基于新工科的混合式教學(xué)模式探索

朱榮剛　朱霞

【摘要】? ? 隨著信息技術(shù)及人工智能的快速發(fā)展，在新工科背景下和 OBE 理念指導(dǎo)下，以“計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”混合式課程為例對教學(xué)混合模式進(jìn)行摸索與實(shí)踐，采用線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行改革。實(shí)踐證明，該教學(xué)模式在“計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果，切實(shí)推動了新時(shí)期教育教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】? ? 新工科? ? 混合式教學(xué)? ? 計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

引言：

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，世界出現(xiàn)了人工智能、5G等熱門方向，各個(gè)國家相繼涌現(xiàn)出“互聯(lián)網(wǎng)+”等新產(chǎn)業(yè)，導(dǎo)致社會缺乏大量全新的人才。教育部等12個(gè)部委提出發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科，即舉全國教育之力來進(jìn)一步改進(jìn)或修改全國高校的所有專業(yè)，將順應(yīng)技術(shù)發(fā)展的專業(yè)進(jìn)行強(qiáng)化建設(shè)，而對于阻礙技術(shù)發(fā)展的專業(yè)進(jìn)行剔除，通過這一系列的操作來提高高校服務(wù)社會的能力，打贏本科教育攻堅(jiān)戰(zhàn)。[1]

專業(yè)的發(fā)展離不開人才培養(yǎng)模式的不斷修訂，在高校教學(xué)過程中幾乎每一年都離不開一項(xiàng)工作，那就是每年春季開學(xué)后的人才培養(yǎng)方案的修訂，這里面主要包括以下幾個(gè)點(diǎn)：根據(jù)當(dāng)前社會需求狗子學(xué)生的理論知識、動手能力、專業(yè)素養(yǎng)等。針對金陵科技學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)，集中新工科應(yīng)用型人才的需求，主要培養(yǎng)學(xué)生的通識能力、專業(yè)能力、跨專業(yè)融合能力等。我們網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中深化公共基礎(chǔ)知識、提高專業(yè)知識和沖刺發(fā)展突發(fā)知識。

教學(xué)不能忽視學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)，不可倔強(qiáng)地從外部到內(nèi)對學(xué)生實(shí)施知識填鴨式“填灌”，隨著知識獲取路徑的增加與編輯，各大高校公開課的增加，如何讓學(xué)生在百家爭鳴的情況下在自己專業(yè)領(lǐng)域有所建樹，就是我們高校人才培養(yǎng)的重點(diǎn)了？授人以漁，還是授人以魚？還在帶學(xué)生去發(fā)現(xiàn)更大的湖海去任其獲??？就在于培養(yǎng)學(xué)生如何在已有的技能的基礎(chǔ)上挖掘新的技能，這樣有利于提高自身技能，將舊技能中揉入新技能，提出創(chuàng)新與改革，在積累舊技能的同時(shí)也練就了新技能，一箭雙雕。教師教學(xué)與學(xué)生停學(xué)不只是知識單純的傳遞，而是一個(gè)理解與消化的過程。師生之間，同學(xué)之間在校期間會針對某個(gè)具體問題進(jìn)行討論與研究，這樣才有助于溝通與理解。

“計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”作為計(jì)算機(jī)大類的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在“大學(xué)生信息論”，“C語言程序設(shè)計(jì)”及“操作系統(tǒng)”、“嵌入式系統(tǒng)”等課程之間起到承上啟下的作用。本文從金陵科技學(xué)院本科教育的背景出發(fā)，結(jié)合近6年來的課程教學(xué)實(shí)踐，對該課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了探討與改革。

一、“計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”的混合式教學(xué)實(shí)踐

學(xué)習(xí)皮連生教授提出的廣義知識學(xué)習(xí)階段，采用混合式教學(xué)模式，教學(xué)過程中以學(xué)生為主體，教師為輔體，把教學(xué)過程分為以下三個(gè)階段：課前線上自學(xué)、課中線下教學(xué)、課后訓(xùn)練拓展，具體內(nèi)容如圖1所示[2]。

借鑒皮連生教授的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以“計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程中授課內(nèi)容為例，引入線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)施并呈現(xiàn)對應(yīng)的教學(xué)效果。本課程主要介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部組成和具體工作原理，包括基本邏輯部件、指令系統(tǒng)、中央處理器，中斷系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)和I/O系統(tǒng)等。要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中5大部件的工作原理，組成方法及相互之間的關(guān)系，尤其是各組成部件有機(jī)連接構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)的方法。熟悉典型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)以及專用集成電路 ASIC 的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)原理，為培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)和使用等方面的能力打下基礎(chǔ)，也為本專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。

該課程屬于新工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的典型專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有鮮明的交叉性和應(yīng)用性特征。

1. 課前線上自學(xué)階段：課前 2 周在 MOOC 平臺觀看哈工大劉宏偉教《計(jì)算機(jī)組成原理》的教學(xué)視頻及配套課程資源，并布置一些作業(yè)作為線上自學(xué)任務(wù)。在學(xué)生完成線上自學(xué)后，要求學(xué)生在班級群里一起討論作業(yè)并引發(fā)更多思考，在這期間任課老師暫不參與討論，讓學(xué)生先討論起來，老師再給與方向并指導(dǎo)。

2.課中線下教學(xué)階段：課程上因?yàn)槊鎸γ娴年P(guān)系，教師可以及時(shí)獲取到學(xué)生的學(xué)生狀態(tài)，從而得知學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效果，因?yàn)樽鳛橐幻辖處煟梢钥焖俚脑谑谡n的過程中，從學(xué)生的面部微表情（輕松、凝重、困惑等）來獲知學(xué)生的成效，有點(diǎn)類似于心理學(xué)里的微表情觀測。一般上課前5分鐘會對學(xué)生MOOC學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)進(jìn)行回顧，對已有的知識庫進(jìn)行更新，這時(shí)老師要學(xué)會把每個(gè)知識點(diǎn)當(dāng)成珍珠，幫助學(xué)生串成珍珠項(xiàng)鏈，這樣知識點(diǎn)就夠構(gòu)成了閉環(huán)，學(xué)生對知識點(diǎn)的認(rèn)識就加深了。課間通過一些階段測試環(huán)節(jié)來跟蹤學(xué)生的掌握情況，比如通過問卷答題、小論文等方式。將絕大部分知識的學(xué)習(xí)放在線上進(jìn)行之后，最寶貴的、有限的線下學(xué)習(xí)時(shí)間效果最大化。

3.課后訓(xùn)練拓展階段：總結(jié)很重要，教師先對課堂上的知識進(jìn)行思維導(dǎo)圖式的總結(jié)，采用思維導(dǎo)圖的方式有利學(xué)生一目了然，而且可以讓學(xué)生學(xué)會拓展。課后要求學(xué)生自己寫學(xué)習(xí)日志，在不看教師PPT的情況下，將當(dāng)日的知識點(diǎn)畫出思維導(dǎo)圖，并思考如何將今日的思維導(dǎo)圖承接到上一堂課的思維導(dǎo)圖，直至整個(gè)課程結(jié)束，一門課一幅圖。而且還會學(xué)會不同門課程之間的銜接關(guān)系，乃至大四畢設(shè)時(shí)可以用一副思維導(dǎo)圖將大學(xué)4年的所有知識點(diǎn)進(jìn)行呈現(xiàn)。此外在基本任務(wù)完成后，給學(xué)生布置一些具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，即課堂教學(xué)的深度延拓。課后向?qū)W生布置《編碼：隱匿在計(jì)算機(jī)軟硬件背后的語言》及《三體》等題材的閱讀任務(wù)，要求學(xué)生利用周末或大小假期進(jìn)行閱讀，并要求學(xué)生在班級群里分享讀后感，以促進(jìn)大討論與大思考。通過教學(xué)模式的改革，以學(xué)生為主體，引發(fā)學(xué)生自主興趣，加強(qiáng)學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)生利用現(xiàn)有知識處理實(shí)際問題的能力，有利于學(xué)生創(chuàng)新觀念的形成，通過閱讀課外教材讓學(xué)生更加理解任何知識都要應(yīng)用到實(shí)際生活中才能發(fā)揮最大的價(jià)值，而不是悶頭讀死書。

二、成果

經(jīng)過六年教學(xué)的改革與實(shí)踐，“計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”教學(xué)效果有了明顯的提高，主要集中在以下幾個(gè)方面：

1.自主學(xué)習(xí)大大增強(qiáng)。之前大部分學(xué)生只是依賴本門的教材和任課教師，老師講什么就聽什么，沒有講到地方主動忽視，沒有深挖的意識，教材只看老師推薦的，不會主動到圖書館取尋找其他教材，通常上課就是被動接受，不會主動思考今天老師講解的點(diǎn)在整個(gè)課程，乃至真?zhèn)€專業(yè)中的作用與地位。在后期的改革與實(shí)踐過程中，學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)大大提高了學(xué)習(xí)的動機(jī)和思考的能力。學(xué)生們不僅僅滿足于指定教材中的知識，他們還通過借助其他方式，如 youtube 及 B 站等各種來源進(jìn)行問題分析和問題拓展。經(jīng)過這樣的訓(xùn)練，學(xué)生們的學(xué)習(xí)素養(yǎng)逐漸提高。課程后調(diào)查問卷顯示95.12學(xué)生都認(rèn)為自己開始自律了，開始學(xué)會了主動找問題，開啟了十萬個(gè)為什么的意識，學(xué)會了主動分析與解剖問題，學(xué)會了自己動手完成任務(wù)。

2.學(xué)生課堂的參與度明顯增加。課后調(diào)差問卷顯示學(xué)生課堂互動由原來的23.12%上升為98.32%，教學(xué)過程中學(xué)生十分活躍，發(fā)揮著主人翁的意識，樂于花時(shí)間琢磨困惑的地方，敢于跟教師討論，完全改變了之前沉悶的課堂氛圍。

3.學(xué)生工程意識得到提升，綜合應(yīng)用能力有所增強(qiáng)。老師以具體案例進(jìn)行任務(wù)拆分， 將一個(gè)大項(xiàng)目分割成幾個(gè)相對分開的小人物。引導(dǎo)學(xué)生一步步地完成各階段的小任務(wù)，最終逼近最后目標(biāo)，完成整個(gè)項(xiàng)目任務(wù)。18級網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)有5名學(xué)生主動參與到教師的科研項(xiàng)目，協(xié)助導(dǎo)師采集數(shù)據(jù)，做實(shí)驗(yàn)等等;有2個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)參加省級以上電子設(shè)計(jì)大賽并獲獎(jiǎng)。整個(gè)過程期間學(xué)生實(shí)踐意識得以增強(qiáng)，綜合應(yīng)用能力得到提升。

三、結(jié)束語

經(jīng)過六年“計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，可以看出線上線下混合教學(xué)模式能促使學(xué)生們主動學(xué)習(xí)，又能在授課過程中增加師生互動，融合雙方面的技能促使學(xué)生們將理論知識換化成實(shí)踐技能，與此同時(shí)，課后專著的引讀以及落地項(xiàng)目的演習(xí)，大大提升了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，為接下來的大三大四課程實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]徐玲.基于新文科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的混合式教學(xué)模式探索——以“酒店電子商務(wù)”為例[J]. 黑龍江教育（理論與實(shí)踐），2021，{4}（06）：63-65.

[3]盧香云，陶林，姚永坤，等.初步探討“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下高校病理學(xué)教學(xué)模式[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2020（7）：3-4.

[4] 吳巖.建設(shè)中國“金課”[J].中國大學(xué)教學(xué)，2018（12）：4-9

[5]曾明星，蔡國民，覃遵躍，等.基于翻轉(zhuǎn)課堂的研討式教學(xué)模式及實(shí)施路徑[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2015（1）：76-81.

[6]德雷克·博克.回歸大學(xué)之道-對美國大學(xué)本科教育的反思與展望[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2008：29.