教育信息化時代計算機組成原理教學模式探究

摘要：在教育信息化背景下，提倡以學生為中心，培養學生的自主學習能力，《計算機組成原理》課程是計算機類專業的核心課程，涉及的知識面廣，內容更新快且抽象，是一門非常難學難教的課程。本文淺談在教育信息化時代將傳統的教學模式與O2O混合式教學模式相結合，探索本課程的教學模式。

關鍵詞：計算機組成原理;教育信息化;O2O教學模式;自主學習

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）21-0143-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 前言

計算機組成原理是計算機專業的核心課程之一，以數字邏輯電路為前導課程，為操作系統、嵌入式技術等后續課程的理論基礎，知識結構復雜，涉及面廣，是一門非常難學難教的課程，但課堂教學時間有限，完全采用傳統的教學模式，很難達到以學生為中心的目標。隨著計算機技術的發展，網絡技術也高速發展，可以充分利用網絡信息管理平臺，實現以學生為中心的開放教育的一個有效途徑，拓展了時間和空間，豐富的教學資源更是讓學生實現個性化學習。計算機組成原理課程，如何借助教育信息化平臺，改變教學模式，提高學生的自主學習能力和邏輯思維能力，根據教學實踐，淺談以下幾點體會。

2 改變教學觀念初識O2O混合式教學模式

當今社會知識更新速度非常快，倍增周期，從19世紀的約50年，到20世紀90年代，幾乎每年增加一倍，如今2020年，新增知識可能是現在的3-4倍，也就是說，教師在課堂上講得再多，也跟不上知識更新的速度，學生畢業之后，會遇到更多的新知識，甚至課堂學過的知識過了若干年后，失效了。所以，教育最重要的不是獲得知識，而是讓學生提高獲得知識的能力，真正做到“授人以魚不如授人以漁”。在教育信息化背景下，以教師為中心傳授知識為主的教學模式不適應現代社會發展。

2012年，世界最著名的MIT和哈佛共同創建了EDX學習平臺，目標是把世界最好的課程放在網上，供學生免費學習，從此開始，世界各國在線的學習平臺，風起云涌，中國大學MOOC、超星等平臺也提供了大量的在線課程，供學生自主學習，對全球高等教育開啟了一扇智慧之窗，對我們的傳統教學帶來了沖擊，同時對教學改革起到了積極的推動作用。“互聯網+”時代，“00后”大學生運用信息技術獲取知識能力較強，隨著教育信息化，迎來了全新的線上線下的混合式教學模式，在線教育平臺的客戶端從PC機，到智能手機、平板電腦等移動終端，移動教學得以實現。2020年初的疫情，更是讓全國人民體會到教育信息化對人們學習的深遠影響。

3 O2O混合式教學模式在計算機組成原理課程的實施

3.1 課程分析及課程教學改革的必要性 課程主要講述計算機系統的組成及工作原理，計算機系統是一個硬件與軟件組成的綜合體，所以這門課程的知識面廣、理論性強，內容抽象，而且從表面上看與我們的實際生活缺乏聯系，學生會認為學習這門課程的意義不大，缺乏學習熱情和積極性。我們知道，大多數計算機用戶面對的是虛擬機器的不同層面，存在重軟件輕硬件的現象，我校計算機專業的學生培養目標定位在虛擬機器較高層面，但學生們不知道要真正能編寫出高質量的軟件，是需要對實際機器有充分地認識。以上原因，使得這門課程難學亦難教。

基于以上情形，可以看出學生會因為這門課程的理論性強且抽象，或前導相關課程知識沒有很好地掌握等各種原因，在計算機組成原理這門課程的學習過程中，遇到許多的困難。在傳統教學中，往往只重視“教”忽略了學生的“學”，為了改變這種現狀，2019年我們申報了一個關于這門課程教學改革的課題，立項之后，我們努力進行課題的研究，從教師、學生、課程、教學設施，四個主體切入，認真分析研究當前《計算機組成原理》課程教學中存在的問題，在教學實踐中研究對策，彌補不足，調動學生的學習主動性和積極性，采用O2O（Offline To On-line）混合式教學模式，運用翻轉課堂教學，模擬仿真、情景案例等方法，共享國內外的優質教育資源，凸顯學生的主體地位，提高學生的自主學習能力、邏輯思維能力，同時提高教師的教學設計能力。

3.2 O2O混合式教學模式的教學環節

傳統的教學模式，雖然教師也是會認真備課，用心上課，但以教師為中心的灌輸式教學使同學們只能被動地接受，很難清晰梳理知識的脈絡結構，自然學習的效率也不會高。如今，積極轉換傳統的教學思想，采用現代的教學理念，在教學中嘗試了多種的教學方法和模式。教育信息化，開啟了O2O混合式教學模式，給學生提供了豐富的學習資源，實現了個性化學習。

將線上網絡化教學與線下傳統教學有機結合，最關鍵的是線上線下如何混合，才能真正實現學生個性化的深層學習，對于學生來說，整個學習過程可以分為三個環節：課前的預習、課堂的學習、課后的提高。線上的學習主要體現在課前的預習和課后的提高二個環節，線下的教學主要體現在課堂的學習環節。

3.3 O2O混合式教學模式的教學設計

新時代的高校教師職責與角色，就是努力成為學生學習的引導者、教學過程的設計者、教學理論的研究者。計算機組成原理課程中引入的混合式教學模式應以多種教學平臺和教學形式為支撐，教學資源也要根據課程內容呈現多樣化，充分發揮教育信息化的資源和優勢。教學在整個教學過程中，需要對教學過程三個環節進行精心設計，這種方式得到了學生的認可與歡迎。

課前預習環節設計。這個環節主要是通過線上學習完成，首先教師要引進優秀的教學資源，這就要求教師要對教學資源進行綜合分析、梳理整理、提取有效內容，不斷進行知識的更新和重組，充實自己的課堂教學，然后發布學習任務，在新授內容的課前采用啟發式的問題驅動引導學生對學習內容進行預習，提高學生對所學內容的興趣，讓學生帶著問題進行線上的網絡平臺預習。當然，根據不同的教學內容需要創設不同的具有趣味性問題，這就要求教師不斷提升自己的專業知識水平和教學能力。例1：內容開學之初，進行課程介紹時，可以對學生提出這樣的問題：想要知道你們編寫高級語言程序后，計算機怎樣執行的嗎？想要自己設計一臺計算機嗎？一切要從計算機組成原理課程開始，激發學生學習興趣。例2：學習程序的局部原理時，先提出問題：在某程序中需要引用一個二維數組a[i][j]，有兩種處理方法：第一種方法，行標作外循環，列標為內循環;第二種方法，列標作外循環，行標為內循環，請問它們的執行速度相同嗎？這樣使學生變成了教學過程中的主體，激發了他們的好奇心，進入積極思維狀態。例3：控制單元的設計是計算機組成原理的重點和難點，控制單元的主要功能是根據需要發出各自不同的微操作控制信號，學習這個單元內容時，課前學習的問題：組合邏輯型控制器和微程序控制器的各有什么特點，設計它們時的相同之處和不同之處在哪里，讓學生變成設計者，提高學生的綜合分析能力。

課堂的學習環節設計。這個環節主要是通過線下學習完成，雖然是師生面對面，但還是對傳統的教學模式進行了改進，以學生為主，教師為輔，這個過程教師首先對學生的預習效果進行檢測，再對學習內容重點講解，同時增加互動模式，回答學生提出的問題，引導學生進行歸納總結，知識小結是極為重要的組成部分，是學生從形象思維逐步轉化成抽象思維的能力，是學生主動性活動的融人過程，形成了教師引導與學生主動性的有機統一。例如在學習了指令后，進行歸納總結時，提出問題：指令和數據在形式上沒有差別，且都存于存儲器中，計算機如何區分它們。為了完整地回答這個問題，同學需要從指令格式到指令的執行過程都要有清晰的認識，從而較好地開展了知識歸納，有利于學生查缺補漏，不斷提高學生分析綜合歸納能力。最后進行拓展訓練，選擇好的話題，開展師生共同討論，或以學習小組為單元進行交流，并派選代表進行表述，提高學生的表達能力，營造好的學習氛圍。

課后的提高環節設計。這個環節主要是通過線上學習完成，教師可以全方位的及時掌握學生的學習情況，對學生進行個性化的指導，師生關系變得更加融洽，在這個環節里，更加注重師生的交流互動，每一個單元的學習完成后，師生間對課程相關內容的最新動態進行交流，拓展知識，大家各抒己見，提出一些可行性的創新觀點，充分利用網絡平臺，進行深層學習。

通過以上三個環節的教學設計，對課程考核的方式也會做適當的高速，更加注重學習過程的表現，學習在整個學習過程，更愿意積極思考，積極表現，改變以往困惑，提高了獲取知識的能力。

3.4 O2O混合式教學模式使學生成為探索新知識主體

教育信息化，有許多好的教學方法可以借鑒，O2O線上教學與線下教學方式相融合的混合式教學模式，為學生留下創新和發展空間，開拓自身想象力。計算機組成原理不僅理論性強，而且實踐性也很強，實驗教學對于了解計算機硬件非常重要，難點就在于，需要將軟件和硬件貫穿在整個教學過程，在實驗教學中，傳統的實驗箱的實驗教學，僅能完成驗證性實驗，學生不能很好地理解實際機器的工作原理，從而不能體現學生在教學過程中的主體地位。隨著計算機技術的發展，一些仿真實驗軟件的出現，幫助師生解決了實驗教學的困惑。不僅降低了實驗成本，學生只需借助計算機平臺，不受時間和地點的限制進行自主學習，調動學生潛在的學習能力，學生在充分理解計算機系統的工作原理，更好地理解計算機硬件與軟件之間相輔相成的關系，提高了創新設計能力和知識架構能力，使學生成為探索新知識主體。

3.5 O2O混合式教學模式實時掌握學生的學習動態

計算機技術的發展，教育信息化得到飛速發展，在大數據、云計算等技術的支撐下，MOOC、雨課堂、超星等優秀在線學習平臺，不僅為學生提供了豐富的自主學習資源，同時也對學生的學習進度，學習時間、作業完成情況等各項都進行實時統計，了解學生對課程重要知識點的掌握程度，了解了學生的學習情況，可幫助教師及時掌握學生的學習動態，通過這些數據分析，教師對學生做到有的放矢，可針對性強化相應知識的講授，開展教學輔導工作。通過一段的時間教學實踐，取得了好的教學。

4 O2O混合式教學模式與傳統教學模式的比較

5 結語

計算機組成原理主要是基于實際機器的視角，對計算機中單處理機系統的工作原理與組成進行了介紹，使學生能夠站在專業角度來看計算機系統。在教育信息時代，采用O2O混合式教學模式進行教學改革與實踐，對教師來說是一個極大的教學挑戰，考驗教師的綜合能力，線上線下的結合，實現了課堂內外互動教學，體現了以“教師為主導，學生為主體”，教育信息化，也為教師提供了大量的學習資料，我們將在借鑒他人的經驗和理論基礎上，結合課程內容的更新變化，不斷提高自身的信息素養能力、教學設計能力、教學研究能力，將現代教育技術運用到日常的教學活動中，不斷進行探索、完善，引導學生開展自主學習，總結出一套適合我校課程的教學模式。

參考文獻：

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【通聯編輯：張薇】

基金項目：景德鎮學院2019年教改課題“實際機器視角下的《計算機組成原理》核心課程的研究與實踐”（19-67）

作者簡介：王景珊（1963-），女，江西南昌人，教授，學士，研究方向：計算機應用。