亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于虛擬仿真的大學(xué)計(jì)算機(jī)全英教學(xué)改革

        2021-01-07 05:43:22劉欣欣徐紅云
        軟件導(dǎo)刊 2020年12期
        關(guān)鍵詞:全英模擬器學(xué)時(shí)

        劉欣欣,徐紅云

        (華南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州 510006)

        0 引言

        大學(xué)計(jì)算機(jī)全英課程是面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)一年級(jí)全英班學(xué)生開(kāi)設(shè)的公共基礎(chǔ)課,該課程介紹計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí),讓學(xué)生全面了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng),培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。全英教學(xué)一方面以英語(yǔ)作為知識(shí)傳播媒介,另一方面倡導(dǎo)采用國(guó)際先進(jìn)的教學(xué)理念和方法,培養(yǎng)國(guó)際化人才[1]。大學(xué)計(jì)算機(jī)是一門概論性課程,內(nèi)容覆蓋面廣,涵蓋計(jì)算機(jī)學(xué)科各個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí),給學(xué)生一個(gè)入門性引導(dǎo),但課時(shí)有限,專業(yè)知識(shí)介紹難度不能太深[2]。傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師講授為主,學(xué)生的收獲往往停留在知識(shí)表面,學(xué)習(xí)熱情不高。為了更好地激發(fā)學(xué)生潛力和學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,本文通過(guò)引入虛擬仿真環(huán)境,開(kāi)展以學(xué)生為中心的教學(xué),在實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解,在探究中提高知識(shí)運(yùn)用能力和計(jì)算思維能力[3-4]。

        近年虛擬實(shí)驗(yàn)成為大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革熱點(diǎn),虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軐⒗碚撝R(shí)具體化、可視化,幫助學(xué)生理解并運(yùn)用于實(shí)踐。各高校相繼構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),如程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及計(jì)算機(jī)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等[5-7]。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程最有代表性的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是北京理工大學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)[8-9]。但這些實(shí)驗(yàn)資源主要針對(duì)中文教學(xué),而且一些資源并非免費(fèi)開(kāi)放。本文針對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)全英教學(xué),引入免費(fèi)開(kāi)源的虛擬仿真軟件,與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,提升教學(xué)效果。

        本文設(shè)計(jì)基于虛擬仿真環(huán)境的大學(xué)計(jì)算機(jī)全英教學(xué)改革實(shí)施方案,介紹虛擬仿真使用環(huán)境,并對(duì)課程改革實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行分析。

        1 課程改革實(shí)施方案

        大學(xué)計(jì)算機(jī)全英課程系統(tǒng)介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),包括:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述、數(shù)據(jù)表示與運(yùn)算、計(jì)算機(jī)硬件及體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)軟件及操作系統(tǒng)、算法、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及安全等[10]?;谔摂M仿真環(huán)境的課程改革,針對(duì)課程主要內(nèi)容引入若干虛擬仿真軟件,學(xué)生在虛擬環(huán)境中通過(guò)實(shí)踐理解并掌握知識(shí)內(nèi)容,在虛擬仿真環(huán)境中完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,提高運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題的能力。

        課程總學(xué)時(shí)40 學(xué)時(shí),其中課堂教學(xué)24 學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。課程教學(xué)12 周完成,每周2 學(xué)時(shí),結(jié)合虛擬仿真軟件開(kāi)展講授、實(shí)踐和研討相結(jié)合的教學(xué)。16 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)合虛擬仿真軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,學(xué)生可進(jìn)一步完善和擴(kuò)展課堂實(shí)例,也可以在虛擬環(huán)境中探索實(shí)現(xiàn)自己的想法,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題的能力。

        課程考核關(guān)注學(xué)習(xí)全過(guò)程,采用多樣化考核形式,包括期末考試、課堂表現(xiàn)、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)4 個(gè)部分。期末考試考察學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況,占總成績(jī)的50%;課堂討論考察學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和探究能力,占總成績(jī)的15%;作業(yè)考察學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度,占總成績(jī)的10%;上機(jī)實(shí)驗(yàn)考察學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題能力,占總成績(jī)的25%。

        2 虛擬仿真環(huán)境的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

        課程結(jié)合虛擬仿真環(huán)境對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新組織,包括理論知識(shí)介紹、虛擬仿真操作和實(shí)驗(yàn)3 部分,以教學(xué)周為單位,課程內(nèi)容組織及采用的虛擬仿真軟件如表1 所示。

        第1 周概述主要介紹什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)以及計(jì)算思維,探討非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)計(jì)算機(jī)的目的。為使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)科學(xué)是如何解決問(wèn)題的,引入掃地機(jī)器人模擬器Picobot[11-12]。Picobot 是美國(guó)哈維穆德學(xué)院(Harvey Mudd College)提供的一款免費(fèi)教學(xué)用軟件,能模擬掃地機(jī)器人完成清理房間任務(wù)。在模擬器中,機(jī)器人工作由用戶編寫的規(guī)則控制,規(guī)則是一種簡(jiǎn)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。為完成清理房間任務(wù),學(xué)生要先設(shè)計(jì)清掃方案,再將方案轉(zhuǎn)化為規(guī)則,最后執(zhí)行規(guī)則控制機(jī)器人行動(dòng)。在此過(guò)程中,學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維方法解決實(shí)際問(wèn)題。在使用Picobot模擬器時(shí),先從最簡(jiǎn)單的任務(wù)入手,即完成一個(gè)空房間的清掃,當(dāng)學(xué)生熟悉了規(guī)則定義后,再提高任務(wù)難度,探究不規(guī)則的房間、有障礙物房間以及迷宮的清掃。在此過(guò)程中,不斷激發(fā)學(xué)生潛力,發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造力。課后,學(xué)生完成4 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)規(guī)則控制機(jī)器人清掃不規(guī)則房間。

        表1 教學(xué)內(nèi)容組織

        第2-3 周介紹數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算,主要包括計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換、數(shù)值型及非數(shù)值型數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算及移位運(yùn)算等。電路仿真模擬器Logisim[13-14]是一款用來(lái)設(shè)計(jì)和模擬數(shù)字邏輯電路的開(kāi)源免費(fèi)教學(xué)軟件,使用Logisim 從搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的與門、或門、非門電路,到通過(guò)組合基本邏輯運(yùn)算構(gòu)造與非、或非、異或等電路,幫助學(xué)生理解邏輯運(yùn)算含義,用邏輯電路搭建實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算。通過(guò)使用該模擬器,學(xué)生能更好理解二進(jìn)制如何將加減乘除運(yùn)算轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算,加法運(yùn)算又是如何由邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。4 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)構(gòu)造實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算的邏輯電路,有興趣的學(xué)生可以繼續(xù)探究,用Logisim 搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的CPU算術(shù)邏輯單元。

        第4 周介紹計(jì)算機(jī)硬件,引入思科網(wǎng)絡(luò)學(xué)院提供的虛擬臺(tái)式機(jī)模擬器(Virtual Activity Desktop)和虛擬筆記本電腦模擬器(Virtual Activity Laptop)[15]。學(xué)生在虛擬環(huán)境中全方位多角度地查看某個(gè)硬件設(shè)備,獨(dú)立完成一臺(tái)計(jì)算機(jī)或筆記本電腦組裝,加深對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的理解。課后完成2 學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn),組裝臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦。

        第5 周介紹馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。為幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)工作過(guò)程,引入美國(guó)三一學(xué)院(trinity college)提供的教學(xué)用4-bit 計(jì)算機(jī)模擬器,展示機(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)程[16]。為便于理解,模擬器對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)化,指令集只有9條基本指令,地址長(zhǎng)度只有4bit,內(nèi)存只有16 個(gè)單元。該模擬器雖小,卻擁有計(jì)算機(jī)的基本組成部件,包括CPU、內(nèi)存、輸入、輸出等。通過(guò)模擬器向?qū)W生演示一個(gè)簡(jiǎn)單的加法運(yùn)算執(zhí)行過(guò)程,展示機(jī)器循環(huán)取指令、解析指令、執(zhí)行指令過(guò)程中內(nèi)存及寄存器變化,幫助學(xué)生理解馮·諾依曼計(jì)算機(jī)工作原理。課后2 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)用4-bit 計(jì)算機(jī)模擬器編寫一個(gè)計(jì)算平方的程序并單步執(zhí)行。

        第6-7 周介紹計(jì)算機(jī)軟件及操作系統(tǒng)。由于操作系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)龐大復(fù)雜的程序,即使為操作系統(tǒng)課程教學(xué)提供的模擬器如Ucore 也較復(fù)雜,而課程針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生且學(xué)時(shí)有限,因此引入虛擬機(jī)VMware Workstation軟件,使計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同操作系統(tǒng),幫助學(xué)生理解操作系統(tǒng)及虛擬機(jī)含義。

        第8-9 周主要以排序和查找問(wèn)題為例介紹算法。為更好地理解算法,引入Python 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。Python 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔高效,易于上手。通過(guò)Python 程序?qū)嵗?,能更直觀闡述算法相關(guān)知識(shí),如遞歸和迭代的區(qū)別和聯(lián)系、確定性和非確定算法區(qū)別等。通過(guò)Python 程序?qū)嵗宄庇^地介紹計(jì)算思維方法,如窮舉法、分而治之法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法等。

        第10-12 周介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及安全基本知識(shí)。引入思科網(wǎng)絡(luò)學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)仿真模擬器Packet Tracer,該模擬器可實(shí)現(xiàn)各種類型網(wǎng)絡(luò)搭建、配置,對(duì)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)類型、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)非常有幫助[17-18]。課后,學(xué)生完成4 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn),包括搭建一個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(2 學(xué)時(shí))、網(wǎng)絡(luò)安全配置(2 學(xué)時(shí))。在網(wǎng)絡(luò)安全配置實(shí)驗(yàn)中,完成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)密碼設(shè)置、MAC 地址過(guò)濾及單端口轉(zhuǎn)發(fā)等。Packet Tracer 是一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)模擬器,對(duì)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)感興趣的學(xué)生可以繼續(xù)探究,模擬更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。

        在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí)全英教學(xué)中引入虛擬仿真軟件,使學(xué)生在動(dòng)手操作過(guò)程中更好地理解知識(shí)內(nèi)容,通過(guò)設(shè)計(jì)基于虛擬仿真軟件實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步增強(qiáng)知識(shí)運(yùn)用能力。學(xué)生在興趣的驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)探索更多的知識(shí)內(nèi)容,并將產(chǎn)生的創(chuàng)新性想法在虛擬仿真環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。

        3 教學(xué)組織方式

        在課堂教學(xué)組織上,借鑒翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法,課前教師向?qū)W生發(fā)布本周要使用的虛擬仿真工具,學(xué)生提前查閱相關(guān)資料,了解軟件的基本使用方法。課堂上學(xué)生按6~8人進(jìn)行分組,主要開(kāi)展講授、演示、討論和實(shí)操4 個(gè)環(huán)節(jié)教學(xué)。課堂教學(xué)使用清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的雨課堂工具,開(kāi)展課前預(yù)習(xí)、課堂簽到、隨機(jī)點(diǎn)名提問(wèn)、實(shí)時(shí)答題等教學(xué)活動(dòng)[19-20]。

        課堂教學(xué)組織包括4 個(gè)環(huán)節(jié):①基礎(chǔ)知識(shí)講授,教師講授本周知識(shí)內(nèi)容,借助雨課堂的實(shí)時(shí)答題功能在課堂上即時(shí)查看學(xué)生答題正確率,了解知識(shí)掌握情況;②演示,教師在虛擬仿真環(huán)境中對(duì)講授的主要知識(shí)進(jìn)行演示,將理論與實(shí)際相結(jié)合;③結(jié)合知識(shí)內(nèi)容和虛擬環(huán)境,教師提出問(wèn)題,學(xué)生分組討論,形成初步解決方案,學(xué)生在研討和設(shè)計(jì)過(guò)程中更好地理解知識(shí)內(nèi)容;④實(shí)操訓(xùn)練,在虛擬仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。教師挑選1~2 組進(jìn)行展示。

        課堂教學(xué)4 個(gè)環(huán)節(jié)往往交替進(jìn)行,教師講解一部分知識(shí)內(nèi)容,演示一部分知識(shí)運(yùn)用的效果,然后向?qū)W生提問(wèn),學(xué)生討論解決,并在虛擬環(huán)境中仿真實(shí)現(xiàn)。

        4 實(shí)踐結(jié)果分析

        本文從傳統(tǒng)教學(xué)與基于虛擬仿真環(huán)境教學(xué)的成績(jī)對(duì)比以及調(diào)查問(wèn)卷兩方面分析教學(xué)改革實(shí)施效果。

        全英大學(xué)計(jì)算機(jī)授課對(duì)象是非計(jì)算機(jī)專業(yè)全英創(chuàng)新班學(xué)生,包括電氣工程、土木工程、環(huán)境工程等專業(yè)。為了使成績(jī)更具可比性,選取同一專業(yè)學(xué)生對(duì)比傳統(tǒng)教學(xué)和采用虛擬仿真環(huán)境教學(xué)兩個(gè)學(xué)年的課程成績(jī)進(jìn)行對(duì)比。兩個(gè)學(xué)年使用相同教材,考試范圍和難度相當(dāng),成績(jī)對(duì)比結(jié)果如圖1 所示,平均分對(duì)比結(jié)果如圖2 所示。

        圖1 傳統(tǒng)教學(xué)與基于虛擬仿真環(huán)境的教學(xué)成績(jī)分布對(duì)比

        圖2 傳統(tǒng)教學(xué)與基于虛擬仿真環(huán)境教學(xué)平均分對(duì)比

        兩個(gè)學(xué)年課程成績(jī)普遍較高,因?yàn)槿鄬W(xué)生是經(jīng)過(guò)選拔錄取的優(yōu)秀學(xué)生,學(xué)習(xí)能力較強(qiáng),每年全英班有嚴(yán)格的淘汰制,因此學(xué)生普遍學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真。由圖1 可知,基于虛擬仿真環(huán)境的教學(xué)成績(jī)優(yōu)秀的比例明顯較高,比傳統(tǒng)教學(xué)優(yōu)秀比例高52.5%,不及格比例比傳統(tǒng)教學(xué)低7.5%。由圖2 可知,基于虛擬仿真環(huán)境的教學(xué)平均分比傳統(tǒng)教學(xué)提升8.7 分,最低分也有所提高。

        對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)改革問(wèn)卷調(diào)查,從問(wèn)卷結(jié)果可知,85.7% 的學(xué)生認(rèn)為使用虛擬仿真軟件對(duì)課程內(nèi)容理解有較大幫助,只有67.2% 的學(xué)生能在課前完成軟件安裝并查閱一些資料,只有75% 的學(xué)生能獨(dú)立完成課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。部分同學(xué)雖然能理解教師課堂演示的案例,但要獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)仍有困難,因?yàn)椴糠謱?shí)驗(yàn)是探究性的,沒(méi)有固定答案,也不局限于課本知識(shí)內(nèi)容,需要學(xué)生課后花費(fèi)時(shí)間自行查閱資料。

        由實(shí)踐結(jié)果可知,在大學(xué)計(jì)算機(jī)全英教學(xué)中引入虛擬仿真軟件,對(duì)學(xué)生理解知識(shí)內(nèi)容有幫助,課程成績(jī)有所提高,但學(xué)生還需進(jìn)一步轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)觀念,不局限于課本內(nèi)容,主動(dòng)完成課前知識(shí)調(diào)研和課后擴(kuò)展學(xué)習(xí),以適應(yīng)以學(xué)生為中心的教學(xué)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        基于虛擬仿真環(huán)境的大學(xué)計(jì)算機(jī)全英教學(xué)改革,一方面通過(guò)理論與實(shí)踐結(jié)合,幫助學(xué)生在全英教學(xué)中更好地理解計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),另一方面,通過(guò)在虛擬仿真環(huán)境中的探索實(shí)踐,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,為計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課程全英教學(xué)提供新的方法和思路。本文設(shè)計(jì)了課程改革實(shí)施方案和組織方式,教學(xué)改革實(shí)踐表明,基于虛擬仿真環(huán)境的全英大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)改革取得了較好效果。下一步研究工作是將這些虛擬仿真工具集成到一個(gè)平臺(tái),以減輕學(xué)生配置環(huán)境的負(fù)擔(dān),更專注于利用工具理解知識(shí)。

        猜你喜歡
        全英模擬器學(xué)時(shí)
        全英課程建設(shè)的探索與反思
        《詩(shī)詞寫作》課程教學(xué)大綱(節(jié)選)
        學(xué)時(shí)壓縮下有機(jī)化學(xué)教學(xué)方法探討
        云南化工(2021年9期)2021-12-21 07:44:20
        了不起的安檢模擬器
        盲盒模擬器
        教學(xué)大綱國(guó)畫(工筆花鳥(niǎo))
        劃船模擬器
        探索學(xué)時(shí)積分制 構(gòu)建階梯式成長(zhǎng)激勵(lì)體系
        全英的故事
        今日文摘(2020年4期)2020-06-24 05:50:36
        2019年全英公開(kāi)賽混雙決賽中鄭思維的技術(shù)特征統(tǒng)計(jì)與分析
        日本女同视频一区二区三区| 日本不卡视频一区二区| 亚洲在线视频免费视频| 久久精品国产久精国产| 自拍欧美日韩| 国产精品国产三级国产一地| 日本不卡视频一区二区| 亚洲精品www久久久久久| 内射少妇36p亚洲区| 久久精品国波多野结衣| 亚洲人成伊人成综合网中文| 亚洲综合偷自成人网第页色| 男ji大巴进入女人的视频小说| 亚洲精品国产成人AV| 国产三级在线看完整版| 亚洲精品一区二区三区52p| 九色九九九老阿姨| 96免费精品视频在线观看| 日本一区二区三区在线视频观看| 蜜桃一区二区三区视频网址| 日本三级欧美三级人妇视频黑白配 | 亚洲av无码一区东京热久久| 国产va免费精品高清在线 | 亚洲国产日韩综一区二区在性色| 人妖一区二区三区视频| 天天爽天天爽夜夜爽毛片| 国产精品视频yuojizz| 国产视频在线播放亚洲| 国产精品亚洲精品日韩已方| 中文字幕一区二区三区精华液| 久久与欧美视频| 美女与黑人巨大进入免费观看 | 国产精品一区av在线 | 国产a v无码专区亚洲av| 亚洲欧美香港在线观看三级片| 亚州无吗一区二区三区| 乱码丰满人妻一二三区| 四虎永久免费影院在线| 国产自拍在线视频观看| 国产一区二区精品久久岳| 国产av无码专区亚洲av|