體驗式學(xué)習(xí)在“計算機組成原理”教學(xué)中的應(yīng)用實踐

摘要：成果導(dǎo)向教育（OBE）在應(yīng)用型大學(xué)得到了大力推廣?！坝嬎銠C組成原理”作為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，其知識點之廣與理論性之深，與應(yīng)用型大學(xué)的OBE發(fā)展方向存在矛盾。為解決這一矛盾，本文探討了體驗式學(xué)習(xí)[1]在該課程教學(xué)中的實踐應(yīng)用。通過小組演繹和角色扮演等體驗式活動，促進(jìn)學(xué)生深入理解計算機組成的核心概念及其工作原理。研究結(jié)果表明，該教學(xué)方法顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，加深了學(xué)生對理論知識的理解，同時增強了學(xué)生解決實際問題的能力，為應(yīng)用型大學(xué)的教學(xué)改革提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型大學(xué)；計算機組成原理；體驗式學(xué)習(xí)；教學(xué)實踐；成果導(dǎo)向教育

隨著成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education， OBE）理念的引入，應(yīng)用型大學(xué)逐漸進(jìn)行以學(xué)生知識學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)成果的產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)改革[2]。這對傳統(tǒng)的教學(xué)模式提出了新的挑戰(zhàn)和要求。尤其是在“計算機組成原理”這一計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程中，如何有效地結(jié)合理論教學(xué)與實踐應(yīng)用提升教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，成了任課教師面臨的重要課題?！坝嬎銠C組成原理”課程涵蓋了計算機系統(tǒng)的基本組成部分及其運作原理，是深入學(xué)習(xí)計算機科學(xué)概念的基礎(chǔ)，也是在計算機職業(yè)道路上長遠(yuǎn)發(fā)展的必經(jīng)之路。然而，該課程的理論性強、知識點廣泛、內(nèi)容抽象，學(xué)生往往難以理解。特別是在應(yīng)用型大學(xué)中，“計算機組成原理”課程以理論講授和驗證實驗為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法局限性明顯，具體表現(xiàn)為學(xué)生參與度低、理論知識難以理解。面對這一挑戰(zhàn)，本研究提出采用體驗式學(xué)習(xí)方法，以學(xué)生為中心，通過小組演繹和角色扮演等活動，使學(xué)生在實際操作和模擬中深入理解計算機組成原理的核心知識和操作過程，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。此外，本研究還探索了體驗式學(xué)習(xí)在“計算機組成原理”課程中的應(yīng)用效果，通過實證研究方法，評估體驗式學(xué)習(xí)對提高學(xué)生學(xué)習(xí)參與度、加深其對理論知識的理解以及增強其實際問題解決能力的有效性。

一、成果導(dǎo)向教育與“計算機組成原理”教學(xué)的挑戰(zhàn)

成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education， OBE）是一種教育理念和實踐，強調(diào)教學(xué)設(shè)計和實施應(yīng)以學(xué)生達(dá)成的學(xué)習(xí)成果為中心。OBE的特點包括明確的學(xué)習(xí)成果目標(biāo)、以學(xué)生為中心的教學(xué)策略、對學(xué)習(xí)成果的持續(xù)評估和反饋，以及根據(jù)學(xué)習(xí)成果調(diào)整教學(xué)方法。在應(yīng)用型大學(xué)中，OBE特別強調(diào)將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，以滿足社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。OBE強調(diào)如下4個問題：讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么，為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果，如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果，以及如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果[3]。隨著成果導(dǎo)向教育（OBE）理念在應(yīng)用型大學(xué)的推廣，要求教學(xué)過程更加注重學(xué)生的實際學(xué)習(xí)成果。作為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，“計算機組成原理”對構(gòu)建學(xué)生計算機“系統(tǒng)觀”起到承上啟下的作用。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握計算機內(nèi)部基本組成，計算機核心部件的工作原理和各部件之間的相互協(xié)作運行機制；掌握機器指令、微指令等相關(guān)概念和指令級計算機系統(tǒng)的運行機理；理解不同層次指令在計算機硬件上的執(zhí)行過程。然而，依靠課堂講授和實驗驗證的傳統(tǒng)教學(xué)方法存在多種問題：其他計算機專業(yè)課程相比，“計算機組成原理”課程理論知識與概念更加抽象，知識點分散在不同的章節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生往往缺乏系統(tǒng)化的概念[4]；內(nèi)容枯燥難懂，導(dǎo)致很多學(xué)生出現(xiàn)厭學(xué)情緒，學(xué)習(xí)積極性差[5]。與此同時，由于缺乏系統(tǒng)觀，學(xué)生往往難以將抽象的理論知識與實際應(yīng)用相聯(lián)系，直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

為了克服這些挑戰(zhàn)，本研究嘗試在課程中引入體驗式學(xué)習(xí)方法。通過小組演繹、角色扮演等互動式教學(xué)活動，讓學(xué)生在模擬真實計算機的運行過程，并通過主動探索、實踐和反思，更深入地理解和掌握課程內(nèi)容。通過體驗式學(xué)習(xí)，實現(xiàn)三個主要的目標(biāo)：1.提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和興趣；2.促進(jìn)學(xué)生對復(fù)雜理論和抽象知識的深入理解；3.增強學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)觀解決實際問題的能力。

二、 體驗式學(xué)習(xí)在“計算機組成原理”教學(xué)中的實踐

（一）體驗式學(xué)習(xí)的理論依據(jù)

體驗式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，強調(diào)通過親身體驗、實際操作和反思來促進(jìn)學(xué)習(xí)。它包括設(shè)計環(huán)境、探索顯示、體驗情緒等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。體驗式學(xué)習(xí)通過將學(xué)生置于更接近真實世界情境的學(xué)習(xí)活動中，使其能夠直接應(yīng)用理論知識解決問題，從而加深理解和提升技能。特別是角色扮演的教學(xué)手段，能夠增加學(xué)生的參與性，提升學(xué)生的探索意識和理解能力[6]。因此，在“計算機組成原理”課程中，通過設(shè)計小組演繹和角色扮演活動來模擬計算機工作過程，從而幫助學(xué)生理解和掌握復(fù)雜的計算機原理，并在后續(xù)的實驗課程和書面練習(xí)中做到知識的融會貫通。這種策略不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，而且通過實踐探索和團(tuán)隊合作，培養(yǎng)了學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新思維。

（二）體驗式學(xué)習(xí)活動的設(shè)計

根據(jù)學(xué)生的個性特點設(shè)計有效的學(xué)習(xí)情境和活動，讓學(xué)生在實踐中感受知識[7]，本研究在課程中通過角色扮演的體驗式學(xué)習(xí)活動，將抽象的計算機組成原理知識具象化?；顒永昧司唧w的物理模型——訂制一個80cm×80cm的亞克力板柜用來代表存儲體，它包含16個單元格子，每個格子代表一個存儲單元。學(xué)生在演繹過程中可以通過在格子里面放入或取出寫有二進(jìn)制信息的紙條，來模擬存儲器的讀寫操作（如圖1所示）。學(xué)生以小組為單位，每位學(xué)生在活動中扮演計算機的一個組成部分，如CPU、內(nèi)存等，通過情景演繹、合作展示，表達(dá)出一個計算機指令在各個部件中的完整執(zhí)行過程。通過這樣的親身體驗學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生深入理解計算機的工作原理。

（三）課程內(nèi)容的融合

這項角色扮演活動由任課老師安排。在概論章節(jié)介紹計算機工作過程期間，教師在課堂上引導(dǎo)幾位學(xué)生做一次示范，并且在課后布置五個不同類型的指令（見表1），讓學(xué)生分組準(zhǔn)備表演。為了確保每位學(xué)生都能積極參與，教師在設(shè)計任務(wù)時，要求確保學(xué)生小組內(nèi)的每個成員都有其角色。除了選出一名主講人外，組內(nèi)的每位學(xué)生都需要演繹一個計算機的部件。在表演開始時，學(xué)生逐一作自我介紹，說明自己扮演的計算機組件及其功能。隨著主講人講述指令的執(zhí)行步驟，每個成員需要說明自己作為該組件的動作，直到指令完成。此外，主講人還負(fù)責(zé)整個表演的串聯(lián)，配合小組預(yù)先制作的PPT幻燈片，讓觀眾了解他們正在表演的指令以及每一步的操作。通過這種方式，理論教學(xué)與體驗式活動得到了有效結(jié)合，既保證了教學(xué)內(nèi)容的完整性，也增加了學(xué)生的參與度和興趣。

這一系列的體驗式學(xué)習(xí)響應(yīng)了OBE教育理念的要求，充分發(fā)揮了學(xué)生的自主性、創(chuàng)造性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，有效地提升了學(xué)習(xí)效果和學(xué)生滿意度，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中教師的主導(dǎo)地位，教師也由施教者變成了學(xué)生的輔導(dǎo)者[8]。

三、課后反饋與討論

在課程結(jié)束后，任課老師采用問卷調(diào)查法評估體驗式學(xué)習(xí)在“計算機組成原理”課程中的應(yīng)用效果。教師通過在線平臺分發(fā)問卷，調(diào)查針對參與體驗式學(xué)習(xí)活動的3個班級的學(xué)生進(jìn)行，收集他們對于學(xué)習(xí)參與度、理論知識理解和解決實際問題能力的改變反饋。問卷包括定量問題和定性反饋（如表2），用于評估學(xué)生對體驗式學(xué)習(xí)活動的總體滿意度及其對學(xué)習(xí)成效的影響。

根據(jù)問卷結(jié)果顯示，體驗式學(xué)習(xí)為學(xué)生帶來如下學(xué)習(xí)感受：（一）在學(xué)習(xí)參與度方面，大多數(shù)學(xué)生稱，與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，體驗式學(xué)習(xí)顯著提高了他們的課堂參與度。（二）在理論知識理解方面，絕大部分學(xué)生反映，通過角色扮演和小組演繹等活動，他們對“計算機組成原理”的核心理論知識有了更深刻的理解。（三）在解決實際問題方面：學(xué)生普遍表示，體驗式學(xué)習(xí)活動增強了他們使用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

問卷結(jié)果表明，體驗式學(xué)習(xí)作為一種教學(xué)改革，對提升學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度、加深學(xué)生對理論知識的理解以及提高學(xué)生解決實際問題能力方面均產(chǎn)生了積極影響。這一發(fā)現(xiàn)與成果導(dǎo)向教育（OBE）的目標(biāo)一致，即通過實踐和體驗來實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，確保學(xué)生能夠在完成課程后達(dá)到預(yù)定的學(xué)習(xí)成果。此外，在收集問卷的過程中，還收到了來自學(xué)生的一些有啟發(fā)性的建議，包括在特定章節(jié)（如中斷處理、指令周期等）融入體驗式活動，調(diào)整活動的頻率等。這些建議為教師提供了寶貴的教學(xué)反饋，將成為學(xué)習(xí)過程評估和改進(jìn)的重要依據(jù)。

四、結(jié)束語

為應(yīng)對傳統(tǒng)教學(xué)方法在應(yīng)用型大學(xué)“計算機組成原理”課程教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)，本研究實施了體驗式學(xué)習(xí)手段在該課程教學(xué)中的應(yīng)用。體驗式學(xué)習(xí)方式從小組角色扮演入手，建立學(xué)生的“系統(tǒng)觀”。從課后反饋的定量和定性分析結(jié)果表明，學(xué)生參與度、對理論和實驗課程內(nèi)容的理解程度以及解決問題能力均有顯著提高。這種教學(xué)方法的成功實施表明，創(chuàng)新的教學(xué)方法可以顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和課程效果。在未來的研究中，可以進(jìn)一步探索游戲體驗、崗位體驗等手段[9]，并探索其在其他學(xué)科中的適用性。此外，要客觀地認(rèn)識到，體驗式學(xué)習(xí)方法還需要進(jìn)一步投入教學(xué)資源并進(jìn)行教師培訓(xùn)。本研究證明了體驗式學(xué)習(xí)能顯著增強以“計算機組織與原理”為代表的理論性核心課程的教學(xué)體驗，為應(yīng)用型大學(xué)高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性的課程建設(shè)與改革提供參考[10]。通過與OBE的目標(biāo)緊密對齊，體驗式學(xué)習(xí)不僅增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，還為學(xué)生裝備了適應(yīng)行業(yè)產(chǎn)業(yè)所需的技能，推動了學(xué)校課程建設(shè)整體水平的提升。

作者單位：關(guān)展鵬 鄧歡席 廣東白云學(xué)院 大數(shù)據(jù)與計算機學(xué)院

參考文獻(xiàn)

[1]Wikipedia. Experiential learning[EB/OL].（2023-12-29）[2024-02-05]. https：//en.wikipedia.org/wiki/Experiential_learning.

[2]黃俊鋒等.OBE視域下應(yīng)用型本科信息素養(yǎng)課程教學(xué)改革設(shè)計[J].大學(xué)圖書館學(xué)報，2022，（03）：96-104.

[3]李志義. 解析工程教育專業(yè)認(rèn)證的成果導(dǎo)向理念（OBE）[J].中國高等教育，2014，（17）：7-10.

[4]姚莉，倪波.應(yīng)用型人才培養(yǎng)的計算機組成原理課程教學(xué)改革研究[J]. 黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2023，25（04）：52-55.

[5]李亞等.計算機組成原理課程的任務(wù)驅(qū)動式混合教學(xué)模式設(shè)計與實踐[J].計算機教育，2022，（08）：20-24.

[6]柯林·比爾德， 約翰·威爾遜（黃榮華 譯）.體驗式學(xué)習(xí)的力量[M].廣州：中山大學(xué)出版社，2003：91.

[7]趙琳杰，張珂.計算機學(xué)科教學(xué)的體驗式創(chuàng)新教育探索.新時代青少年政治素養(yǎng)提升與跨學(xué)科課程融合研討會[C].北京：2023.

[8]陽樹洪，楊毅.以學(xué)生為主體互動式的《計算機組成原理》課程教學(xué)模式[J].現(xiàn)代計算機（專業(yè)版），2012，（11）：44-46.

[9]劉萍.體驗式教學(xué)在中職計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器課程的應(yīng)用研究[J].成才，2023，（15）：88-89.

[10]葉丹玲.基于OBE理念的職業(yè)本科院校專業(yè)課程改革研究——以藥品與醫(yī)療器械類專業(yè)《微生物學(xué)》課程為例[J].高等教育前沿，2022，05（10）：79-80.