將硬核課程打造成混合式金課的研究與實踐
——以“計算機組成原理”課程和實驗教學資源建設為例＊

于 洋，余彥君，熊聰聰，李孝忠，侯 琳，嚴 可

（1.天津科技大學人工智能學院，天津300457；2.天津科技大學電子信息與自動化學院，天津300299）

1 研究背景

2019-04，教育部辦公廳發布了《關于實施一流本科專業建設“雙萬計劃”的通知》，統籌規劃國家級和省級一流課程培育與建設，打造高階性、創新性、挑戰度“金課”。大力發展慕課，建設線上“金課”，推動優質課程資源廣泛共享，為實施高等教育質量“變軌超車”奠定更為堅實的基礎。一流課程建設以支持扶優、扶特、扶需、扶新為原則。線上線下混合式一流課程要求：線上精品開放課程占比20%～50%，線上線下資源優勢互補，大膽創新等。旨在全面提升本科教學質量，使高校辦學實現內涵式發展。

以“計算機組成原理”課程為例，課程的教師團隊共5人，具有18 年的合作教學基礎，每年面向21 個班級同步開課。如何才能有效地保證線上線下的教學質量？課程團隊每周展開兩次研討會，線上線下協同開展教學工作，著力探索“實質等效、提質增效”的辦法。在線上線下混合式金課建設中，創新教學內容和在線虛擬仿真實驗新模式，緊密聯系課程思政（中美貿易戰的核心芯片自主研發的必要性與重要性），深入做好學生的愛國主義教育工作。

2 混合式教學模式和課程資源建設

2.1 線上課程資源建設

“計算機組成原理”選用中國大學慕課上的國家精品課——哈爾濱工業大學的計算機組成原理作為課程拓展，提高學生綜合素質，在課程知識點的深度和廣度上提供給學生更加寬闊的視野。通過線上課程資源的搭建，學生們提前預習，參與課堂討論以及課后單元測試，配合線下教師歸納總結和解析重點難點，使學生達到舉一反三的閉環式教育效果，總體上提高教學質量。

2.2 線下課程資源建設，直播與互動

本課程使用了QQ群中的屏幕共享或者群課堂方式作為直播和錄播交互平臺，教師發起直播和錄播的同時，勾選上“直播回放”功能，待下課后，便可自動生成直播回放視頻文件，互動課堂展示如圖1 所示。學生們可以隨時通過手機或者電腦等回放，這使得學生們降低了找教師答疑的頻率，提高了課堂教學的學習效率和效果。

此外，在直播中，本課程還輔以微信小程序“慕課堂”進行師生間的課堂互動。學生們只要在手機上或者電腦端打開微信，就可以參與教師課前設置并發布的“慕課堂”中的討論、分組、簽到、問卷和課堂練習等互動項目。互動環節有別于傳統的說教模式，激發了學生的學習興趣，體現了以學生學習為中心的教學理念。教師通過小程序了解到學生的聽課狀態、對知識點的掌握情況、學生對授課方式的適應程度的反饋。基于Logisim 的硬件實驗環境與實驗過程展示如圖2 所示。

2.3 實驗環節

原始狀態下始終采用實驗箱進行連線和硬件測試與設計等工作，一個小部件、一個LED 燈泡壞了都會影響學生看到真實可靠的實驗結果。于是教學團隊教師開拓思路，選用教育部推薦的Educoder 虛擬仿真在線實驗平臺。華中科技大學的“計算機組成原理”虛擬仿真實驗，依托Logisim開源的仿真軟件，類似闖關游戲的模式，激發了學生的興趣和動手能力，如圖2 所示。任課教師能進行二次開發和在線輔導，從邏輯門開始逐步打造屬于學生自己的CPU，實驗指導書內容詳盡，邊學邊做，讓學生如在游戲中積累經驗值。采用在線虛擬仿真實驗解決了硬件實驗長期依賴老舊的實驗箱，缺乏經費更新新設備的窘境。同時也對更新實驗內容搭建了平臺，為培養學生的動手和創新能力提供了源動力。

2.4 作業與練習

為了進行過程化考核的教學改革，本課程采用QQ 群里的小程序——作業。通過QQ 群小程序發布作業和練習題，學生們可以用紙和筆計算和畫圖練習主觀題，拍照上傳到小程序里面，教師使用手機便可批改作業，不依賴設備方便快捷，有利于收發和統計作業。

3 潤物無聲將硬核技術融入課程思政

在“計算機組成原理”課程內容中，涉及到很多硬核技術和瓶頸問題。如計算機系統中的重要組成部件CPU 的設計制造等，與愈演愈烈的貿易戰和國際形勢緊密相關。因此，課程組通過定期召開研討會，設置了一些討論題目。在專業必修課中，任課教師首先要旗幟鮮明，通過專業課程思政建設，為黨育人，為國育才。設置的思政討論題目如下：每一個題目均為開放性的論題，讓課程思政與愛國主義、家國情懷、國家安全等多方面專業課程緊密結合起來，潤物無聲。

4 結論

本文將硬核核心課程“計算機組成原理”打造成線上線下混合式課程，逐步搭建課程資源，改革教學方法和手段，嘗試多種多樣的課堂互動，課程過程化考核統計如圖3、圖4 所示。同時，理論課與實踐課程相輔相成，創新實踐項目，以OBE 理念為核心開展教學改革，將枯燥且抽象的芯片硬核專業課程打造成學生愛不釋手的虛擬仿真實操項目，項目驅動的過程類似電子游戲中的闖關環節，真正抓住了學生的興趣。將傳統的灌輸式教學模式徹底轉換為以學生自主學習為中心的新模式。在實踐教學改革中，達到了課程建設的高階性、創新性、挑戰度。課程改革內容全面、完整，形成了“三全育人”的創新格局，特別是后疫情時代，有利于改革與創新工科類課程，易于推廣和應用。

圖3 課堂活動統計圖

圖4 基于中國大學MOOC 平臺的學生線上學習統計圖