基于课程思政的计算机组成原理线上线下混合教学模式研究

熊建芳　刘金芳　王全辉　乔付　刘忠艳

关键词：计算机组成原理；课程思政；教学改革；线上线下；教学模式

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）14-0147-04

0 引言

随着人工智能、大数据、虚拟技术等科学技术的出现，智慧教育[1]新模式牵一发而动全身，迫使计算机专业学科及其教学内容等再来一轮改革和建设。前几年教学中慕课、翻转课堂、微课等教学方法不断推陈出新，合作、共享、开放及交互等优点都显露出智慧教育的先进性。打破传统教育教学模式，线上线下混合教学模式[2]逐渐成为目前计算机专业教学的主要手段。另一方面，特殊时期（如台风、疫情等），网上教学成为刚性需求，迫使计算机专业课传统教学方式向线上线下相结合模式迅猛发展。线上线下混合式教学模式[3-4]是“互联网+教育[5]”的外表形式之一，可以作为高等学府教育发展的最前线。高等学校学生更加喜欢学科流行前线，融学习专业、娱乐性于一体的教学新模式。因此，高校教师不断学习、不断变换教学模式，以适应新的教学任务和社会发展需求。结合计算机专业科目特点，尤其是计算机施教过程中理论与实践教学严重脱节的情况，探索线上线下[6-7]混合教学模式，不断提升学生计算机理论研究和实际操作的水平。

1 教学问题分析

为响应现代化教学需求，大多数高等学校正在循序渐进地进行课程方面的教学改革研究。主要研究与探索教学的内容体系、方式方法、考核评价方式等多个方面[8]，虽然取得了一定的成果，但仍然存在许多问题，如计算机组成原理的以下问题：

1）知识点抽象，晦涩难懂

本课程主要讲述计算机硬件部分的工作原理等内容其中包括CPU、存储器工作原理、指令系统及总线系统等内容，每个知识点都非常抽象且难以理解，需要学生有较强的理论知识支撑。因此计算机组成原理这门课程普遍存在挂科率高的现象。

2）学时数不够

该科目的理论知识点较多，计算机五大硬件部件[9-10]（运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备）的工作原理彼此独立，又相互交融。教师采用传统的填鸭式的教学方式，想要在理论学时48学时内详细透彻地讲解每个硬件工作原理不是容易的事。

3）理论与实验结合不紧密

理论课上完之后，教师通常情况下为了复习前面所学知识会，让学生做课后习题。由于实验室的设备没有及时更新，且设备老旧，实验课及设计课一般安排在学期结束前几周（即理论课学时超过半数）。学生不能和所学知识点一一对应进行实验，这样容易对所学内容不连贯记忆，对课程要求的知识点掌握不扎实，最后致使实验和设计课的最终效果不能达到预期。

4）学生平时成绩考核方式单一

传统教学方式下，对学生的考核方式只能通过考勤和作业及实验来进行。方式单一，对一些上进生的考核方式不够公平。

5）教师教学负担过重

由于计算机原理第二章和第三章涉及大量的练习，为了审阅学生的作业，教师不得不花费大量的时间。比如运算器和运算方法章节练习作业，学生的一份作业高达9页以上，承担两个教学班的老师每周需要花大部分时间批改作业，并在此基础上进行点评。此外还要在日常通过QQ 群对110 多位学生进行答疑，教师确实不堪重负。

在计算机专业相关课程中，计算机组成原理占据核心基础课位置，其前驱课程有电路与模拟电子技术、数字逻辑，后继课程有操作系统、单片机等，具有极为重要的地位。但计算机组成原理课程本身具有理论性强、知识点多且抽象等特征，因此该课程向来以枯燥泛味著称，难以引发学生的学习兴趣。引入網络教学平台，实现课前网络教学平台导学、课后巩固，一些难掌握的知识点学生可以反复观看视频资料。这样学生们可以反复复习没有掌握牢固的知识点。计算机组成原理课程教学内容及方式的改革，不仅通过改变教授方式提高知识传授的效率及效果，还要启发学生根据教学知识点与教学特点，全面掌握整个知识体系的脉络。从而使学生理清所学知识点内容，主动激起心中的学习热情，以致学生们创新能力以及实践能力都迈上更高的台阶。这些变化将为计算机组成原理课程改革建设及其教学模式改革制定更高要求。另一方面，为了满足突发状况（如疫情、台风等）的线上教学必要需求，计算机组成原理这门课程被建设成线上教学和传统线下教学紧密相结合方式。新的教学模式努力实现知识传授、能力培养[11-12]和应对突发状况三者的有机统一。

2 实施方案

1）根据各章节教学要求由教师团队进行数字化平台的建设

以超星学习平台作为基础，将课程所涉及的内容及每个知识点详解制作成小视频，同时把仿真实验视频及习题难点等均制作成小视频，通过网络资源共享给学生，最后汇集成一套系统课程知识学习库，让学生在合理的时间使用。在教学过程中，通过超星平台的网络便利，授课教师可以把理论课程内容结合实验课程有序给学生进行授课。与此同时，实验时间及实验报告上交时间都可以灵活安排。有些实验内容在相应知识点的学习后，学生可以通过网络资源合理安排时间进行自主练习，不必像传统授课方式那种模式，只能在特定的实验上课时间完成仿真[13-14]实验。通过这些步骤学习后，学生可以对所学知识点有个直观认识。同时这种学习模式能满足学生追求真理、脚踏实地的务实的学习态度，进而诱发其学习热情，激发潜能。

2）基于线上线下混合教学模式的课程建设及教学方法

计算机组成原理和其他计算机类专业课一样具有很强的知识系统性的特性，理论联系实际较密切。且相关技术更新如摩尔定律一样快，前沿动态和时事政治一样时效性非常强，故外延知识和前沿技术都需要在课前做好充分准备。这些外延知识可以整合碎片化学习方式来配合传统教学，适合课外时间学习作为补充。鉴于以上所述，计算机组成原理这门课程非常适合线上线下混合教学模式。智慧教育教学模式是通过互联网，将现代化多媒体技术、大数据及信息技术等相关技术，让在线资源、网络教学与以往的课堂教学方式互为补充。线上线下教学模式中，学生可以自主学习互联网上共享部分，而且可以合理安排时间，甚至反复学习。同样，线上线下混合教学模式是外在的、客观的且容易实现，我们还需花时间和精力在上课模式、上课方法及内容等方面，保持形式和内容互为一致。

混合教学模式中使理论课与实验课相互糅合在一起，同时兼顾创新，并把思政教育[15-16]加入具体知识点上，培养学生的创新合作能力，线上线下混合式计算机组成原理课程教学方法架构见图1。图中线上教学模块和教学内容模块可以根据书本内容知识点自主设计。比如，计算机组成原理中计算机的运算器、存储器、指令系统、控制器和总线系统等，分别按知识点录制讲解微视频资料等，在合适的知识点加入思政教育。通过学习通平台，老师授课及学生学习天然合一，成为一体。通过超星学习通网络教学平台，吸收互联网共享资源。补充外延知识点、课堂课件等丰富的学习资料，如巨型机排名等视频、卫星飞天等珍贵资料，尤其要把我国高精尖科技动态、科研硕果及优秀科研人员资料制作成学习课件，趁机进行思想教育同时形成教育素材。以上多元次教学资源最终形成教学辅助资源库，并利用网络平台，通过授课同时進行摸索，结合线上线下混合教学模式，逐渐构建相应成熟教学方法。

3 课程思政融入教学内容里

3.1 融入思政教育的优势

计算机组成原理是一门核心基础课，有前驱及后继课，融入思政教育非常有优势。其优势如下：

1）这门课程主要授课对象覆盖面广，除计算机专业外还有机械电子、自动控制等专业都需要学习这门课程。故在此课程中融入思政教育可以激发更多学生的爱国热情。

2）该课程标准在职业规范、个人与团队、沟通、项目管理等方面有明确的毕业要求，与该科目思政教育方向一致，因此，在该课程在教学中加上思政元素是响应教学设计的要求。

3）该课程知识点内容，如华为鸿蒙操作系统、全球大型机的排名状况、中央处理器[17]发展历程等，这些内容自身就非常有教育意义，故该课程在教学中顺理成章地融入这些思政元素。

3.2 设计好融入课程思政的教学内容

思政元素融入课堂教学知识点上对书本知识的讲授有促进和补充作用。我们在课前要梳理课程内容所涵盖的知识点，将课程具体知识点与思政内容完美融合，并在教学环节中强化对团结互助精神、求真务实态度、真诚敬业精神及爱国情怀的培养[18-22]。鉴于以上所述，设计课程教学过程中融入的课程思政元素，根据课程教学内容的安排，在合适的课程内容中融入恰当的思政内容，课程思政整体设计如表1所示。

4 建立合理的考核制度

建立合理考核机制[23-27]有助于学生保持学习热情并陶醉其中。在教学过程中采用过程考核、学期末补充结果考核两者结合，学生的综合能力作为评价的重点。过程考核模块分为三小部分包含课前预习模块、课堂教学表现模块及课后巩固模块，与教学内容实施过程相互对应，结果考核以期末试卷考试为主。考核模块中的每一项都充分要求专业性环节和思政性环节，如最后期末考试过程中不但考查学生掌握专业知识程度，更侧重学生诚实答题的优良品格；实验课操作部分不仅注重学生的动手操作能力，更要侧重考查学生团队精神及严谨的科学态度，进而培养学生的工匠精神，为国家育人，高效完成教学目标。具体考核要求在表2详细列出。

对于过程化考核，利用学习通网络平台通过每章节的任务点、章节测验等对学生学习情况进行考核；课堂上通过随堂练习、即时提问及讨论等方式了解学生对该章节掌握情况；课后通过网络平台作业及上交纸质作业等方式巩固所学知识点。统计整个教学过程中的平时考核成绩，形成数据以便期末进行统计。

5 结束语

把学习通网络平台和智慧教育教学手段相结合，构建计算机组成原理网上教学平台资源，实现基于课程思政线上线下混合式教学组织形式。学习者可以通过网络教学平台自己合理规划并使用时间学习，有疑问的地方通过线上和教师交流。这种教学模式使学生学习时间自主，知识掌握更扎实。在考核机制上，结合人工智能及大数据分析等手段，进一步挖掘学生的参与度与掌握程度，使评价更合理、客观，全方位调动学生积极性。