PBL教學(xué)法在計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中的應(yīng)用

劉向舉，陳輝，任萍

PBL教學(xué)法在計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中的應(yīng)用

劉向舉，陳輝，任萍

（安徽理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

分析當(dāng)前計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中存在的問題，并結(jié)合教學(xué)體會(huì)，從教學(xué)設(shè)計(jì)、問題設(shè)置、課堂指導(dǎo)、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面詳細(xì)闡述了PBL教學(xué)法在計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中的實(shí)施過程，同時(shí)指出了教學(xué)實(shí)施過程中需要注意的問題及相應(yīng)的解決辦法．實(shí)踐表明，PBL教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解．

計(jì)算機(jī)組成原理；PBL教學(xué)法；教學(xué)改革

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程和核心課程，在先修課程（數(shù)字邏輯等）和后續(xù)課程（計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等）之間起著重要的橋梁作用．通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生有一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的架構(gòu)概念，并理解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及各個(gè)部分的工作原理，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)整機(jī)及單元部件的分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，并注重創(chuàng)新能力的發(fā)展[1]．安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院在計(jì)算機(jī)組成原理的教學(xué)中主要以課堂講授的教學(xué)形式為主，這種教學(xué)形式盡管發(fā)揮了其應(yīng)有的作用，但由于教師處于主導(dǎo)地位，學(xué)生只能被動(dòng)的接受，沒有注意到學(xué)生的興趣、能力和個(gè)性特點(diǎn)，導(dǎo)致教學(xué)效果不是很理想．因此，有必要探索新的教學(xué)模式，對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)進(jìn)行改革．

1969年，美國南伊利諾斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)病學(xué)教授Howard Barrows提出了基于問題的學(xué)習(xí)模式（PBL，Problem Based Learning）的教學(xué)方法，起初在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并取得了很好的效果．現(xiàn)在PBL教學(xué)模式已成為一種國際上較流行的教學(xué)方法，并推廣到工程教育、社會(huì)教育、經(jīng)濟(jì)學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域的教學(xué)中，成果顯著[2]．PBL教學(xué)模式的特點(diǎn)是通過解決實(shí)際問題來學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識(shí)，把傳統(tǒng)的被動(dòng)灌輸式課堂講授教學(xué)方法變?yōu)橹鲃?dòng)自主式的學(xué)習(xí)方法，由教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、積極思考能力、解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)新能力等[3]．因此，本文探討將PBL教學(xué)理念運(yùn)用到計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)中，以此來改善教學(xué)效果．

1 計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)面臨的主要問題

1.1 課程知識(shí)點(diǎn)多而難、理論抽象和邏輯性強(qiáng)

計(jì)算機(jī)組成原理課程授課內(nèi)容包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、總線系統(tǒng)和外設(shè)等章節(jié)，各個(gè)章節(jié)所涉及的知識(shí)點(diǎn)非常多，而且各知識(shí)點(diǎn)在工作原理和分析設(shè)計(jì)方法上各不相同．另外，在本課程學(xué)習(xí)過程中，經(jīng)常會(huì)用到模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程中的知識(shí)，而這些知識(shí)點(diǎn)本身也有一定的難度，所以造成了這門課在高校教學(xué)中普遍反映是“教師難教，學(xué)生難學(xué)”的尷尬局面[4-7]．此外，該課程不同于那些上手相對(duì)容易、結(jié)果直觀的軟件程序設(shè)計(jì)類課程或應(yīng)用技術(shù)類課程，理論較抽象，邏輯性強(qiáng)，必須深入理解每一個(gè)相關(guān)的概念和理論實(shí)現(xiàn)過程，才能很好地掌握計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作原理[8]．例如：控制器的工作原理，存儲(chǔ)器的讀寫時(shí)序，總線的定時(shí)及數(shù)據(jù)傳送模式等內(nèi)容，這些內(nèi)容既抽象，邏輯性又強(qiáng)，而且不太容易動(dòng)手實(shí)踐，看不到直觀的結(jié)果，隨著教學(xué)進(jìn)程的進(jìn)行，學(xué)生會(huì)感到課程枯燥并難以理解，產(chǎn)生厭倦心理，學(xué)習(xí)興趣將會(huì)不斷下降[9]．

1.2 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

通過實(shí)踐教學(xué)可以幫助學(xué)生理解和掌握計(jì)算機(jī)組成原理課程所涉及的理論知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，因此實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要．然而當(dāng)前多數(shù)高校計(jì)算機(jī)組成原理的實(shí)踐教學(xué)主要是通過實(shí)驗(yàn)箱來實(shí)現(xiàn)，實(shí)踐過程主要是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟和教師的講解進(jìn)行連線以及通過信號(hào)燈或LCD觀察結(jié)果，并且多數(shù)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)較少[10]．即使是可以通過實(shí)驗(yàn)箱自行設(shè)計(jì)的實(shí)踐內(nèi)容，由于受到實(shí)驗(yàn)箱本身設(shè)計(jì)的局限，復(fù)雜一點(diǎn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容也難以實(shí)現(xiàn)．

1.3 教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法靈活性差

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，但是教材的內(nèi)容普遍滯后，如今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)是64位，教材中介紹的機(jī)型仍然主要是X86的16位的機(jī)型，很難激發(fā)學(xué)生的積極性．另外，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)組成原理課程主要采取“灌輸式的教”和“被動(dòng)式的學(xué)”的教學(xué)模式，問題驅(qū)動(dòng)式、啟發(fā)式、課堂討論式等教學(xué)方法很少采用，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和體現(xiàn)學(xué)生的主體地位．

2 PBL教學(xué)法在計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中的實(shí)施過程

PBL教學(xué)法在計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中的實(shí)施過程分為問題提出、查閱資料、解決問題、交流討論、評(píng)價(jià)總結(jié)5個(gè)階段，并在教學(xué)過程中實(shí)行激勵(lì)評(píng)價(jià)機(jī)制，來充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，具體的教學(xué)過程設(shè)計(jì)思路見圖1．

2.1 問題的設(shè)置與自主學(xué)習(xí)階段

問題的設(shè)置應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ)，把握好深度和廣度，并且難易度要適中，能夠和實(shí)際問題相結(jié)合[11]．這要求教師要有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，要充分了解學(xué)生的認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)能力和理論水平等．所以PBL教學(xué)模式對(duì)教師的學(xué)科能力和指導(dǎo)能力的要求更高，是對(duì)教師綜合水平的挑戰(zhàn)．將計(jì)算機(jī)組成原理課程梳理出28個(gè)核心問題，其中包括20個(gè)模塊性問題和8個(gè)綜合性設(shè)計(jì)問題，具體見表1~2[12]．在教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，還可以設(shè)定一些更加開放的、具有挑戰(zhàn)性的題目，以此來激發(fā)學(xué)生的探索熱情．為了便于PBL教學(xué)的實(shí)施，需要開始上課一周前就把問題發(fā)給學(xué)生，學(xué)生拿到問題后，首先進(jìn)行分組，為了提高學(xué)習(xí)效果，不能隨機(jī)分組，每組應(yīng)由不同特點(diǎn)的4~6名學(xué)生組成；然后通過圖書館、網(wǎng)絡(luò)、教科書等渠道查閱相關(guān)資料，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；最后小組成員之間相互溝通，找到解決問題的思路和方法，完成預(yù)定的目標(biāo)．

表1 模塊性問題

2.2 課堂指導(dǎo)與交流討論階段

課堂教學(xué)不再只是教師進(jìn)行知識(shí)的講授，而是學(xué)生在課堂上以組為單位進(jìn)行問題講解（簡單的模塊性問題）或成果匯報(bào)（復(fù)雜的模塊性問題或綜合性問題），教師和其他組成員進(jìn)行提問和評(píng)審．學(xué)生通過與教師、與其他學(xué)生的討論交流過程中學(xué)到了知識(shí)并解決了問題．在課堂交流指導(dǎo)的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、提出疑問，對(duì)問題進(jìn)行擴(kuò)展并提出新的問題，同時(shí)設(shè)定新的目標(biāo)．這樣會(huì)使學(xué)生的思路更加開闊，對(duì)問題理解得更加透徹，豐富學(xué)生解決問題的經(jīng)驗(yàn)，提高他們的分析問題和解決問題的能力．同時(shí)，教師要幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納和總結(jié)，回歸到書本上與問題相關(guān)的重要概念、理論和方法的學(xué)習(xí)，使知識(shí)體系更加完整．

表2 綜合性設(shè)計(jì)問題

2.3 考核評(píng)價(jià)階段

傳統(tǒng)的考核評(píng)價(jià)方法主要采用單一的標(biāo)準(zhǔn)化考試的形式，衡量學(xué)生成績好壞的標(biāo)準(zhǔn)完全由卷面成績決定，這種評(píng)價(jià)方式有它的合理性，但有時(shí)過于片面，為了能綜合反映學(xué)生的真實(shí)表現(xiàn)情況，對(duì)學(xué)生的考核評(píng)價(jià)方法采用期末考試和PBL教學(xué)模式考核評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，比例各占總評(píng)成績的50%．

其中PBL教學(xué)模式考核評(píng)價(jià)包括3部分，（1）組內(nèi)自評(píng)．就是小組內(nèi)成員的自我評(píng)價(jià)，主要從自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、查閱資料的積極性、解決問題的效率、遇到困難時(shí)的表現(xiàn)和態(tài)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)．（2）組間互評(píng)．主要體現(xiàn)在表達(dá)能力、考慮問題的全面性及對(duì)問題的實(shí)際解決情況等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)．（3）教師評(píng)價(jià)．通過和各個(gè)小組的交流互動(dòng)，了解他們分析和解決實(shí)際問題的能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)．為了保證評(píng)價(jià)的公平，所有評(píng)價(jià)都要給出詳細(xì)、客觀的說明．最后通過大家的整體表現(xiàn)，給出PBL教學(xué)模式評(píng)價(jià)的總評(píng)成績，各部分比例（按百分制計(jì)算）按照20%的組內(nèi)自評(píng)、40%的組間互評(píng)、40%的教師評(píng)價(jià)進(jìn)行綜合計(jì)算得到．同時(shí)，評(píng)價(jià)出優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)和優(yōu)秀個(gè)人，對(duì)于每次表現(xiàn)好的團(tuán)隊(duì)和個(gè)人除了給予成績方面的肯定外，還邀請(qǐng)他們做簡短的獲獎(jiǎng)感言和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)分享等，以此來激勵(lì)其他學(xué)生．

3 教學(xué)評(píng)價(jià)與問題反思

3.1 教學(xué)評(píng)價(jià)

為檢驗(yàn)教學(xué)效果，通過任課的2個(gè)教學(xué)班（常規(guī)班和教改班）進(jìn)行實(shí)踐，其中常規(guī)班采用正常的課堂講授教學(xué)法進(jìn)行授課，教改班采用PBL教學(xué)法進(jìn)行授課．在課程結(jié)束后，以無記名問卷調(diào)查的方式了解學(xué)生對(duì)２種教學(xué)方法滿意度的反饋．問卷調(diào)查內(nèi)容及調(diào)查結(jié)果見表3．調(diào)查結(jié)果顯示，PBL教學(xué)法教學(xué)滿意度較好，教學(xué)效果有較好改善，很好地說明了PBL教學(xué)法的有效性．

表3 教學(xué)滿意度反饋

3.2 問題反思

PBL教學(xué)法在教學(xué)實(shí)施過程中出現(xiàn)的一些問題需要注意，主要包括：（1）由于課堂上需要充足的交流討論時(shí)間，那么完全按照PBL教學(xué)模式在有限的時(shí)間內(nèi)完成所有教學(xué)內(nèi)容有一定的難度．另外，并不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合采用PBL教學(xué)方法，因此也不能完全忽略傳統(tǒng)的教學(xué)方法．要結(jié)合具體的教學(xué)實(shí)際情況靈活運(yùn)用，將傳統(tǒng)教學(xué)和PBL教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合，才能達(dá)到更加理想的教學(xué)效果．（2）PBL教學(xué)法多是以小組為單位進(jìn)行，對(duì)于一些自制能力差或是懶惰的學(xué)生，可能會(huì)有依賴感或?yàn)E竽充數(shù)的現(xiàn)象．為了避免這種情況發(fā)生，解決的方法是在進(jìn)行匯報(bào)或答辯時(shí)，采用全體組員共同協(xié)作完成，不會(huì)只選擇組中的一個(gè)學(xué)生或組長進(jìn)行講解，還要安排本組中的其他學(xué)生對(duì)講解的內(nèi)容進(jìn)行解讀或細(xì)化，其他組的學(xué)生可以進(jìn)行提問或質(zhì)疑等．（3）如果是大班教學(xué)，組數(shù)會(huì)比較多，為保證授課內(nèi)容順利完成，每次課可以選擇幾組進(jìn)行交流討論或匯報(bào)，不同組之間輪流進(jìn)行．（4）PBL教學(xué)法需要學(xué)生積極配合，效果才更理想，為了讓學(xué)生主動(dòng)參與進(jìn)來，激勵(lì)手段一定要豐富多樣．

綜上所述，計(jì)算機(jī)組成原理作為計(jì)算機(jī)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的核心課程，課程學(xué)習(xí)難度大，將PBL教學(xué)模式用于計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)中，使枯燥沉悶的課堂教學(xué)充滿了活力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性有了明顯提高，該教學(xué)方法獲得了學(xué)生的認(rèn)可和好評(píng)，教學(xué)效果得到了較好改善．

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Application of PBL teaching method in the teaching of computer composition principle

LIU Xiangju，CHEN Hui，REN Ping

（School of Computer Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）

Analyzing the current existing problems in the teaching of computer composition principle curriculum，and combining with the teaching experience of the author，the implementation process of PBL teaching method in the teaching of computer composition principle curriculum is elaborated from the aspects of teaching design，problem setting，classroom guidance，teaching evaluation，etc. At the same time，the problems are pointed out that need attention in the process of teaching，and the corresponding solutions are proposed. The practice shows that by the PBL teaching method students′ enthusiasm and initiative in learning have been stimulated，students′ ability to analyze and solve problems has been improved，and students′ master and understanding of knowledge have been strengthened.

computer composition principle；PBL teaching method；teaching reform

TP301∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.04.019

1007-9831（2020）04-0086-04

2019-10-04

安徽省高校省級(jí)質(zhì)量工程重點(diǎn)教研項(xiàng)目（2017jyxm0185）；安徽省特色（品牌）專業(yè)項(xiàng)目（2016tszy029）；安徽理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目

劉向舉（1978-），男，黑龍江雙城人，副教授，碩士，從事物聯(lián)網(wǎng)及智能控制技術(shù)研究．E-mail：xjliu@aust.edu.cn