以评价为导向的计算机组成原理线上线下混合教学探索与研究

曾德斌 王冬 王建夏 施明登

关键词：计算机组成原理；评价导向；混合教学；教学改革；超星学习通

0 引言

计算机组成原理是计算机科学与技术、网络工程及其物联网控制技术等专业以及其他相关专业的一门实施系统能力培养和提升硬件设计能力的核心专业基础课，是学习计算机硬件系统的关键课程。计算机组成原理这门课程在计算机类课程体系中的作用处于承上启下、合纵连横的关键位置，对构建计算机科学与技术专业、网络工程、物联网工程的知识框架提供基础支撑[1]。计算机组成原理这门课程主要是关于计算机单机系统的硬件组成，各个子部件的工作原理、逻辑实现和设计方法，培养学生获得硬件系统的基本概念的掌握以及基础的设计能力，为学生更深入地学习掌握计算机领域专业知识做好硬件方面的储备，同时培养学生的整体性、系统性思维方式和发现问题、解决问题的能力，为后续的专业学习、解决实际的复杂工程问题奠定基础[2-4]。

从传统教学模式到成果导向教育（OutcomesbasedEducation，OBE） [9-10]，再到“以学生为中心”的教学模式[11-13]，教学的方法、理念均得到了持续进步。区别于以上教学模式，以评价为导向的计算机组成原理线上线下混合教学模式更加适应“00”后学生的教学需求，该教学模式更加注重学生学到了什么，强调学生能做什么，运用学到的知识能应用到什么领域，主张以赛促教，以赛促学，赛教结合，采用评价式的方式多层次、多元化、全方面地考查学生，使教师成为学生学习的引导者，学生成为学习的主导者。

1 计算机组成原理教学中弊端与教学目标

相较于计算机专业的其他专业课来说，计算机组成原理则是更加注重该门课程知识点的理论性以及系统性[5]，对学生的要求也更高，多年来在计算机专业存在学情就是学生学这门课程的表现都是难学，而教师则是表现出难教这样一个现状[6]，这也是计算机专业的学情之一。通过研究不难发现原因——是许多学生对这门课程的直接应用目标不清晰，学生在学习过程中很难有获得感和成就感导致其学习积极性会逐渐降低，最终致使学生产生不愿意学习这门课程；原因二是该门课程中所包含的工程性以及技术性的内容比较偏多，仅仅以课堂讲授为主，则学生对知识点的理解缺乏有效的载体，学习难度较大[7]。因此，如何打破困局，激发学生的学习热情，提高学生的学习获得感和成就感，是值得每一个授课教师深思的问题。

1.1 传统教学模式在计算机组成原理教学中的弊端

1） 传统教学模式的教与学。在传统模式下，教师处于课程教学的主体地位与中心地位。课程教案的设计既要考虑优秀学生的理解力，又要考虑班上队尾学生的接受力，该模式下的教案设计是“批量化产出”思路下的产物。在日常的教学活动中教师主要在课堂内进行教学活动，在大多数高校的课堂中知识的传授形式还是采取以教师为主讲，学生对课堂知识以及该门课程知识的理解、吸收、消化停留在课堂的被动获取的状态，没有太多的时间去消化、反思这些知识。该模式下课堂学生对知识的掌握、积累以及提升都只能以相同的方式、统一的节奏以及速度完成，这样的传统教学模式忽略了全班学生对相同知识点的理解性差异，从而导致教学效果也是参差不齐，也降低了学生对问题的自主探索的主观能动性，从而也大大地降低了教学效率。

2） 传统教学模式考核。考核的方式呈现单一化以及滞后性是传统教学模式的一大特征，具体表现为许多学校的考核机制大多采用平时成绩和期末考试卷面成绩四六开、三七开或者五五开，考核的方式不具备多元化。这种考核方式导致学生在学习的过程中积极性不高、能动性差，甚至会出现“等靠要”这样的局面，所谓“等靠要”就是学生平时上课不认真，单纯为考而考，等老师划重点，向老师要重点，靠老师给重点。这种传统教学模式的考核方式虽然实现了教学结果的展示，但是却无法实现教学过程的实时纠错，学生的学习效果也就不理想。期末考试的卷面成绩是该传统教育模式下的考核的重点，其卷面分数占据量化成绩的比重较大，无法综合地体现学生平时学习的方方面面，因此会导致学生在平时时间内并不会花费时间在学习上面，产生了期末“等靠要”这样的局面或者临时抱佛脚甚至“摆烂”直接不学的情况，这也很好地解释了班上部分学生在课程结课以后觉得收获不大以及不知道学了这门课在将来的工作中有什么用的窘境。

1.2 课程教学目标

计算机组成原理这门课程目标首先是学生对这门课程知识的理解即理论知识目标，其次是学生的能力培养即设计、实践能力目标要求，最后是达到一个育人的最终价值导向即育人目标。具体目标要求如表1所示。

2 以评价为导向的线上线下混合教学模式设计

2.1 以评价为导向的线上线下混合教学模式思路

根据计算机组成原理该门课程的课程特点以及课程目标，采用线上线下结合的方式，并且对线上线下采取多维度、多层次、多方面对学生的整个学习过程进行评价，如图1所示。特别是在当前疫情影响的大环境之下，采取线上与线下结合的教学模式尤为必要。该教学模式主要由课前预习、课堂教学、课后升华以及综合性评价几部分构成，该模式既能发挥出线上资源开源灵活的益处，又能做到线下及时反馈的优势，使得线上与线下的学习形成互补。

课前预习的时候，任课教师通过在超新星学习通上面建课，并上传导学视频、教学课件、教学视频、培养方案、教学大纲以及课前预习的任务点，学生借助以上资源进行课前学习，并完成平台上面教师布置的任务，学生完成以后教师根据评价指标对其进行评价作为期末成绩中平时成绩的一部分。

在課堂教学时，主要是解决学生在课前预习时产生的问题为目的的教学活动，并对该学时所涉及的难点、重点进行精讲、细讲，并引入一定的案例进行辅助讲解。在进行课堂教学时，也可以在教学平台中设置问题、随堂测验以及章节测试等手段，让学生进行抢答，提高学生的参与度，学生完成以后教师针对错误率比较高的题目进行讲解，做到及时纠错。该教学模式包含线下反馈即及时根据学生课下的反馈、教师自评、同行评价、督导评价等实时更新上课的节奏，针对某些章节内容需要组织学生讨论的，也可以通过网络平台发布相应主题的讨论，也可以采用在课堂中教师提问、小组讨论、主题讨论或者分组任务这样的方式让学生和老师进行师生互动、生生互动，让学生学习更有激情、动力和效果。对于考勤问题，可以采用超新星学习通签到功能和雨课堂随机点名的方式进行考核，将这些结果纳入平时成绩考核之中。

课后升华环节主要分为线上作业、线下提高和线上探讨几部分，线上部分主要通过平台布置课后作业用于学生对重点、难点部分的课后巩固，在进行课程拓展的时候主要是线上探讨与线下提高的结合，线下提高则是采取鼓励学生多参加相关比赛，从而达到以赛促教、以赛促学、赛教融合的目的，让学生不仅仅局限于课本知识。

综合评价不仅仅局限于对学生日常表现以及期末考试的评价，对任课教师也采取多元评价，主要由教师自评、学生评价、同行评价、督导评价和领导评价等构成，主要用于对任课教师的考核。任课教师根据以上评价对以后的教学做出相应的调整，以便以后更好的从事计算机组成原理的教学工作或者去其糟粕迁移到其他专业课的教学之中。

2.2 以评价为导向的线上线下混合教学方案的实施

以唐朔飞版的计算机组成原理第一章计算机的基本组成的知识模块“计算机组成和计算机体系结构”为例来说明课程教学设计的实际应用。本知识模块主要是要对计算机组成和计算机体系结构进行区分，首先要明白计算机体系结构和计算机组成的基本概念，然后才能很好地区分什么是计算机组成，什么是计算机体系结构。以一个例子说明即有无乘法指令属于计算机体系结构，怎样实现乘法指令则是属于计算机组成。实现乘法指令可以采用一个专门的乘法电路或者也可以采用连续相加的加法电路来实现。

2.2.1 课堂教学

在教学之前，通过超新星学习通平台发布相应的线上问卷、主要用于收集学生在自主预习过程中存在的问题和在课堂之中希望任课教师能进行重点讲解的知识点，任课教师则可以根据线上问卷的调查结果对本节知识点的侧重点、难易点进行动态调整。在进行课堂教学时，可以通过在课堂播放与本节知识点相关的动画来提高学生对该知识点的兴趣，带动学生进行思考，活跃课堂气氛。通过导入的动画对计算机体系结构以及计算机组成的基本概念进行讲授。采用线上线下结合的方式，提出相应的讨论话题、词条以及创设情境引发学生进行思考：冯·诺依曼计算机体系结构的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成？它们各起什么作用？

2.2.2 课程展开

1） 采用案例法、比较法讲解计算机的属性包括指令集、数据类型、存储寻址技术、I/O机理等，这些都是计算机体系结构以及计算机组成是如何实现计算机体系结构所体现的属性，包括如何取指令、分析指令、取操作数、运算以及送结果等，这些都是属于计算机组成问题。2） 把问题进行拓展：由于计算机具有层次结构，在不同的角度怎么看待同一属性？采用线上线下结合的方式对学生进行分组讨论，让学生能对所学知识进行灵活运用，提高学生的课本知识的认知深度。3） 在课堂上通过超新星学习通平台发布相应的线上练习、课堂问答、快答、抢答等多元化的形式进行教学，根据学生的回答的正确率、错误率等反馈实时对学生进行答疑以及及时调整授课方式、节奏和知识点的侧重点。

2.2.3 课程拓展

在课后升华环节，任教教师可以采用线上线下结合的方式布置课后作业和线上探讨作业，学生利用平台提供的教学资源完成自主学习和分组讨论的形式完成作业。例如该知识模块的探究任务点则是引导学生思考采取哪种方式来组成计算机，要考虑什么因素？启发学生学习思考国内外芯片行业的发展动态、最新技术以及芯片的供应链问题等。完成任务点以后应形成相应的报告文件或者制作PPT向任课教师和同学进行答辩，汇报其探究结果以及收获。通过该模式的教学不仅要能够锻炼学生的发现问题的能力也要挖掘学生分析问题的能力，与此同时也要通过该方法培养学生口语能力、组织能力、团队合作的能力、沟通能力、写作能力以及书面表达能力，使学生得到全方位的提升。

2.2.4 课程提高

在课后升华环节，鼓励学生参加计算机类相关的比赛，例如“计算机设计大赛”“计算机程序设计大赛”“软件杯”“微信小程序等比赛”，理论联系实际，结合计算机组成原理相关的知识，获得一个不错的名次，使所学知识进一步得到巩固与升华，从而达到以赛促教、以赛促学，赛教融合的目的。通过参加比赛让学生能够基于真实的任务环境进行手动开发实践，解决开发过程中遇到的实践问题，学生通过查阅资料、向老师请教或者同学之间互相讨论解决问题使学生的收获远大于课堂所学，以此达到让学生自主学习，热爱学习的目的，而不是单纯地为考试而考试，为不挂科，不重修而考试。

2.2.5 综合评价

为了更好地对计算机组成原理这门课程的教学效果进行检验，检查学生是否达到如表1所示的教学目标，课程的评价应不仅仅局限于学生，还应该对任课教师也进行考核。学生的评价应该将期末考试与学生整个学习过程进行一个全方位的量化考核。期末考试由期末考试成绩或者是综合设计题的成绩或者是大作业的形式组成，主要用于检查学生对重点、难点的掌握程度，而过程化的考核由课后作业、平台作业、课堂表现、线上讨论、平时测试，考勤签到等部分构成，最后采用取平均值加和的方式得到学生学习过程考核的量化分数，具体量化指标如表2所示，学生该门课程的成绩为期末成绩占比70分，过程考核分数30分。过程考核的30分主要根据教师评价得分、学生自评得分、学生互评得分取平均值得到。对教师考核指标主要由授课方式、授课进度、课程资源、备课程度以及教学内容构成，教师考核的分数领导评价得分、督导评价得分、同行评价得分、教师自评得分、学生评价得分求平均值，该考核项主要用于任课教师能够根据评价的结果动态调整其授课的进度、节奏以及授课方式的多元化，做到不抛弃、不放弃学生，教师的考核量化指标如表3所示：

表4、表5是采用以评价为导向的计算机组成原理线上线下混合教学前与使用后的课程考核结果对比。通过对比表4和表5中的数据可以得出如下结论，[90-100]分数段的比例由原本的2.5% 提升到10%，[80-90） 分数段由原本的7.5%提升到37.5%，而[0-60）分数段的比例由原本的27.5%降到2.5%，平均成绩也由原本的67.3提升到79.4。說明以评价为导向的计算机组成原理线上线下混合教学模式适合当前学生的学习模式，并辅以与其相适应的学习资源，通过改进传统课堂教学方式可达到提升学生成绩的基本目标，并能有效培养学生的问题发现、分析、求解能力与创新思维。

3 结束语

对于计算机组成原理这门课程，由于其具有比较强的理论抽象性、逻辑性，而知识点又比较难等课程特征，文中采用以评价为导向的线上线下混合教学模式进行计算机组成原理教学改革，一定程度上推动了学习计算机组成原理课程教育信息化的转型升级，也为任课教师的课程考核提供一定指导价值。通过对整个教学过程进行设计，使学生的学习不再局限于课堂，提升了学生的学习兴趣和动力，实现了以教师为引导、学生为主导的最终教学目标。因此，后续将继续以该教学模式为切入点，探索更为适合学生和教师的教学模式，以培养具有良好问题分析与解决能力、创新能力的计算机人才为目标，进一步完善相关教学方法。