将硬核课程打造成混合式金课的研究与实践——以“计算机组成原理”课程和实验教学资源建设为例＊

于 洋，余彦君，熊聪聪，李孝忠，侯 琳，严 可

（1.天津科技大学人工智能学院，天津300457；2.天津科技大学电子信息与自动化学院，天津300299）

1 研究背景

2019-04，教育部办公厅发布了《关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》，统筹规划国家级和省级一流课程培育与建设，打造高阶性、创新性、挑战度“金课”。大力发展慕课，建设线上“金课”，推动优质课程资源广泛共享，为实施高等教育质量“变轨超车”奠定更为坚实的基础。一流课程建设以支持扶优、扶特、扶需、扶新为原则。线上线下混合式一流课程要求：线上精品开放课程占比20%～50%，线上线下资源优势互补，大胆创新等。旨在全面提升本科教学质量，使高校办学实现内涵式发展。

以“计算机组成原理”课程为例，课程的教师团队共5人，具有18 年的合作教学基础，每年面向21 个班级同步开课。如何才能有效地保证线上线下的教学质量？课程团队每周展开两次研讨会，线上线下协同开展教学工作，着力探索“实质等效、提质增效”的办法。在线上线下混合式金课建设中，创新教学内容和在线虚拟仿真实验新模式，紧密联系课程思政（中美贸易战的核心芯片自主研发的必要性与重要性），深入做好学生的爱国主义教育工作。

2 混合式教学模式和课程资源建设

2.1 线上课程资源建设

“计算机组成原理”选用中国大学慕课上的国家精品课——哈尔滨工业大学的计算机组成原理作为课程拓展，提高学生综合素质，在课程知识点的深度和广度上提供给学生更加宽阔的视野。通过线上课程资源的搭建，学生们提前预习，参与课堂讨论以及课后单元测试，配合线下教师归纳总结和解析重点难点，使学生达到举一反三的闭环式教育效果，总体上提高教学质量。

2.2 线下课程资源建设，直播与互动

本课程使用了QQ群中的屏幕共享或者群课堂方式作为直播和录播交互平台，教师发起直播和录播的同时，勾选上“直播回放”功能，待下课后，便可自动生成直播回放视频文件，互动课堂展示如图1 所示。学生们可以随时通过手机或者电脑等回放，这使得学生们降低了找教师答疑的频率，提高了课堂教学的学习效率和效果。

此外，在直播中，本课程还辅以微信小程序“慕课堂”进行师生间的课堂互动。学生们只要在手机上或者电脑端打开微信，就可以参与教师课前设置并发布的“慕课堂”中的讨论、分组、签到、问卷和课堂练习等互动项目。互动环节有别于传统的说教模式，激发了学生的学习兴趣，体现了以学生学习为中心的教学理念。教师通过小程序了解到学生的听课状态、对知识点的掌握情况、学生对授课方式的适应程度的反馈。基于Logisim 的硬件实验环境与实验过程展示如图2 所示。

2.3 实验环节

原始状态下始终采用实验箱进行连线和硬件测试与设计等工作，一个小部件、一个LED 灯泡坏了都会影响学生看到真实可靠的实验结果。于是教学团队教师开拓思路，选用教育部推荐的Educoder 虚拟仿真在线实验平台。华中科技大学的“计算机组成原理”虚拟仿真实验，依托Logisim开源的仿真软件，类似闯关游戏的模式，激发了学生的兴趣和动手能力，如图2 所示。任课教师能进行二次开发和在线辅导，从逻辑门开始逐步打造属于学生自己的CPU，实验指导书内容详尽，边学边做，让学生如在游戏中积累经验值。采用在线虚拟仿真实验解决了硬件实验长期依赖老旧的实验箱，缺乏经费更新新设备的窘境。同时也对更新实验内容搭建了平台，为培养学生的动手和创新能力提供了源动力。

2.4 作业与练习

为了进行过程化考核的教学改革，本课程采用QQ 群里的小程序——作业。通过QQ 群小程序发布作业和练习题，学生们可以用纸和笔计算和画图练习主观题，拍照上传到小程序里面，教师使用手机便可批改作业，不依赖设备方便快捷，有利于收发和统计作业。

3 润物无声将硬核技术融入课程思政

在“计算机组成原理”课程内容中，涉及到很多硬核技术和瓶颈问题。如计算机系统中的重要组成部件CPU 的设计制造等，与愈演愈烈的贸易战和国际形势紧密相关。因此，课程组通过定期召开研讨会，设置了一些讨论题目。在专业必修课中，任课教师首先要旗帜鲜明，通过专业课程思政建设，为党育人，为国育才。设置的思政讨论题目如下：每一个题目均为开放性的论题，让课程思政与爱国主义、家国情怀、国家安全等多方面专业课程紧密结合起来，润物无声。

4 结论

本文将硬核核心课程“计算机组成原理”打造成线上线下混合式课程，逐步搭建课程资源，改革教学方法和手段，尝试多种多样的课堂互动，课程过程化考核统计如图3、图4 所示。同时，理论课与实践课程相辅相成，创新实践项目，以OBE 理念为核心开展教学改革，将枯燥且抽象的芯片硬核专业课程打造成学生爱不释手的虚拟仿真实操项目，项目驱动的过程类似电子游戏中的闯关环节，真正抓住了学生的兴趣。将传统的灌输式教学模式彻底转换为以学生自主学习为中心的新模式。在实践教学改革中，达到了课程建设的高阶性、创新性、挑战度。课程改革内容全面、完整，形成了“三全育人”的创新格局，特别是后疫情时代，有利于改革与创新工科类课程，易于推广和应用。

图3 课堂活动统计图

图4 基于中国大学MOOC 平台的学生线上学习统计图