基于課程思政的計算機組成原理線上線下混合教學模式研究

熊建芳　劉金芳　王全輝　喬付　劉忠艷

關鍵詞：計算機組成原理；課程思政；教學改革；線上線下；教學模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）14-0147-04

0 引言

隨著人工智能、大數據、虛擬技術等科學技術的出現，智慧教育[1]新模式牽一發而動全身，迫使計算機專業學科及其教學內容等再來一輪改革和建設。前幾年教學中慕課、翻轉課堂、微課等教學方法不斷推陳出新，合作、共享、開放及交互等優點都顯露出智慧教育的先進性。打破傳統教育教學模式，線上線下混合教學模式[2]逐漸成為目前計算機專業教學的主要手段。另一方面，特殊時期（如臺風、疫情等），網上教學成為剛性需求，迫使計算機專業課傳統教學方式向線上線下相結合模式迅猛發展。線上線下混合式教學模式[3-4]是“互聯網+教育[5]”的外表形式之一，可以作為高等學府教育發展的最前線。高等學校學生更加喜歡學科流行前線，融學習專業、娛樂性于一體的教學新模式。因此，高校教師不斷學習、不斷變換教學模式，以適應新的教學任務和社會發展需求。結合計算機專業科目特點，尤其是計算機施教過程中理論與實踐教學嚴重脫節的情況，探索線上線下[6-7]混合教學模式，不斷提升學生計算機理論研究和實際操作的水平。

1 教學問題分析

為響應現代化教學需求，大多數高等學校正在循序漸進地進行課程方面的教學改革研究。主要研究與探索教學的內容體系、方式方法、考核評價方式等多個方面[8]，雖然取得了一定的成果，但仍然存在許多問題，如計算機組成原理的以下問題：

1）知識點抽象，晦澀難懂

本課程主要講述計算機硬件部分的工作原理等內容其中包括CPU、存儲器工作原理、指令系統及總線系統等內容，每個知識點都非常抽象且難以理解，需要學生有較強的理論知識支撐。因此計算機組成原理這門課程普遍存在掛科率高的現象。

2）學時數不夠

該科目的理論知識點較多，計算機五大硬件部件[9-10]（運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備）的工作原理彼此獨立，又相互交融。教師采用傳統的填鴨式的教學方式，想要在理論學時48學時內詳細透徹地講解每個硬件工作原理不是容易的事。

3）理論與實驗結合不緊密

理論課上完之后，教師通常情況下為了復習前面所學知識會，讓學生做課后習題。由于實驗室的設備沒有及時更新，且設備老舊，實驗課及設計課一般安排在學期結束前幾周（即理論課學時超過半數）。學生不能和所學知識點一一對應進行實驗，這樣容易對所學內容不連貫記憶，對課程要求的知識點掌握不扎實，最后致使實驗和設計課的最終效果不能達到預期。

4）學生平時成績考核方式單一

傳統教學方式下，對學生的考核方式只能通過考勤和作業及實驗來進行。方式單一，對一些上進生的考核方式不夠公平。

5）教師教學負擔過重

由于計算機原理第二章和第三章涉及大量的練習，為了審閱學生的作業，教師不得不花費大量的時間。比如運算器和運算方法章節練習作業，學生的一份作業高達9頁以上，承擔兩個教學班的老師每周需要花大部分時間批改作業，并在此基礎上進行點評。此外還要在日常通過QQ 群對110 多位學生進行答疑，教師確實不堪重負。

在計算機專業相關課程中，計算機組成原理占據核心基礎課位置，其前驅課程有電路與模擬電子技術、數字邏輯，后繼課程有操作系統、單片機等，具有極為重要的地位。但計算機組成原理課程本身具有理論性強、知識點多且抽象等特征，因此該課程向來以枯燥泛味著稱，難以引發學生的學習興趣。引入網絡教學平臺，實現課前網絡教學平臺導學、課后鞏固，一些難掌握的知識點學生可以反復觀看視頻資料。這樣學生們可以反復復習沒有掌握牢固的知識點。計算機組成原理課程教學內容及方式的改革，不僅通過改變教授方式提高知識傳授的效率及效果，還要啟發學生根據教學知識點與教學特點，全面掌握整個知識體系的脈絡。從而使學生理清所學知識點內容，主動激起心中的學習熱情，以致學生們創新能力以及實踐能力都邁上更高的臺階。這些變化將為計算機組成原理課程改革建設及其教學模式改革制定更高要求。另一方面，為了滿足突發狀況（如疫情、臺風等）的線上教學必要需求，計算機組成原理這門課程被建設成線上教學和傳統線下教學緊密相結合方式。新的教學模式努力實現知識傳授、能力培養[11-12]和應對突發狀況三者的有機統一。

2 實施方案

1）根據各章節教學要求由教師團隊進行數字化平臺的建設

以超星學習平臺作為基礎，將課程所涉及的內容及每個知識點詳解制作成小視頻，同時把仿真實驗視頻及習題難點等均制作成小視頻，通過網絡資源共享給學生，最后匯集成一套系統課程知識學習庫，讓學生在合理的時間使用。在教學過程中，通過超星平臺的網絡便利，授課教師可以把理論課程內容結合實驗課程有序給學生進行授課。與此同時，實驗時間及實驗報告上交時間都可以靈活安排。有些實驗內容在相應知識點的學習后，學生可以通過網絡資源合理安排時間進行自主練習，不必像傳統授課方式那種模式，只能在特定的實驗上課時間完成仿真[13-14]實驗。通過這些步驟學習后，學生可以對所學知識點有個直觀認識。同時這種學習模式能滿足學生追求真理、腳踏實地的務實的學習態度，進而誘發其學習熱情，激發潛能。

2）基于線上線下混合教學模式的課程建設及教學方法

計算機組成原理和其他計算機類專業課一樣具有很強的知識系統性的特性，理論聯系實際較密切。且相關技術更新如摩爾定律一樣快，前沿動態和時事政治一樣時效性非常強，故外延知識和前沿技術都需要在課前做好充分準備。這些外延知識可以整合碎片化學習方式來配合傳統教學，適合課外時間學習作為補充。鑒于以上所述，計算機組成原理這門課程非常適合線上線下混合教學模式。智慧教育教學模式是通過互聯網，將現代化多媒體技術、大數據及信息技術等相關技術，讓在線資源、網絡教學與以往的課堂教學方式互為補充。線上線下教學模式中，學生可以自主學習互聯網上共享部分，而且可以合理安排時間，甚至反復學習。同樣，線上線下混合教學模式是外在的、客觀的且容易實現，我們還需花時間和精力在上課模式、上課方法及內容等方面，保持形式和內容互為一致。

混合教學模式中使理論課與實驗課相互糅合在一起，同時兼顧創新，并把思政教育[15-16]加入具體知識點上，培養學生的創新合作能力，線上線下混合式計算機組成原理課程教學方法架構見圖1。圖中線上教學模塊和教學內容模塊可以根據書本內容知識點自主設計。比如，計算機組成原理中計算機的運算器、存儲器、指令系統、控制器和總線系統等，分別按知識點錄制講解微視頻資料等，在合適的知識點加入思政教育。通過學習通平臺，老師授課及學生學習天然合一，成為一體。通過超星學習通網絡教學平臺，吸收互聯網共享資源。補充外延知識點、課堂課件等豐富的學習資料，如巨型機排名等視頻、衛星飛天等珍貴資料，尤其要把我國高精尖科技動態、科研碩果及優秀科研人員資料制作成學習課件，趁機進行思想教育同時形成教育素材。以上多元次教學資源最終形成教學輔助資源庫，并利用網絡平臺，通過授課同時進行摸索，結合線上線下混合教學模式，逐漸構建相應成熟教學方法。

3 課程思政融入教學內容里

3.1 融入思政教育的優勢

計算機組成原理是一門核心基礎課，有前驅及后繼課，融入思政教育非常有優勢。其優勢如下：

1）這門課程主要授課對象覆蓋面廣，除計算機專業外還有機械電子、自動控制等專業都需要學習這門課程。故在此課程中融入思政教育可以激發更多學生的愛國熱情。

2）該課程標準在職業規范、個人與團隊、溝通、項目管理等方面有明確的畢業要求，與該科目思政教育方向一致，因此，在該課程在教學中加上思政元素是響應教學設計的要求。

3）該課程知識點內容，如華為鴻蒙操作系統、全球大型機的排名狀況、中央處理器[17]發展歷程等，這些內容自身就非常有教育意義，故該課程在教學中順理成章地融入這些思政元素。

3.2 設計好融入課程思政的教學內容

思政元素融入課堂教學知識點上對書本知識的講授有促進和補充作用。我們在課前要梳理課程內容所涵蓋的知識點，將課程具體知識點與思政內容完美融合，并在教學環節中強化對團結互助精神、求真務實態度、真誠敬業精神及愛國情懷的培養[18-22]。鑒于以上所述，設計課程教學過程中融入的課程思政元素，根據課程教學內容的安排，在合適的課程內容中融入恰當的思政內容，課程思政整體設計如表1所示。

4 建立合理的考核制度

建立合理考核機制[23-27]有助于學生保持學習熱情并陶醉其中。在教學過程中采用過程考核、學期末補充結果考核兩者結合，學生的綜合能力作為評價的重點。過程考核模塊分為三小部分包含課前預習模塊、課堂教學表現模塊及課后鞏固模塊，與教學內容實施過程相互對應，結果考核以期末試卷考試為主。考核模塊中的每一項都充分要求專業性環節和思政性環節，如最后期末考試過程中不但考查學生掌握專業知識程度，更側重學生誠實答題的優良品格；實驗課操作部分不僅注重學生的動手操作能力，更要側重考查學生團隊精神及嚴謹的科學態度，進而培養學生的工匠精神，為國家育人，高效完成教學目標。具體考核要求在表2詳細列出。

對于過程化考核，利用學習通網絡平臺通過每章節的任務點、章節測驗等對學生學習情況進行考核；課堂上通過隨堂練習、即時提問及討論等方式了解學生對該章節掌握情況；課后通過網絡平臺作業及上交紙質作業等方式鞏固所學知識點。統計整個教學過程中的平時考核成績，形成數據以便期末進行統計。

5 結束語

把學習通網絡平臺和智慧教育教學手段相結合，構建計算機組成原理網上教學平臺資源，實現基于課程思政線上線下混合式教學組織形式。學習者可以通過網絡教學平臺自己合理規劃并使用時間學習，有疑問的地方通過線上和教師交流。這種教學模式使學生學習時間自主，知識掌握更扎實。在考核機制上，結合人工智能及大數據分析等手段，進一步挖掘學生的參與度與掌握程度，使評價更合理、客觀，全方位調動學生積極性。