課程也在做SPOC實(shí)驗(yàn)，取得了較好的效果，對(duì)于計(jì)算機(jī)組成原理這門課，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的黃嵐等人針對(duì)農(nóng)業(yè)院校在校生的特點(diǎn)探討了基于SPOC的計(jì)算機(jī)組成原理課程在線互動(dòng)教學(xué)。

（二）針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理的SPOC教學(xué)

針對(duì)“計(jì)算機(jī)組成原理”的原理性較強(qiáng)相對(duì)比較枯燥的特點(diǎn)，為了增加學(xué)生的興趣增加SPOC部分，讓學(xué)生參加討論，互評(píng)作業(yè)等。在SPOC中又引入MOOC資源，幫助學(xué)生降低學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)有余力的同學(xué)可以學(xué)到更多的知識(shí);讓學(xué)習(xí)有點(diǎn)困難的同學(xué)可以更快更高效完成預(yù)習(xí)工作，讓學(xué)習(xí)困難的同學(xué)在課下有更方便的資源去學(xué)習(xí)。此外SPOC的強(qiáng)大互動(dòng)功能能讓老師隨時(shí)和學(xué)生溝通，幫助了解學(xué)生情況;強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集和分析功能可以讓老師及時(shí)找到學(xué)生的問題，及時(shí)做出調(diào)整。

具體做法如下：

1.重新定位了課程目標(biāo)。制定符合工程認(rèn)證的教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)，然后按照學(xué)生的進(jìn)度逐步細(xì)化為單元教學(xué)目標(biāo)和課時(shí)教學(xué)目標(biāo)。全而、詳細(xì)、具體、層層深入分析了教學(xué)目標(biāo)，把學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)描述清楚，以此作為教學(xué)設(shè)計(jì)后續(xù)環(huán)節(jié)的重要依據(jù)[3]。

2.課程內(nèi)容與MOOC資源的匹配選擇。我們選用了唐朔飛老師的《計(jì)算機(jī)組成原理（第2版）》這本教材，是“十二五”普通高等教育本科國家級(jí)規(guī)劃教材，教材內(nèi)容豐富，結(jié)構(gòu)合理，并有配套的學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答。在內(nèi)容講解上老師可以選擇性更強(qiáng)，有些內(nèi)容就可以安排學(xué)生自己學(xué)習(xí)，提前預(yù)習(xí)，練習(xí)題可以選擇性講解，其他習(xí)題備有答案，學(xué)生可以自己解決。中國大學(xué)MOOC上哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉宏偉老師的《計(jì)算機(jī)組成原理》的教材也不錯(cuò)，本著讓學(xué)生盡快適應(yīng)的原則，我們選擇了該MOOC為我們的資源，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

3.編制專用的教案。由于我們把SPOC加入課堂，并且引用MOOC資源，所以是線上線下相結(jié)合的教學(xué)形式，教案也是包括線上和線下兩個(gè)部分的全程教案。線上教案主要用于指導(dǎo)學(xué)生如何在線上自主學(xué)習(xí)，而線下教案是用于課堂教學(xué)的課時(shí)計(jì)劃。通過spoc可以及時(shí)了解學(xué)生的在線時(shí)長及學(xué)習(xí)內(nèi)容，及時(shí)掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，針對(duì)具體學(xué)生提供個(gè)性化幫助。在此基礎(chǔ)上可以微調(diào)教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)，提高了教學(xué)效果。

4.設(shè)計(jì)練習(xí)題，組織題庫。學(xué)生學(xué)完知識(shí)，想要鞏固和檢驗(yàn)沒有一定的練習(xí)是達(dá)不到消化吸收目的的，所以在教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，簡單變化，不斷更新習(xí)題，現(xiàn)已組織完成了基本題庫。后面還要完善。

5.充分利用SPOC優(yōu)勢(shì)，采用線下話題討論、留言答疑等方式。發(fā)布公告和私有討論，展開在線答疑，主張學(xué)生課前用MOOC預(yù)習(xí)，指導(dǎo)學(xué)生先進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，在課堂上對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)的部分內(nèi)容進(jìn)行測(cè)驗(yàn)和展示，對(duì)有難度的和重點(diǎn)的知識(shí)點(diǎn)重點(diǎn)講解。加大課程的平時(shí)成績，樹立“把功夫下在平時(shí)”的思想。

6.擴(kuò)充新知識(shí)增加學(xué)生興趣。計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展非常迅速，尤其是硬件的更新?lián)Q代，日益頻繁，即使最新的教材也跟不上技術(shù)的發(fā)展。在課堂教學(xué)過程中突出重點(diǎn)的同時(shí)穿插一些最新的前沿動(dòng)態(tài)和硬件成果是很有必要的，一方面可以彌補(bǔ)教材的不足，另一方面也可以大幅提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，幫助他們找到學(xué)習(xí)和努力的方向。比如在講到存儲(chǔ)器的時(shí)候除了基本理論的教學(xué)會(huì)給學(xué)生介紹后續(xù)技術(shù)的發(fā)展，目前手機(jī)和電腦中使用的產(chǎn)品。在輔存部分增加對(duì)越來越普及的固態(tài)硬盤（SSD）的介紹，在顯示器部分增加對(duì)液晶顯示器的介紹和討論等。也可以把這些內(nèi)容分配給學(xué)生課下自己搜索資料，作為一次作業(yè)提交，或者安排學(xué)生分組討論，教師點(diǎn)評(píng)。增加了學(xué)生的參與度，改善了學(xué)習(xí)效果。

7.充分利用網(wǎng)絡(luò)課堂。實(shí)現(xiàn)課上的簽到，課堂練習(xí)，抽查回答問題，分組互動(dòng)，使用多種手段活躍課堂氣氛，促進(jìn)交流的同時(shí)還可以減輕老師的負(fù)擔(dān)。

8.確定成績比例。加大平時(shí)成績的比例，把平時(shí)MOOC學(xué)習(xí)的學(xué)時(shí)和參加SPOC的次數(shù)和成績都折合到平時(shí)成績中，讓學(xué)生不能再靠臨時(shí)抱佛腳就能拿到較好的成績。

（三）課堂教學(xué)效果

1.學(xué)生成績分析。通過兩輪的改革實(shí)踐，學(xué)生的及格率得到大幅提升，分析不及格學(xué)生的特點(diǎn)主要是MOOC資源看得較少，參加討論不積極，或請(qǐng)假較多。

2.課終調(diào)查。通過與學(xué)生的座談，學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生對(duì)課程有了更深刻的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)興趣更加濃厚。跟以往的學(xué)生比，參加了引入MOOC的SPOC課堂的同學(xué)對(duì)課程的難度沒有更多的提及，說明通過線上和線下的混合學(xué)習(xí)能更容易地對(duì)知識(shí)理解和運(yùn)用，在課程結(jié)束后，對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展也能發(fā)表一些專業(yè)性的觀點(diǎn)[4]。

3.總結(jié)與展望。基于SPOC的混合式教學(xué)模式添加了MOOC的內(nèi)容，將線上和線下教學(xué)結(jié)合起來，取得了較好的效果，但是目前使用的是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的同步MOOC，對(duì)于以培養(yǎng)應(yīng)用型人才的獨(dú)立院校來說，難度較大，有部分同學(xué)學(xué)習(xí)起來比較吃力，所以需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平和畢業(yè)要求，制訂更加適合的MOOC資源。

在教學(xué)過程中，促進(jìn)了“以學(xué)生為中心”的教育理念的推廣，同時(shí)對(duì)教師和學(xué)生提出了更高的要求，應(yīng)該在教學(xué)過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，積極探索，提高教學(xué)質(zhì)量，這也是值得思考的。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉超，劉小洋，劉萬平，等.“計(jì)算機(jī)組成原理”教學(xué)探索與研究[J].福建電腦，2017（9）：77，96.

[2] 林浩.計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)改進(jìn)的探討[J].福建電腦，2017（9）：179-180.

[3] 王崢，蘇小紅.MOOC+SPOC混合式教學(xué)研究[J]計(jì)算機(jī)教育，2017（1）：91-94，98.

[4] 黃嵐，袁剛，誠信榮，等.基于SPOC理念的計(jì)算機(jī)組成原理課程互動(dòng)教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（15）：15-18.