慕課背景下《計(jì)算機(jī)組成原理課程》系統(tǒng)能力培養(yǎng)方案的探索與實(shí)踐

王大剛 鐘錦 李宜兵 衛(wèi)兵

摘要：本文研究如何把智慧教學(xué)手段和優(yōu)秀的教育理念結(jié)合，充分挖掘智慧教學(xué)深層次的好處，同時(shí)在計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)中引入系統(tǒng)能力培養(yǎng)概念，認(rèn)真打造實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，對《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的改革做一些試探性的研究，提出一些辦法。

關(guān)鍵詞：智慧教學(xué);系統(tǒng)能力培養(yǎng);實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn);計(jì)算機(jī)組成原理

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）15-0176-02

互聯(lián)網(wǎng)上慕課資源鋪天蓋地，隨手可獲得國內(nèi)外眾多名校每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域最好的視頻、文本、圖像等教學(xué)資源，對于大學(xué)各學(xué)科普通專業(yè)知識的獲取已變得非常容易。但是在國際上，特別是美國這樣的發(fā)達(dá)國家，每年有非常的多人擠破頭都要申請進(jìn)入名校就讀，可能并不完全是去學(xué)習(xí)普通專業(yè)書本知識。網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)湯姆調(diào)查表明：采用計(jì)算機(jī)等技術(shù)手段讓課程顯得更精彩，其實(shí)根本不重要，花里胡哨輔助學(xué)習(xí)的APP基本上沒用，不學(xué)的人還是不學(xué)。同樣，有了遠(yuǎn)程的大量教育、慕課，即使很容易得到講課的全部內(nèi)容，不學(xué)的還是不學(xué)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，簡單講學(xué)生是否愿意上課，就是看老師講課是否將的有吸引力和周圍同學(xué)的相互影響兩個(gè)方面。

今天，國內(nèi)的眾多高校也正在興起一股慕課高潮，傳統(tǒng)課堂在這樣的大背景下，必須要開辟新的思路。合肥師范學(xué)院近年來大力推廣智慧課堂、打造金課等項(xiàng)目，支持老師們利用IT手段參與到傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中國來，這種新的教學(xué)理念和技術(shù)的引入增加了互動，而且活躍了課堂氛圍。但是從最近兩年的期末考試的部分統(tǒng)計(jì)成績來看，實(shí)施了智慧課堂同傳統(tǒng)課堂的平行班級相比，學(xué)生成績提高的并不明顯，而且學(xué)生上機(jī)編代碼的能力也未見明顯改善。從工程實(shí)踐角度來看，真正衡量計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)效果應(yīng)該是編程能力和工程思維，在專業(yè)課學(xué)習(xí)中，有句話實(shí)說：理論知識再怎么熟練，如果不去Coding，把代碼寫出來，理論知識對于工科性質(zhì)的計(jì)算機(jī)專業(yè)是毫無作用的。

2018年主持校級重點(diǎn)質(zhì)量工程項(xiàng)目《計(jì)算機(jī)組成原理智慧課堂》，從實(shí)施的情況來看，對于課堂氣氛的活躍，學(xué)生的參與度方面確實(shí)有了很好的提高，但是大部分學(xué)生很少主動學(xué)習(xí)，同時(shí)很難對不同層次和接收程度的同學(xué)實(shí)行差異化培養(yǎng)，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)方案，同學(xué)的動手能力和實(shí)驗(yàn)水平也未見明顯改善;另外學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，沒有一個(gè)完善的知識體系，遇到問題很難從比較高層次想問題和解決問題。因?yàn)橹R點(diǎn)可以課下自己學(xué)，而知識體系，需要老師幫助搭建。

2016年開始國內(nèi)很多高校從多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐出發(fā)，提出計(jì)算機(jī)專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)概念，計(jì)算機(jī)組成原理是系統(tǒng)能力培養(yǎng)課程群中承上啟下的一門專業(yè)課，提出以MIPS CPU原理為核心目標(biāo)，打通核心課程間知識的承接關(guān)系。所以現(xiàn)階段需要把實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)放到更加突出的位置，作為對智慧課堂理論教學(xué)的重要補(bǔ)充。另外加強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力和動手能力，也正順應(yīng)我校應(yīng)用型本科高校的辦學(xué)定位和未來的發(fā)展方向。慕課、智慧課堂教學(xué)是如今IT智能時(shí)代不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢，在這樣的大趨勢下，本項(xiàng)目研究如何把智慧教學(xué)手段和優(yōu)秀的教育理念結(jié)合，充分挖掘智慧教學(xué)深層次的好處（而不是新概念或者形式上花哨的技術(shù)展示），同時(shí)引入系統(tǒng)能力培養(yǎng)概念，認(rèn)真打造實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，對《計(jì)算機(jī)組成原理》課程的改革做一些試探性的研究，提出一些辦法。

1充分重視和利用學(xué)生之間的互動、交流，培養(yǎng)學(xué)生內(nèi)在驅(qū)動力，增加學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果

在英國的一些學(xué)院制大學(xué)，老師和學(xué)生完全吃、住生活在一起，沒有固定的課本，沒有指定的教材，老師把學(xué)生分成一些獨(dú)立的討論小組，老師和學(xué)生是完全對等的地位，同學(xué)們利用開放的資源和老師和同學(xué)們自由的互動和討論。雨課堂智慧軟件分組功能的分組功能的使用，能夠比較好地調(diào)動同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生和學(xué)生之間的互動和交流關(guān)系，很好的提高學(xué)生的內(nèi)在驅(qū)動力。

本課堂采用清華大學(xué)提供的部分免費(fèi)體驗(yàn)平臺rain class-room（雨課堂）。智慧課堂教學(xué)模式采用“8+8流程”模式，包括教師教的8個(gè)環(huán)節(jié)和學(xué)生學(xué)的8個(gè)環(huán)節(jié)。雨課堂平臺將教學(xué)工具巧妙融人PowerPoint與手機(jī)微信全景式采集數(shù)據(jù)，驅(qū)動智慧教學(xué)。利用智慧課堂對組成原理課堂進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，圖1所示為結(jié)合雨課堂平臺的智慧課堂教學(xué)模型。2019年5月，雨課堂智慧軟件也被合肥師范學(xué)院教務(wù)處在學(xué)校范圍進(jìn)行推廣。

手機(jī)進(jìn)入公眾號，點(diǎn)擊我的一課程，進(jìn)入課程列表;點(diǎn)擊具體的班級，進(jìn)入教學(xué)日志列表;點(diǎn)擊分組按鈕，進(jìn)入分組界面;點(diǎn)擊新建分組，指定分組方法;指定分組方法后，輸入組別的基本信息，即可使用。課堂授課時(shí)也可在“教師遙控器”的課堂動態(tài)中設(shè)置分組。

老師使用添加有主觀題的課件開啟雨課堂授課，講解到主觀題頁，在手機(jī)遙控器端點(diǎn)擊PPT右上角的“發(fā)送此題”按鈕，發(fā)送主觀題，選擇“小組作答”，可以選擇班級中已經(jīng)分好的組，也可以新建分組，發(fā)送主觀題即可。課堂推送的分組作答主觀題，每個(gè)學(xué)生均有一次提交的機(jī)會，其他學(xué)生可以在上一個(gè)提交的答案基礎(chǔ)上修改，小組最終的答案以最后一名學(xué)生提交的答案為準(zhǔn)。組內(nèi)每個(gè)學(xué)生僅可提交一次。老師批復(fù)時(shí)給定小組成績，即為組內(nèi)每個(gè)成員成績。

2把實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)能力培養(yǎng)放到更加突出的位置，提高到與智慧課堂理論教學(xué)同等，甚至更重要的位置

近年來，國內(nèi)眾多985高校在教學(xué)實(shí)踐過程中總結(jié)了系統(tǒng)能力培養(yǎng)的思維（以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)思想解決問題），同時(shí)總結(jié)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要的四個(gè)核心課程的教學(xué)思維邏輯，以引導(dǎo)課程內(nèi)教學(xué)。系統(tǒng)能力培養(yǎng)的核心是在學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的各軟硬件部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系基礎(chǔ)上，采用貫通思維邏輯，深入探索和理解計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)、邏輯電路、操作系統(tǒng)等課程知識體系，從比較高的層次對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)。

貫通思維在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)采用模塊分解法，每門課程實(shí)驗(yàn)設(shè)立相對獨(dú)立的模塊接口信號和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，用于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)符合質(zhì)量要求的子系統(tǒng)，最后對每個(gè)子系統(tǒng)通過集成構(gòu)建完整系統(tǒng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系由4不同層次的大實(shí)驗(yàn)構(gòu)建，同時(shí)4個(gè)大實(shí)驗(yàn)也由不同的小實(shí)驗(yàn)組成，利用層次結(jié)構(gòu)組成所有的小實(shí)驗(yàn)，分步驟、分階段讓學(xué)生逐一完成。

3進(jìn)一步改變考核內(nèi)容和考核形式

學(xué)校教務(wù)部門為了評估需要，每年要求老師提交平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)成績的考核備案模式表，老師們想了很多辦法，來評估和計(jì)算學(xué)生們的這兩項(xiàng)成績，但是總是很難有足夠的時(shí)間或者精力準(zhǔn)確地完成考核。有了智慧課堂和系統(tǒng)能力培養(yǎng)方案，將從很大程度上改變這種狀況。首先制作基于B/S模式的平時(shí)作業(yè)網(wǎng)站，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間，登錄并完成作業(yè)的解答和提交;然后傳統(tǒng)教學(xué)制成視頻，老師有更多精力集中在課堂上，設(shè)計(jì)更多交互環(huán)節(jié)，比如進(jìn)行隨堂測驗(yàn)和評估打分。最后基于系統(tǒng)能力培養(yǎng)的貫通教學(xué)中所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)更加能夠分解和量化，設(shè)計(jì)出個(gè)性化的，連貫性的，貫穿始終的個(gè)性化實(shí)驗(yàn)。考試以學(xué)生完成日常作業(yè)和考勤達(dá)標(biāo)為必要條件，期末考試采用筆試方式。成績評定由期末考試、平時(shí)成績兩部分構(gòu)成。

4結(jié)語

課堂互動環(huán)節(jié)的增加，特別是軟件分組功能的使用，將促進(jìn)同學(xué)之間、師生之間的良性互動，增進(jìn)彼此了解，增加同學(xué)感情和師生感情。同學(xué)之間和師生之間的關(guān)系是教學(xué)過程中非常重要的一個(gè)因素，學(xué)生與老師建立良好關(guān)系，學(xué)生與學(xué)生之間建立聯(lián)系，相互學(xué)習(xí)，那么就從一定程度上增加了同學(xué)和老師，同學(xué)和課程之間的間接關(guān)系，學(xué)生會學(xué)的更深入，更廣泛。通過基于系統(tǒng)能力培養(yǎng)設(shè)計(jì)的組成原理實(shí)驗(yàn)可以把學(xué)生變被動的驗(yàn)證性學(xué)習(xí)為主動的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮其主觀能動性和創(chuàng)造力。通過解決實(shí)驗(yàn)過程不同階段遇見的問題，增強(qiáng)了學(xué)生對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解，特別提升了其硬件系統(tǒng)整體觀的認(rèn)知能力，提高了學(xué)生自主解決問題的能力。