多種信息技術(shù)背景的《計算機組成原理》教學(xué)改革探索

孫昌霞 車銀超 李艷玲 郭玉峰 王之浩 劉 羿*

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與管理科學(xué)學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)系 河南·鄭州 450052）

0 引言

計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，是研究生考試的必考科目，同時也是一門公認(rèn)的難學(xué)難教的基礎(chǔ)課程。課程主要介紹計算機組成結(jié)構(gòu)和各組成部分的工作原理，以及計算機體系結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理、設(shè)計原則和量化分析方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以從系統(tǒng)的角度了解提高整機軟硬件性能和部件性能的各種可行方法，了解軟硬件在計算機系統(tǒng)中的功能劃分和協(xié)調(diào)原理。同時能夠提高系統(tǒng)性能的主體，從宏觀的角度出發(fā)，在更高的層次上思考和解決實際問題。但計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成度高，使得課程內(nèi)容豐富、涵蓋面廣、難度大，學(xué)生理解起來比較抽象枯燥。另一方面，學(xué)生從公共基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課的過渡本身需要一個逐漸適應(yīng)的過程。計算機組成原理是學(xué)生進入大學(xué)接觸的第一門專業(yè)課，課程的專業(yè)性、復(fù)雜性進一步增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。因此，教授好本課程，為本專業(yè)的學(xué)生打下扎實的專業(yè)理論基礎(chǔ)，成為計算機組成原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理教師不斷改進和創(chuàng)新教學(xué)方法的動力源泉。

1 教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前該課程的問題主要集中在以下幾個方面：（1）知識龐雜，晦澀難懂。本課程包括計算機硬件組件，指令系統(tǒng)等的工作原理。內(nèi)容豐富，每個知識點都相對抽象，難以理解并且需要強大的邏輯。因此，在大學(xué)中存在一種普遍現(xiàn)象，即“教師怕教學(xué)生怕學(xué)”。（2）學(xué)生基礎(chǔ)不足。課程內(nèi)容龐雜，學(xué)生電子電路知識基礎(chǔ)薄弱，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下，本專業(yè)學(xué)生無法吃透與理解知識與原理，同時也無法將所學(xué)知識穿成知識網(wǎng)絡(luò)。（3）重理論輕實踐。學(xué)生重理論輕實踐，對實驗與實踐中所遇到的困難無法聯(lián)系所學(xué)內(nèi)容進行分析和解決。（4）教學(xué)手段單一。教師授課手段缺乏多樣化，難以吸引學(xué)生的注意力，教學(xué)效果不佳。

2 教學(xué)手段改革方法

針對我系計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生普遍存在電子電路知識基礎(chǔ)較為薄弱，計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程中內(nèi)容龐雜，抽象難懂，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高等問題，筆者認(rèn)為從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段兩方面進行課程教學(xué)改革是重中之重。對學(xué)生而言，教授的課程內(nèi)容是否可以接受，和教師的授課方式息息相關(guān)。通過教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和結(jié)合多種信息技術(shù)手段的教學(xué)模式，不僅能提高的學(xué)習(xí)興趣，而且還能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、獨立分析問題和解決問題的能力，并且有效解決學(xué)生重理論輕實踐的問題。為當(dāng)前計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的問題提出可行的解決方法。

2.1 構(gòu)建課程體系

將本課程內(nèi)容主要分為五大模塊：CPU模塊（包括運算器和控制器）、存儲模塊、指令模塊、總線模塊和外設(shè)模塊。各模塊的教學(xué)內(nèi)容既相對獨立又密切聯(lián)系，以CPU模塊為中心，其他模塊服務(wù)并依賴于 CPU模塊。教師針對不同的模塊開展不同的教學(xué)活動和考核設(shè)計，也可以根據(jù)具體情況（如不同專業(yè)或不同課時）及時調(diào)整各模塊的教學(xué)。這樣，可以有效降低學(xué)習(xí)本課程的學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時可以讓學(xué)生整理好課前相關(guān)知識內(nèi)容，介紹課程重要性，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的和意義。在每個板塊的講解中展示計算機組成的實物，串聯(lián)之前課程內(nèi)容讓學(xué)生思考之間聯(lián)系加深印象。在班里組成研究小組，課后布置計算機故障問題與實際結(jié)合，讓每一個課后小組在課前進行講解，使學(xué)生化被動為主動，在思考中教師給予肯定，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源

多媒體課堂在現(xiàn)代教學(xué)中有著不可替代的作用，最大限度發(fā)揮多媒體在教學(xué)中的優(yōu)勢是解決計算機組成原理教學(xué)問題的重點。筆者認(rèn)為構(gòu)建以多媒體電子PPT教學(xué)課件為主，F(xiàn)LASH多媒體動畫、主講教師錄制的教學(xué)視頻、在線MOOC教學(xué)資源為輔的教學(xué)資源，根據(jù)學(xué)生反饋的聽課效果與意見，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，不定時地補充主講教師錄制的難點重點微課、專題討論、作業(yè)講解視頻、單元練習(xí)和單元測試，構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源不僅能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，還能大大提高學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣。同時在制作多媒體課件和視頻過程中，要充分考慮到課程內(nèi)容重難點，做到層次分明，主題突出。加入動畫和微電影，解決學(xué)生視覺疲勞和注意力不集中等問題。課后將課件或者視頻教程發(fā)到微信或者QQ群中，讓學(xué)生課余可以下載、討論、交流。

2.3 采用多種信息技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)手段

采用線上線下相結(jié)合、課堂實驗相結(jié)合、實驗實習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方式，各種教學(xué)手段相輔相成，提高本課程的教學(xué)效果。通過QQ群、微信群、釘釘直播，超星在線討論、騰訊會議等多種信息技術(shù)多渠道地進行師生互動和在線答疑，使學(xué)生及時消化所學(xué)內(nèi)容，保證學(xué)生真正理解本課程的重要原理和知識點。并給每個組成的研究小組設(shè)置課題研究，課題可以結(jié)合學(xué)生打游戲或者日常進行電腦操作過程中存在的問題，以視頻的方式進行研究匯報，讓學(xué)生進行打分，進行游戲段位排名，以學(xué)期或者課程板塊為節(jié)點設(shè)置賽季，并制定賽季獎勵。讓學(xué)生通過勝負(fù)欲激發(fā)求知欲。

3 教學(xué)側(cè)重改革

以學(xué)生為中心，形成翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。理論課采用多媒體電子課件，輔助flash演示動畫進行授課，同時依托在線開放課程網(wǎng)站指導(dǎo)學(xué)生同步開展自主學(xué)習(xí)，并進行作業(yè)布置、提交和批改、在線答疑及網(wǎng)上討論等。從原來的以老師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，改變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，老師進行引導(dǎo)的教學(xué)理念。借助在線教學(xué)和獎勵的模式，讓學(xué)生自主地進行線上課程的學(xué)習(xí)。課堂教學(xué)以教師和學(xué)生互動為主要交流方式，讓學(xué)生講解課后問題的同時，教師講解重點難點，為學(xué)生答疑解惑，形成翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。網(wǎng)絡(luò)課程資源豐富，學(xué)生隨時隨地可進行學(xué)習(xí)和鞏固，將學(xué)生的學(xué)習(xí)從課堂延展至課下并以視頻匯報為主，提高了課堂教學(xué)的深度和廣度解決傳統(tǒng)紙質(zhì)提交作業(yè)學(xué)生沒興趣應(yīng)付作業(yè)的問題。

定期開展課程研討會，討論課程的內(nèi)容、根據(jù)學(xué)生的興趣、需求和發(fā)展水平，制定教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)任務(wù)，以及教學(xué)方法與手段。在課堂上密切注意學(xué)生的反應(yīng)，積極調(diào)動學(xué)生積極性。通過對課件和動畫的優(yōu)化和整理，將教材內(nèi)容生動的展現(xiàn)出來。通過課堂提問，批改作業(yè)，小組討論，小測試，實驗完成情況等方法，掌握學(xué)生對知識的掌握程度，以小組視頻作業(yè)為主，發(fā)現(xiàn)學(xué)生問題，及時調(diào)整教學(xué)方案。

通過網(wǎng)絡(luò)平臺對學(xué)生線上觀看視頻時間、參與在線測試、提交項目作業(yè)、在線討論活躍度等信息進行統(tǒng)計，了解學(xué)生總體的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)效果，以及每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為課程的過程性評價提供了合理科學(xué)的過程評價。同時也為老師的教學(xué)提供了參考依據(jù)，可及時調(diào)整修正教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容。

通過對學(xué)生成績和卷面得分率情況分析，總結(jié)本學(xué)期教學(xué)的缺憾和問題，對教學(xué)過程進行自我評估和修正。并讓學(xué)生給課程打分評價，收集課程問題及時改進。

4 結(jié)語

本文針對《計算機組成原理》課程進行教學(xué)方法和教學(xué)側(cè)重改革，通過合理安排課程體系和課程資源、增加網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助、利用線上教學(xué)資源和線下教學(xué)手段的結(jié)合，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自我發(fā)現(xiàn)問題為主，提升了該課程的教育教學(xué)質(zhì)量，一定程度上為我院計算機系教師和學(xué)生提供了易教、易學(xué)的方法，極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和熱情。希望為我院提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力提出一些建設(shè)性意見。