计算机组成原理混合式教学改革

谢鹏寿，冯 涛，杜谨泽，包仲贤，任学惠，姚 斌

（兰州理工大学 计算机与通信学院，甘肃 兰州 730050）

0 引言

大学生未来的个人和社会发展都要求其具备很强的自主学习能力，这就迫切需要学校和教师必须创新教学模式。新型教学模式着力于构建有效的课程资源使用手段和传播途径，以独特的教学形态使学生获得必要的专业知识，并培养其良好的专业能力[1]。如何选择主流的新型教学模式便成为大学及任课教师首先面临的关键问题。

MOOC[2]是一种兴趣导向的大规模网络化教学模式，该模式有助于使学生更加开放灵活地在线获取课程资源，有益于构建多样化的开放教学体系[3]。SPOC 是一种小规模限制性在线教学模式，该模式赋予学生完整深入的学习体验，提高了课程的完成率，重新定义了教师的作用，创新了教学模式，推动了大学的对外品牌效应，也提升了校内的教学质量，成本较低且能用来创收，提供了MOOC 的一种可持续发展模式[4]。微课是一种利用半结构化和专题资源进行“碎片化”教学的模式，这种模式使教学活动更具有针对性和实效性[5]。翻转课堂是一种将学习的决定权从教师转移给学生的教学模式，有助于促进学生更加主动地进行学习[6]。

混合教学是基于视听技术、多媒体技术、网络技术等信息技术平台，充分发挥传统课堂教学和在线学习的优势，调动多种教学形式服务于教和学[7]。主要特点就是在教学过程中以教师为主导、以学生为主体，始终关注两者的自主性、创造性，以在线学习与面对面学习为基本教学形式，根据教与学的实际，进行教学设计，开展教学活动[8]。

混合教学不只是在线教学与传统教学的简单结合，其本质体现为不同教学理论、教学模式、教学媒体、教学活动以及学习环境的有机融合，其最终目的在于通过多种教、学方式的“混合”，既能发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性，继而促进学生的个性化学习与发展[9]。

计算机组成原理（Principles of Computer Organization，简称PCO）是计算机科学与技术、软件工程、物联网工程本科专业的学科基础课程，创新其教学模式已势在必行。开展混合式教学改革，旨在更好地实现师生讲授和学习计算机单机系统的基本组成结构及其工作原理、各部件内部运行机制和相关的基本理论。

1 PCO混合式教学改革总体设计

1.1 PCO混合式教学改革思路

综合考虑社会需求、人才培养目标、课程对毕业要求的支撑能力等因素，明确混合式教学改革思路（如图1 所示）。

图1 PCO混合式教学改革思路

图1 表明，PCO 混合式教学改革遵循“以学生为主体，培养自主学习能力”的原则，引入大资源观[10]、大工程观[11]、OER[12]和精细化管理[13]的理念，充分利用网络教学综合平台，建设和共享具有专业和课程特色的教学资源，同时引入校外开放的优质资源，推进线上与线下学习、教师讲授与学生自学、课内与课外学习、个人自主与分组协作学习的深度融合，实现师生角色互换、互为主次，加强师生互动和学生学习行为精细管理，充分调动学生积极性，提高该课程的教学效果。

通过本课程的学习，学生能够掌握计算机单机系统的组成和工作原理，主要功能部件的实现方法，并且通过理论和实践教学结合，使学生建立完整清晰的整机概念，能够综合运用所学知识，依据工作原理要求设计计算机硬件逻辑结构，依据计算机系统功能和性能等方面的需求设计基本模型机，解决计算机系统设计中遇到的复杂工程问题，并能够在设计环节中体现创新意识。

1.2 PCO课堂教学及在线学习学时

PCO 理论教学40 学时，其中课堂讲授32 学时，在线学习8 学时，课程主要内容[14]的学时分配见表1。

1.3 PCO课程考核方式

计算机组成原理混合式教学的课程考核见表2。

1.4 PCO在线学习资源建设框架

教学资源建设框架见表3，完善并上传到网络教学综合平台上，供学生线上学习使用。

表1 PCO混合式教学考核类型及其占比

表2 PCO混合式教学考核类型及其占比

表3 PCO混合式教学网上资源建设框架

以表3 为框架，以网络教学综合平台提供的栏目为模板，进一步完善课程网站，主要包含课程简介、教学队伍、课程教学大纲、实验教学大纲、教学日志、授课教案、授课讲稿、微课视频、多媒体课件、动画演示、习题试题集（课内习题、课程模拟试题、考研模拟试题、作业素材）、实验/课设资料、参考资料、课外补充材料等内容。

1.5 PCO微课视频制作方案

在以下3 条原则的指导下，设计计算机组成原理微课视频制作方案：科学内容的新颖性、专业知识的系统性、语言文字的趣味性；体现现代教育思想，符合科学性、先进性和教育教学的普遍规律；主题突出、特色鲜明、格调别致，显示一流大学本科高水平的教学示范和辐射作用。

计算机组成原理视频录制兼顾当前混合式教学的要求和未来在线课程建设的需求，结合教学内容和学习模式进行总体设计（见表4），按照章节和知识点两个层次开展录制工作（见表5）。

对课程教学内容进行优化，将40 学时的课程教学压缩到32 学时，其中在线学习24 学时、见面课直播互动学习8 学时，有利于将其完整地建成面向互联网的开放的优质资源课，惠及更多学习者。

2 PCO混合式教学改革实施措施

在建设网络教学资源的基础上，按照章、节、知识点3 个层次组织线上学习、线下课堂教学、控制网上课堂时间、控制学习范围，管理课堂讨论区、管理课外学习交流、管理任课教师、管理选课学生、管理课程相关资料，展示课程内容、提供微视频学习和在线测试以及网络学习的平时成绩换算，跟踪学习进度、检查网络学习笔记，开展课内课外讨论交流、主导问题抢答、教师主评的作业和学生互评的作业布置、提交以及成绩评定，继而从教学方式、方法和手段等方面充分改善传统的教学措施，可概括为以下几个主要的方面。

课堂讲授（32学时）+课外线上学习（8学时）

课内课外分组讨论（8 次）+线上讨论（不限）

课后作业（7 次）+网上作业（6 次）

网上综测（2 次）+期末闭卷考试（1 次）

实验操作（5 次）+实验报告（5 个）

5 次实验包括运算器实验、存储器实验、微控制器实验、基本模型机实验、复杂模型机实验，目前全部在计算机组成原理实验室中分批线下进行。

表4 PCO课程教学内容总体安排

表5 PCO混合式教学网上资源

通过以上措施，旨在保证课程网站提供全部的电子化教学学习资源，供学生课内课外在线学习或下载后离线学习，实现师生之间全互动的网上交流，使教学的部分关键环节可在网上进行。通过课程网站提供重点难点讨论、课外作业辅导答疑，帮助学生消化巩固课堂内教学知识、扩展知识面，促使及时了解相关技术的最新进展，调动学生参与计算机系统结构、嵌入式系统等方向的研究和开发工作的积极性。

3 PCO混合式教学改革成效

3.1 PCO混合式教学改革自评价体系

混合式教学改革是促进高等教育改革真正走上内涵发展的举措之一，要求大学及其教师实现“以教为中心”向“以学为中心”的高校教学评价转型，就是要从学生学习的角度出发，对高校教学活动及其结果进行价值判断，促进学生不断发展[15]。

混合式教学评价应重点关注是否创造有利于促进学生学习的良好环境、是否创造值得学生关注的教学内容、是否支持与促进学生自我学习能力的提升、是否积极影响学生未来的发展[16-17]。因此，在计算机组成原理课程改革过程中进行教学自评价体系（见表6），包括8 个一级指标、13个二级指标。

表6 PCO混合式教学自评价体系

3.2 PCO混合式教学改革取得的成效

分析近几年的学生成绩，混合教学班70 分以上的学生比例高出传统教学班近20 个百分点（如图2 所示），主要原因是混合式教学充分利用了学生学习兴致最浓的时间段，进一步增强了绝大部分学生的自学意识，对于学生主动学习的态度产生了积极的影响。

图2 PCO教学学生总评成绩对比

在选课学生、教学团队和教学督导团中，使用前文所述的自评价指标进行了测评，汇总后计算其平均值，得到各个方面满意的评价结果（见表7）。

表7 PCO阶段性目标达成度

通过调查分析得知，采用混合教学模式，学生借助网络教学综合平台，可以多次在线学习相关内容，尤其是PPT 动画、微课视频等生动形象的展示方式，使学生能够充分思考计算机的主要组成及其工作原理，理解和掌握枯燥乃至抽象的概念，有助于师生共同主攻课程的重点难点内容。

4 结语

混合式教学有利于借助网络教学资源和网络交互工具，实现线上学习、讨论交流和在线测试，避免教师的全程监督和深度干预，有效突出了学生的主体地位，充分发挥了教师的主导作用。混合式教学使教师着眼于教学方法的改革研究和前沿进展的跟踪，积极探索课程新型教学组织形式，优化教学内容与课程体系，将以“学生学习为中心”的教育教学新理念落到实处，不断提高课程教学质量，并通过示范引领作用，全面带动学校、学院课程教学的创新改革，有效推进学校、学院课程改革步伐和整体教学水平的不断提高。

PCO 混合式教学改革尽管取得了上述成效，但仍然存在以下主要问题或不足：线上学习尚需更加行之有效的监控和跟踪手段；网络平台的课程论坛、个人答疑和教学笔记功能还未发挥很好的作用。这将是下一步亟待完善的主要工作。将其打造成具有高阶性、创新性和挑战度的“金课”[18]，是PCO 教学团队共同持续奋斗的方向。