計算機組成原理與體系結構一流課程建設探究

楊澤雪 閔莉 曲天偉 運海紅 李雅

摘? 要：隨著信息化教學的逐漸成熟，基于“金課”的兩性一度標準，結合工程教育專業認證理念，如何建設線上線下混合式一流課程已經成為高等教育教學改革的重要課題。以“計算機組成原理與體系結構”課程為例，從課程目標、課程現狀與問題、建設思路、建設方案、課程思政建設等幾個方面探討一流課程建設問題，為計算機類專業課程一流建設提供參考。

關鍵詞：計算機組成原理與體系結構? 一流課程? 工程教育專業認證? 金課

中圖分類號：TP301-4;G642? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）05（c）-0220-04

Exploration of Computer Organization and Architecture first-class Curriculum construction

YANG Zexue? MIN Li? QU Tianwei? YUN Haihong? LI Ya

（Department of Computer Science and Technology， Heilongjiang Institute of Technology， Harbin， Heilongjiang Province， 150050? China）

Abstract： With the gradual maturity of information-based teaching， how to build online and offline mixed first-class courses has become an important topic of higher education teaching reform based on the gender standard of "golden course" and the concept of engineering education professional certification. Taking the course of "Computer Composition Principle and Architecture" as an example， this paper discusses the construction of first-class courses from the aspects of curriculum objectives， curriculum status and problems， construction ideas， construction scheme and curriculum ideological and political construction， so as to provide reference for the first-class construction of computer professional courses.

Key Words：Computer Composition Principle and Architecture; First-class curriculum; Engineering education accreditation; Golden course

2018年6月，“金課”概念首次被提出，2018年11月，“兩性一度”標準被提出，2019年4月，教育部啟動一流專業和一流課程的“雙一流”建設，2020年11月，教育部認定5118門國家級一流課程。在此背景下，開展一流課程建設具有劃時代意義。

以計算機組成原理與體系結構課程為例，從課程目標、課程現狀與問題、建設思路、建設方案、課程思政建設等幾個方面說明課程建設情況。

1? 課程目標

基于專業認證理念[1]，遵循國際計算機課程體系規范CC2020[2]，確定本課程的知識目標、能力目標和素養目標。

知識目標：掌握現代計算機基本組成部件的結構與工作原理以及信息加工處理和控制過程的分析設計方法。

能力目標：具備硬件知識的運用能力和系統能力，具備解決計算機系統層面復雜工程問題的能力。

素養目標：堅持立德樹人，具備愛國主義、團隊合作、責任擔當的精神。

2? 課程現狀與問題

（1）當前的教學模式下，學生參與度不夠，激發學生學習的興趣，營造自主性、參與性的學習氛圍，成為教學改革的重點問題。

（2）計算機內部各部件的基本概念繁多，難以直觀觀察計算機內部狀態，各部件之間的關系繁雜，整機概念不清晰。

（3）實驗主要是通過傳統的實驗箱進行簡單的驗證性和觀察性實驗，實驗體系不夠完整，不能體現差異化教學，不能將硬件與軟件融合在一起，建立系統觀。

（4）授課過程缺少課程思政元素，如何在教學的過程中融入課程思政教育成為當前課改的重要問題。

3? 課程建設思路

課程建設基于一流課程標準[3]，聽取行業專家的意見修改課程大綱，結合行業需求和社會前沿確定課程內容，在教學中注重將理論知識融入到實踐中[4]，側重培養學生的系統能力。

該課程采用混合式教學模式，按照從“整體（計算機整機）→局部（各個硬件子系統）”的架構，先概括整個系統，讓學生首先建立整機觀念，再詳細講解各硬件子系統的工作原理。講授知識點的的選擇要體現先進性，在經典內容基礎上擴充最新行業發展動態。培養學生的系統觀和工程觀，實驗設計突出工程性和實踐性，利用線上資源提供自主學習的支撐。實驗教學采用經典的實驗箱與虛擬仿真平臺[5-6]相結合的方式，建立分層次遞進式的實驗體系，幫助學生理解計算機軟硬件系統。

4? 課程建設方案

4.1 教學模式

本課程采用該課程采用“MOOC+SPOC+翻轉課堂”線上線下混合模式進行教學，如圖1所示，MOOC采用教學團隊在智慧樹平臺自建的在線課程，通過MOOC改造傳統課堂，優化教學設計，整合教學資源形成新課程，滿足混合式教學需要。

線上教學采用“智慧樹”平臺自建的《計算機組成原理與體系結構》慕課資源，如圖2所示，該慕課包括7個教學單元，視頻總時長659min，電子課件資源47個，內容對應每個教學視頻，視頻彈題數量120個，章節測試題總數量166道，討論題30道，材料分析題10道，期末試題總數量110道。現已應用4個學期，累計選課學校22所，累計4223人學習了本課程，累計互動次數2.59萬次。

4.2 授課內容安排

根據課程大綱安排，將課程內容分成7個教學單元和50個核心知識點，如圖3所示。對每一個知識點，按照Bloom分類法的6個認知過程來理解，如果學生掌握的程度處在回憶和理解（初級）水平時，得到的成績為及格;當學生掌握的程度在應用和分析（中級）水平時，得到的成績為中等;同樣，當學生掌握的程度處在評估和創造（高級）水平時，得到的成績為優秀。

4.3 學時安排

課程共56學時，傳統授課理論學時為40學時，實驗學時為16學時，采用混合式教學模式，線上學時28學時，線下學時28學時，線上線下學時安排如圖4所示。其中線上學時安排為：計算機系統概論1學時，運算器3學時，系統總線1學時，存儲器3學時，輸入輸出系統1.5學時，指令系統2學時，CPU系統2.5學時。線下教學包括大班課堂、大班教學、以講代練和翻轉課堂四種形式，線下學時安排為：第一次和最后一次采用在實體課堂中進行的大班課堂形式，在運算器、存儲器、指令系統和CPU系統這4個教學單元中采用大班教學、以講代練和翻轉課堂的形式。為了兼顧優秀學生和普通學生，實現層次化教學，采取“大班授課+小班翻轉”的授課形式，學生可以自愿選擇學習方式，其中普通組采取大班教學方式，也可以參加翻轉課堂，但是可以不將翻轉課堂的成績計入總成績，而翻轉組學生必須參加翻轉課堂。

4.4 考核方式

成績主要是由線上成績、實驗成績、期末成績組成。線上成績包括視頻觀看進度和互動成績、線上章節測試成績和線上期末考試成績。成績評定方式如表1所示。

5? 課程思政建設

在授課過程中自然融入課程思政[7]，例如在講到計算機的發展及應用時，講解我國計算機的發展歷程，講解中國超級計算機世界排行，通過中國超級計算機從落后到領先的飛速發展，展現我國超級計算機領先地位，給學生建立自信，培養學生的愛國情懷。

在講解CPU芯片時，引入我國華為公司生產的海思麒麟系列處理芯片，介紹處理器架構、功能特性以及工藝特點，并進一步了解華為公司在5G通信技術方面取得的成就，在向學生傳授CPU的專業知識的同時，鼓舞學生明確技術創新的遠大目標。

6? 結語

本文基于工程教育認證體系，以計算機組成原理與體系結構課程為例，給出課程目標、課程建設思路、課程建設方案及課程思政建設等方面的建設過程，為一流課程建設提供思路。

參考文獻

[1] 工程教育認證標準（2017年11月修訂）[EB/OL].https：//www.ceeaa.org.cn/gcjyzyrzxh/rzcxjbz/gcjyrzbz/tybz/index.html

[2] http：www.cc.2020.net，http：//cc2020.nsparc.msstate.edu/

[3] 張紅偉，蔣明霞，蘭利瓊.一流課程建設的要義：思想性與學術性[J].中國大學教學，2020（12）：36-41.

[4] 陳錦煌，陳釗淇，劉志洋.仿真實踐結合理論教學法實現計算機組成原理課程教學改革的措施探討[J].當代教育實踐與教學研究，2020（4）：185-186.

[5] 吳繼明，鐘群鋒，曾碧卿.虛擬仿真技術在計算機組成原理實驗教學中的應用[J].計算機教育，2019 （3）：34-38.

[6] 胡迪青，譚志虎，吳非.計算機組成原理”課程虛擬仿真實踐教學研究[J].電氣電子教學學報，2018，40 （4）：113-116.

[7] 于歆杰.理工科核心課中的課程思政——為什么做與怎么做[J].中國大學教學，2019（9）：58-62.