計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)一流課程建設(shè)探究

楊澤雪 閔莉 曲天偉 運(yùn)海紅 李雅

摘? 要：隨著信息化教學(xué)的逐漸成熟，基于“金課”的兩性一度標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念，如何建設(shè)線上線下混合式一流課程已經(jīng)成為高等教育教學(xué)改革的重要課題。以“計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)”課程為例，從課程目標(biāo)、課程現(xiàn)狀與問(wèn)題、建設(shè)思路、建設(shè)方案、課程思政建設(shè)等幾個(gè)方面探討一流課程建設(shè)問(wèn)題，為計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程一流建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)? 一流課程? 工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證? 金課

中圖分類(lèi)號(hào)：TP301-4;G642? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）05（c）-0220-04

Exploration of Computer Organization and Architecture first-class Curriculum construction

YANG Zexue? MIN Li? QU Tianwei? YUN Haihong? LI Ya

（Department of Computer Science and Technology， Heilongjiang Institute of Technology， Harbin， Heilongjiang Province， 150050? China）

Abstract： With the gradual maturity of information-based teaching， how to build online and offline mixed first-class courses has become an important topic of higher education teaching reform based on the gender standard of "golden course" and the concept of engineering education professional certification. Taking the course of "Computer Composition Principle and Architecture" as an example， this paper discusses the construction of first-class courses from the aspects of curriculum objectives， curriculum status and problems， construction ideas， construction scheme and curriculum ideological and political construction， so as to provide reference for the first-class construction of computer professional courses.

Key Words：Computer Composition Principle and Architecture; First-class curriculum; Engineering education accreditation; Golden course

2018年6月，“金課”概念首次被提出，2018年11月，“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)被提出，2019年4月，教育部啟動(dòng)一流專(zhuān)業(yè)和一流課程的“雙一流”建設(shè)，2020年11月，教育部認(rèn)定5118門(mén)國(guó)家級(jí)一流課程。在此背景下，開(kāi)展一流課程建設(shè)具有劃時(shí)代意義。

以計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)課程為例，從課程目標(biāo)、課程現(xiàn)狀與問(wèn)題、建設(shè)思路、建設(shè)方案、課程思政建設(shè)等幾個(gè)方面說(shuō)明課程建設(shè)情況。

1? 課程目標(biāo)

基于專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念[1]，遵循國(guó)際計(jì)算機(jī)課程體系規(guī)范CC2020[2]，確定本課程的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)。

知識(shí)目標(biāo)：掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本組成部件的結(jié)構(gòu)與工作原理以及信息加工處理和控制過(guò)程的分析設(shè)計(jì)方法。

能力目標(biāo)：具備硬件知識(shí)的運(yùn)用能力和系統(tǒng)能力，具備解決計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層面復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

素養(yǎng)目標(biāo)：堅(jiān)持立德樹(shù)人，具備愛(ài)國(guó)主義、團(tuán)隊(duì)合作、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)木瘛?/p>

2? 課程現(xiàn)狀與問(wèn)題

（1）當(dāng)前的教學(xué)模式下，學(xué)生參與度不夠，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，營(yíng)造自主性、參與性的學(xué)習(xí)氛圍，成為教學(xué)改革的重點(diǎn)問(wèn)題。

（2）計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件的基本概念繁多，難以直觀觀察計(jì)算機(jī)內(nèi)部狀態(tài)，各部件之間的關(guān)系繁雜，整機(jī)概念不清晰。

（3）實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性和觀察性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)體系不夠完整，不能體現(xiàn)差異化教學(xué)，不能將硬件與軟件融合在一起，建立系統(tǒng)觀。

（4）授課過(guò)程缺少課程思政元素，如何在教學(xué)的過(guò)程中融入課程思政教育成為當(dāng)前課改的重要問(wèn)題。

3? 課程建設(shè)思路

課程建設(shè)基于一流課程標(biāo)準(zhǔn)[3]，聽(tīng)取行業(yè)專(zhuān)家的意見(jiàn)修改課程大綱，結(jié)合行業(yè)需求和社會(huì)前沿確定課程內(nèi)容，在教學(xué)中注重將理論知識(shí)融入到實(shí)踐中[4]，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)能力。

該課程采用混合式教學(xué)模式，按照從“整體（計(jì)算機(jī)整機(jī)）→局部（各個(gè)硬件子系統(tǒng)）”的架構(gòu)，先概括整個(gè)系統(tǒng)，讓學(xué)生首先建立整機(jī)觀念，再詳細(xì)講解各硬件子系統(tǒng)的工作原理。講授知識(shí)點(diǎn)的的選擇要體現(xiàn)先進(jìn)性，在經(jīng)典內(nèi)容基礎(chǔ)上擴(kuò)充最新行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)。培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀和工程觀，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)突出工程性和實(shí)踐性，利用線上資源提供自主學(xué)習(xí)的支撐。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)箱與虛擬仿真平臺(tái)[5-6]相結(jié)合的方式，建立分層次遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)體系，幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)。

4? 課程建設(shè)方案

4.1 教學(xué)模式

本課程采用該課程采用“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”線上線下混合模式進(jìn)行教學(xué)，如圖1所示，MOOC采用教學(xué)團(tuán)隊(duì)在智慧樹(shù)平臺(tái)自建的在線課程，通過(guò)MOOC改造傳統(tǒng)課堂，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，整合教學(xué)資源形成新課程，滿(mǎn)足混合式教學(xué)需要。

線上教學(xué)采用“智慧樹(shù)”平臺(tái)自建的《計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)》慕課資源，如圖2所示，該慕課包括7個(gè)教學(xué)單元，視頻總時(shí)長(zhǎng)659min，電子課件資源47個(gè)，內(nèi)容對(duì)應(yīng)每個(gè)教學(xué)視頻，視頻彈題數(shù)量120個(gè)，章節(jié)測(cè)試題總數(shù)量166道，討論題30道，材料分析題10道，期末試題總數(shù)量110道。現(xiàn)已應(yīng)用4個(gè)學(xué)期，累計(jì)選課學(xué)校22所，累計(jì)4223人學(xué)習(xí)了本課程，累計(jì)互動(dòng)次數(shù)2.59萬(wàn)次。

4.2 授課內(nèi)容安排

根據(jù)課程大綱安排，將課程內(nèi)容分成7個(gè)教學(xué)單元和50個(gè)核心知識(shí)點(diǎn)，如圖3所示。對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，按照Bloom分類(lèi)法的6個(gè)認(rèn)知過(guò)程來(lái)理解，如果學(xué)生掌握的程度處在回憶和理解（初級(jí)）水平時(shí)，得到的成績(jī)?yōu)榧案?當(dāng)學(xué)生掌握的程度在應(yīng)用和分析（中級(jí)）水平時(shí)，得到的成績(jī)?yōu)橹械?同樣，當(dāng)學(xué)生掌握的程度處在評(píng)估和創(chuàng)造（高級(jí)）水平時(shí)，得到的成績(jī)?yōu)閮?yōu)秀。

4.3 學(xué)時(shí)安排

課程共56學(xué)時(shí)，傳統(tǒng)授課理論學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為16學(xué)時(shí)，采用混合式教學(xué)模式，線上學(xué)時(shí)28學(xué)時(shí)，線下學(xué)時(shí)28學(xué)時(shí)，線上線下學(xué)時(shí)安排如圖4所示。其中線上學(xué)時(shí)安排為：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1學(xué)時(shí)，運(yùn)算器3學(xué)時(shí)，系統(tǒng)總線1學(xué)時(shí)，存儲(chǔ)器3學(xué)時(shí)，輸入輸出系統(tǒng)1.5學(xué)時(shí)，指令系統(tǒng)2學(xué)時(shí)，CPU系統(tǒng)2.5學(xué)時(shí)。線下教學(xué)包括大班課堂、大班教學(xué)、以講代練和翻轉(zhuǎn)課堂四種形式，線下學(xué)時(shí)安排為：第一次和最后一次采用在實(shí)體課堂中進(jìn)行的大班課堂形式，在運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)和CPU系統(tǒng)這4個(gè)教學(xué)單元中采用大班教學(xué)、以講代練和翻轉(zhuǎn)課堂的形式。為了兼顧優(yōu)秀學(xué)生和普通學(xué)生，實(shí)現(xiàn)層次化教學(xué)，采取“大班授課+小班翻轉(zhuǎn)”的授課形式，學(xué)生可以自愿選擇學(xué)習(xí)方式，其中普通組采取大班教學(xué)方式，也可以參加翻轉(zhuǎn)課堂，但是可以不將翻轉(zhuǎn)課堂的成績(jī)計(jì)入總成績(jī)，而翻轉(zhuǎn)組學(xué)生必須參加翻轉(zhuǎn)課堂。

4.4 考核方式

成績(jī)主要是由線上成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期末成績(jī)組成。線上成績(jī)包括視頻觀看進(jìn)度和互動(dòng)成績(jī)、線上章節(jié)測(cè)試成績(jī)和線上期末考試成績(jī)。成績(jī)?cè)u(píng)定方式如表1所示。

5? 課程思政建設(shè)

在授課過(guò)程中自然融入課程思政[7]，例如在講到計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用時(shí)，講解我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，講解中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)世界排行，通過(guò)中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)從落后到領(lǐng)先的飛速發(fā)展，展現(xiàn)我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)先地位，給學(xué)生建立自信，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷。

在講解CPU芯片時(shí)，引入我國(guó)華為公司生產(chǎn)的海思麒麟系列處理芯片，介紹處理器架構(gòu)、功能特性以及工藝特點(diǎn)，并進(jìn)一步了解華為公司在5G通信技術(shù)方面取得的成就，在向?qū)W生傳授CPU的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，鼓舞學(xué)生明確技術(shù)創(chuàng)新的遠(yuǎn)大目標(biāo)。

6? 結(jié)語(yǔ)

本文基于工程教育認(rèn)證體系，以計(jì)算機(jī)組成原理與體系結(jié)構(gòu)課程為例，給出課程目標(biāo)、課程建設(shè)思路、課程建設(shè)方案及課程思政建設(shè)等方面的建設(shè)過(guò)程，為一流課程建設(shè)提供思路。

參考文獻(xiàn)

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