計算機組成原理實驗課程網(wǎng)絡(luò)在線試驗平臺建設(shè)模式的思考

劉登峰　秦寧寧　徐保國

摘要：本文主要針對目前我國高校擴招后帶來的試驗設(shè)備與資源相對不足的問題，面向計算機組成原理實驗課程，提出了通過建立網(wǎng)絡(luò)在線試驗平臺來解決試驗設(shè)備與資源相對不足問題，并大大提高了學(xué)生動手實踐時間上的機動性，同時作者根據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)驗，對網(wǎng)絡(luò)在線試驗平臺涵蓋的內(nèi)容與開展方式提出了相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：計算機組成原理試驗課程；網(wǎng)絡(luò)在線試驗平臺；建設(shè)模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0207-02

計算機系統(tǒng)類課程在信息類專業(yè)教學(xué)過程中具有舉足輕重的作用，尤其是系統(tǒng)類課程中的計算機組成原理課程的實驗教學(xué)過程對于學(xué)生系統(tǒng)觀念的形成具有無可替代的地位。計算機組成原理是非常重要的計算機系統(tǒng)類核心課程，其在工科的計算機系統(tǒng)性學(xué)習(xí)占有舉足輕重的作用。目前，計算機組成原理的實驗課程已不僅僅是理論課程的補充或附屬，而是作為一個重要的環(huán)節(jié)和關(guān)鍵組成部分越來越受重視。社會及信息技術(shù)的發(fā)展要求高校培養(yǎng)的人才不僅掌握扎實的理解知識，還要有很強的實踐動手能力及創(chuàng)新能力。

對于計算機組成原理課程來說，傳統(tǒng)在實驗室的實驗課程已不能滿足現(xiàn)有需求，需要新型實驗課程教學(xué)平臺來滿足課程的需求。因此，計算機組成原理的實驗教學(xué)改革是目前各高校面臨的一項重要任務(wù)。目前，雖然在實驗室的實驗教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生實驗興趣和創(chuàng)新能力，但是實驗設(shè)備的緊缺與實驗室開放時段的限制，使得學(xué)生的實際動手設(shè)計與操作時間大大縮短，不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需求。

目前以MOOC課程為代表的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在給傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來了極大挑戰(zhàn)的同時，卻給學(xué)生們的學(xué)習(xí)帶來了極大的便利，使他們足不出戶就可以學(xué)習(xí)到最好的教師講授的最好的課程。正是由于MOOC課程帶來的沖擊，目前基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來展開教學(xué)的研究開始出現(xiàn)在教學(xué)改革與研究領(lǐng)域，但是目前所進行的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改革主要針對文化課程，鮮有針對實驗課程的嘗試。而計算機系統(tǒng)類課程的建設(shè)應(yīng)采取網(wǎng)絡(luò)在線實驗系統(tǒng)平臺代替實際實驗平臺，將為學(xué)生提供可以遠程在線設(shè)計實驗的計算機系統(tǒng)類在線實驗課程平臺，使得學(xué)生可以在線完成課程實驗的綜合設(shè)計與仿真。打破由于實驗設(shè)備的緊缺與實驗室開放時段的限制，使得學(xué)生的實際動手設(shè)計與操作時間大大縮短，不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求的限制。因此，開展網(wǎng)絡(luò)在線實驗系統(tǒng)平臺建設(shè)對提高當(dāng)前形勢下本科生的質(zhì)量極為重要。

但是目前鮮有研究涉及該領(lǐng)域，作者認為：在課程建設(shè)過程中，需要重視教學(xué)方式方法的改革以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)資源平臺的建設(shè)。但是目前教學(xué)體系與模式存在以下問題，具體包括：①教學(xué)資源不完整。在有限課時情況下，要實現(xiàn)教師少講精講，又要完成教學(xué)內(nèi)容，尤其是實驗方面要求教師和學(xué)生用較少的課時完成必修的實驗，且要求學(xué)生能夠理解掌握，就必須提供足夠的基礎(chǔ)教學(xué)資源，以滿足學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的需要。限于技術(shù)原因，目前，有一些基礎(chǔ)教學(xué)資源仍不能在課程網(wǎng)站上實現(xiàn)共享。②缺乏溝通與互動平臺。知識的學(xué)習(xí)是通過“教”與“學(xué)”來完成，目前高校的授課模式注定了學(xué)生與教師的交流大多集中在課堂上，而課時的限制使得教師根本無法對學(xué)生的疑問進行一一的解答。這造成學(xué)生在課外自主學(xué)習(xí)時，尤其是硬件實驗設(shè)計，學(xué)生在線進行實驗仿真，遇到疑難知識點，無法及時與教師溝通。而目前學(xué)校使用的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺無法實現(xiàn)在線答疑和討論，師生之間的課外互動需要依靠QQ群、短信、飛信等公共網(wǎng)絡(luò)通訊平臺進行，給師生之間和學(xué)生之間實時快捷的深度互動帶來諸多不便。③缺少自測和實驗驗證平臺。雖然現(xiàn)有課程資源中有一些實驗設(shè)計例程，但尚缺乏對學(xué)生進行手把手進行實驗設(shè)計的教學(xué)視頻及對學(xué)生所學(xué)知識點掌握情況的測試例程，不便于師生對學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果進行即時評價；同時，對于一些大型課程作業(yè)，目前也缺乏師生間和學(xué)生間交流討論以及作業(yè)提交和評價的平臺。④缺少遠程實驗平臺。目前缺少可以供學(xué)生遠程實驗的實驗平臺，學(xué)生只能依靠實驗課有限的課時動手完成實驗，沒有可靠的遠程平臺供課前的預(yù)習(xí)，及課后的復(fù)習(xí)理解。對于計算機系統(tǒng)類課程，學(xué)生僅靠實驗課的有限時間無法提高動手實踐能力。因此，對于計算機系統(tǒng)類課程來說，亟需開發(fā)出可以供學(xué)生遠程體驗實驗課程的平臺。⑤無法管理與監(jiān)督?，F(xiàn)有課程網(wǎng)站只是實現(xiàn)了課程資源的網(wǎng)絡(luò)化，并不能實現(xiàn)課程教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化，即學(xué)生只是從課程網(wǎng)站上獲取一些基本課程資源，如課件、教學(xué)錄像等，但教師卻無法跟蹤和管理學(xué)生課外學(xué)習(xí)的情況，教師對每位學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的時間和效果缺乏考核評價方法。目前，教師對學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況只能根據(jù)課外作業(yè)、課堂提問和課堂討論時學(xué)生的表現(xiàn)加以評價，未能真正實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的跟蹤與考察。

綜上所述，為滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需要，亟需建立一種基于網(wǎng)絡(luò)的在線實驗平臺，可以綜合提供并收集各種教學(xué)資源（收集功能來自于學(xué)生們提交的各種大型課程作業(yè)），滿足師生之間和學(xué)生之間深度互動和討論答疑的需要，記錄和統(tǒng)計學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況和規(guī)律，并滿足學(xué)生對知識點掌握情況的自測和測試，以及大型作業(yè)的討論和提交。具體研究實施思路為：①現(xiàn)有教學(xué)資源在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺上的合理匯交。擁有現(xiàn)成的教學(xué)資源和已經(jīng)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，并不是說簡單地將前者上傳到平臺上就能構(gòu)建適合本課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺。因此，在收集并上傳現(xiàn)有教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，根據(jù)本課程的特點，進行二者之間的兼容與適應(yīng)性的調(diào)整是需要研究的主要內(nèi)容。②設(shè)計與建設(shè)系統(tǒng)設(shè)計在線平臺。利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)信息平臺，建成可供學(xué)生遠程實驗的在線平臺。該計算機系統(tǒng)類在線實驗平臺需要提供典型的演示實驗供學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)，系統(tǒng)可提供平臺使用幫助說明，實驗結(jié)果需要能及時反饋供學(xué)生分析設(shè)計。③進一步完善課程資源。對知識點和重點、難點進行梳理，根據(jù)需要設(shè)計出三大類題目，構(gòu)建課程設(shè)計例程庫。第一類主要用于學(xué)生自測，設(shè)計為較簡單的設(shè)計例程，方便學(xué)生對在線平臺的熟悉，考查學(xué)生對單一知識點的復(fù)習(xí)與掌握；第二類題目用于考查學(xué)生綜合分析利用知識的能力，包括方案設(shè)計及綜合分析型實驗；第三類是大型作業(yè)和課程綜合實驗，分別實現(xiàn)簡化的CPU與編譯器，目的是培養(yǎng)和考查學(xué)生利用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力以及分工協(xié)作的團隊意識。④構(gòu)建在線自測、設(shè)計提交和評價平臺。對于以上各類知識點，將題目與答案分別存入計算機系統(tǒng)類在線實驗平臺。第一類知識點學(xué)生在完成題目后可進行自主學(xué)習(xí)的自我評價，并據(jù)此安排學(xué)習(xí)進度。如可能，在自測系統(tǒng)中，將設(shè)計類似目前大多網(wǎng)絡(luò)游戲中普遍采用的“沖關(guān)”模式，即以自測結(jié)果反饋控制學(xué)生是否可以進入下一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，以增加自主學(xué)習(xí)過程的樂趣；對于第二類題目，該平臺將提供學(xué)生在線提交和教師在線批改功能，同時對學(xué)生完成情況具有統(tǒng)計記錄和分析功能；對于第三類題目，平臺將提供分組、組內(nèi)討論以及師生間交流討論功能。⑤構(gòu)建在線答疑與互動平臺，實現(xiàn)師生間和學(xué)生間的深度互動。主要包括三個方面：一是師生可以針對某一問題，在線展開答疑與討論，這一點可以基于校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺實現(xiàn)，教師組成員負責(zé)答疑；二是可以找專門負責(zé)人員將對答疑問題進行統(tǒng)計和分析，反饋指導(dǎo)實驗教學(xué)重難點的梳理以及例程庫等教學(xué)資源的建設(shè)和完善；三是利用互動平臺，提高學(xué)生對課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)綜合平臺建設(shè)的參與度。一個有效的網(wǎng)絡(luò)平臺課程資源共享與利用機制需要教師和學(xué)生的完美結(jié)合和彼此間深度互動，因此，我們將利用互動平臺，調(diào)查學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中的需求，并使他們成為平臺質(zhì)量評價的最直接、最有力的監(jiān)督者。⑥構(gòu)建管理與跟蹤統(tǒng)計平臺，監(jiān)督指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。構(gòu)建出的“計算機系統(tǒng)類在線實驗平臺”，可以利用學(xué)?，F(xiàn)有的“江南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺”課程登錄與管理的功能，統(tǒng)計學(xué)生在線學(xué)習(xí)次數(shù)、時間等基本信息，統(tǒng)計人員可重點關(guān)注這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及學(xué)生參加答疑與互動討論的情況與其課程學(xué)習(xí)效果及自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)之間的關(guān)聯(lián)性，以期總結(jié)出培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的一些基本方法和規(guī)律。

通過以上改革，可以實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)所需要的教學(xué)資源以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)管理評價的網(wǎng)絡(luò)化，構(gòu)建師生交流互動平臺，從而重構(gòu)實驗學(xué)習(xí)流程（教師課堂傳遞信息+學(xué)生實驗課前利用平臺仿真→學(xué)生課前獲取、吸收、消化信息+教師實驗課堂互動討論），轉(zhuǎn)變實驗教學(xué)模式（教師課堂傳授知識為主→學(xué)生課外獲取知識為主），革新實驗教學(xué)理念（以教師為中心→以學(xué)生為中心），轉(zhuǎn)換師生角色（教師：主演→導(dǎo)演；學(xué)生：配角→主角），深化課程建設(shè)的內(nèi)涵，進一步提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有自主學(xué)習(xí)和持續(xù)學(xué)習(xí)能力的高素質(zhì)人才。

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