“計算機組成原理”教學改革研究

李春閣

摘 要：“計算機組成原理”是計算機科學與技術專業本科生的一門專業核心基礎課，是一門承上啟下的課。學好這門課對學生日后從事軟、硬件系統的開發和研究等工作都有重要影響。因此本文對計算機組成原理教學展開了深入的改革研究。在SPOC的基礎上引入MOOC資源，重新制定課程計劃，調整課程內容，充分利用多種網絡手段，改變傳統的教學模式，降低了課程難度，增加了學生的學習興趣，

關鍵詞：SPOC;混合教學;計算機組成原理

一、計算機組成原理

“計算機組成原理”是計算機科學與技術專業本科生的一門專業核心基礎課，是一門承上啟下的課，也是計算機考研入學專業考試（408計算機學科專業基礎綜合）涵蓋的四門科目之一。學好這門課對學生日后從事軟、硬件系統的開發和研究等工作都有重要影響。

其以數字邏輯為基礎，目標是建立初步的硬件分析能力，主要講授計算機主要功能部件的組成結構、邏輯設計和功能部件相互連接關系。學習計算機組成原理不僅能讓學生理解并掌握計算機底層硬件的運行機制與運行原理，而且能培養學生硬件設計和實現能力以及對計算機工程相關的科學問題進行分析和設計的能力[1]。由于教學內容眾多，知識點繁雜，如果學生掌握不夠熟練，就難以構成一個系統網絡。因此，需要對計算機組成原理教學展開深入研究。

二、教學現狀

由于該課程內容抽象、理論性強、涉及的知識面廣，學生普遍感覺學習難度較大。另一方面，該課程缺乏直接的應用場景，部分學生認為該課程用處不大，學習的積極性不高。這些因素給課程的教學帶來一定的困難，如何提高教學質量和學生的學習興趣是計算機組成原理課程教學中面臨的實際問題[2]。

由于學生的學習能力和學習態度的不同，只是課堂教學已經不能及時解決這些問題。在一個教學班中，總是有一部分學生是能力比較強的，覺得課堂教學內容不能滿足他們對知識的渴求;也總有一部分學生是能力差一點的，對老師課堂教學內容理解比較吃力;還有些學生對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同學，前面提到的這些學生的情緒就不能得到很好的照顧，這可能也是造成現在我們面臨困境的一個原因，所以能否結合多種途徑的教學方式展開教學工作，讓上述同學在這門課中找到樂趣是我們亟待解決的問題。

三、基于spoc的混合教學改革研究

（一）spoc介紹及應用

加州大學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小規模限制性在線課程）這個概念。SPOC課程入選者必須保證學習時間和學習強度，參與在線討論，完成規定的作業和考試等，通過者將獲得課程完成證書。

此概念逐漸被國內外高校關注，國內很多學校的很多課程也在做SPOC實驗，取得了較好的效果，對于計算機組成原理這門課，中國農業大學的黃嵐等人針對農業院校在校生的特點探討了基于SPOC的計算機組成原理課程在線互動教學。

（二）針對計算機組成原理的SPOC教學

針對“計算機組成原理”的原理性較強相對比較枯燥的特點，為了增加學生的興趣增加SPOC部分，讓學生參加討論，互評作業等。在SPOC中又引入MOOC資源，幫助學生降低學習難度，讓學有余力的同學可以學到更多的知識;讓學習有點困難的同學可以更快更高效完成預習工作，讓學習困難的同學在課下有更方便的資源去學習。此外SPOC的強大互動功能能讓老師隨時和學生溝通，幫助了解學生情況;強大的數據收集和分析功能可以讓老師及時找到學生的問題，及時做出調整。

具體做法如下：

1.重新定位了課程目標。制定符合工程認證的教學大綱和教學目標，然后按照學生的進度逐步細化為單元教學目標和課時教學目標。全而、詳細、具體、層層深入分析了教學目標，把學生學習活動的起點和終點描述清楚，以此作為教學設計后續環節的重要依據[3]。

2.課程內容與MOOC資源的匹配選擇。我們選用了唐朔飛老師的《計算機組成原理（第2版）》這本教材，是“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，教材內容豐富，結構合理，并有配套的學習指導與習題解答。在內容講解上老師可以選擇性更強，有些內容就可以安排學生自己學習，提前預習，練習題可以選擇性講解，其他習題備有答案，學生可以自己解決。中國大學MOOC上哈爾濱工業大學劉宏偉老師的《計算機組成原理》的教材也不錯，本著讓學生盡快適應的原則，我們選擇了該MOOC為我們的資源，符合學生的學習目標。

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合的教學形式，教案也是包括線上和線下兩個部分的全程教案。線上教案主要用于指導學生如何在線上自主學習，而線下教案是用于課堂教學的課時計劃。通過spoc可以及時了解學生的在線時長及學習內容，及時掌握每個學生的學習情況，針對具體學生提供個性化幫助。在此基礎上可以微調教學內容和重點，提高了教學效果。

4.設計練習題，組織題庫。學生學完知識，想要鞏固和檢驗沒有一定的練習是達不到消化吸收目的的，所以在教學過程中，根據學習的知識點，簡單變化，不斷更新習題，現已組織完成了基本題庫。后面還要完善。

5.充分利用SPOC優勢，采用線下話題討論、留言答疑等方式。發布公告和私有討論，展開在線答疑，主張學生課前用MOOC預習，指導學生先進行在線學習，在課堂上對學生在線學習的部分內容進行測驗和展示，對有難度的和重點的知識點重點講解。加大課程的平時成績，樹立“把功夫下在平時”的思想。

6.擴充新知識增加學生興趣。計算機科學的發展非常迅速，尤其是硬件的更新換代，日益頻繁，即使最新的教材也跟不上技術的發展。在課堂教學過程中突出重點的同時穿插一些最新的前沿動態和硬件成果是很有必要的，一方面可以彌補教材的不足，另一方面也可以大幅提高學生學習的興趣，增加學生的學習動力，幫助他們找到學習和努力的方向。比如在講到存儲器的時候除了基本理論的教學會給學生介紹后續技術的發展，目前手機和電腦中使用的產品。在輔存部分增加對越來越普及的固態硬盤（SSD）的介紹，在顯示器部分增加對液晶顯示器的介紹和討論等。也可以把這些內容分配給學生課下自己搜索資料，作為一次作業提交，或者安排學生分組討論，教師點評。增加了學生的參與度，改善了學習效果。

7.充分利用網絡課堂。實現課上的簽到，課堂練習，抽查回答問題，分組互動，使用多種手段活躍課堂氣氛，促進交流的同時還可以減輕老師的負擔。

8.確定成績比例。加大平時成績的比例，把平時MOOC學習的學時和參加SPOC的次數和成績都折合到平時成績中，讓學生不能再靠臨時抱佛腳就能拿到較好的成績。

（三）課堂教學效果

1.學生成績分析。通過兩輪的改革實踐，學生的及格率得到大幅提升，分析不及格學生的特點主要是MOOC資源看得較少，參加討論不積極，或請假較多。

2.課終調查。通過與學生的座談，學習該課程的學生對課程有了更深刻的認識，學習興趣更加濃厚。跟以往的學生比，參加了引入MOOC的SPOC課堂的同學對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習能更容易地對知識理解和運用，在課程結束后，對當前計算機硬件的發展也能發表一些專業性的觀點[4]。

3.總結與展望。基于SPOC的混合式教學模式添加了MOOC的內容，將線上和線下教學結合起來，取得了較好的效果，但是目前使用的是哈爾濱工業大學的同步MOOC，對于以培養應用型人才的獨立院校來說，難度較大，有部分同學學習起來比較吃力，所以需要根據學生的實際水平和畢業要求，制訂更加適合的MOOC資源。

在教學過程中，促進了“以學生為中心”的教育理念的推廣，同時對教師和學生提出了更高的要求，應該在教學過程中總結經驗教訓，積極探索，提高教學質量，這也是值得思考的。

參考文獻

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

[2] 林浩.計算機組成原理課程教學改進的探討[J].福建電腦，2017（9）：179-180.

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

[4] 黃嵐，袁剛，誠信榮，等.基于SPOC理念的計算機組成原理課程互動教學研究[J].計算機教育，2015（15）：15-18.