張飛　呂家偉　黃劉松

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；SPOC；分層教學(xué)法；心理效應(yīng)；分組教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）03-0165-03

0 引言

計算機組成原理是計算機類學(xué)生的專業(yè)核心課程，涉及計算機硬件的基本原理和設(shè)計方法。該課程的學(xué)習(xí)對于理解計算機系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動態(tài)性和開放性具有現(xiàn)實意義，對培養(yǎng)學(xué)生計算機系統(tǒng)能力，掌握計算機軟硬件協(xié)同工作及相互作用的機制的能力具有重要作用[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師主要通過講解和實驗來傳授知識，學(xué)生則通過課堂筆記和實驗報告來鞏固所學(xué)內(nèi)容。然而該課程學(xué)習(xí)依賴于數(shù)字邏輯、模擬電路、匯編語言等前序課程，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)要求較高，對于計算機學(xué)生而言，學(xué)生一般更傾向于軟件類課程的學(xué)習(xí)，抵觸底層硬件技術(shù)的學(xué)習(xí)。學(xué)生易產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣不高。

1 計算機組成原理課程教學(xué)設(shè)計

SPOC（Small Private Online Course 小規(guī)模限制性在線課程）是一種結(jié)合課堂教學(xué)與在線教學(xué)的混合教學(xué)模式。它通過在線平臺提供教學(xué)資源和學(xué)習(xí)支持，學(xué)生自主學(xué)習(xí)之后，在課堂教學(xué)中針對學(xué)生的問題進行解答[2]。與傳統(tǒng)面授教學(xué)模式相比，SPOC模式具有靈活性高、學(xué)習(xí)資源豐富、互動性強等特點，但是它要求學(xué)生具備一定自主學(xué)習(xí)能力，同時教學(xué)過程中互動性和合作性不足，因此，需要結(jié)合其他教學(xué)方法來解決這些問題。

分層教學(xué)法是一種將學(xué)生按照不同的學(xué)習(xí)能力和興趣分組，并針對不同的學(xué)習(xí)層次進行教學(xué)的方法[3]。分層教學(xué)法可以提供個性化的學(xué)習(xí)支持，使得每個學(xué)生都能夠在適合自己的學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，分層教學(xué)法能夠尊重學(xué)生個體的智力因素和非智力因素，制定不同的標準和教學(xué)過程，區(qū)別組織教學(xué)，分層遞進，實行與各層次學(xué)生的學(xué)習(xí)與過程的相適應(yīng)，促進學(xué)生不斷進步提高，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力[4]。分層教學(xué)法也有一定不足，比如如何促進學(xué)生之間的合作和交流，如何準確地進行教學(xué)分層以及降低分層教學(xué)后教師對教學(xué)過程的掌控壓力。

本文選取學(xué)院計算機本科班核心專業(yè)課計算機組成原理作為研究對象，嘗試通過心理效應(yīng)，提出一種融合SPOC模式的分層教學(xué)法，并在計算機組成原理課程中進行實踐。旨在通過以學(xué)生為核心分層，結(jié)合心理效應(yīng)，良性引導(dǎo)學(xué)生，提高課堂質(zhì)量和知識傳播效率，培養(yǎng)具備計算機系統(tǒng)能力的新時代計算機人才。

在教學(xué)設(shè)計過程中，首先采用學(xué)習(xí)通、線下調(diào)研等手段對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生進行前序相關(guān)課程學(xué)習(xí)情況的學(xué)情調(diào)研；其次融合心理效應(yīng)，從前置課程的學(xué)習(xí)反饋、學(xué)生掌握能力等角度出發(fā)，對學(xué)生主體、教學(xué)目標和內(nèi)容進行分層；最后通過SPOC 平臺（學(xué)習(xí)通）組織教學(xué)，建立分層評價機制以及動態(tài)反饋機制，促進學(xué)生自身學(xué)習(xí)方法的改進，教師教學(xué)能力的提升，達到分層教學(xué)動態(tài)優(yōu)化的作用。

2 計算機組成原理課程教學(xué)實施過程

2.1 計算機組成原理相關(guān)課程學(xué)情分析

融合SPOC模式的分層教學(xué)法在實施前需要通過分析課程的特點、學(xué)生的特點、教材的特點以及目前的教學(xué)現(xiàn)狀，對學(xué)生主體、教學(xué)目標、教學(xué)活動進行分層。本次調(diào)查基于即將開展計算機組成原理課程教學(xué)的學(xué)生41人以及前序課程任課教師5人。參與調(diào)研的樣本包括了本學(xué)年學(xué)生以及前期任課老師，旨在立足知識技能基礎(chǔ)、認知和實踐能力、學(xué)習(xí)特點“三維度”學(xué)情，完善SPOC模式的分層教學(xué)法。

從知識技能基礎(chǔ)上，授課對象為專升本計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生，經(jīng)過模擬電路、C語言、計算機組裝維護等前序基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，部分學(xué)生已經(jīng)具備一定計算機硬件基礎(chǔ)知識。但是，對于計算機硬件的實現(xiàn)原理掌握比較片面，知識框架不完整，特別是對自己所學(xué)的課程知識與計算機的關(guān)聯(lián)性思考不足。

從認知和實踐能力上，經(jīng)過基礎(chǔ)階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生對于數(shù)字轉(zhuǎn)換、碼制、邏輯代數(shù)、基本門電路有一定了解和認知，但缺乏獨立設(shè)計組合電路解決應(yīng)用問題的能力。反映出知識點停留在學(xué)習(xí)上，缺乏知識的轉(zhuǎn)化應(yīng)用能力。

從學(xué)生學(xué)習(xí)特點上，由于計算機組成原理課程偏重硬件，擁有數(shù)字邏輯、模擬電路、匯編語言等多門前序課程，課程理論性過強，學(xué)生硬件知識體系的缺失，造成課程難度較高，獨立學(xué)習(xí)很難理解知識點，易產(chǎn)生退縮和逃避心理。學(xué)情分析如圖 1所示。

2.2 立足學(xué)生特點，進行學(xué)生主體分層

瓦拉赫效應(yīng)指出每個人的智能發(fā)展都是不均衡的，都有智能的優(yōu)勢和劣勢，但是一旦找到最佳點，便能充分發(fā)揮智能的潛力，取得出乎意料的結(jié)果[5]。對于學(xué)生主體的分層要充分考慮到瓦拉赫效應(yīng)。

通過前期學(xué)情分析，依據(jù)前序課程的考試成績，課堂表現(xiàn)、學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、教師評價等因素，按照學(xué)生的認知水平、知識水平、個性因素的差異性，發(fā)現(xiàn)每個學(xué)生的閃光點和不足之處。結(jié)合計算機組成原理偏向硬件的特征，將學(xué)生按照自主學(xué)習(xí)積極性，分析問題能力，動手操作能力，學(xué)習(xí)興趣等方面分為優(yōu)秀、一般、較差三個層次。

計算機組成原理課程教學(xué)分為理論和實驗兩部分，對于專升本階段學(xué)生而言具有一定的難度。所以在學(xué)生分層之后，采用分組教學(xué)的方式。分組教學(xué)應(yīng)按照組間同質(zhì)，組內(nèi)異質(zhì)的原則，利用前一階段對學(xué)生的分層結(jié)果，結(jié)合男女比例、班級實際情況等因素設(shè)計小組人數(shù)和人員構(gòu)成。保證組內(nèi)學(xué)生取長補短，各組綜合能力相近，確保小組成員合理，讓學(xué)生可以相互借鑒，共同學(xué)習(xí)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

學(xué)生主體分層的關(guān)鍵核心是進行隱性分層，即避免學(xué)生產(chǎn)生被區(qū)別對待的心理落差。分層的目的是讓學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體能夠被賞識，去放大學(xué)生的優(yōu)點，挖掘?qū)W生的潛力，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，提升小組成員在課程學(xué)習(xí)的質(zhì)量與效率。

2.3 分析課程標準，對教學(xué)活動進行分層

計算機組成原理課程知識點眾多，包括計算機的運算方法及運算器、存儲系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)，以馮·諾依曼體系為出發(fā)點，詳細闡述了計算機的軟硬件架構(gòu)，內(nèi)容覆蓋面廣。

登門檻效應(yīng)指出如果一個人接受了制定的一個小標準，那么其很可能會接受一個具有相似特征的更高規(guī)則[6]?；谠撔?yīng)特點，課程知識點的安排應(yīng)該循序漸進，知識點的分布應(yīng)該具備層次，不宜難度跨度過高。讓學(xué)生能夠先掌握難度系數(shù)較低的知識點，然后逐步打牢基礎(chǔ)，去挑戰(zhàn)難度系數(shù)較高的知識點。

在教學(xué)設(shè)計過程中，利用SPOC教學(xué)平臺（如超星學(xué)習(xí)通）按照對計算機組成原理課程、對學(xué)生、對教學(xué)現(xiàn)狀、對教材的分析，進行課程知識體系重構(gòu)。通過對課程知識點進行碎片化處理，避免長時間的學(xué)習(xí)造成學(xué)生學(xué)習(xí)的疲勞、分神。同樣學(xué)習(xí)內(nèi)容中的知識點和技能點碎片化，方便學(xué)生利用課外碎片時間進行自主學(xué)習(xí)與練習(xí)，讓學(xué)生把握學(xué)習(xí)過程的主導(dǎo)權(quán)，進行有計劃、按步驟地學(xué)習(xí)。其次，碎片化的知識點要按照學(xué)生層次，以小組學(xué)習(xí)的模式進行分層組合。參考學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、能力、自身差異、心理狀況等，以學(xué)生為核心，考慮學(xué)生的心理發(fā)展水平和承受能力，將高目標分解成小目標，引導(dǎo)學(xué)生達到預(yù)期效果，甚至超過預(yù)期。教師為不同層次的學(xué)生制定符合其發(fā)展的教學(xué)目標，設(shè)立門檻，由淺入深激發(fā)學(xué)生潛能。以學(xué)生個體學(xué)習(xí)目標層次化為基礎(chǔ)，進一步完成小組學(xué)習(xí)目標，讓小組的學(xué)習(xí)目標中有基礎(chǔ)性的、有重難點的、有具備拓展性的，發(fā)揮組間成員互助合作的模式，共同攻克學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.4 建立分層評價機制，完善動態(tài)反饋機制

計算機組成原理課程硬件方面的知識較為突出，計算機專業(yè)學(xué)生一般“欺軟怕硬”，對軟件知識的學(xué)習(xí)比較得心應(yīng)手，對硬件知識的掌握比較困難。通過對計算機組成原理課程知識點、教學(xué)主體、教學(xué)活動分層構(gòu)建之后，需要建立對應(yīng)不同層次學(xué)生的分層評價機制。考核評價標準如圖 2所示。

計算機組成原理課程圍繞全方位、全過程、全員三方面進行評價，采用依據(jù)SPOC課程平臺的統(tǒng)計、學(xué)生自評、教師評價、團隊互評和學(xué)習(xí)自評多種評價方式，涵蓋課前、課中、課后三個階段，從課程知識角度，考察知識學(xué)習(xí)掌握情況，從項目技能角度，考查知識點的運用和團隊實踐情況，從職業(yè)技能角度，考察團隊合作和自主學(xué)習(xí)能力。

教師的言語、行為和情緒會同時影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在對學(xué)生進行評價中善用鼓勵和指導(dǎo)，針對不同層次的學(xué)生，及時根據(jù)各層次的教學(xué)目標從學(xué)習(xí)表現(xiàn)、作業(yè)、團隊貢獻等方面綜合分層評價學(xué)生。比如說，對底子較差、內(nèi)心敏感的學(xué)生不論進步還是退步應(yīng)該以鼓勵為主，肯定學(xué)生的價值，激發(fā)學(xué)生的上進心和學(xué)習(xí)興趣；對于具備一定基礎(chǔ)，擁有一定自主學(xué)習(xí)能力的學(xué)生，對有進步學(xué)生要積極肯定，使之產(chǎn)生學(xué)習(xí)的成就感。批評退步的中等成績學(xué)生時，在不傷及學(xué)生自尊心的前提下，首先要肯定學(xué)習(xí)態(tài)度，然后指出學(xué)生的不足指出，最后適當鼓勵。批評對自我要求高、有強烈自我認識、學(xué)習(xí)能力強學(xué)生時，應(yīng)與學(xué)生交流意見，預(yù)留出足夠的時間讓學(xué)生反思。

教師要尊重學(xué)生的多元化發(fā)展趨勢，對不同層次學(xué)生進行合理的表揚和批評，讓學(xué)生與老師之間建立信任、溝通的橋梁，從而改善學(xué)習(xí)效果。通過建立分層評價機制以及動態(tài)反饋機制，形成反饋和激勵反思作用，促進學(xué)生自身學(xué)習(xí)方法的改進，教師教學(xué)能力的提升，達到分層教學(xué)動態(tài)優(yōu)化的作用。

2.5 計算機組成原理課程教學(xué)實施情況

選取計算機科學(xué)與技術(shù)專升本班級41人為教學(xué)班級，在超新學(xué)習(xí)通平臺創(chuàng)建課程，完善課程教學(xué)資源的建設(shè)，同時依據(jù)分層教學(xué)思想以及學(xué)情分析結(jié)果，按照4-5人一組進行分組。課程經(jīng)過知識點的層次化重構(gòu)，采用教學(xué)與實踐相結(jié)合，以實練促進知識點的理解，定期開展課程討論、評價，肯定學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。通過調(diào)研以及學(xué)習(xí)成果的反饋，從知識點記憶能力、動手能力、分析問題能力、學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)積極性方面，表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生比例增加，表現(xiàn)較差的學(xué)生比例有所下降，課程實施情況如圖 3所示。

3 計算機組成原理課程教學(xué)思考

融合SPOC模式的分層教學(xué)法在本科計算機組成原理課程中進行應(yīng)用研究以來，課程建設(shè)中圍繞如何進行學(xué)生分層、教學(xué)活動分層以及讓分層教學(xué)去融合SPOC教學(xué)模式達到學(xué)生提升課程獲得感的成效進行了多次調(diào)整。經(jīng)過教學(xué)實踐過程，有以下對于計算機組成原理課程的思考。

1） 在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能的大背景下，信息化教學(xué)逐步成為現(xiàn)代教學(xué)必不可少的教學(xué)手段，MOOC、學(xué)習(xí)通等平臺的興起，推動著SPOC等教學(xué)模式的創(chuàng)新。融合SPOC模式的分層教學(xué)法的計算機組成原理課程教學(xué)也是運用了這些平臺，但是平臺只是工具，運用工具去呈現(xiàn)什么樣的教學(xué)內(nèi)容，才是課程的建設(shè)過程。現(xiàn)代課程建設(shè)的過程，要考慮學(xué)會運用信息化平臺工具，分析學(xué)生的特點，依據(jù)學(xué)生的學(xué)情，以一定層次整合課程的知識點，使得課程知識體系建設(shè)的過程符合本屆學(xué)生的真實情況。

2） 思政建設(shè)對于計算機組成原理課程建設(shè)的促進作用。教學(xué)的過程不僅是知識傳播的過程，更是一個培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程。如何讓學(xué)生產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)的積極性，需要將德育的內(nèi)涵融入教學(xué)之中，將培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力與建設(shè)學(xué)生積極、健康、樂觀向上的人生觀相結(jié)合，用潤物無聲的思政元素去培育有理想信念、敢于擔當?shù)臅r代人才。

4 結(jié)論

在計算機組成原理課程中采用融合SPOC教學(xué)模式的分層教學(xué)方法是對該類課程教學(xué)開展方式方法研究的一次有益嘗試，也為其他課程教學(xué)的開展提供了思考方向。本研究運用超星學(xué)習(xí)通等平臺建立SPOC教學(xué)模式，確立學(xué)生的主體地位，運用平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計能力以及課程評價體系，分析學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，實時調(diào)整學(xué)習(xí)活動，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。在教學(xué)中采用分層教學(xué)法，考慮學(xué)生的心理效應(yīng)，合理設(shè)計教學(xué)活動，關(guān)注不同分層中學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，讓課程內(nèi)容充分、適量，激勵學(xué)生學(xué)習(xí)自信心，養(yǎng)成自我學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

【通聯(lián)編輯：王力】