PBL教学法在计算机组成原理课程教学中的应用

刘向举，陈辉，任萍

PBL教学法在计算机组成原理课程教学中的应用

刘向举，陈辉，任萍

（安徽理工大学 计算机科学与工程学院，安徽 淮南 232001）

分析当前计算机组成原理课程教学中存在的问题，并结合教学体会，从教学设计、问题设置、课堂指导、教学评价等方面详细阐述了PBL教学法在计算机组成原理课程教学中的实施过程，同时指出了教学实施过程中需要注意的问题及相应的解决办法．实践表明，PBL教学法激发了学生学习的积极性和主动性，提高了学生分析问题和解决问题的能力，加强了学生对知识点的掌握和理解．

计算机组成原理；PBL教学法；教学改革

计算机组成原理是计算机及其相关专业必修的专业基础课程和核心课程，在先修课程（数字逻辑等）和后续课程（计算机体系结构、操作系统等）之间起着重要的桥梁作用．通过本课程的学习使学生有一个完整的计算机系统的架构概念，并理解计算机硬件系统的组成结构及各个部分的工作原理，培养学生对计算机硬件系统整机及单元部件的分析、设计和开发能力，并注重创新能力的发展[1]．安徽理工大学计算机科学与工程学院在计算机组成原理的教学中主要以课堂讲授的教学形式为主，这种教学形式尽管发挥了其应有的作用，但由于教师处于主导地位，学生只能被动的接受，没有注意到学生的兴趣、能力和个性特点，导致教学效果不是很理想．因此，有必要探索新的教学模式，对计算机组成原理课程教学进行改革．

1969年，美国南伊利诺斯大学医学院神经病学教授Howard Barrows提出了基于问题的学习模式（PBL，Problem Based Learning）的教学方法，起初在医学领域广泛应用，并取得了很好的效果．现在PBL教学模式已成为一种国际上较流行的教学方法，并推广到工程教育、社会教育、经济学、生物学、心理学等领域的教学中，成果显著[2]．PBL教学模式的特点是通过解决实际问题来学习隐含在问题背后的科学知识，把传统的被动灌输式课堂讲授教学方法变为主动自主式的学习方法，由教师为中心转变为以学生为中心，有助于培养学生的自主学习能力、积极思考能力、解决实际问题能力和创新能力等[3]．因此，本文探讨将PBL教学理念运用到计算机组成原理课程的教学中，以此来改善教学效果．

1 计算机组成原理课程教学面临的主要问题

1.1 课程知识点多而难、理论抽象和逻辑性强

计算机组成原理课程授课内容包括运算器、控制器、存储系统、指令系统、输入输出系统、总线系统和外设等章节，各个章节所涉及的知识点非常多，而且各知识点在工作原理和分析设计方法上各不相同．另外，在本课程学习过程中，经常会用到模拟电子技术和数字电子技术课程中的知识，而这些知识点本身也有一定的难度，所以造成了这门课在高校教学中普遍反映是“教师难教，学生难学”的尴尬局面[4-7]．此外，该课程不同于那些上手相对容易、结果直观的软件程序设计类课程或应用技术类课程，理论较抽象，逻辑性强，必须深入理解每一个相关的概念和理论实现过程，才能很好地掌握计算机各个部件的工作原理[8]．例如：控制器的工作原理，存储器的读写时序，总线的定时及数据传送模式等内容，这些内容既抽象，逻辑性又强，而且不太容易动手实践，看不到直观的结果，随着教学进程的进行，学生会感到课程枯燥并难以理解，产生厌倦心理，学习兴趣将会不断下降[9]．

1.2 实践教学环节薄弱

通过实践教学可以帮助学生理解和掌握计算机组成原理课程所涉及的理论知识，加深对知识点的理解，因此实践教学环节非常重要．然而当前多数高校计算机组成原理的实践教学主要是通过实验箱来实现，实践过程主要是按照实验指导书的步骤和教师的讲解进行连线以及通过信号灯或LCD观察结果，并且多数是验证性实验，综合性和设计性的实验较少[10]．即使是可以通过实验箱自行设计的实践内容，由于受到实验箱本身设计的局限，复杂一点的设计内容也难以实现．

1.3 教学内容陈旧、教学方法灵活性差

随着电子技术的发展，新材料、新技术、新产品不断出现，但是教材的内容普遍滞后，如今计算机系统已经是64位，教材中介绍的机型仍然主要是X86的16位的机型，很难激发学生的积极性．另外，现在计算机组成原理课程主要采取“灌输式的教”和“被动式的学”的教学模式，问题驱动式、启发式、课堂讨论式等教学方法很少采用，无法调动学生的主观能动性和体现学生的主体地位．

2 PBL教学法在计算机组成原理课程教学中的实施过程

PBL教学法在计算机组成原理课程教学中的实施过程分为问题提出、查阅资料、解决问题、交流讨论、评价总结5个阶段，并在教学过程中实行激励评价机制，来充分调动学生学习的主动性和积极性，具体的教学过程设计思路见图1．

2.1 问题的设置与自主学习阶段

问题的设置应以教学目标为基础，把握好深度和广度，并且难易度要适中，能够和实际问题相结合[11]．这要求教师要有丰富的教学经验，要充分了解学生的认知能力、学习能力和理论水平等．所以PBL教学模式对教师的学科能力和指导能力的要求更高，是对教师综合水平的挑战．将计算机组成原理课程梳理出28个核心问题，其中包括20个模块性问题和8个综合性设计问题，具体见表1~2[12]．在教学过程中，根据学生的实际学习情况，还可以设定一些更加开放的、具有挑战性的题目，以此来激发学生的探索热情．为了便于PBL教学的实施，需要开始上课一周前就把问题发给学生，学生拿到问题后，首先进行分组，为了提高学习效果，不能随机分组，每组应由不同特点的4~6名学生组成；然后通过图书馆、网络、教科书等渠道查阅相关资料，进行自主学习；最后小组成员之间相互沟通，找到解决问题的思路和方法，完成预定的目标．

表1 模块性问题

2.2 课堂指导与交流讨论阶段

课堂教学不再只是教师进行知识的讲授，而是学生在课堂上以组为单位进行问题讲解（简单的模块性问题）或成果汇报（复杂的模块性问题或综合性问题），教师和其他组成员进行提问和评审．学生通过与教师、与其他学生的讨论交流过程中学到了知识并解决了问题．在课堂交流指导的过程中，教师要引导学生善于发现问题、提出疑问，对问题进行扩展并提出新的问题，同时设定新的目标．这样会使学生的思路更加开阔，对问题理解得更加透彻，丰富学生解决问题的经验，提高他们的分析问题和解决问题的能力．同时，教师要帮助学生对知识点进行归纳和总结，回归到书本上与问题相关的重要概念、理论和方法的学习，使知识体系更加完整．

表2 综合性设计问题

2.3 考核评价阶段

传统的考核评价方法主要采用单一的标准化考试的形式，衡量学生成绩好坏的标准完全由卷面成绩决定，这种评价方式有它的合理性，但有时过于片面，为了能综合反映学生的真实表现情况，对学生的考核评价方法采用期末考试和PBL教学模式考核评价相结合的方式，比例各占总评成绩的50%．

其中PBL教学模式考核评价包括3部分，（1）组内自评．就是小组内成员的自我评价，主要从自主学习的主动性、查阅资料的积极性、解决问题的效率、遇到困难时的表现和态度、团队协作能力等方面进行评价．（2）组间互评．主要体现在表达能力、考虑问题的全面性及对问题的实际解决情况等方面进行评价．（3）教师评价．通过和各个小组的交流互动，了解他们分析和解决实际问题的能力、应用能力和创新能力等方面进行评价．为了保证评价的公平，所有评价都要给出详细、客观的说明．最后通过大家的整体表现，给出PBL教学模式评价的总评成绩，各部分比例（按百分制计算）按照20%的组内自评、40%的组间互评、40%的教师评价进行综合计算得到．同时，评价出优秀团队和优秀个人，对于每次表现好的团队和个人除了给予成绩方面的肯定外，还邀请他们做简短的获奖感言和学习经验分享等，以此来激励其他学生．

3 教学评价与问题反思

3.1 教学评价

为检验教学效果，通过任课的2个教学班（常规班和教改班）进行实践，其中常规班采用正常的课堂讲授教学法进行授课，教改班采用PBL教学法进行授课．在课程结束后，以无记名问卷调查的方式了解学生对２种教学方法满意度的反馈．问卷调查内容及调查结果见表3．调查结果显示，PBL教学法教学满意度较好，教学效果有较好改善，很好地说明了PBL教学法的有效性．

表3 教学满意度反馈

3.2 问题反思

PBL教学法在教学实施过程中出现的一些问题需要注意，主要包括：（1）由于课堂上需要充足的交流讨论时间，那么完全按照PBL教学模式在有限的时间内完成所有教学内容有一定的难度．另外，并不是所有的教学内容都适合采用PBL教学方法，因此也不能完全忽略传统的教学方法．要结合具体的教学实际情况灵活运用，将传统教学和PBL教学模式有机结合，才能达到更加理想的教学效果．（2）PBL教学法多是以小组为单位进行，对于一些自制能力差或是懒惰的学生，可能会有依赖感或滥竽充数的现象．为了避免这种情况发生，解决的方法是在进行汇报或答辩时，采用全体组员共同协作完成，不会只选择组中的一个学生或组长进行讲解，还要安排本组中的其他学生对讲解的内容进行解读或细化，其他组的学生可以进行提问或质疑等．（3）如果是大班教学，组数会比较多，为保证授课内容顺利完成，每次课可以选择几组进行交流讨论或汇报，不同组之间轮流进行．（4）PBL教学法需要学生积极配合，效果才更理想，为了让学生主动参与进来，激励手段一定要丰富多样．

综上所述，计算机组成原理作为计算机专业及相关专业的核心课程，课程学习难度大，将PBL教学模式用于计算机组成原理课程的教学中，使枯燥沉闷的课堂教学充满了活力，激发了学生的学习兴趣，学习的主动性有了明显提高，该教学方法获得了学生的认可和好评，教学效果得到了较好改善．

[1] 孟锐．独立学院“计算机组成原理”课程教学改革的研究[J]．计算机时代，2019（10）：78-79，82

[2] 纪辛然．基于PBL教学法的物联网专业实验课程改革研究[J]．现代计算机，2019（28）：57-59

[3] 李淑敬，李林国．基于PBL的翻转课堂教学模式在计算机实践类课程中的应用研究[J]．2019，36（5）：177-180

[4] 兰勇，张朝阳，王伟，等．计算机组成原理教学改革探索与实践[J]．计算机教育，2019（1）：13-15，20

[5] 邵雄凯，叶志伟，欧阳勇，等．基于系统能力培养的计算机组成原理课程教学探讨[J]．计算机教育，2018（11）：140-144

[6] 周骏．计算机组成原理课程教学改革思考[J]．西南师范大学学报：自然科学版，2014，39（6）：161-165

[7] 何苑，张剑妹．基于CDIO模式的计算机组成原理教学改革研究和实践[J]．忻州师范学院学报，2015，31（5）：25-28

[8] 高扬，宫兵，吕成国．面向人才培养目标的《计算机组成原理》课程建设研究与实践[J]．黑龙江教育：理论与实践，2017（6）：42-43

[9] 付振勇．《计算机组成原理》课程教学改革建议[J]．现代计算机，2016（6）：56-59

[10] 高晓清，曾西洋．计算机组成原理实践教学改革路径探究[J]．黑龙江教育：高教研究与评估，2016（1）：44-46

[11] 杨成群，高海波，熊芳．PBL方法问题设计的三个关键[J]．计算机教育，2016（11）：79-82

[12] 白中英 ，戴志涛．计算机组成原理[M]．北京：科学出版社，2013

Application of PBL teaching method in the teaching of computer composition principle

LIU Xiangju，CHEN Hui，REN Ping

（School of Computer Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）

Analyzing the current existing problems in the teaching of computer composition principle curriculum，and combining with the teaching experience of the author，the implementation process of PBL teaching method in the teaching of computer composition principle curriculum is elaborated from the aspects of teaching design，problem setting，classroom guidance，teaching evaluation，etc. At the same time，the problems are pointed out that need attention in the process of teaching，and the corresponding solutions are proposed. The practice shows that by the PBL teaching method students′ enthusiasm and initiative in learning have been stimulated，students′ ability to analyze and solve problems has been improved，and students′ master and understanding of knowledge have been strengthened.

computer composition principle；PBL teaching method；teaching reform

TP301∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.04.019

1007-9831（2020）04-0086-04

2019-10-04

安徽省高校省级质量工程重点教研项目（2017jyxm0185）；安徽省特色（品牌）专业项目（2016tszy029）；安徽理工大学教学研究项目

刘向举（1978-），男，黑龙江双城人，副教授，硕士，从事物联网及智能控制技术研究．E-mail：xjliu@aust.edu.cn