多种信息技术背景的《计算机组成原理》教学改革探索

孙昌霞 车银超 李艳玲 郭玉峰 王之浩 刘 羿*

（河南农业大学信息与管理科学学院数据科学与大数据系 河南·郑州 450052）

0 引言

计算机组成原理与系统结构是计算机科学与技术专业的核心课程，是研究生考试的必考科目，同时也是一门公认的难学难教的基础课程。课程主要介绍计算机组成结构和各组成部分的工作原理，以及计算机体系结构的基本概念、基本原理、设计原则和量化分析方法。通过本课程的学习，学生可以从系统的角度了解提高整机软硬件性能和部件性能的各种可行方法，了解软硬件在计算机系统中的功能划分和协调原理。同时能够提高系统性能的主体，从宏观的角度出发，在更高的层次上思考和解决实际问题。但计算机内部结构复杂，集成度高，使得课程内容丰富、涵盖面广、难度大，学生理解起来比较抽象枯燥。另一方面，学生从公共基础课向专业课的过渡本身需要一个逐渐适应的过程。计算机组成原理是学生进入大学接触的第一门专业课，课程的专业性、复杂性进一步增加了学生的学习难度。因此，教授好本课程，为本专业的学生打下扎实的专业理论基础，成为计算机组成原理和系统结构原理教师不断改进和创新教学方法的动力源泉。

1 教学现状分析

目前该课程的问题主要集中在以下几个方面：（1）知识庞杂，晦涩难懂。本课程包括计算机硬件组件，指令系统等的工作原理。内容丰富，每个知识点都相对抽象，难以理解并且需要强大的逻辑。因此，在大学中存在一种普遍现象，即“教师怕教学生怕学”。（2）学生基础不足。课程内容庞杂，学生电子电路知识基础薄弱，学生学习兴趣低下，本专业学生无法吃透与理解知识与原理，同时也无法将所学知识穿成知识网络。（3）重理论轻实践。学生重理论轻实践，对实验与实践中所遇到的困难无法联系所学内容进行分析和解决。（4）教学手段单一。教师授课手段缺乏多样化，难以吸引学生的注意力，教学效果不佳。

2 教学手段改革方法

针对我系计算机科学与技术专业学生普遍存在电子电路知识基础较为薄弱，计算机组成原理与系统结构课程中内容庞杂，抽象难懂，学生学习兴趣不高等问题，笔者认为从教学内容、教学手段两方面进行课程教学改革是重中之重。对学生而言，教授的课程内容是否可以接受，和教师的授课方式息息相关。通过教学内容的调整和结合多种信息技术手段的教学模式，不仅能提高的学习兴趣，而且还能培养学生的自主学习、独立分析问题和解决问题的能力，并且有效解决学生重理论轻实践的问题。为当前计算机组成原理与系统结构课程教学中的问题提出可行的解决方法。

2.1 构建课程体系

将本课程内容主要分为五大模块：CPU模块（包括运算器和控制器）、存储模块、指令模块、总线模块和外设模块。各模块的教学内容既相对独立又密切联系，以CPU模块为中心，其他模块服务并依赖于 CPU模块。教师针对不同的模块开展不同的教学活动和考核设计，也可以根据具体情况（如不同专业或不同课时）及时调整各模块的教学。这样，可以有效降低学习本课程的学习难度，提高学生的学习积极性。同时可以让学生整理好课前相关知识内容，介绍课程重要性，让学生明确学习目的和意义。在每个板块的讲解中展示计算机组成的实物，串联之前课程内容让学生思考之间联系加深印象。在班里组成研究小组，课后布置计算机故障问题与实际结合，让每一个课后小组在课前进行讲解，使学生化被动为主动，在思考中教师给予肯定，激发学生的学习兴趣。

2.2 丰富的网络教学资源

多媒体课堂在现代教学中有着不可替代的作用，最大限度发挥多媒体在教学中的优势是解决计算机组成原理教学问题的重点。笔者认为构建以多媒体电子PPT教学课件为主，FLASH多媒体动画、主讲教师录制的教学视频、在线MOOC教学资源为辅的教学资源，根据学生反馈的听课效果与意见，掌握学生的学习动态，不定时地补充主讲教师录制的难点重点微课、专题讨论、作业讲解视频、单元练习和单元测试，构建完善的网络教学资源不仅能充分发挥学生学习的主观能动性，还能大大提高学生对本课程的学习兴趣。同时在制作多媒体课件和视频过程中，要充分考虑到课程内容重难点，做到层次分明，主题突出。加入动画和微电影，解决学生视觉疲劳和注意力不集中等问题。课后将课件或者视频教程发到微信或者QQ群中，让学生课余可以下载、讨论、交流。

2.3 采用多种信息技术相结合的教学手段

采用线上线下相结合、课堂实验相结合、实验实习相结合的教学方式，各种教学手段相辅相成，提高本课程的教学效果。通过QQ群、微信群、钉钉直播，超星在线讨论、腾讯会议等多种信息技术多渠道地进行师生互动和在线答疑，使学生及时消化所学内容，保证学生真正理解本课程的重要原理和知识点。并给每个组成的研究小组设置课题研究，课题可以结合学生打游戏或者日常进行电脑操作过程中存在的问题，以视频的方式进行研究汇报，让学生进行打分，进行游戏段位排名，以学期或者课程板块为节点设置赛季，并制定赛季奖励。让学生通过胜负欲激发求知欲。

3 教学侧重改革

以学生为中心，形成翻转课堂教学模式。理论课采用多媒体电子课件，辅助flash演示动画进行授课，同时依托在线开放课程网站指导学生同步开展自主学习，并进行作业布置、提交和批改、在线答疑及网上讨论等。从原来的以老师为主导的教学理念，改变为以学生为中心，老师进行引导的教学理念。借助在线教学和奖励的模式，让学生自主地进行线上课程的学习。课堂教学以教师和学生互动为主要交流方式，让学生讲解课后问题的同时，教师讲解重点难点，为学生答疑解惑，形成翻转课堂的教学模式。网络课程资源丰富，学生随时随地可进行学习和巩固，将学生的学习从课堂延展至课下并以视频汇报为主，提高了课堂教学的深度和广度解决传统纸质提交作业学生没兴趣应付作业的问题。

定期开展课程研讨会，讨论课程的内容、根据学生的兴趣、需求和发展水平，制定教学目标、教学任务，以及教学方法与手段。在课堂上密切注意学生的反应，积极调动学生积极性。通过对课件和动画的优化和整理，将教材内容生动的展现出来。通过课堂提问，批改作业，小组讨论，小测试，实验完成情况等方法，掌握学生对知识的掌握程度，以小组视频作业为主，发现学生问题，及时调整教学方案。

通过网络平台对学生线上观看视频时间、参与在线测试、提交项目作业、在线讨论活跃度等信息进行统计，了解学生总体的学习情况和学习效果，以及每个学生的学习情况，为课程的过程性评价提供了合理科学的过程评价。同时也为老师的教学提供了参考依据，可及时调整修正教学方法和教学内容。

通过对学生成绩和卷面得分率情况分析，总结本学期教学的缺憾和问题，对教学过程进行自我评估和修正。并让学生给课程打分评价，收集课程问题及时改进。

4 结语

本文针对《计算机组成原理》课程进行教学方法和教学侧重改革，通过合理安排课程体系和课程资源、增加网络教学辅助、利用线上教学资源和线下教学手段的结合，以学生自主学习和自我发现问题为主，提升了该课程的教育教学质量，一定程度上为我院计算机系教师和学生提供了易教、易学的方法，极大提高了学生学习的积极性和热情。希望为我院提高教学质量，提升学生学习能力提出一些建设性意见。