崔永利 林克正 朱素霞 李 妍

哈爾濱理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150080

伴隨“互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念的興起以及“雙一流”建設(shè)方案的實(shí)施，MOOC教學(xué)的影響力和規(guī)模不斷擴(kuò)大。它改變了教學(xué)方式和學(xué)習(xí)認(rèn)知模式，能以較低的學(xué)習(xí)成本向?qū)W習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源，也促進(jìn)了高校間的交流與合作，同時(shí)在競(jìng)爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教育資源的建設(shè)與共享。計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，將MOOC理念融入課程建設(shè)中，以促進(jìn)教學(xué)效率的提升。

1 MOOC的發(fā)展

MOOC是大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程(Massive Open Online Course)的簡(jiǎn)稱，是面向社會(huì)公眾的免費(fèi)開放式網(wǎng)絡(luò)課程[1]。它是以闡述某一知識(shí)點(diǎn)或者解決某一問題為目標(biāo)，以短小視頻為表現(xiàn)形式，以學(xué)習(xí)或教學(xué)應(yīng)用為目的的數(shù)字化資源，可以在多種終端上使用。

較早的MOOC平臺(tái)有美國(guó)的edX，Udacity和Coursera以及英國(guó)的FutureLearn。Coursera目前已經(jīng)與世界各地100余所大學(xué)開展了合作，如北京大學(xué)、上海交通大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)已經(jīng)加入該平臺(tái)，而清華大學(xué)和北京大學(xué)又加入了edX平臺(tái)。許多名校加入慕課平臺(tái)增強(qiáng)了高教之間的交流與溝通，同時(shí)也擴(kuò)展了學(xué)校在世界的知名度[2,3]。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)MOOC資源也不斷涌現(xiàn)。2014年上海交通大學(xué)自主研發(fā)的“好大學(xué)在線”也正式對(duì)外發(fā)布，并支持西南地區(qū)高校的跨校學(xué)習(xí)，學(xué)分互認(rèn)。深圳大學(xué)組建UOOC聯(lián)盟，以聯(lián)盟形式推動(dòng)MOOC建設(shè)。如學(xué)堂在線、中國(guó)大學(xué)MOOC注冊(cè)用戶規(guī)模已超過500萬[4,5]。

2016年，哈爾濱理工大學(xué)教務(wù)處鼓勵(lì)教師研發(fā)OTO項(xiàng)目，針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程的核心地位及課程性質(zhì)，學(xué)院組織教師成立項(xiàng)目組，進(jìn)行計(jì)算機(jī)組成原理課程的MOOC設(shè)計(jì)與制作。

2 計(jì)算機(jī)組成原理課程分析

計(jì)算機(jī)組成原理是我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生必修的專業(yè)核心課程，是技術(shù)性、工程性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的一門課程。前導(dǎo)課程為數(shù)字電路及邏輯，后續(xù)課程為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理與接口技術(shù)。依據(jù)我校2015年計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)教學(xué)大綱，計(jì)算機(jī)組成原理課程共72學(xué)時(shí)，其中理論課52學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課10學(xué)時(shí)，實(shí)踐課10學(xué)時(shí)。

計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)目標(biāo)如下。

(1)掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，形成完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。

(2)理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。

(3)能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能夠?qū)σ恍┗静考M(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。

(4)通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠完成下列畢業(yè)要求：工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究，使用現(xiàn)代工具、終身學(xué)習(xí)等。

在教學(xué)中既要重視課堂理論教學(xué)又應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的延伸，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)權(quán)重合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理各部件的深入理解，掌握數(shù)據(jù)流向及微程序控制原理，進(jìn)而了解整機(jī)概念。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、分析問題能力及團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

3 計(jì)算機(jī)組成原理MOOC設(shè)計(jì)

3.1 MOOC課程建設(shè)

為了有效實(shí)施計(jì)算機(jī)組成原理MOOC建設(shè)，學(xué)院以課題組形式組織教師團(tuán)隊(duì)對(duì)計(jì)算組成原理教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行整合及碎片化分析，進(jìn)行該門課程的MOOC設(shè)計(jì)。

在理論教學(xué)這方面，共4名專任計(jì)算機(jī)硬件理論教師負(fù)責(zé)，分六大知識(shí)點(diǎn)：層次結(jié)構(gòu)與組成、系統(tǒng)總線、運(yùn)算方法、存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)與中央處理器、輸入輸出系統(tǒng)。將每個(gè)模塊的知識(shí)點(diǎn)碎片化，以微視頻為主要方式呈現(xiàn)出來。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，由4名實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)，實(shí)驗(yàn)基于的硬件平臺(tái)為L(zhǎng)AB2000P計(jì)算機(jī)組成的原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。知識(shí)點(diǎn)劃分如圖1所示。

圖1 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)劃分

3.2 MOOC教學(xué)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)組成原理MOOC 教學(xué)設(shè)計(jì)是以哈爾濱理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)超星泛雅為框架，以文字，視頻，圖片等模式向?qū)W生展示MOOC內(nèi)容。學(xué)生在活動(dòng)參與中完成學(xué)習(xí)對(duì)象與自我雙向建構(gòu)。教師根據(jù)預(yù)設(shè)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)科特點(diǎn)、學(xué)生認(rèn)知規(guī)律及教學(xué)方式，圍繞學(xué)科核心概念及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)。

3.2.1 整合教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)

課題組進(jìn)行責(zé)任分工，教師針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)要求，在充分了解學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整體的規(guī)劃和梳理。整合教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)內(nèi)容的權(quán)重劃分為相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)又分為若干個(gè)子知識(shí)點(diǎn)。如“指令系統(tǒng)與中央處理器”知識(shí)點(diǎn)，它包含指令格式、尋址方式、指令周期、中斷系統(tǒng)、CPU數(shù)據(jù)通路設(shè)計(jì)、指令流程分析、組合邏輯設(shè)計(jì)和微程序設(shè)計(jì)8個(gè)子知識(shí)點(diǎn)。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)權(quán)重，安排適當(dāng)?shù)膶W(xué)時(shí)完成教學(xué)，每個(gè)子知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)1個(gè)微視頻。

教師在知識(shí)點(diǎn)的把握上，既要考慮到學(xué)生網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)的門檻需求，同時(shí)也要考慮到有潛力學(xué)生的擴(kuò)展知識(shí)需求。

3.2.2 錄制微視頻

微視頻的制作是整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)的核心。教師要設(shè)置教學(xué)情境，圍繞知識(shí)點(diǎn)制作清晰表達(dá)知識(shí)框架的短視頻模塊集發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以供學(xué)生利用碎片時(shí)間集中學(xué)習(xí)。

為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情并考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的子知識(shí)點(diǎn)教學(xué)短視頻時(shí)長(zhǎng)要控制在15分鐘左右。避免視頻太長(zhǎng)降低學(xué)生的集中注意力。為了防止學(xué)生觀看視頻時(shí)開小差，可以設(shè)置視頻防快進(jìn)、防窗口切換或設(shè)置問題進(jìn)行回答。

視頻錄制模式可以多樣化。對(duì)于理論教學(xué)中基本概念和基本原理可以采用PPT錄屏方式。如在講解存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)時(shí)，教師結(jié)合PPT中的系統(tǒng)框圖進(jìn)行講解；對(duì)于理論教學(xué)難度較大的內(nèi)容，可采用 PPT 錄屏與手寫錄屏相結(jié)合的方式，這樣學(xué)生理解起來更加直觀深入，讓學(xué)生能充分思考理解教學(xué)難點(diǎn)。實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用PPT錄屏、手寫錄屏和動(dòng)畫視頻模式，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)習(xí)興趣，還可以使學(xué)生更加容易掌握知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容[6]。

3.2.3 習(xí)題作業(yè)和教學(xué)互動(dòng)

為了考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果，MOOC教學(xué)中的教學(xué)互動(dòng)、習(xí)題測(cè)試及作業(yè)是不可缺少的。通過互動(dòng)和測(cè)試可以評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)MOOC教學(xué)設(shè)計(jì)中存在的問題，以便更好地完善。

習(xí)題和作業(yè)方面，教師可以根據(jù)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容設(shè)置主觀題和客觀題。主觀題是對(duì)綜合能力的考核，融合若干知識(shí)點(diǎn)，要求學(xué)生學(xué)習(xí)后完成大作業(yè)?？陀^題貫穿于子知識(shí)點(diǎn)視頻中。每個(gè)子知識(shí)點(diǎn)設(shè)置 5 道左右的客觀題，可以是和知識(shí)點(diǎn)緊密相關(guān)的選擇題和判斷題。

教學(xué)互動(dòng)，主要是師生參與平臺(tái)的答疑和討論。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)內(nèi)容突出教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，設(shè)計(jì)互動(dòng)社區(qū)的討論主題，激發(fā)盡量多的學(xué)生參與討論。

3.3 MOOC教學(xué)特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)組成原理MOOC建設(shè)經(jīng)過1年的努力，理論課程與實(shí)驗(yàn)課程框架及內(nèi)容基本完成。所制作的MOOC視頻教學(xué)特點(diǎn)如下。

(1)教學(xué)視頻短小。MOOC教學(xué)根據(jù)學(xué)科內(nèi)容及學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)規(guī)律制作短小視頻，知識(shí)點(diǎn)碎片化、情景化、可視化?；旧弦皇乱蛔h，一事一課。時(shí)長(zhǎng)控制在15分鐘左右，以小、短、精為特點(diǎn)。

(2)教學(xué)內(nèi)容突出。MOOC教學(xué)以知識(shí)點(diǎn)單元化為基準(zhǔn)，可以根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)將知識(shí)單元碎片化，突出授課的主體內(nèi)容。便于學(xué)生理解課程的重點(diǎn)及精髓，同時(shí)可以針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)集中訓(xùn)練。

(3)學(xué)習(xí)手段多樣化。MOOC教學(xué)中，發(fā)布的微視頻容量不大，視頻格式也是多樣化的，如RM，MP4，F(xiàn)LV等流媒體播放格式。學(xué)生可以通過計(jì)算機(jī)或者手機(jī)隨時(shí)隨地利用閑暇時(shí)間瀏覽或下載微課視頻[3]。

(4)交流互動(dòng)增加。MOOC教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)線上線下互動(dòng)有效結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。線上學(xué)生可以答題，提交作業(yè)、答疑，線下可以和教師共同討論學(xué)習(xí)的難點(diǎn)及熱點(diǎn)。交流溝通環(huán)節(jié)的增加能夠使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握及提高學(xué)生實(shí)踐操作能力。

3.4 MOOC教學(xué)評(píng)價(jià)

計(jì)算機(jī)組成原理MOOC教學(xué)應(yīng)用于我院計(jì)算機(jī)專業(yè)2015級(jí)學(xué)生，共10個(gè)班的教學(xué)。通過2017年下半學(xué)期的試運(yùn)行，教學(xué)效果初現(xiàn)。系統(tǒng)管理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生在MOOC教學(xué)學(xué)習(xí)過程中能夠自主預(yù)習(xí)每個(gè)知識(shí)單元的知識(shí)點(diǎn)及子知識(shí)點(diǎn)，大多數(shù)學(xué)生能夠按要求完成視頻學(xué)習(xí)及習(xí)題測(cè)試。計(jì)組實(shí)踐MOOC教學(xué)的參與度也大幅上升。圖2為學(xué)生訪問次數(shù)頁面，圖3為觀看視頻時(shí)長(zhǎng)與反芻比頁面。

圖2 學(xué)生訪問次數(shù)

圖3 學(xué)生觀看時(shí)長(zhǎng)與反芻比

MOOC教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)比如下。

(1)MOOC教學(xué)提升了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情及自主學(xué)習(xí)能力

傳統(tǒng)教學(xué)中，教師是主體，教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度及教學(xué)日歷要求講授理論知識(shí)，學(xué)生主動(dòng)參與討論的機(jī)會(huì)較少。再加上計(jì)算機(jī)組成原理課程本身就是一門比較難學(xué)又枯燥的課程，課堂氣氛較沉悶。MOOC視頻可以讓學(xué)生利用閑暇時(shí)間自主預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)，學(xué)生在課上主動(dòng)參與的時(shí)間增多，可以與教師一同參與討論，或者由學(xué)生講解某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情及對(duì)知識(shí)的掌握程度，課堂氣氛比較活躍。

(2)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)效果凸顯

傳統(tǒng)教學(xué)中，教師講授基本實(shí)驗(yàn)原理與步驟，學(xué)生根據(jù)教師的講解按部就班進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，雖然在學(xué)時(shí)要求時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，但是由于學(xué)生理解能力及掌握知識(shí)程度不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解不夠深入。通過MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、步驟及流程，通過自主分析形成一套實(shí)驗(yàn)方法，在課上，自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Υ蠓嵘處熍c學(xué)生互動(dòng)環(huán)節(jié)增加，學(xué)生的理論與實(shí)踐的融合能力、操作能力明顯增強(qiáng)。另外，學(xué)有余力的學(xué)生可以在完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)教師的提點(diǎn)及指導(dǎo)，自主設(shè)計(jì)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，提升自己的操作與設(shè)計(jì)能力。

另外，MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)揮了學(xué)生主體地位。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自主形成實(shí)驗(yàn)小組，共同討論方案及設(shè)計(jì)，在合作中提升了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為日后研究課題及走上工作單位奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，實(shí)踐證明，計(jì)算機(jī)組成原理MOOC教學(xué)理念和教學(xué)模式為提高本專業(yè)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)整體水平奠定了基礎(chǔ)。但MOOC教學(xué)應(yīng)用在起步階段，通過后期運(yùn)行及實(shí)踐，適時(shí)調(diào)整教學(xué)中不完善的模塊，不能讓MOOC教學(xué)流于形式，要在教學(xué)情境、教學(xué)內(nèi)容及考核評(píng)價(jià)上繼續(xù)深入研究，使學(xué)生更有興趣參與進(jìn)來，提高整個(gè)計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。