“计算机组成原理”教学改革研究

李春阁

摘 要：“计算机组成原理”是计算机科学与技术专业本科生的一门专业核心基础课，是一门承上启下的课。学好这门课对学生日后从事软、硬件系统的开发和研究等工作都有重要影响。因此本文对计算机组成原理教学展开了深入的改革研究。在SPOC的基础上引入MOOC资源，重新制定课程计划，调整课程内容，充分利用多种网络手段，改变传统的教学模式，降低了课程难度，增加了学生的学习兴趣，

关键词：SPOC;混合教学;计算机组成原理

一、计算机组成原理

“计算机组成原理”是计算机科学与技术专业本科生的一门专业核心基础课，是一门承上启下的课，也是计算机考研入学专业考试（408计算机学科专业基础综合）涵盖的四门科目之一。学好这门课对学生日后从事软、硬件系统的开发和研究等工作都有重要影响。

其以数字逻辑为基础，目标是建立初步的硬件分析能力，主要讲授计算机主要功能部件的组成结构、逻辑设计和功能部件相互连接关系。学习计算机组成原理不仅能让学生理解并掌握计算机底层硬件的运行机制与运行原理，而且能培养学生硬件设计和实现能力以及对计算机工程相关的科学问题进行分析和设计的能力[1]。由于教学内容众多，知识点繁杂，如果学生掌握不够熟练，就难以构成一个系统网络。因此，需要对计算机组成原理教学展开深入研究。

二、教学现状

由于该课程内容抽象、理论性强、涉及的知识面广，学生普遍感觉学习难度较大。另一方面，该课程缺乏直接的应用场景，部分学生认为该课程用处不大，学习的积极性不高。这些因素给课程的教学带来一定的困难，如何提高教学质量和学生的学习兴趣是计算机组成原理课程教学中面临的实际问题[2]。

由于学生的学习能力和学习态度的不同，只是课堂教学已经不能及时解决这些问题。在一个教学班中，总是有一部分学生是能力比较强的，觉得课堂教学内容不能满足他们对知识的渴求;也总有一部分学生是能力差一点的，对老师课堂教学内容理解比较吃力;还有些学生对本门课程的兴趣一般，需要更有趣的形式去吸引他们的注意力。在课堂上教师为了照顾多数同学，前面提到的这些学生的情绪就不能得到很好的照顾，这可能也是造成现在我们面临困境的一个原因，所以能否结合多种途径的教学方式展开教学工作，让上述同学在这门课中找到乐趣是我们亟待解决的问题。

三、基于spoc的混合教学改革研究

（一）spoc介绍及应用

加州大学伯克利分校的阿曼德·福克斯教授最早提出并使用了SPOC（Small Private Online Course小规模限制性在线课程）这个概念。SPOC课程入选者必须保证学习时间和学习强度，参与在线讨论，完成规定的作业和考试等，通过者将获得课程完成证书。

此概念逐渐被国内外高校关注，国内很多学校的很多课程也在做SPOC实验，取得了较好的效果，对于计算机组成原理这门课，中国农业大学的黄岚等人针对农业院校在校生的特点探讨了基于SPOC的计算机组成原理课程在线互动教学。

（二）针对计算机组成原理的SPOC教学

针对“计算机组成原理”的原理性较强相对比较枯燥的特点，为了增加学生的兴趣增加SPOC部分，让学生参加讨论，互评作业等。在SPOC中又引入MOOC资源，帮助学生降低学习难度，让学有余力的同学可以学到更多的知识;让学习有点困难的同学可以更快更高效完成预习工作，让学习困难的同学在课下有更方便的资源去学习。此外SPOC的强大互动功能能让老师随时和学生沟通，帮助了解学生情况;强大的数据收集和分析功能可以让老师及时找到学生的问题，及时做出调整。

具体做法如下：

1.重新定位了课程目标。制定符合工程认证的教学大纲和教学目标，然后按照学生的进度逐步细化为单元教学目标和课时教学目标。全而、详细、具体、层层深入分析了教学目标，把学生学习活动的起点和终点描述清楚，以此作为教学设计后续环节的重要依据[3]。

2.课程内容与MOOC资源的匹配选择。我们选用了唐朔飞老师的《计算机组成原理（第2版）》这本教材，是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，教材内容丰富，结构合理，并有配套的学习指导与习题解答。在内容讲解上老师可以选择性更强，有些内容就可以安排学生自己学习，提前预习，练习题可以选择性讲解，其他习题备有答案，学生可以自己解决。中国大学MOOC上哈尔滨工业大学刘宏伟老师的《计算机组成原理》的教材也不错，本着让学生尽快适应的原则，我们选择了该MOOC为我们的资源，符合学生的学习目标。

3.编制专用的教案。由于我们把SPOC加入课堂，并且引用MOOC资源，所以是线上线下相结合的教学形式，教案也是包括线上和线下两个部分的全程教案。线上教案主要用于指导学生如何在线上自主学习，而线下教案是用于课堂教学的课时计划。通过spoc可以及时了解学生的在线时长及学习内容，及时掌握每个学生的学习情况，针对具体学生提供个性化帮助。在此基础上可以微调教学内容和重点，提高了教学效果。

4.设计练习题，组织题库。学生学完知识，想要巩固和检验没有一定的练习是达不到消化吸收目的的，所以在教学过程中，根据学习的知识点，简单变化，不断更新习题，现已组织完成了基本题库。后面还要完善。

5.充分利用SPOC优势，采用线下话题讨论、留言答疑等方式。发布公告和私有讨论，展开在线答疑，主张学生课前用MOOC预习，指导学生先进行在线学习，在课堂上对学生在线学习的部分内容进行测验和展示，对有难度的和重点的知识点重点讲解。加大课程的平时成绩，树立“把功夫下在平时”的思想。

6.扩充新知识增加学生兴趣。计算机科学的发展非常迅速，尤其是硬件的更新换代，日益频繁，即使最新的教材也跟不上技术的发展。在课堂教学过程中突出重点的同时穿插一些最新的前沿动态和硬件成果是很有必要的，一方面可以弥补教材的不足，另一方面也可以大幅提高学生学习的兴趣，增加学生的学习动力，帮助他们找到学习和努力的方向。比如在讲到存储器的时候除了基本理论的教学会给学生介绍后续技术的发展，目前手机和电脑中使用的产品。在辅存部分增加对越来越普及的固态硬盘（SSD）的介绍，在显示器部分增加对液晶显示器的介绍和讨论等。也可以把这些内容分配给学生课下自己搜索资料，作为一次作业提交，或者安排学生分组讨论，教师点评。增加了学生的参与度，改善了学习效果。

7.充分利用网络课堂。实现课上的签到，课堂练习，抽查回答问题，分组互动，使用多种手段活跃课堂气氛，促进交流的同时还可以减轻老师的负担。

8.确定成绩比例。加大平时成绩的比例，把平时MOOC学习的学时和参加SPOC的次数和成绩都折合到平时成绩中，让学生不能再靠临时抱佛脚就能拿到较好的成绩。

（三）课堂教学效果

1.学生成绩分析。通过两轮的改革实践，学生的及格率得到大幅提升，分析不及格学生的特点主要是MOOC资源看得较少，参加讨论不积极，或请假较多。

2.课终调查。通过与学生的座谈，学习该课程的学生对课程有了更深刻的认识，学习兴趣更加浓厚。跟以往的学生比，参加了引入MOOC的SPOC课堂的同学对课程的难度没有更多的提及，说明通过线上和线下的混合学习能更容易地对知识理解和运用，在课程结束后，对当前计算机硬件的发展也能发表一些专业性的观点[4]。

3.总结与展望。基于SPOC的混合式教學模式添加了MOOC的内容，将线上和线下教学结合起来，取得了较好的效果，但是目前使用的是哈尔滨工业大学的同步MOOC，对于以培养应用型人才的独立院校来说，难度较大，有部分同学学习起来比较吃力，所以需要根据学生的实际水平和毕业要求，制订更加适合的MOOC资源。

在教学过程中，促进了“以学生为中心”的教育理念的推广，同时对教师和学生提出了更高的要求，应该在教学过程中总结经验教训，积极探索，提高教学质量，这也是值得思考的。

参考文献

[1] 刘超，刘小洋，刘万平，等.“计算机组成原理”教学探索与研究[J].福建电脑，2017（9）：77，96.

[2] 林浩.计算机组成原理课程教学改进的探讨[J].福建电脑，2017（9）：179-180.

[3] 王峥，苏小红.MOOC+SPOC混合式教学研究[J]计算机教育，2017（1）：91-94，98.

[4] 黄岚，袁刚，诚信荣，等.基于SPOC理念的计算机组成原理课程互动教学研究[J].计算机教育，2015（15）：15-18.