多種信息技術背景的《計算機組成原理》教學改革探索

孫昌霞 車銀超 李艷玲 郭玉峰 王之浩 劉 羿*

（河南農業大學信息與管理科學學院數據科學與大數據系 河南·鄭州 450052）

0 引言

計算機組成原理與系統結構是計算機科學與技術專業的核心課程，是研究生考試的必考科目，同時也是一門公認的難學難教的基礎課程。課程主要介紹計算機組成結構和各組成部分的工作原理，以及計算機體系結構的基本概念、基本原理、設計原則和量化分析方法。通過本課程的學習，學生可以從系統的角度了解提高整機軟硬件性能和部件性能的各種可行方法，了解軟硬件在計算機系統中的功能劃分和協調原理。同時能夠提高系統性能的主體，從宏觀的角度出發，在更高的層次上思考和解決實際問題。但計算機內部結構復雜，集成度高，使得課程內容豐富、涵蓋面廣、難度大，學生理解起來比較抽象枯燥。另一方面，學生從公共基礎課向專業課的過渡本身需要一個逐漸適應的過程。計算機組成原理是學生進入大學接觸的第一門專業課，課程的專業性、復雜性進一步增加了學生的學習難度。因此，教授好本課程，為本專業的學生打下扎實的專業理論基礎，成為計算機組成原理和系統結構原理教師不斷改進和創新教學方法的動力源泉。

1 教學現狀分析

目前該課程的問題主要集中在以下幾個方面：（1）知識龐雜，晦澀難懂。本課程包括計算機硬件組件，指令系統等的工作原理。內容豐富，每個知識點都相對抽象，難以理解并且需要強大的邏輯。因此，在大學中存在一種普遍現象，即“教師怕教學生怕學”。（2）學生基礎不足。課程內容龐雜，學生電子電路知識基礎薄弱，學生學習興趣低下，本專業學生無法吃透與理解知識與原理，同時也無法將所學知識穿成知識網絡。（3）重理論輕實踐。學生重理論輕實踐，對實驗與實踐中所遇到的困難無法聯系所學內容進行分析和解決。（4）教學手段單一。教師授課手段缺乏多樣化，難以吸引學生的注意力，教學效果不佳。

2 教學手段改革方法

針對我系計算機科學與技術專業學生普遍存在電子電路知識基礎較為薄弱，計算機組成原理與系統結構課程中內容龐雜，抽象難懂，學生學習興趣不高等問題，筆者認為從教學內容、教學手段兩方面進行課程教學改革是重中之重。對學生而言，教授的課程內容是否可以接受，和教師的授課方式息息相關。通過教學內容的調整和結合多種信息技術手段的教學模式，不僅能提高的學習興趣，而且還能培養學生的自主學習、獨立分析問題和解決問題的能力，并且有效解決學生重理論輕實踐的問題。為當前計算機組成原理與系統結構課程教學中的問題提出可行的解決方法。

2.1 構建課程體系

將本課程內容主要分為五大模塊：CPU模塊（包括運算器和控制器）、存儲模塊、指令模塊、總線模塊和外設模塊。各模塊的教學內容既相對獨立又密切聯系，以CPU模塊為中心，其他模塊服務并依賴于 CPU模塊。教師針對不同的模塊開展不同的教學活動和考核設計，也可以根據具體情況（如不同專業或不同課時）及時調整各模塊的教學。這樣，可以有效降低學習本課程的學習難度，提高學生的學習積極性。同時可以讓學生整理好課前相關知識內容，介紹課程重要性，讓學生明確學習目的和意義。在每個板塊的講解中展示計算機組成的實物，串聯之前課程內容讓學生思考之間聯系加深印象。在班里組成研究小組，課后布置計算機故障問題與實際結合，讓每一個課后小組在課前進行講解，使學生化被動為主動，在思考中教師給予肯定，激發學生的學習興趣。

2.2 豐富的網絡教學資源

多媒體課堂在現代教學中有著不可替代的作用，最大限度發揮多媒體在教學中的優勢是解決計算機組成原理教學問題的重點。筆者認為構建以多媒體電子PPT教學課件為主，FLASH多媒體動畫、主講教師錄制的教學視頻、在線MOOC教學資源為輔的教學資源，根據學生反饋的聽課效果與意見，掌握學生的學習動態，不定時地補充主講教師錄制的難點重點微課、專題討論、作業講解視頻、單元練習和單元測試，構建完善的網絡教學資源不僅能充分發揮學生學習的主觀能動性，還能大大提高學生對本課程的學習興趣。同時在制作多媒體課件和視頻過程中，要充分考慮到課程內容重難點，做到層次分明，主題突出。加入動畫和微電影，解決學生視覺疲勞和注意力不集中等問題。課后將課件或者視頻教程發到微信或者QQ群中，讓學生課余可以下載、討論、交流。

2.3 采用多種信息技術相結合的教學手段

采用線上線下相結合、課堂實驗相結合、實驗實習相結合的教學方式，各種教學手段相輔相成，提高本課程的教學效果。通過QQ群、微信群、釘釘直播，超星在線討論、騰訊會議等多種信息技術多渠道地進行師生互動和在線答疑，使學生及時消化所學內容，保證學生真正理解本課程的重要原理和知識點。并給每個組成的研究小組設置課題研究，課題可以結合學生打游戲或者日常進行電腦操作過程中存在的問題，以視頻的方式進行研究匯報，讓學生進行打分，進行游戲段位排名，以學期或者課程板塊為節點設置賽季，并制定賽季獎勵。讓學生通過勝負欲激發求知欲。

3 教學側重改革

以學生為中心，形成翻轉課堂教學模式。理論課采用多媒體電子課件，輔助flash演示動畫進行授課，同時依托在線開放課程網站指導學生同步開展自主學習，并進行作業布置、提交和批改、在線答疑及網上討論等。從原來的以老師為主導的教學理念，改變為以學生為中心，老師進行引導的教學理念。借助在線教學和獎勵的模式，讓學生自主地進行線上課程的學習。課堂教學以教師和學生互動為主要交流方式，讓學生講解課后問題的同時，教師講解重點難點，為學生答疑解惑，形成翻轉課堂的教學模式。網絡課程資源豐富，學生隨時隨地可進行學習和鞏固，將學生的學習從課堂延展至課下并以視頻匯報為主，提高了課堂教學的深度和廣度解決傳統紙質提交作業學生沒興趣應付作業的問題。

定期開展課程研討會，討論課程的內容、根據學生的興趣、需求和發展水平，制定教學目標、教學任務，以及教學方法與手段。在課堂上密切注意學生的反應，積極調動學生積極性。通過對課件和動畫的優化和整理，將教材內容生動的展現出來。通過課堂提問，批改作業，小組討論，小測試，實驗完成情況等方法，掌握學生對知識的掌握程度，以小組視頻作業為主，發現學生問題，及時調整教學方案。

通過網絡平臺對學生線上觀看視頻時間、參與在線測試、提交項目作業、在線討論活躍度等信息進行統計，了解學生總體的學習情況和學習效果，以及每個學生的學習情況，為課程的過程性評價提供了合理科學的過程評價。同時也為老師的教學提供了參考依據，可及時調整修正教學方法和教學內容。

通過對學生成績和卷面得分率情況分析，總結本學期教學的缺憾和問題，對教學過程進行自我評估和修正。并讓學生給課程打分評價，收集課程問題及時改進。

4 結語

本文針對《計算機組成原理》課程進行教學方法和教學側重改革，通過合理安排課程體系和課程資源、增加網絡教學輔助、利用線上教學資源和線下教學手段的結合，以學生自主學習和自我發現問題為主，提升了該課程的教育教學質量，一定程度上為我院計算機系教師和學生提供了易教、易學的方法，極大提高了學生學習的積極性和熱情。希望為我院提高教學質量，提升學生學習能力提出一些建設性意見。