摘要：為應(yīng)對(duì)新工科建設(shè)的需要，計(jì)算機(jī)組成原理課程需從傳統(tǒng)的教學(xué)模式中走出來(lái)，將混合式教學(xué)模式應(yīng)用到課程中。文章首先分析了傳統(tǒng)教學(xué)模式下的教學(xué)現(xiàn)狀，再結(jié)合新工科建設(shè)要求，從課程內(nèi)容體系、教學(xué)模式入手，構(gòu)建了混合式教學(xué)改革模式，從課前準(zhǔn)備、課中講授、課后總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)探討混合式教學(xué)的具體實(shí)施方法。就實(shí)施效果來(lái)看，課程改革成效顯著。該課程的改革探索激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新能力，也為培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力的新型工科人才奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新工科；計(jì)算機(jī)組成原理；混合式教學(xué)；改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）23-0165-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

新工科建設(shè)的本質(zhì)在于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和終身學(xué)習(xí)能力的新型工科人才。計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門重要課程[1]，其教學(xué)目的在于使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件各組成部件的原理，幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程和進(jìn)行與硬件有關(guān)的技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合成為新工科建設(shè)[2-3]的重要任務(wù)之一。課程應(yīng)適應(yīng)新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)的要求，不斷探索教學(xué)改革措施，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)組成原理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要涵蓋計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和工作原理，它是后續(xù)課程的基礎(chǔ)。該課程既要求學(xué)生具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。但是，傳統(tǒng)教學(xué)模式下的教學(xué)存在一定問(wèn)題。

1.1 教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊，理論知識(shí)抽象難懂

一些課程內(nèi)容多聚焦于計(jì)算機(jī)硬件及底層工作原理，缺乏與當(dāng)前工程實(shí)踐緊密相關(guān)的背景知識(shí)，難以適應(yīng)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)快速發(fā)展、新技術(shù)層出不窮的現(xiàn)狀。對(duì)于原理性較強(qiáng)的內(nèi)容，須輔以大量詳盡的講解，且馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的五大部件復(fù)雜度高，概念抽象。加之從硬件層面剖析計(jì)算機(jī)運(yùn)行原理，雖便于機(jī)器邏輯，卻有悖人的思維習(xí)慣，使得缺乏良好理論基礎(chǔ)的初學(xué)者在掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作原理時(shí)面臨巨大挑戰(zhàn)，進(jìn)而可能影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)方式不當(dāng)

當(dāng)前，眾多高校在教學(xué)大綱與教學(xué)設(shè)計(jì)上已較為完備，符合社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的期望。然而，一些學(xué)生長(zhǎng)期形成的應(yīng)試習(xí)慣導(dǎo)致他們更傾向于死記硬背而非深入理解，學(xué)習(xí)過(guò)程中存在重記憶輕理解、作業(yè)敷衍了事等問(wèn)題。學(xué)生過(guò)分依賴記憶，忽視對(duì)原理和內(nèi)在邏輯的探索，對(duì)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)缺乏足夠的重視，僅滿足于完成任務(wù)，缺乏深入思考與探索的精神。

1.3 教學(xué)手段單一化

傳統(tǒng)教學(xué)往往采用教師單向傳授、學(xué)生被動(dòng)接受的模式，缺乏互動(dòng)與探討的機(jī)會(huì)，可能限制了學(xué)生的參與度和主體性的發(fā)揮。此外，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域日新月異，新技術(shù)、新理論層出不窮，而傳統(tǒng)教學(xué)方式因缺乏現(xiàn)代化技術(shù)支持，教學(xué)手段顯得單一，難以滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求。一些傳統(tǒng)考核方式偏重期末考試或結(jié)合平時(shí)成績(jī)，對(duì)學(xué)生實(shí)際操作能力和工程應(yīng)用能力的評(píng)估不足，促使學(xué)生偏向理論學(xué)習(xí)而忽視實(shí)踐。

1.4 理論與實(shí)踐脫節(jié)

計(jì)算機(jī)組成原理作為一門理論與實(shí)踐并重的課程，盡管多數(shù)高校設(shè)置了實(shí)驗(yàn)課程，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往較為簡(jiǎn)化，難以有效提升學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際操作技能。以武昌工學(xué)院該課程為例，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的初衷是通過(guò)構(gòu)建可運(yùn)行的模型機(jī)作為課堂教學(xué)的補(bǔ)充，幫助學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)各組成部分及整機(jī)的工作原理。然而，在實(shí)際操作中，部分學(xué)生多依據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行連線與調(diào)試，僅觀察信號(hào)燈變化，卻對(duì)實(shí)驗(yàn)原理知之甚少，不解信號(hào)燈背后的意義，更缺乏對(duì)變化原因的思考及實(shí)驗(yàn)與理論間聯(lián)系的探索。若缺乏正確的引導(dǎo)，學(xué)生實(shí)踐能力將得不到實(shí)質(zhì)提升，對(duì)理論知識(shí)的理解也得不到深化。

2 新工科建設(shè)要求

新工科是以“新知識(shí)”“新產(chǎn)業(yè)”為核心特征的工程教育形態(tài)，旨在培養(yǎng)能夠適應(yīng)未來(lái)社會(huì)發(fā)展需求的工程技術(shù)人才。為契合新工科建設(shè)的需求，在計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)模式中，需著重凸顯“新”的元素[4]，主要體現(xiàn)在兩方面：一是對(duì)知識(shí)體系和課程內(nèi)容的全面更新；二是對(duì)人才培養(yǎng)模式進(jìn)行根本性的變革。這要求我們?cè)趥魇诶碚撝R(shí)時(shí)，務(wù)必注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，著重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；而在實(shí)踐環(huán)節(jié)，則需確保與后續(xù)課程的緊密銜接，使學(xué)生掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法論及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

基于新工科建設(shè)的指導(dǎo)原則和計(jì)算機(jī)組成原理課程的獨(dú)特性質(zhì)，筆者將該課程引入了混合式教學(xué)模式。通過(guò)這一改革嘗試，旨在構(gòu)建一套既符合新工科建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，又適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代特征的混合式教學(xué)模式。

3 混合式教學(xué)模式構(gòu)建

混合式教學(xué)模式是一種新型教學(xué)模式，它以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，依托在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，巧妙融合現(xiàn)代教育技術(shù)，將線下課堂教學(xué)與線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)無(wú)縫對(duì)接。線下課堂教學(xué)側(cè)重知識(shí)的直接傳授，學(xué)生在此過(guò)程中相對(duì)被動(dòng)地接收信息；而線上網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)則更側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維，并關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程與思維方式的塑造。

混合式教學(xué)模式主要由課前準(zhǔn)備、課堂講授與課后總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。1） 課前準(zhǔn)備是實(shí)施混合式教學(xué)的基礎(chǔ)。在此環(huán)節(jié)中，教師須精心設(shè)計(jì)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在線上自主預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，并將相關(guān)資源提前上傳至教學(xué)資源平臺(tái)，以便學(xué)生提前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生可結(jié)合自身學(xué)習(xí)狀況，更好地掌握教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2） 課堂講授則是教師與學(xué)生進(jìn)行知識(shí)交流與互動(dòng)的主要平臺(tái)。在實(shí)際講授過(guò)程中，通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法[5]來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；借助案例教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際問(wèn)題解決能力，提高其思考與分析能力；同時(shí)，采用互動(dòng)式教學(xué)，增加學(xué)生的課堂參與度，培養(yǎng)其溝通與合作能力。3） 課后總結(jié)環(huán)節(jié)則是對(duì)課堂講授內(nèi)容的深化與拓展。通過(guò)復(fù)習(xí)式總結(jié)，幫助學(xué)生回顧課堂內(nèi)容，鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶；而思考式總結(jié)則引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行深入反思與總結(jié)，進(jìn)一步培養(yǎng)其思維能力和創(chuàng)新能力。

具體混合式教學(xué)模式如圖1所示。

4 課程混合式教學(xué)具體實(shí)施方法

在計(jì)算機(jī)組成原理課程的混合式教學(xué)中，我們根據(jù)設(shè)計(jì)的混合式教學(xué)模式，將課前準(zhǔn)備、課堂講授和課后總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，成功地將學(xué)生的學(xué)習(xí)模式從“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)學(xué)習(xí)”，顯著提升了他們的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

4.1 課前準(zhǔn)備

在混合式教學(xué)的課前準(zhǔn)備階段，教師需充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行線上自主預(yù)習(xí)。教師應(yīng)以學(xué)生為主體，制定明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和計(jì)劃，并準(zhǔn)備多樣化的教學(xué)資源。同時(shí)，還需組織學(xué)生進(jìn)行分組討論，以促進(jìn)學(xué)習(xí)交流與合作。具體包括以下方面：

1） 制定學(xué)習(xí)目標(biāo)和計(jì)劃。課程開(kāi)始前，教師應(yīng)制定具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)和計(jì)劃，明確學(xué)生需掌握的知識(shí)點(diǎn)和技能，并據(jù)此制定教學(xué)計(jì)劃。同時(shí)，需與學(xué)生充分溝通，了解他們的學(xué)習(xí)狀況和需求，以制定符合實(shí)際情況的學(xué)習(xí)計(jì)劃[6]。

2） 建立線上平臺(tái)，準(zhǔn)備教學(xué)資源。教師在線上平臺(tái)建立相應(yīng)的課程和學(xué)習(xí)資源，包括課程介紹、課程視頻、課件、作業(yè)、課件、案例、實(shí)驗(yàn)等。教師在對(duì)線上平臺(tái)充分的熟悉和掌握下需要及時(shí)回答學(xué)生在平臺(tái)上提出的問(wèn)題和建議。

3） 引導(dǎo)學(xué)生自主預(yù)習(xí)。在課程開(kāi)始前，教師應(yīng)通過(guò)線上平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)和資料，引導(dǎo)學(xué)生自主預(yù)習(xí)，對(duì)課程內(nèi)容形成初步了解。同時(shí)，需關(guān)注學(xué)生預(yù)習(xí)情況，及時(shí)解答疑問(wèn)。

4） 組織學(xué)生分組討論。為了促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)交流和合作，教師需要組織學(xué)生進(jìn)行分組討論。教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和興趣愛(ài)好，將學(xué)生分為若干小組，并安排相應(yīng)的討論主題和時(shí)間。教師需要及時(shí)跟進(jìn)學(xué)生的討論情況，并給予相應(yīng)的指導(dǎo)和建議。

4.2 課中講授

在課堂講授階段，教師應(yīng)綜合運(yùn)用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)、案例教學(xué)和互動(dòng)式教學(xué)等方法，以學(xué)生為主體，實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)。同時(shí)，需關(guān)注學(xué)生的學(xué)情，及時(shí)給予反饋和評(píng)價(jià)，促進(jìn)其全面發(fā)展。此外，還應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，不斷豐富和完善課程教學(xué)內(nèi)容，以滿足工程實(shí)際需求。具體實(shí)施過(guò)程包括：

1） 問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)。在課堂授課之初，教師提出具有啟發(fā)性的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考和探究。根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的問(wèn)題，讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行討論和解答，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

2） 案例教學(xué)。根據(jù)授課前準(zhǔn)備的典型案例，讓學(xué)生通過(guò)對(duì)案例的分析和討論，深入理解課程內(nèi)容。教師可以選擇與計(jì)算機(jī)組成原理相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用案例，讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)組成原理在實(shí)際中的應(yīng)用，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

3） 互動(dòng)式教學(xué)。在講授過(guò)程中，適時(shí)與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，包括提問(wèn)、討論、小組合作等。通過(guò)分組討論、問(wèn)題搶答等方式提高學(xué)生的課堂參與度，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

4.3 課后總結(jié)

課后總結(jié)階段充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。首先，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)式總結(jié)，通過(guò)觀看在線視頻、閱讀課程講義等方式鞏固課堂所學(xué)知識(shí)；同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考式總結(jié)，以小組為單位對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行深入探討，提出問(wèn)題、發(fā)表觀點(diǎn)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；在完成項(xiàng)目作業(yè)的過(guò)程中，學(xué)生不僅需要運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，還要進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通，有效提高動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

5 課程改革成效分析

計(jì)算機(jī)組成原理混合式教學(xué)改革主要從課程內(nèi)容體系、教學(xué)模式等方面進(jìn)行，從實(shí)施效果來(lái)看，課程改革成效顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1） 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣顯著提高，學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和自覺(jué)性明顯增強(qiáng)。

2） 學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力提高，知識(shí)體系更加完善、知識(shí)結(jié)構(gòu)更加合理、創(chuàng)新能力得到加強(qiáng)。

3） 學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神得到了提升，通過(guò)小組合作探究解決問(wèn)題的能力明顯提高。

4） 學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力得到了加強(qiáng)，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用，培養(yǎng)了學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前，在國(guó)家新工科建設(shè)的積極推動(dòng)下，教學(xué)改革正蓬勃開(kāi)展。針對(duì)新工科建設(shè)的需求，筆者從教學(xué)內(nèi)容體系、教學(xué)模式等維度出發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)施了基于混合式教學(xué)的計(jì)算機(jī)組成原理課程改革方案，且已在具體教學(xué)中得到應(yīng)用。同時(shí)，筆者也清醒地認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)的線上線下教學(xué)模式仍存在局限性。在線下教學(xué)中，學(xué)生課堂參與度不高，教師難以及時(shí)掌握學(xué)生的提問(wèn)與學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)；而在線上教學(xué)中，教師則無(wú)法直觀了解學(xué)生的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)狀況。因此，在推進(jìn)線上線下混合教學(xué)的過(guò)程中，強(qiáng)化師生間的互動(dòng)顯得尤為重要，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的課前引導(dǎo)與課后評(píng)價(jià)。唯有如此，方能不斷完善混合式教學(xué)模式，進(jìn)而提升課堂效率，并有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。實(shí)踐表明，在新工科背景下，計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)改革已取得了顯著成效。

然而，研究盡管取得了一定成果，但受限于研究時(shí)間和資源等因素，混合式教學(xué)方式仍有待進(jìn)一步精細(xì)化，在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的功能與體驗(yàn)也有待優(yōu)化。此外，如何更科學(xué)、合理地量化學(xué)生的各項(xiàng)學(xué)習(xí)成果，也是未來(lái)研究中亟待解決的問(wèn)題。展望未來(lái)，我們將繼續(xù)深入探索混合式教學(xué)改革在高等教育課程中的應(yīng)用，以期為推動(dòng)整體教學(xué)改革與發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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