微機(jī)原理課程的MOOC建設(shè)

摘要：介紹微機(jī)原理課程MOOC建設(shè)中的一些實踐和探索，從MOOC方案設(shè)計、微機(jī)原理教學(xué)知識劃分、教學(xué)視頻和課程習(xí)題準(zhǔn)備、在線學(xué)習(xí)等方面探討MOOC建立的一些措施，提出微機(jī)原理課程實施MOOC教學(xué)的幾點思考，建立基于MOOC開放課程資源的翻轉(zhuǎn)式/混合式教學(xué)模式，以進(jìn)一步提高教師教學(xué)水平和微機(jī)原理課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：MOOC；微機(jī)原理；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

1.背景

MOOC是一種新的開放課程資源共享模式，具有關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)、大規(guī)模教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂和協(xié)同評價的混合式教學(xué)特點，國內(nèi)外一流大學(xué)都紛紛開設(shè)了自己的MOOC。2015年7月8日，教育部在線教育研究中心交流聯(lián)絡(luò)部主任和清華大學(xué)“學(xué)堂在線”戰(zhàn)略合作總監(jiān)陳偉、清華大學(xué)教授肖星等一行3人到西南科技大學(xué)參加“互聯(lián)網(wǎng)+與MOOC（慕課）/混合式教學(xué)改革”學(xué)術(shù)報告會。西南科技大學(xué)隨后也打開了MOOC教學(xué)模式改革的序幕，要求各教學(xué)單位緊跟改革發(fā)展浪潮，抓緊研究建立本校在線課程選用和建設(shè)管理機(jī)制，鼓勵和支持課程教師建設(shè)MOOC課程，將MOOC這一新型教學(xué)手段引入課程教學(xué)，進(jìn)一步提高教學(xué)效果和改善教育教學(xué)質(zhì)量。

微機(jī)原理課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在理論和實踐層面掌握微型計算機(jī)的基本組成、工作原理及常用接口技術(shù)；初步掌握匯編語言程序設(shè)計的基本方法和上機(jī)調(diào)試過程；建立微機(jī)整體概念，具備利用微機(jī)進(jìn)行硬、軟件開發(fā)的初步能力。

2.微機(jī)原理課程MOOC建設(shè)的具體措施

高校MOOC課程建設(shè)的一般流程是擬訂教學(xué)大綱和授課思路-確定視頻單元與非視頻單元的內(nèi)容、拍攝場景和制作風(fēng)格-策劃視頻腳本-拍攝、制作視頻單元和非視頻單元（主要準(zhǔn)備隨堂習(xí)題與作業(yè)）-策劃在線學(xué)習(xí)與交流活動-上傳與測試課程內(nèi)容-開展在線教學(xué)活動。

2.1擬訂教學(xué)大綱和授課思路

建設(shè)MOOC開始階段，教師可針對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)要求，對微機(jī)原理課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整體的規(guī)劃和梳理，充分了解學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，體現(xiàn)課程特點，將整個教學(xué)內(nèi)容劃分為相對獨立的知識單元，對每個單元又分為3～5個知識點，包括微機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作過程、微處理器的編程結(jié)構(gòu)、微機(jī)尋址方式與指令系統(tǒng)、匯編語言程序、微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、I/O接口和DMA技術(shù)（8237）、并行通信及接口電路（8255）、中斷及中斷控制器（8259）、定時/計數(shù)技術(shù)（8253）、串行通信及接口電路（8251）、存儲器及其接口等知識單元。教師在每個知識單元的知識點把握上，一方面可盡量降低對學(xué)生先修知識的門檻要求；另一方面應(yīng)遵循微型計算機(jī)與時俱進(jìn)的發(fā)展規(guī)律，為有潛力和有興趣的學(xué)生增加相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的拓展性內(nèi)容。

在授課方面，為了滿足不同專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，要求MOOC在每個知識單元中的多個知識點既要保持相對獨立性和完整性，又要強調(diào)之間的聯(lián)系。在MOOC建設(shè)中，教師可將課程內(nèi)容按微機(jī)原理知識單元劃分為20講，每1講2小節(jié)（即對應(yīng)1學(xué)時的授課時間），每小節(jié)包含2-3個知識點，1個微視頻對應(yīng)1個知識點。傳統(tǒng)微機(jī)原理教學(xué)課時是48學(xué)時，其中理論授課40學(xué)時，課程實驗8學(xué)時，教學(xué)時長為10周。由于課程教學(xué)內(nèi)容綜合了微型計算機(jī)軟、硬件的理論知識，要求學(xué)生既有扎實的計算機(jī)硬件理論知識，又有良好的面向機(jī)器語言進(jìn)行程序設(shè)計的能力。這一要求對于大多數(shù)缺乏實踐經(jīng)驗、理論基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生而言明顯不適宜，因而容易導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣降低，學(xué)習(xí)積極性差；另一方面，原有教學(xué)模式下，課程內(nèi)容多，知識點比較散亂，班級容量大（大班教學(xué)），教學(xué)時以“老師講”為主，學(xué)生參與互動、討論少。MOOC將每個知識點制作成短視頻，可供學(xué)生隨時、反復(fù)觀看學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生真正實現(xiàn)溫故知新。

2.2錄制視頻和準(zhǔn)備隨堂習(xí)題與作業(yè)

學(xué)生通過觀看課程教學(xué)視頻獲取知識是MOOC教學(xué)的重要步驟。為了讓學(xué)生充分利用碎片時間，集中精力學(xué)習(xí)，每個知識單元中的知識點對應(yīng)的教學(xué)視頻時長都在10分鐘以內(nèi)，而且視頻錄制形式根據(jù)知識點的內(nèi)容調(diào)整。PPT錄屏方式用于課程中基本概念和原理的講解，如講授微型計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)時，教師結(jié)合PPT中的系統(tǒng)框圖進(jìn)行講解；講解難度較大的“微處理器的編程結(jié)構(gòu)”時，采用PPT錄屏與手寫錄屏相結(jié)合的方式，這樣既可以減慢講課節(jié)奏，讓學(xué)生有充分的思考時間，又可以通過PPT錄屏方式給出直接的結(jié)果；對于學(xué)生感覺比較枯燥的知識點則可采用動畫型視頻和影視剪輯型視頻，課程中偶爾應(yīng)用多媒體視頻錄制形式也能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，使這些枯燥的知識點變得生動。不論采用何種錄制方式，始終保證教師出現(xiàn)在視頻當(dāng)中，給學(xué)生真實的課堂感受，可彌補慣用MOOC教學(xué)方式的不足。

在習(xí)題與作業(yè)準(zhǔn)備方面，教師可主要根據(jù)微機(jī)原理的知識單元結(jié)構(gòu)特點設(shè)置兩種類型的作業(yè)，一種是需要同伴互評或教師評價的主觀題（綜合大作業(yè)）；另一種是對應(yīng)每個知識點的隨堂習(xí)題（客觀題）。每個知識點設(shè)置5道左右的客觀題，主要是將傳統(tǒng)的經(jīng)典課程習(xí)題中分析題、計算題、簡答題的重要知識點提取出來并進(jìn)行改造，變?yōu)榕c知識點緊密相關(guān)的選擇題和判斷題，這樣既能對學(xué)生的知識點掌握情況進(jìn)行考查，又適合MOOC教學(xué)的特點，同時還能進(jìn)一步鞏固所學(xué)內(nèi)容。主觀題通常是經(jīng)過一個或幾個知識單元的學(xué)習(xí)后給出的大作業(yè)，主要考查學(xué)生對于所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，如“基于8086的打字練習(xí)評價系統(tǒng)”大作業(yè)，要求學(xué)生綜合所學(xué)過的知識點如LED點陣顯示、并行接口、定時器等，獨立完成一個較復(fù)雜的微機(jī)系統(tǒng)。學(xué)生經(jīng)歷從整體方案設(shè)計、硬件電路設(shè)計和實現(xiàn)、軟件設(shè)計和編程，到系統(tǒng)測試運行的完整過程，可以訓(xùn)練自主獲取知識的能力和培養(yǎng)創(chuàng)造意識，強化知識綜合應(yīng)用能力。最后，學(xué)生提交的大作業(yè)的評分由學(xué)生互評與教師點評兩部分組成，學(xué)生互評既能讓學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固已掌握的知識，又能促使學(xué)生對掌握不徹底的知識點重新學(xué)習(xí)，縮小學(xué)生在學(xué)習(xí)成績上的差距；教師評價主要是發(fā)現(xiàn)學(xué)生共同存在的問題并給予解答，這樣有利于提高M(jìn)OOC課程學(xué)習(xí)評價的效果和效率。

2.3開展在線學(xué)習(xí)活動

在線學(xué)習(xí)是MOOC教學(xué)與傳統(tǒng)教育的一個重要區(qū)別，它通過網(wǎng)絡(luò)在學(xué)生、教師之間開展形式多樣的交流與互動，令學(xué)生可以隨時隨地向教師提問并與同學(xué)交流，使教學(xué)互動過程不再被限制在固定的時間和地點。這為學(xué)生提供了能提高學(xué)習(xí)效果的高效資源池，可以及時為有困惑的學(xué)生答疑解難，也能為教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和知識接受程度提供第一手的反饋資料。

微機(jī)原理MOOC的在線學(xué)習(xí)主要有開展在線答疑和討論、在網(wǎng)絡(luò)上建立互動學(xué)習(xí)社區(qū)等內(nèi)容；在學(xué)習(xí)社區(qū)中設(shè)置一名主講教師，另外從計算機(jī)專業(yè)的研究生中招募互動學(xué)習(xí)社區(qū)的助教，參與平臺的答疑和討論。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點和難點，設(shè)計互動社區(qū)的討論主題，激發(fā)盡量多的學(xué)生參與討論。例如，在知識單元“微處理器的編程結(jié)構(gòu)”微處理器工作模式的學(xué)習(xí)中，設(shè)置關(guān)于微型計算機(jī)實模式和保護(hù)模式的討論主題，要求學(xué)生利用微處理器編程結(jié)構(gòu)中所學(xué)的知識，分析實模式和保護(hù)模式的區(qū)別。這種主題討論既能幫助學(xué)生復(fù)習(xí)已學(xué)的知識，又能鍛煉和提高其分析問題和解決問題的能力?；由鐓^(qū)的主講教師主要負(fù)責(zé)討論主題的設(shè)計；助教除了負(fù)責(zé)日常的答疑和參與社區(qū)討論以外，還要維護(hù)社區(qū)的信息安全、信息的純凈以及解決各種技術(shù)問題。

微機(jī)原理是一門技術(shù)性、工程實踐性都很強的課程。為了幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的技術(shù)方法，增強綜合運用能力，教師可在MOOC建設(shè)中設(shè)置以學(xué)生互動為主、教師積極參與的仿真實驗系統(tǒng)；根據(jù)教學(xué)內(nèi)容正確、合理地設(shè)計實驗課程內(nèi)容，并利用PROTUES仿真實驗系統(tǒng)預(yù)先構(gòu)建的微型計算機(jī)實驗平臺。這個平臺具有完整的包括匯編語言編程實驗、接口技術(shù)實驗和系統(tǒng)綜合設(shè)計實驗3個層次實驗的內(nèi)容體系，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力有很大幫助。學(xué)生可下載微型計算機(jī)實驗平臺到本地，然后根據(jù)實驗要求進(jìn)行相應(yīng)的實驗，完成之后即可在本地運行，直觀地看到運行結(jié)果。這種互動式聯(lián)合開發(fā)仿真實驗?zāi)苡行У赜?xùn)練學(xué)生的綜合實踐能力，還可以與理論課協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)互補和互動。學(xué)生完成實驗后，需要向仿真實驗系統(tǒng)提交完成的代碼、實驗結(jié)果和經(jīng)驗心得，這些資料都將與其他學(xué)生和小組共享，各個小組之間相互點評，達(dá)到相互學(xué)習(xí)和相互促進(jìn)的目的。

3.微機(jī)原理MOOC建設(shè)的幾點思考

3.1MOOC與傳統(tǒng)教學(xué)模式

MOOC是一種全新的知識傳播模式和學(xué)習(xí)方式，為學(xué)習(xí)者提供了全新的知識獲取渠道和學(xué)習(xí)模式。通過微機(jī)原理課程MOOC建設(shè)，建立全部知識點的教學(xué)視頻和與之對應(yīng)的習(xí)題庫，能幫助學(xué)生完成對教學(xué)內(nèi)容的全面學(xué)習(xí)。然而，對于計算機(jī)專業(yè)的在校本科學(xué)生來說，不宜完全依賴MOOC在線學(xué)習(xí)來完成微機(jī)原理教學(xué)過程。首先，微機(jī)原理課程是計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課程，是大學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識、匯編語言程序設(shè)計及常用接口技術(shù)的入門課程，又是技術(shù)性和工程實踐性很強的課程，實踐環(huán)節(jié)在課程教學(xué)中占有非常重要的地位。雖然在MOOC中開設(shè)了仿真實驗系統(tǒng)，以仿真軟件的方式對學(xué)生的動手能力進(jìn)行了一些模擬訓(xùn)練，但還是無法完全取代真實的課程實驗室教學(xué)。其次，學(xué)生的專業(yè)知識基礎(chǔ)、接受程度、學(xué)習(xí)自覺性等方面存在較大的個體差異，盡管MOOC在知識點劃分、視頻制作等過程中考慮了這些因素，但還是無法完全做到因材施教。MOOC自主學(xué)習(xí)在很大程度上依賴于學(xué)生的自我約束性，容易受到干擾，難以保證學(xué)習(xí)效果。因此，微機(jī)原理的教學(xué)需要將MOOC和傳統(tǒng)課堂教學(xué)結(jié)合，實施混合模式教學(xué)，充分發(fā)揮兩種教學(xué)模式的優(yōu)點。

實施混合式教學(xué)，教師首先要完成從“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)觀念到“以學(xué)生為中心”的新觀念的轉(zhuǎn)變；其次，要完成角色的變換，從課程講授的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)檎n程學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，在課程教學(xué)過程中主要發(fā)揮引導(dǎo)、討論和評價的作用，對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行指導(dǎo)、互動和示范，當(dāng)好課程學(xué)習(xí)的服務(wù)員。基于MOOC教學(xué)模式的核心是讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，學(xué)生除了課堂時間外，還可以利用課余和各種碎片時間進(jìn)行課程學(xué)習(xí)；同時，學(xué)生自學(xué)和相互學(xué)習(xí)、師生互動、學(xué)生與學(xué)生互動及教師指導(dǎo)成為重要的學(xué)習(xí)方法。班級學(xué)生還能以小組形式進(jìn)行學(xué)習(xí)，按照性別比例、性格特長、宿舍、成績、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力等均衡合理地劃分為學(xué)習(xí)小組（3～5人為一組較為合適），在課堂上，以小組為單位進(jìn)行討論和提問。在實驗及課后作業(yè)或基于MOOC學(xué)習(xí)時，也以小組為單位，課程結(jié)束后，以小組為單位進(jìn)行考核。為了能讓小組的每一個成員有機(jī)會得到能力的鍛煉，在提問、討論、實驗等教學(xué)過程中，小組成員應(yīng)該輪流闡述本小組的學(xué)習(xí)成果及觀點。這樣的學(xué)習(xí)方法可以使那些積極性差的學(xué)生在小組其他學(xué)生的幫助下，變得更主動。通過這種混合式教學(xué)，學(xué)生可以完全掌握微機(jī)原理課程教學(xué)的全部內(nèi)容。

3.2MOOC與實踐教學(xué)

微機(jī)原理除了一些基本概念和原理外，主要介紹各種接口技術(shù)，而在理論課中只抽象地介紹接口的工作原理，因而必須通過讓學(xué)生設(shè)計接口電路和編寫接口程序的實踐來加深對微機(jī)接口技術(shù)的理解。微機(jī)原理MOOC教學(xué)效果的好壞，在很大程度上取決于實踐教學(xué)的效果。

微機(jī)原理實踐教學(xué)平臺可以有多種，包括固定結(jié)構(gòu)的實驗箱、軟件仿真實驗、基于FPGA的在線實驗和基于E-Lab的硬仿真軟件，但比較適合MOOC的是基于FPGA的在線實驗和E-Lab的硬件仿真軟件，這兩種模式充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，同時保留傳統(tǒng)固定結(jié)構(gòu)實驗箱的優(yōu)點，可為MOOC實驗教學(xué)提供實踐平臺，為學(xué)生設(shè)計多層次的實驗項目。第1層次的實驗是基礎(chǔ)單元實驗，主要包括：①數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換接口實驗，實驗?zāi)康氖巧钊雽W(xué)習(xí)數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的基本原理和接口方法、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（ADC0809、DAC0832）的工作性能，掌握模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換的編程方法；②鍵盤顯示器接口實驗，實驗?zāi)康氖钦莆真I盤顯示接口芯片8279與單片機(jī)的硬件連接方法、8279的編程方法以及單片機(jī)內(nèi)部定時器的使用方法；③微機(jī)串行口通信實驗，實驗?zāi)康氖巧钊胝莆债惒酱型ㄓ嵉幕驹怼⒂梦C(jī)串行口設(shè)計實現(xiàn)異步串行通信的方法以及串行接口芯片8251的工作原理和使用方法；④PCI設(shè)備操作實驗，實驗?zāi)康氖橇私釶CI設(shè)備的工作原理和自動配置過程，掌握PCI BIOS的使用方法，熟悉自行開發(fā)的PCI實驗接口卡的使用，為后續(xù)實驗打下基礎(chǔ)；⑤可編程并行接口實驗，實驗?zāi)康氖巧钊胝莆詹⑿薪涌诘幕驹砗蛯崿F(xiàn)方法以及并行接口芯片8255工作原理和使用方法；⑥可編程定時/計數(shù)器與中斷控制實驗，實驗?zāi)康氖巧钊胝莆誔C機(jī)中斷系統(tǒng)的基本原理，學(xué)會編寫中斷服務(wù)程序，掌握定時/計數(shù)器芯片8253的基本工作原理和使用方法。第2層次的實驗是系統(tǒng)綜合實驗，學(xué)生需自己動手，建立微機(jī)系統(tǒng)整體概念，訓(xùn)練系統(tǒng)綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新意識，如基于實驗平臺自行完成實驗項目（參考項目：電子琴、步進(jìn)電機(jī)控制、溫度控制系統(tǒng)、數(shù)字錄音機(jī)、電子游戲等）。第3層次的實驗是基于微型計算機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實驗。前2個層次的實驗面向本專業(yè)所有學(xué)生，最后1個層次的實驗主要針對創(chuàng)新和實踐能力較強的學(xué)生設(shè)置。

4.結(jié)語

MOOC是一個公開共識課程資源的平臺，很多國際、國內(nèi)的大學(xué)和教學(xué)工作者已經(jīng)在開放平臺上發(fā)布了自己的MOOC課程，平臺的開放性和競爭特點對課程建設(shè)質(zhì)量、教師授課水平等提出了更高的要求。微機(jī)原理MOOC建設(shè)將現(xiàn)有培養(yǎng)方案中要求學(xué)生掌握的知識單元的知識點以視頻、習(xí)題集、在線學(xué)習(xí)的方式，形成一套“視頻+習(xí)題+在線學(xué)習(xí)”的MOOC教學(xué)流程，服務(wù)于計算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)，也支持其他專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行自學(xué)。MOOC建設(shè)能夠有效地提升微機(jī)原理課程的教學(xué)水平，推動教學(xué)模式的進(jìn)一步變革。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)原理課程教學(xué)改革的探索還將繼續(xù)，只有改革教學(xué)方案，才能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到新的人才培養(yǎng)目標(biāo)。