计算机组成原理与体系结构一流课程建设探究

杨泽雪 闵莉 曲天伟 运海红 李雅

摘  要：随着信息化教学的逐渐成熟，基于“金课”的两性一度标准，结合工程教育专业认证理念，如何建设线上线下混合式一流课程已经成为高等教育教学改革的重要课题。以“计算机组成原理与体系结构”课程为例，从课程目标、课程现状与问题、建设思路、建设方案、课程思政建设等几个方面探讨一流课程建设问题，为计算机类专业课程一流建设提供参考。

关键词：计算机组成原理与体系结构  一流课程  工程教育专业认证  金课

中图分类号：TP301-4;G642               文献标识码：A                  文章編号：1674-098X（2021）05（c）-0220-04

Exploration of Computer Organization and Architecture first-class Curriculum construction

YANG Zexue  MIN Li  QU Tianwei  YUN Haihong  LI Ya

（Department of Computer Science and Technology， Heilongjiang Institute of Technology， Harbin， Heilongjiang Province， 150050  China）

Abstract： With the gradual maturity of information-based teaching， how to build online and offline mixed first-class courses has become an important topic of higher education teaching reform based on the gender standard of "golden course" and the concept of engineering education professional certification. Taking the course of "Computer Composition Principle and Architecture" as an example， this paper discusses the construction of first-class courses from the aspects of curriculum objectives， curriculum status and problems， construction ideas， construction scheme and curriculum ideological and political construction， so as to provide reference for the first-class construction of computer professional courses.

Key Words：Computer Composition Principle and Architecture; First-class curriculum; Engineering education accreditation; Golden course

2018年6月，“金课”概念首次被提出，2018年11月，“两性一度”标准被提出，2019年4月，教育部启动一流专业和一流课程的“双一流”建设，2020年11月，教育部认定5118门国家级一流课程。在此背景下，开展一流课程建设具有划时代意义。

以计算机组成原理与体系结构课程为例，从课程目标、课程现状与问题、建设思路、建设方案、课程思政建设等几个方面说明课程建设情况。

1  课程目标

基于专业认证理念[1]，遵循国际计算机课程体系规范CC2020[2]，确定本课程的知识目标、能力目标和素养目标。

知识目标：掌握现代计算机基本组成部件的结构与工作原理以及信息加工处理和控制过程的分析设计方法。

能力目标：具备硬件知识的运用能力和系统能力，具备解决计算机系统层面复杂工程问题的能力。

素养目标：坚持立德树人，具备爱国主义、团队合作、责任担当的精神。

2  课程现状与问题

（1）当前的教学模式下，学生参与度不够，激发学生学习的兴趣，营造自主性、参与性的学习氛围，成为教学改革的重点问题。

（2）计算机内部各部件的基本概念繁多，难以直观观察计算机内部状态，各部件之间的关系繁杂，整机概念不清晰。

（3）实验主要是通过传统的实验箱进行简单的验证性和观察性实验，实验体系不够完整，不能体现差异化教学，不能将硬件与软件融合在一起，建立系统观。

（4）授课过程缺少课程思政元素，如何在教学的过程中融入课程思政教育成为当前课改的重要问题。

3  课程建设思路

课程建设基于一流课程标准[3]，听取行业专家的意见修改课程大纲，结合行业需求和社会前沿确定课程内容，在教学中注重将理论知识融入到实践中[4]，侧重培养学生的系统能力。

该课程采用混合式教学模式，按照从“整体（计算机整机）→局部（各个硬件子系统）”的架构，先概括整个系统，让学生首先建立整机观念，再详细讲解各硬件子系统的工作原理。讲授知识点的的选择要体现先进性，在经典内容基础上扩充最新行业发展动态。培养学生的系统观和工程观，实验设计突出工程性和实践性，利用线上资源提供自主学习的支撑。实验教学采用经典的实验箱与虚拟仿真平台[5-6]相结合的方式，建立分层次递进式的实验体系，帮助学生理解计算机软硬件系统。

4  课程建设方案

4.1 教学模式

本课程采用该课程采用“MOOC+SPOC+翻转课堂”线上线下混合模式进行教学，如图1所示，MOOC采用教学团队在智慧树平台自建的在线课程，通过MOOC改造传统课堂，优化教学设计，整合教学资源形成新课程，满足混合式教学需要。

线上教学采用“智慧树”平台自建的《计算机组成原理与体系结构》慕课资源，如图2所示，该慕课包括7个教学单元，视频总时长659min，电子课件资源47个，内容对应每个教学视频，视频弹题数量120个，章节测试题总数量166道，讨论题30道，材料分析题10道，期末试题总数量110道。现已应用4个学期，累计选课学校22所，累计4223人学习了本课程，累计互动次数2.59万次。

4.2 授课内容安排

根据课程大纲安排，将课程内容分成7个教学单元和50个核心知识点，如图3所示。对每一个知识点，按照Bloom分类法的6个认知过程来理解，如果学生掌握的程度处在回忆和理解（初级）水平时，得到的成绩为及格;当学生掌握的程度在应用和分析（中级）水平时，得到的成绩为中等;同样，当学生掌握的程度处在评估和创造（高级）水平时，得到的成绩为优秀。

4.3 学时安排

课程共56学时，传统授课理论学时为40学时，实验学时为16学时，采用混合式教学模式，线上学时28学时，线下学时28学时，线上线下学时安排如图4所示。其中线上学时安排为：计算机系统概论1学时，运算器3学时，系统总线1学时，存储器3学时，输入输出系统1.5学时，指令系统2学时，CPU系统2.5学时。线下教学包括大班课堂、大班教学、以讲代练和翻转课堂四种形式，线下学时安排为：第一次和最后一次采用在实体课堂中进行的大班课堂形式，在运算器、存储器、指令系统和CPU系统这4个教学单元中采用大班教学、以讲代练和翻转课堂的形式。为了兼顾优秀学生和普通学生，实现层次化教学，采取“大班授课+小班翻转”的授课形式，学生可以自愿选择学习方式，其中普通组采取大班教学方式，也可以参加翻转课堂，但是可以不将翻转课堂的成绩计入总成绩，而翻转组学生必须参加翻转课堂。

4.4 考核方式

成绩主要是由线上成绩、实验成绩、期末成绩组成。线上成绩包括视频观看进度和互动成绩、线上章节测试成绩和线上期末考试成绩。成绩评定方式如表1所示。

5  课程思政建设

在授课过程中自然融入课程思政[7]，例如在讲到计算机的发展及应用时，讲解我国计算机的发展历程，讲解中国超级计算机世界排行，通过中国超级计算机从落后到领先的飞速发展，展现我国超级计算机领先地位，给学生建立自信，培养学生的爱国情怀。

在讲解CPU芯片时，引入我国华为公司生产的海思麒麟系列处理芯片，介绍处理器架构、功能特性以及工艺特点，并进一步了解华为公司在5G通信技术方面取得的成就，在向学生传授CPU的专业知识的同时，鼓舞学生明确技术创新的远大目标。

6  结语

本文基于工程教育认证体系，以计算机组成原理与体系结构课程为例，给出课程目标、课程建设思路、课程建设方案及课程思政建设等方面的建设过程，为一流课程建设提供思路。

参考文献

[1] 工程教育认证标准（2017年11月修订）[EB/OL].https：//www.ceeaa.org.cn/gcjyzyrzxh/rzcxjbz/gcjyrzbz/tybz/index.html

[2] http：www.cc.2020.net，http：//cc2020.nsparc.msstate.edu/

[3] 張红伟，蒋明霞，兰利琼.一流课程建设的要义：思想性与学术性[J].中国大学教学，2020（12）：36-41.

[4] 陈锦煌，陈钊淇，刘志洋.仿真实践结合理论教学法实现计算机组成原理课程教学改革的措施探讨[J].当代教育实践与教学研究，2020（4）：185-186.

[5] 吴继明，钟群锋，曾碧卿.虚拟仿真技术在计算机组成原理实验教学中的应用[J].计算机教育，2019 （3）：34-38.

[6] 胡迪青，谭志虎，吴非.计算机组成原理”课程虚拟仿真实践教学研究[J].电气电子教学学报，2018，40 （4）：113-116.

[7] 于歆杰.理工科核心课中的课程思政——为什么做与怎么做[J].中国大学教学，2019（9）：58-62.