體驗式學習在“計算機組成原理”教學中的應用實踐

摘要：成果導向教育（OBE）在應用型大學得到了大力推廣。“計算機組成原理”作為計算機科學與技術專業的核心課程，其知識點之廣與理論性之深，與應用型大學的OBE發展方向存在矛盾。為解決這一矛盾，本文探討了體驗式學習[1]在該課程教學中的實踐應用。通過小組演繹和角色扮演等體驗式活動，促進學生深入理解計算機組成的核心概念及其工作原理。研究結果表明，該教學方法顯著提升了學生的學習參與度，加深了學生對理論知識的理解，同時增強了學生解決實際問題的能力，為應用型大學的教學改革提供了有益的參考。

關鍵詞：應用型大學；計算機組成原理；體驗式學習；教學實踐；成果導向教育

隨著成果導向教育（Outcome Based Education， OBE）理念的引入，應用型大學逐漸進行以學生知識學習能力和學習成果的產出為導向的教學改革[2]。這對傳統的教學模式提出了新的挑戰和要求。尤其是在“計算機組成原理”這一計算機科學與技術專業的核心課程中，如何有效地結合理論教學與實踐應用提升教學效果和學生的學習效果，成了任課教師面臨的重要課題。“計算機組成原理”課程涵蓋了計算機系統的基本組成部分及其運作原理，是深入學習計算機科學概念的基礎，也是在計算機職業道路上長遠發展的必經之路。然而，該課程的理論性強、知識點廣泛、內容抽象，學生往往難以理解。特別是在應用型大學中，“計算機組成原理”課程以理論講授和驗證實驗為主的傳統教學方法局限性明顯，具體表現為學生參與度低、理論知識難以理解。面對這一挑戰，本研究提出采用體驗式學習方法，以學生為中心，通過小組演繹和角色扮演等活動，使學生在實際操作和模擬中深入理解計算機組成原理的核心知識和操作過程，從而提升學生的學習效果。此外，本研究還探索了體驗式學習在“計算機組成原理”課程中的應用效果，通過實證研究方法，評估體驗式學習對提高學生學習參與度、加深其對理論知識的理解以及增強其實際問題解決能力的有效性。

一、成果導向教育與“計算機組成原理”教學的挑戰

成果導向教育（Outcome-Based Education， OBE）是一種教育理念和實踐，強調教學設計和實施應以學生達成的學習成果為中心。OBE的特點包括明確的學習成果目標、以學生為中心的教學策略、對學習成果的持續評估和反饋，以及根據學習成果調整教學方法。在應用型大學中，OBE特別強調將理論知識與實際應用相結合，培養學生解決實際問題的能力，以滿足社會和經濟發展的需要。OBE強調如下4個問題：讓學生取得的學習成果是什么，為什么要讓學生取得這樣的學習成果，如何有效地幫助學生取得這些學習成果，以及如何知道學生已經取得了這些學習成果[3]。隨著成果導向教育（OBE）理念在應用型大學的推廣，要求教學過程更加注重學生的實際學習成果。作為計算機科學與技術專業的核心課程，“計算機組成原理”對構建學生計算機“系統觀”起到承上啟下的作用。通過該課程的學習，學生需要掌握計算機內部基本組成，計算機核心部件的工作原理和各部件之間的相互協作運行機制；掌握機器指令、微指令等相關概念和指令級計算機系統的運行機理；理解不同層次指令在計算機硬件上的執行過程。然而，依靠課堂講授和實驗驗證的傳統教學方法存在多種問題：其他計算機專業課程相比，“計算機組成原理”課程理論知識與概念更加抽象，知識點分散在不同的章節，導致學生往往缺乏系統化的概念[4]；內容枯燥難懂，導致很多學生出現厭學情緒，學習積極性差[5]。與此同時，由于缺乏系統觀，學生往往難以將抽象的理論知識與實際應用相聯系，直接影響學生的學習效果。

為了克服這些挑戰，本研究嘗試在課程中引入體驗式學習方法。通過小組演繹、角色扮演等互動式教學活動，讓學生在模擬真實計算機的運行過程，并通過主動探索、實踐和反思，更深入地理解和掌握課程內容。通過體驗式學習，實現三個主要的目標：1.提高學生的學習參與度和興趣；2.促進學生對復雜理論和抽象知識的深入理解；3.增強學生應用系統觀解決實際問題的能力。

二、 體驗式學習在“計算機組成原理”教學中的實踐

（一）體驗式學習的理論依據

體驗式學習是一種以學生為中心的教學方法，強調通過親身體驗、實際操作和反思來促進學習。它包括設計環境、探索顯示、體驗情緒等關鍵環節。體驗式學習通過將學生置于更接近真實世界情境的學習活動中，使其能夠直接應用理論知識解決問題，從而加深理解和提升技能。特別是角色扮演的教學手段，能夠增加學生的參與性，提升學生的探索意識和理解能力[6]。因此，在“計算機組成原理”課程中，通過設計小組演繹和角色扮演活動來模擬計算機工作過程，從而幫助學生理解和掌握復雜的計算機原理，并在后續的實驗課程和書面練習中做到知識的融會貫通。這種策略不僅提升了學生的學習興趣和參與度，而且通過實踐探索和團隊合作，培養了學生的問題解決能力和創新思維。

（二）體驗式學習活動的設計

根據學生的個性特點設計有效的學習情境和活動，讓學生在實踐中感受知識[7]，本研究在課程中通過角色扮演的體驗式學習活動，將抽象的計算機組成原理知識具象化。活動利用了具體的物理模型——訂制一個80cm×80cm的亞克力板柜用來代表存儲體，它包含16個單元格子，每個格子代表一個存儲單元。學生在演繹過程中可以通過在格子里面放入或取出寫有二進制信息的紙條，來模擬存儲器的讀寫操作（如圖1所示）。學生以小組為單位，每位學生在活動中扮演計算機的一個組成部分，如CPU、內存等，通過情景演繹、合作展示，表達出一個計算機指令在各個部件中的完整執行過程。通過這樣的親身體驗學習，有助于學生深入理解計算機的工作原理。

（三）課程內容的融合

這項角色扮演活動由任課老師安排。在概論章節介紹計算機工作過程期間，教師在課堂上引導幾位學生做一次示范，并且在課后布置五個不同類型的指令（見表1），讓學生分組準備表演。為了確保每位學生都能積極參與，教師在設計任務時，要求確保學生小組內的每個成員都有其角色。除了選出一名主講人外，組內的每位學生都需要演繹一個計算機的部件。在表演開始時，學生逐一作自我介紹，說明自己扮演的計算機組件及其功能。隨著主講人講述指令的執行步驟，每個成員需要說明自己作為該組件的動作，直到指令完成。此外，主講人還負責整個表演的串聯，配合小組預先制作的PPT幻燈片，讓觀眾了解他們正在表演的指令以及每一步的操作。通過這種方式，理論教學與體驗式活動得到了有效結合，既保證了教學內容的完整性，也增加了學生的參與度和興趣。

這一系列的體驗式學習響應了OBE教育理念的要求，充分發揮了學生的自主性、創造性和積極性，培養了學生的創新意識和創新能力，有效地提升了學習效果和學生滿意度，改變了傳統教學中教師的主導地位，教師也由施教者變成了學生的輔導者[8]。

三、課后反饋與討論

在課程結束后，任課老師采用問卷調查法評估體驗式學習在“計算機組成原理”課程中的應用效果。教師通過在線平臺分發問卷，調查針對參與體驗式學習活動的3個班級的學生進行，收集他們對于學習參與度、理論知識理解和解決實際問題能力的改變反饋。問卷包括定量問題和定性反饋（如表2），用于評估學生對體驗式學習活動的總體滿意度及其對學習成效的影響。

根據問卷結果顯示，體驗式學習為學生帶來如下學習感受：（一）在學習參與度方面，大多數學生稱，與傳統教學方法相比，體驗式學習顯著提高了他們的課堂參與度。（二）在理論知識理解方面，絕大部分學生反映，通過角色扮演和小組演繹等活動，他們對“計算機組成原理”的核心理論知識有了更深刻的理解。（三）在解決實際問題方面：學生普遍表示，體驗式學習活動增強了他們使用所學知識解決實際問題的能力。

問卷結果表明，體驗式學習作為一種教學改革，對提升學生的學習參與度、加深學生對理論知識的理解以及提高學生解決實際問題能力方面均產生了積極影響。這一發現與成果導向教育（OBE）的目標一致，即通過實踐和體驗來實現教學目標，確保學生能夠在完成課程后達到預定的學習成果。此外，在收集問卷的過程中，還收到了來自學生的一些有啟發性的建議，包括在特定章節（如中斷處理、指令周期等）融入體驗式活動，調整活動的頻率等。這些建議為教師提供了寶貴的教學反饋，將成為學習過程評估和改進的重要依據。

四、結束語

為應對傳統教學方法在應用型大學“計算機組成原理”課程教學中面臨的挑戰，本研究實施了體驗式學習手段在該課程教學中的應用。體驗式學習方式從小組角色扮演入手，建立學生的“系統觀”。從課后反饋的定量和定性分析結果表明，學生參與度、對理論和實驗課程內容的理解程度以及解決問題能力均有顯著提高。這種教學方法的成功實施表明，創新的教學方法可以顯著提高學生的學習動力和課程效果。在未來的研究中，可以進一步探索游戲體驗、崗位體驗等手段[9]，并探索其在其他學科中的適用性。此外，要客觀地認識到，體驗式學習方法還需要進一步投入教學資源并進行教師培訓。本研究證明了體驗式學習能顯著增強以“計算機組織與原理”為代表的理論性核心課程的教學體驗，為應用型大學高階性、創新性、挑戰性的課程建設與改革提供參考[10]。通過與OBE的目標緊密對齊，體驗式學習不僅增強了學生的學習成果，還為學生裝備了適應行業產業所需的技能，推動了學校課程建設整體水平的提升。

作者單位：關展鵬 鄧歡席 廣東白云學院 大數據與計算機學院

參考文獻

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[9]劉萍.體驗式教學在中職計算機網絡服務器課程的應用研究[J].成才，2023，（15）：88-89.

[10]葉丹玲.基于OBE理念的職業本科院校專業課程改革研究——以藥品與醫療器械類專業《微生物學》課程為例[J].高等教育前沿，2022，05（10）：79-80.