基于新工科的混合式教学模式探索

朱荣刚　朱霞

【摘要】    随着信息技术及人工智能的快速发展，在新工科背景下和 OBE 理念指导下，以“计算机组成原理与系统结构”混合式课程为例对教学混合模式进行摸索与实践，采用线上线下混合式教学模式进行改革。实践证明，该教学模式在“计算机组成原理与系统结构”课程的教学实践中取得了良好的效果，切实推动了新时期教育教学改革。

【关键词】    新工科    混合式教学    计算机组成原理与系统结构

引言：

随着信息技术的发展，世界出现了人工智能、5G等热门方向，各个国家相继涌现出“互联网+”等新产业，导致社会缺乏大量全新的人才。教育部等12个部委提出发展新工科、新医科、新农科、新文科，即举全国教育之力来进一步改进或修改全国高校的所有专业，将顺应技术发展的专业进行强化建设，而对于阻碍技术发展的专业进行剔除，通过这一系列的操作来提高高校服务社会的能力，打赢本科教育攻坚战。[1]

专业的发展离不开人才培养模式的不断修订，在高校教学过程中几乎每一年都离不开一项工作，那就是每年春季开学后的人才培养方案的修订，这里面主要包括以下几个点：根据当前社会需求狗子学生的理论知识、动手能力、专业素养等。针对金陵科技学院网络工程专业的人才培养，集中新工科应用型人才的需求，主要培养学生的通识能力、专业能力、跨专业融合能力等。我们网络工程专业学生培养过程中深化公共基础知识、提高专业知识和冲刺发展突发知识。

教学不能忽视学生已有的知识经验，不可倔强地从外部到内对学生实施知识填鸭式“填灌”，随着知识获取路径的增加与编辑，各大高校公开课的增加，如何让学生在百家争鸣的情况下在自己专业领域有所建树，就是我们高校人才培养的重点了？授人以渔，还是授人以鱼？还在带学生去发现更大的湖海去任其获取？就在于培养学生如何在已有的技能的基础上挖掘新的技能，这样有利于提高自身技能，将旧技能中揉入新技能，提出创新与改革，在积累旧技能的同时也练就了新技能，一箭双雕。教师教学与学生停学不只是知识单纯的传递，而是一个理解与消化的过程。师生之间，同学之间在校期间会针对某个具体问题进行讨论与研究，这样才有助于沟通与理解。

“计算机组成原理与系统结构”作为计算机大类的一门专业基础课，在“大学生信息论”，“C语言程序设计”及“操作系统”、“嵌入式系统”等课程之间起到承上启下的作用。本文从金陵科技学院本科教育的背景出发，结合近6年来的课程教学实践，对该课程教学中存在的问题进行了探讨与改革。

一、“计算机组成原理与系统结构”的混合式教学实践

学习皮连生教授提出的广义知识学习阶段，采用混合式教学模式，教学过程中以学生为主体，教师为辅体，把教学过程分为以下三个阶段：课前线上自学、课中线下教学、课后训练拓展，具体内容如图1所示[2]。

借鉴皮连生教授的教学经验，以“计算机组成原理与系统结构”课程中授课内容为例，引入线上线下混合式教学模式进行实施并呈现对应的教学效果。本课程主要介绍计算机系统的内部组成和具体工作原理，包括基本逻辑部件、指令系统、中央处理器，中断系统、存储系统和I/O系统等。要求学生掌握计算机系统中5大部件的工作原理，组成方法及相互之间的关系，尤其是各组成部件有机连接构成整机系统的方法。熟悉典型计算机的硬件结构，计算机的硬件设计以及专用集成电路 ASIC 的設计和实现原理，为培养学生在计算机系统的分析、设计、开发和使用等方面的能力打下基础，也为本专业后续课程的学习做准备。

该课程属于新工科应用型人才培养的典型专业基础课程，具有鲜明的交叉性和应用性特征。

1. 课前线上自学阶段：课前 2 周在 MOOC 平台观看哈工大刘宏伟教《计算机组成原理》的教学视频及配套课程资源，并布置一些作业作为线上自学任务。在学生完成线上自学后，要求学生在班级群里一起讨论作业并引发更多思考，在这期间任课老师暂不参与讨论，让学生先讨论起来，老师再给与方向并指导。

2.课中线下教学阶段：课程上因为面对面的关系，教师可以及时获取到学生的学生状态，从而得知学生的自主学习效果，因为作为一名老教师，可以快速的在授课的过程中，从学生的面部微表情（轻松、凝重、困惑等）来获知学生的成效，有点类似于心理学里的微表情观测。一般上课前5分钟会对学生MOOC学习的知识点进行回顾，对已有的知识库进行更新，这时老师要学会把每个知识点当成珍珠，帮助学生串成珍珠项链，这样知识点就够构成了闭环，学生对知识点的认识就加深了。课间通过一些阶段测试环节来跟踪学生的掌握情况，比如通过问卷答题、小论文等方式。将绝大部分知识的学习放在线上进行之后，最宝贵的、有限的线下学习时间效果最大化。

3.课后训练拓展阶段：总结很重要，教师先对课堂上的知识进行思维导图式的总结，采用思维导图的方式有利学生一目了然，而且可以让学生学会拓展。课后要求学生自己写学习日志，在不看教师PPT的情况下，将当日的知识点画出思维导图，并思考如何将今日的思维导图承接到上一堂课的思维导图，直至整个课程结束，一门课一幅图。而且还会学会不同门课程之间的衔接关系，乃至大四毕设时可以用一副思维导图将大学4年的所有知识点进行呈现。此外在基本任务完成后，给学生布置一些具有挑战性的任务，即课堂教学的深度延拓。课后向学生布置《编码：隐匿在计算机软硬件背后的语言》及《三体》等题材的阅读任务，要求学生利用周末或大小假期进行阅读，并要求学生在班级群里分享读后感，以促进大讨论与大思考。通过教学模式的改革，以学生为主体，引发学生自主兴趣，加强学生的参与度和学习体验，提高学生利用现有知识处理实际问题的能力，有利于学生创新观念的形成，通过阅读课外教材让学生更加理解任何知识都要应用到实际生活中才能发挥最大的价值，而不是闷头读死书。

二、成果

经过六年教学的改革与实践，“计算机组成原理与系统结构”教学效果有了明显的提高，主要集中在以下几个方面：

1.自主学习大大增强。之前大部分学生只是依赖本门的教材和任课教师，老师讲什么就听什么，没有讲到地方主动忽视，没有深挖的意识，教材只看老师推荐的，不会主动到图书馆取寻找其他教材，通常上课就是被动接受，不会主动思考今天老师讲解的点在整个课程，乃至真个专业中的作用与地位。在后期的改革与实践过程中，学生课前自主学习大大提高了学习的动机和思考的能力。学生们不仅仅满足于指定教材中的知识，他们还通过借助其他方式，如 youtube 及 B 站等各种来源进行问题分析和问题拓展。经过这样的训练，学生们的学习素养逐渐提高。课程后调查问卷显示95.12学生都认为自己开始自律了，开始学会了主动找问题，开启了十万个为什么的意识，学会了主动分析与解剖问题，学会了自己动手完成任务。

2.学生课堂的参与度明显增加。课后调差问卷显示学生课堂互动由原来的23.12%上升为98.32%，教学过程中学生十分活跃，发挥着主人翁的意识，乐于花时间琢磨困惑的地方，敢于跟教师讨论，完全改变了之前沉闷的课堂氛围。

3.學生工程意识得到提升，综合应用能力有所增强。老师以具体案例进行任务拆分， 将一个大项目分割成几个相对分开的小人物。引导学生一步步地完成各阶段的小任务，最终逼近最后目标，完成整个项目任务。18级网络工程专业有5名学生主动参与到教师的科研项目，协助导师采集数据，做实验等等;有2个学生团队参加省级以上电子设计大赛并获奖。整个过程期间学生实践意识得以增强，综合应用能力得到提升。

三、结束语

经过六年“计算机组成原理与系统结构”课程的教学改革与实践，可以看出线上线下混合教学模式能促使学生们主动学习，又能在授课过程中增加师生互动，融合双方面的技能促使学生们将理论知识换化成实践技能，与此同时，课后专著的引读以及落地项目的演习，大大提升了学生的综合应用能力，为接下来的大三大四课程实践打下良好基础。

参  考  文  献

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]徐玲.基于新文科应用型人才培养的混合式教学模式探索——以“酒店电子商务”为例[J]. 黑龙江教育（理论与实践），2021，{4}（06）：63-65.

[3]卢香云，陶林，姚永坤，等.初步探讨“互联网+教育”背景下高校病理学教学模式[J].当代教育实践与教学研究，2020（7）：3-4.

[4] 吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9

[5]曾明星，蔡国民，覃遵跃，等.基于翻转课堂的研讨式教学模式及实施路径[J].高等农业教育，2015（1）：76-81.

[6]德雷克·博克.回归大学之道-对美国大学本科教育的反思与展望[M].上海：华东师范大学出版社，2008：29.