新工科背景下提升学生学习成效的路径研究与实践——以 “计算机组成原理” 课程教学为例

赵琳娜

（内蒙古民族大学计算机科学与技术学院，内蒙古 通辽 028043）

0 引言

新一轮科技革命和产业变革与我国新经济快速发展迫切需要工程人才支撑，对未来工程人才核心素养的需求越来越多元化、转换速度越来越快［1］。培养学生自主学习能力、提升学生学习成效是新工科背景下，面对不断变化的社会发展要求，工科专业学生培养的关键所在。为此，工程人才的培养应遵循OBE教育理念，从社会、行业、用人单位及个人的需求出发，对接国家发展需求，以成果为导向，学生为中心，建立由需求决定培养目标，培养目标决定毕业要求，毕业要求决定课程体系建设和课程教学的持续改进良性闭环培养模式［2-3］。2014年以来，我国高校纷纷开始进行探索实践OBE理念的教学改革（模式），广泛开展项目驱动式教学、翻转课堂、线上线下结合教学、体验式教学，通过多种教学模式的开展，以激发学生学习的积极性、主动性、创造性［4］。上述教学改革虽然在教学中发挥了一定的作用，但在目前教学学时大量压缩、教学内容不断求新求变的矛盾下，单纯依靠课堂教学模式的改变或简单线上线下教学形式的结合，无法达到OBE面向成果，旨在提升学生学习能力的根本要求。从传统教学侧重知识培养到OBE教学侧重能力培养，传统教学的弊端在哪里，新工科建设要求下如何提升学生的学习成效是亟待研究的教学问题。笔者以 “计算机组成原理” 课程为研究对象，探索建设以学生为中心，面向产出需求，通过反馈数据引导持续改进， “线上线下” 结合， “课上课下” 延展， “校外校内” 并行， “实操虚拟” 融合、 “达标提升” 并举、 “专业思政” 并重的多元融合课程教学系统，通过多层面融合互促的教学改革，助力学生自主学习能力和学习成效的提升。

1 “计算机组成原理” 课程教学影响学生学习成效的因素

1．1 专业课学时压缩与教学内容增量之间的矛盾 “德智体美劳” 全面发展的新时代专业培养目标增加了德育、体育、美育、劳动教育学分比重，相应减少了专业类课程的学时学分，而新工科对专业人才的培养要求求新求变，课程教学难度增大与课时减少之间存在着比较突出的矛盾。

1．2 学生过程性学习成果取得、评价随意，无法对学生学习能力提升形成有效促进 按照混合教改要求， “计算机组成原理” 课程通过平时成绩考核学生过程性学习成果，平时成绩的构成主要包括：作业、报告、课堂表现。作业、报告由于一般采用书面形式提交，普遍存在学生相互抄袭借鉴，应付完成的情况；学生的课堂表现由于没有明确的成果形式，存在评价量化随意，考核不严格的情况。上述过程性成果不能全面真实反映学生的学习能力。

1．3 课程缺乏多层面反馈数据，课程教学数据单一 学生在课程学习过程中形成的信息是衡量和评价学生学习情况的重要依据，目前， “计算机组成原理” 课程数据主要由平时成绩和期末考试成绩两类数据构成，即课程数据为过程性或终结性量化考核性数据，以考核性数据评价学生学习情况和成果是对学生整体的比较化评价，没有体现对学生个体学习成果内涵和学习进步的评价［5-6］。课程缺乏对学生学习感受、学习体验、学习态度的反馈信息，没有真正做到以学生为中心、以学生学习能力提升为目的开展教学。

1．4 课程教学同一化，没有体现对不同专业，不同学习需求的学生的区别化服务 面向产出是专业培养的根本要求， “计算机组成原理” 课程是计算机类专业的基础课程，除计算机科学与技术专业外，网络工程、软件工程等专业也开设该课程，虽然课程按照不同专业制定了教学大纲，但在教学实施中，没有对不同专业开展差别化教学，仍然实施同一教材，同一教法、讲法、学法。在网络教学资源提供中，也没有对资源进行专业差别设计和学习难度层次的区分，全部学生都学习浏览同一网络教学资源。这种无差别化教学不能满足学生的个性化培养需求，不能真正实现面向培养目标产出的教学，无法真正对接社会、国家对人才培养的专业技能需求和学生个体不同发展目标的需求。

1．5 思政教学与专业教学没有达到同源同向，共助教育的目的 培养全面发展的社会主义接班人是新时代人才培养的核心要义，思政教育、专业教育共同推进才能保证社会主义人才培养的根本目标［7-8］。 “计算机组成原理” 课程思政教学按照约每12学时一个思政点进行设计，思政教学点一般根据某项教学内容可以引发的思想对学生进行思政教育。这样的思政教学方式，在教学设计和实施中比较容易实现，但零散的思政点设计方式以及与教学内容结合的随意性，不能帮助学生建立学习本课程和 “为何学习、为谁学习” 的思想教育联系，存在为思政而思政的形式化教学。没有从课程目标及专业发展需求的本源出发，不深入挖掘思政、专业共同的教学本源，无法达到思、专同向共进的教学目的，对通过课程的学习，提升学生的思想教育帮助不大。

2 “计算机组成原理” 课程学生学习成效提升的方法措施

2．1 充分利用线上教学模式，解决课时和教学内容增量之间的矛盾 针对教学学时缩减的压力，着力建设课程线上资源，打造数字化课程资源，包括教学用数字化资源包：课程大纲、电子教案、电子课件、教学进度、实验指导手册、教材名词解析。学生自学互学数字化资源包：重点教学内容短视频、典型例题习题讲解短视频、学生翻转教学短视频、课程达标试题库、考研扩展试题库、前测试题、章节自测试题、虚拟实验平台包、模型实验机指令代码集等。专业资源包：各专业培养目标、各专业毕业要求、各专业本课程的课程目标、各专业考核评定标准等。通过分类建设课程教学资源，为学生提供丰富且指导清晰有效的线上学习支撑。

合理规划 “线上线下” 教学功能。采用任务驱动教学方式开展线上教学，布置学习任务，引导学生观看、学习重点教学视频，完成基本知识学习及测试；在线下课堂教学中，重点进行学习内容的实际应用，通过例题、习题及实际应用强化学生对重点内容的深层理解及应用。通过线上线下的不同教学侧重，分工完成整体教学，解决学时、内容的矛盾。

2．2 对接新工科要求，改革教学内容及评价标准 积极适应当前社会对计算机硬件人才的发展需要，对 “计算机组成原理” 的课程体系、理论及实验教学内容等进行改革建设，并不断进行课程内部的持续改进。将学生容易理解学习的教学内容由教师讲授改为学生自学，要求学生自学并撰写该部分内容的分析总结报告，提升学生查阅文献、分析研究文献的能力。增加设计性及综合性内容的教学比重， “高速缓冲技术” “指令流水线技术” “控制器设计” 等章节内容均加大了教学学时。将 “RISC及CISC技术” 等前沿技术设置为学生自学讨论内容，要求学生自学并撰写该部分内容的研究报告，同时在网络平台上对该部分内容开展讨论活动，拓展学生的视野，培养学生积极探究的学习意识。设置新的实验项目，增设存储器、寄存器、模型机设计等3个实验项目，其中，模型机指令设计实验项目在实验教学的深度、广度均有较大提升，有效促进学生硬件设计能力的提高。

通过修改完善教学大纲，明确学生学习成效评价标准。对学生学习预期成果运用布鲁姆教学认知分类进行了明确的能力目标达成描述；突出实验教学对学生能力的培养，在课程大纲的实验教学部分增加实验项目拓展思考研究内容及对实验完成情况和实验报告撰写的明确要求；完善过程性考核的评分标准，修改评分标准中模糊不可衡量的评价描述，对各项过程性考核按照对应的课程目标，进行可衡量、易实施操作有针对性的评价；在教学大纲中增加了对思政教学的明确要求。

2．3 推行课下DIY教学模式，提高学生学习成效 为真实提升学生的学习成效，达到布鲁姆学习的较高层级，开展 “课上课下” 延展教学，推行课下DIY教学模式，主要包括作业及知识点学生自讲解DIY和虚拟实验操作DIY模式。在作业及重点教学内容课下DIY模式中，布置视频讲解作业，避免单一形式的书面作业，学生之间模仿完成或抄袭完成的假学习成果。在DIY讲解学习模式中，学生自己讲解知识点及作业练习题，可以较好地使学生达到对学习内容由 “知道了解” 到 “表述、解析、应用” 的层次提升。

在虚拟实验操作DIY模式中，建立 “实操虚拟” 2个维度融合的实验学习系统，通过安装运行虚拟实验软件包，为学生提供可以 “行走” 的实验室。在网络教学平台上发布不同难度层级的实验项目，引导学生利用课下时间在虚拟实验平台上进行实验训练，形成发现问题-解决问题-实操验证的自主实验、实践学习模式。另一方面，虚拟实验DIY模式为课上实操能力强的学生提供了拓展实验训练的通道，也为课上实操能力弱的学生提供反复进行基础实验训练的通道，满足不同学习需求学生的随时动手实践操作的要求，有效提升了实践操作能力。

2．4 建立课程反馈数据信息，以学生志趣变方法，以数据技术促教学 建立课程数据信息资源，通过数据技术推进教学改革。建立课程调查问卷反馈数据信息，分别在期中和期末发布2次课程问卷，针对教学方法、教学内容、教学活动、学生学习体验、学习感受进行调查分析，问教于学生。根据反馈数据信息，了解学生的学习需求，适当调整教学进度、教学方法、教学内容，采用学生乐于接受、学习体验良好的教学方法、教学活动，注重教学方法和活动对学生学习的帮助、实用，以学生为中心开展教学，通过反馈数据促进教学改进，形成持续改进的良性课程闭环。

建立学生学习表现数据信息。通过课程问答记录、习题讲练记录、讨论参与记录、完成实验项目难度及完成时间记录、学生互评记录、学生自评记录、教师评价记录，及时了解学生的学情，对学习困难的学生开展有针对性的教学帮扶。学生学习表现全数据信息可以全面、客观反映学生学习情况，帮助学生认识自身学习技巧及学习方法上的优劣势，为学生自主学习、终身学习能力的培养做有益引导。

2．5 开展差别化教学，以产出为目标，服务不同学习需求的学生 在教学中，针对不同专业学生，进行不同的教学内容规划设计。例如：对于计算机科学与技术专业学生，注重讲解知识的系统性，培养学生对计算机系统的分析和研究能力；对于软件工程专业学生，突出软件应用与硬件工作原理的结合，帮助学生理解软、硬件之间的内在联系性；对于网络工程专业学生，加强学生对硬件知识学习的延展性和承接性，为网络架构打好硬件基础；对于数据科学与大数据技术专业学生，突出数据表示、存储、运算方法和原理的讲解，使学生能够更好地理解信息存储、加工处理的技术原理。

在教学大纲、实验教学设计、网络平台教学资源中也明确体现专业培养目标、毕业要求的差别，帮助学生理解不同专业目标和课程学习的侧重点，进行有目的的学习。

针对不同学习能力和学习需求的学生，注重课程网络平台的差别化资源建设，实行 “校外校内” 并行的网络平台建设，提供校内（优慕课）和校外（智慧树）2套并行平台系统，形成资源互补，实现差别化资源建设。校内平台主要满足课程达标需求，校外平台主要满足学习提升需求。校内平台提供课程基础题库、重点教学内容、典型例题习题讲解视频，设置 “学生作品” 模块，展示学生作品，提升学习兴趣，促进互学。校外平台精心筛选引入该课程其他省级精品课，建设综合试题库和考研试题库，满足更高学习目标学生的学习需求。通过2个平台实现 “达标提升” 并举。

2．6 研究课程目标要求，开展主题鲜明的课程思政教学 分析研究课程教学内容和课程目标，依据硬件课程的教学内容特点和课程目标要求，以我国IT业硬件发展中的机遇和困境及计算机各部件研究设计时需求的新意识新精神作为课程思政总体思想。在教学中 “专业思政” 并重，通过贯彻于课程学习目标的统一思想教育，引导学生认识课程学习和 “为何学，为谁学” 思政教育本源，理解学习课程的专业意义和为国家服务的意义，树立为国家IT行业发展进步，勇于吃苦担当的工匠精神，做德技兼备的工程师。

3 结语

“计算机组成原理” 课程进行的多元融合教学改革，对教学主体学生和教学引导者教师进行了分析研究，给出了学法、教法的双向建议，对提高学生学习成效、培养学生学习能力是一种有益的探索，其中一些改革思想、方法有一定的参考意义。通过对 “计算机组成原理” 课程的教学改革，提升了学生学习组成原理课程的积极性和主动性，同时学习成效有明显提高。近两年的课程教学中，学生完成课程相关内容的研究报告156 份，录制翻转讲解视频273 份，形成课程调查反馈问卷约200 份，学生课程数据信息约600份，学生课程目标达成情况均在0.7以上。