以評價為導向的計算機組成原理線上線下混合教學探索與研究

曾德斌 王冬 王建夏 施明登

關鍵詞：計算機組成原理；評價導向；混合教學；教學改革；超星學習通

0 引言

計算機組成原理是計算機科學與技術、網絡工程及其物聯網控制技術等專業以及其他相關專業的一門實施系統能力培養和提升硬件設計能力的核心專業基礎課，是學習計算機硬件系統的關鍵課程。計算機組成原理這門課程在計算機類課程體系中的作用處于承上啟下、合縱連橫的關鍵位置，對構建計算機科學與技術專業、網絡工程、物聯網工程的知識框架提供基礎支撐[1]。計算機組成原理這門課程主要是關于計算機單機系統的硬件組成，各個子部件的工作原理、邏輯實現和設計方法，培養學生獲得硬件系統的基本概念的掌握以及基礎的設計能力，為學生更深入地學習掌握計算機領域專業知識做好硬件方面的儲備，同時培養學生的整體性、系統性思維方式和發現問題、解決問題的能力，為后續的專業學習、解決實際的復雜工程問題奠定基礎[2-4]。

從傳統教學模式到成果導向教育（OutcomesbasedEducation，OBE） [9-10]，再到“以學生為中心”的教學模式[11-13]，教學的方法、理念均得到了持續進步。區別于以上教學模式，以評價為導向的計算機組成原理線上線下混合教學模式更加適應“00”后學生的教學需求，該教學模式更加注重學生學到了什么，強調學生能做什么，運用學到的知識能應用到什么領域，主張以賽促教，以賽促學，賽教結合，采用評價式的方式多層次、多元化、全方面地考查學生，使教師成為學生學習的引導者，學生成為學習的主導者。

1 計算機組成原理教學中弊端與教學目標

相較于計算機專業的其他專業課來說，計算機組成原理則是更加注重該門課程知識點的理論性以及系統性[5]，對學生的要求也更高，多年來在計算機專業存在學情就是學生學這門課程的表現都是難學，而教師則是表現出難教這樣一個現狀[6]，這也是計算機專業的學情之一。通過研究不難發現原因——是許多學生對這門課程的直接應用目標不清晰，學生在學習過程中很難有獲得感和成就感導致其學習積極性會逐漸降低，最終致使學生產生不愿意學習這門課程；原因二是該門課程中所包含的工程性以及技術性的內容比較偏多，僅僅以課堂講授為主，則學生對知識點的理解缺乏有效的載體，學習難度較大[7]。因此，如何打破困局，激發學生的學習熱情，提高學生的學習獲得感和成就感，是值得每一個授課教師深思的問題。

1.1 傳統教學模式在計算機組成原理教學中的弊端

1） 傳統教學模式的教與學。在傳統模式下，教師處于課程教學的主體地位與中心地位。課程教案的設計既要考慮優秀學生的理解力，又要考慮班上隊尾學生的接受力，該模式下的教案設計是“批量化產出”思路下的產物。在日常的教學活動中教師主要在課堂內進行教學活動，在大多數高校的課堂中知識的傳授形式還是采取以教師為主講，學生對課堂知識以及該門課程知識的理解、吸收、消化停留在課堂的被動獲取的狀態，沒有太多的時間去消化、反思這些知識。該模式下課堂學生對知識的掌握、積累以及提升都只能以相同的方式、統一的節奏以及速度完成，這樣的傳統教學模式忽略了全班學生對相同知識點的理解性差異，從而導致教學效果也是參差不齊，也降低了學生對問題的自主探索的主觀能動性，從而也大大地降低了教學效率。

2） 傳統教學模式考核。考核的方式呈現單一化以及滯后性是傳統教學模式的一大特征，具體表現為許多學校的考核機制大多采用平時成績和期末考試卷面成績四六開、三七開或者五五開，考核的方式不具備多元化。這種考核方式導致學生在學習的過程中積極性不高、能動性差，甚至會出現“等靠要”這樣的局面，所謂“等靠要”就是學生平時上課不認真，單純為考而考，等老師劃重點，向老師要重點，靠老師給重點。這種傳統教學模式的考核方式雖然實現了教學結果的展示，但是卻無法實現教學過程的實時糾錯，學生的學習效果也就不理想。期末考試的卷面成績是該傳統教育模式下的考核的重點，其卷面分數占據量化成績的比重較大，無法綜合地體現學生平時學習的方方面面，因此會導致學生在平時時間內并不會花費時間在學習上面，產生了期末“等靠要”這樣的局面或者臨時抱佛腳甚至“擺爛”直接不學的情況，這也很好地解釋了班上部分學生在課程結課以后覺得收獲不大以及不知道學了這門課在將來的工作中有什么用的窘境。

1.2 課程教學目標

計算機組成原理這門課程目標首先是學生對這門課程知識的理解即理論知識目標，其次是學生的能力培養即設計、實踐能力目標要求，最后是達到一個育人的最終價值導向即育人目標。具體目標要求如表1所示。

2 以評價為導向的線上線下混合教學模式設計

2.1 以評價為導向的線上線下混合教學模式思路

根據計算機組成原理該門課程的課程特點以及課程目標，采用線上線下結合的方式，并且對線上線下采取多維度、多層次、多方面對學生的整個學習過程進行評價，如圖1所示。特別是在當前疫情影響的大環境之下，采取線上與線下結合的教學模式尤為必要。該教學模式主要由課前預習、課堂教學、課后升華以及綜合性評價幾部分構成，該模式既能發揮出線上資源開源靈活的益處，又能做到線下及時反饋的優勢，使得線上與線下的學習形成互補。

課前預習的時候，任課教師通過在超新星學習通上面建課，并上傳導學視頻、教學課件、教學視頻、培養方案、教學大綱以及課前預習的任務點，學生借助以上資源進行課前學習，并完成平臺上面教師布置的任務，學生完成以后教師根據評價指標對其進行評價作為期末成績中平時成績的一部分。

在課堂教學時，主要是解決學生在課前預習時產生的問題為目的的教學活動，并對該學時所涉及的難點、重點進行精講、細講，并引入一定的案例進行輔助講解。在進行課堂教學時，也可以在教學平臺中設置問題、隨堂測驗以及章節測試等手段，讓學生進行搶答，提高學生的參與度，學生完成以后教師針對錯誤率比較高的題目進行講解，做到及時糾錯。該教學模式包含線下反饋即及時根據學生課下的反饋、教師自評、同行評價、督導評價等實時更新上課的節奏，針對某些章節內容需要組織學生討論的，也可以通過網絡平臺發布相應主題的討論，也可以采用在課堂中教師提問、小組討論、主題討論或者分組任務這樣的方式讓學生和老師進行師生互動、生生互動，讓學生學習更有激情、動力和效果。對于考勤問題，可以采用超新星學習通簽到功能和雨課堂隨機點名的方式進行考核，將這些結果納入平時成績考核之中。

課后升華環節主要分為線上作業、線下提高和線上探討幾部分，線上部分主要通過平臺布置課后作業用于學生對重點、難點部分的課后鞏固，在進行課程拓展的時候主要是線上探討與線下提高的結合，線下提高則是采取鼓勵學生多參加相關比賽，從而達到以賽促教、以賽促學、賽教融合的目的，讓學生不僅僅局限于課本知識。

綜合評價不僅僅局限于對學生日常表現以及期末考試的評價，對任課教師也采取多元評價，主要由教師自評、學生評價、同行評價、督導評價和領導評價等構成，主要用于對任課教師的考核。任課教師根據以上評價對以后的教學做出相應的調整，以便以后更好的從事計算機組成原理的教學工作或者去其糟粕遷移到其他專業課的教學之中。

2.2 以評價為導向的線上線下混合教學方案的實施

以唐朔飛版的計算機組成原理第一章計算機的基本組成的知識模塊“計算機組成和計算機體系結構”為例來說明課程教學設計的實際應用。本知識模塊主要是要對計算機組成和計算機體系結構進行區分，首先要明白計算機體系結構和計算機組成的基本概念，然后才能很好地區分什么是計算機組成，什么是計算機體系結構。以一個例子說明即有無乘法指令屬于計算機體系結構，怎樣實現乘法指令則是屬于計算機組成。實現乘法指令可以采用一個專門的乘法電路或者也可以采用連續相加的加法電路來實現。

2.2.1 課堂教學

在教學之前，通過超新星學習通平臺發布相應的線上問卷、主要用于收集學生在自主預習過程中存在的問題和在課堂之中希望任課教師能進行重點講解的知識點，任課教師則可以根據線上問卷的調查結果對本節知識點的側重點、難易點進行動態調整。在進行課堂教學時，可以通過在課堂播放與本節知識點相關的動畫來提高學生對該知識點的興趣，帶動學生進行思考，活躍課堂氣氛。通過導入的動畫對計算機體系結構以及計算機組成的基本概念進行講授。采用線上線下結合的方式，提出相應的討論話題、詞條以及創設情境引發學生進行思考：馮·諾依曼計算機體系結構的基本思想是什么？按此思想設計的計算機硬件系統應由哪些部件組成？它們各起什么作用？

2.2.2 課程展開

1） 采用案例法、比較法講解計算機的屬性包括指令集、數據類型、存儲尋址技術、I/O機理等，這些都是計算機體系結構以及計算機組成是如何實現計算機體系結構所體現的屬性，包括如何取指令、分析指令、取操作數、運算以及送結果等，這些都是屬于計算機組成問題。2） 把問題進行拓展：由于計算機具有層次結構，在不同的角度怎么看待同一屬性？采用線上線下結合的方式對學生進行分組討論，讓學生能對所學知識進行靈活運用，提高學生的課本知識的認知深度。3） 在課堂上通過超新星學習通平臺發布相應的線上練習、課堂問答、快答、搶答等多元化的形式進行教學，根據學生的回答的正確率、錯誤率等反饋實時對學生進行答疑以及及時調整授課方式、節奏和知識點的側重點。

2.2.3 課程拓展

在課后升華環節，任教教師可以采用線上線下結合的方式布置課后作業和線上探討作業，學生利用平臺提供的教學資源完成自主學習和分組討論的形式完成作業。例如該知識模塊的探究任務點則是引導學生思考采取哪種方式來組成計算機，要考慮什么因素？啟發學生學習思考國內外芯片行業的發展動態、最新技術以及芯片的供應鏈問題等。完成任務點以后應形成相應的報告文件或者制作PPT向任課教師和同學進行答辯，匯報其探究結果以及收獲。通過該模式的教學不僅要能夠鍛煉學生的發現問題的能力也要挖掘學生分析問題的能力，與此同時也要通過該方法培養學生口語能力、組織能力、團隊合作的能力、溝通能力、寫作能力以及書面表達能力，使學生得到全方位的提升。

2.2.4 課程提高

在課后升華環節，鼓勵學生參加計算機類相關的比賽，例如“計算機設計大賽”“計算機程序設計大賽”“軟件杯”“微信小程序等比賽”，理論聯系實際，結合計算機組成原理相關的知識，獲得一個不錯的名次，使所學知識進一步得到鞏固與升華，從而達到以賽促教、以賽促學，賽教融合的目的。通過參加比賽讓學生能夠基于真實的任務環境進行手動開發實踐，解決開發過程中遇到的實踐問題，學生通過查閱資料、向老師請教或者同學之間互相討論解決問題使學生的收獲遠大于課堂所學，以此達到讓學生自主學習，熱愛學習的目的，而不是單純地為考試而考試，為不掛科，不重修而考試。

2.2.5 綜合評價

為了更好地對計算機組成原理這門課程的教學效果進行檢驗，檢查學生是否達到如表1所示的教學目標，課程的評價應不僅僅局限于學生，還應該對任課教師也進行考核。學生的評價應該將期末考試與學生整個學習過程進行一個全方位的量化考核。期末考試由期末考試成績或者是綜合設計題的成績或者是大作業的形式組成，主要用于檢查學生對重點、難點的掌握程度，而過程化的考核由課后作業、平臺作業、課堂表現、線上討論、平時測試，考勤簽到等部分構成，最后采用取平均值加和的方式得到學生學習過程考核的量化分數，具體量化指標如表2所示，學生該門課程的成績為期末成績占比70分，過程考核分數30分。過程考核的30分主要根據教師評價得分、學生自評得分、學生互評得分取平均值得到。對教師考核指標主要由授課方式、授課進度、課程資源、備課程度以及教學內容構成，教師考核的分數領導評價得分、督導評價得分、同行評價得分、教師自評得分、學生評價得分求平均值，該考核項主要用于任課教師能夠根據評價的結果動態調整其授課的進度、節奏以及授課方式的多元化，做到不拋棄、不放棄學生，教師的考核量化指標如表3所示：

表4、表5是采用以評價為導向的計算機組成原理線上線下混合教學前與使用后的課程考核結果對比。通過對比表4和表5中的數據可以得出如下結論，[90-100]分數段的比例由原本的2.5% 提升到10%，[80-90） 分數段由原本的7.5%提升到37.5%，而[0-60）分數段的比例由原本的27.5%降到2.5%，平均成績也由原本的67.3提升到79.4。說明以評價為導向的計算機組成原理線上線下混合教學模式適合當前學生的學習模式，并輔以與其相適應的學習資源，通過改進傳統課堂教學方式可達到提升學生成績的基本目標，并能有效培養學生的問題發現、分析、求解能力與創新思維。

3 結束語

對于計算機組成原理這門課程，由于其具有比較強的理論抽象性、邏輯性，而知識點又比較難等課程特征，文中采用以評價為導向的線上線下混合教學模式進行計算機組成原理教學改革，一定程度上推動了學習計算機組成原理課程教育信息化的轉型升級，也為任課教師的課程考核提供一定指導價值。通過對整個教學過程進行設計，使學生的學習不再局限于課堂，提升了學生的學習興趣和動力，實現了以教師為引導、學生為主導的最終教學目標。因此，后續將繼續以該教學模式為切入點，探索更為適合學生和教師的教學模式，以培養具有良好問題分析與解決能力、創新能力的計算機人才為目標，進一步完善相關教學方法。