强调课程导入与融入思政元素的云下课堂

林巧民 张台国 梁雨薇

摘要：作为一门主要介绍硬件工作原理的课程，计算机组成原理对于学生的学习兴趣并不高，针对该情况，一方面强调了该门课程的课程导入环节的重要性，另一方面融入思政元素，并通过云下课堂这种线下+线上的授课模式，开展BYOD（Bring Your Own Device）混合式教学，实践表明，改革措施明显提高了学生们的学习积极性和兴趣，同时，课堂互动环节得到了显著的增强。经过比对近三年该门课程的期末考试成绩情况，验证了强调课程导入、融入思政元素的云下课堂这种改革方法的有效性。

关键词：计算机组成原理;课程导入;思政元素;云下课堂

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）21-0149-02

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计算机组成原理的课程目标在于让学生从程序员角度深入理解计算机系统，从而提高编制高效程序和调试程序的能力[1]。但是，国内绝大多数高校的计算机组成原理課程体系缺乏系统性，教学模式传统，总体上与国外一流大学相比还有很大差距[2]。计算机组成原理是计算机专业的重要课程，是深入了解和掌握计算机基本工作原理、建立计算机知识体系结构必不可少的部分，其涉及知识面广、内容多且更新快，一些知识点较为抽象，教师普遍感到教学难度大[3]。为此，我们对该课程进行了一系列的教学改革尝试。

1课程导入

为什么要学习计算机组成原理这门课程？大多数教材在概述章节中只是强调这门课怎么重要，可以学习到很多硬件的知识和原理，却很少将其跟软件设计联系在一起，尤其是给出具体的实例，让已具备软件设计知识的学生知道，光学习软件设计方面的知识是不够的，还需要了解和理解硬件的工作原理，因为软件最终执行是靠硬件来支撑的。即便有的教材在后面章节给出了软硬件相结合的例子，但是，我们也建议应该将一些例子提前到课程导入环节来介绍。下面是我们教学改革后，在导入环节给学生介绍的软硬结合实例中的两个，它们出自2010年全国计算机类研究生入学考试计算机组成原理统一试卷，为了节省篇幅，我们做了一定的简化：

例子1：假定变量i、f和d的数据类型分别为int、float和double（int用补码表示，float和double分别用IEEE 754单精度和双精度浮点数格式表示），已知i=785，f=1.5678e3，d=1.5e100。若在32位机器中执行下列关系表达式，则判断语句“（d+f） - d == f”的结果为 “真”还是“假”？

在互动时，不少同学对于这道题目的判断出错了，为什么结果是“假”呢？因为d+f时，由于d过大而f过小，出现了“大数吃小数”现象，此时，大多同学立马出现了学习的兴趣，好奇心驱使他们想要探个究竟，这时，我们就可以将程序设计语言课中数据类型采用的IEEE754存储标准进行简要介绍。

此外，可以进一步和学生互动“0.1这个小数能被精确存储吗？”，答案是不能的，一些同学答错了，因为这个问题在同学们学习程序设计语言时，大多被忽略了，大部分同学只知道各种数据类型都有各自的取值范围，虽然有精度和广度的概念，却没有如此具体而简单的实例，将精度跟存储格式结合起来考虑，就很容易理解了。理论上，计算机能表示的数其实是很有限的，即便存储字节数再多，也会有无限的数是计算机所不能直接存储表达的，计算机存储的数从数学角度看，总是离散的。基于二进制的计算机不但存储不了0.1，0.2、0.4……也一样不能被精确存储。

例子2：某计算机的主存地址空间大小为256 MB，按字节编址。指令Cache和数据Cache分离，均有8个Cache行，每个Cache行大小为64 B，数据Cache采用直接映射方式。现有两个功能相同的程序A和B，其伪代码如下所示：

假定int类型数据用32位补码表示，程序编译时i， j， sum均分配在寄存器中，数组a按行优先方式存放，其首地址为320（十进制数）。请问哪个程序的运行会更快？

程序A和B是同学很熟悉的题目，但问大家哪个程序跑得快？一下子课程气氛就起来了，因为之前他们从来没有考虑过这个问题，而且这个问题对于他们来说，也普遍觉得有点趣味。虽然同学们对于Cache是陌生的，但我们通过用简单易懂的语言把基本原理讲述过后，发现大部分同学还是能理解的，而且这大大调动了他们学习计算机组成原理课的积极性。没有硬件知识，想要成为软件高手，这是不可能的。

通过这两个例子一下子就让学生理解了计算机硬件的重要性，改变“重软件轻硬件”的倾向，明白软件设计离不开硬件知识的掌握与理解。

2融入思政

课程思政的核心是教学中要恰当的融入“盐”，让课程学起来“有滋有味”[4]。习近平总书记的这个新鲜而又生动的比喻含义深刻、蕴意丰富，对加强和改进大学生思想政治工作有着深远的启发意义。教材我们选用北京邮电大学白中英老师主编的《计算机组成原理》（第5版），全书11章，前8章为基本教学内容。经过对教学内容梳理，第1章到第8章均可进行一定的教学改革并融入相应的思政元素，促进学生对计算机组成原理重点内容的理解。教学改革思路及思政元素的融入见表1。

譬如，章节2.1中的IEEE754标准为浮点数的存储进行了定义，并提供了32位和64位两种格式，但无论哪种格式，它们所能存储的数据都是有限的，前面我们已经提到过，即便是0.1、0.2类似简单的数，它们都无法精确存储，这是它们的固有缺点，但这并不妨碍计算机发挥它的长处，为我们人类所用。做人也一样，人无完人，在与他人的相处中，我们应多看到别人的优点，包容他人的缺点，正如古人所讲“人至察则无徒”，计算机都有缺陷，更何况人乎，做人，不必苛求完美，但也应立足实际，不断完善自我，让每个人都成为更好的自己。

3云下课堂的功能设计

云下课堂是我們开发的一个线上线下教学融合的项目，并在2021年计算机组成原理课程的教学中进行了实施，该项目也获得了2021年江苏省大学生计算机设计大赛三等奖。云下课堂基于“互联网+”思维，试图让大学生们的笔记本电脑、智能手机在走入课堂的同时，将其利用起来，开展BYOD（Bring Your Own Device）教学。疫情总有结束的一天，到时，云上资源仍然可以发挥作用，下放到传统课堂中的师生自带设备，让线上线下资源相互融合、师生设备协同工作，促进教学活动的高效开展。在云下课堂的实施过程中，我们观察到学生的学习积极性相比往年有了明显提高，对BYOD教学产生了一定兴趣。图1是云下课堂的功能设计。

上述功能是“教育部在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中强调要利用信息技术开展探究式、参与式教学”的号召下设计的，可以很好地解决传统课堂的一些不足，如：师生间缺少互动;老师不能及时收到学习情况的反馈;学生不能在课后回顾上课内容等。

4结束语

2020年的考试成绩相比2019年，略有下降，这个可能和疫情期间采用单一线上教学有关，到了2021年，我们强调了课程导入内容及其重要性，融入了有关思政元素，并采用了云下课堂这种线下+线上的模式，考试成绩相比前两届均有较大幅度的提高，低分考生人数下降了，而高分段考生人数明显增加。课程改革显示，学生的学习积极性更高，注意力集中，互动效果更好，教学效果有了显著提升，我们也将在未来的教学中进一步探索和提高。

参考文献：

[1] 蒋永国，洪锋，董军宇.面向系统能力培养的计算机组成原理核心课程建设[J].计算机教育，2015（21）：3-6.

[2] 袁春风，陈贵海，黄宜华，等.“计算机组织与系统结构”课程的教学现状和改革思路[J].计算机教育，2009（16）：153-156.

[3] 杨旭东，肖铁军，丁伟，等.计算机组成原理课程教学改革[J].计算机教育，2013（7）：46-49.

[4] 张策，吕为工，李剑雄.以学生为中心的计算机类专业核心课程的课程思政改革[J].计算机教育，2021（4）：51-55.

[5] 金灿荣，米兰.打铁还需自身硬大危机时代和中国式突围[M].北京：现代出版社，2013.

【通联编辑：王力】