基于互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS的計算機組成原理教學(xué)探索與實踐

張睿 張永梅 趙繼澤 潘理虎 柴艷峰

摘要：針對計算機組成原理課程教學(xué)中存在的主要問題，結(jié)合我校實際情況，提出了一種互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS教學(xué)新模式，并將其應(yīng)用于計算機組成原理教學(xué)中。實踐表明，通過課堂延伸、網(wǎng)絡(luò)資源和平臺利用、BOPPPS模式結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，新教學(xué)模式不僅提高了教學(xué)質(zhì)量和效率，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

關(guān)鍵詞：BOPPPS模型；互聯(lián)網(wǎng)；計算機組成原理；教學(xué)改革； 教學(xué)實踐

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）05-0133-03

Teaching Exploration and Practice for the Course of Computer Organization Principals Based on the Internet+ BOPPPS

ZHANG Rui1， ZHANG Yong-mei2*， ZHAO Ji-zhe1， PAN Li-hu1， CHAI Yan-feng1

（1. Taiyuan University of Science and Technology， Department of Computer Science and Technology，Taiyuan 030024， China；2. North China University of Technology， School of Computer Science， Beijing 100144， China）

Abstract： Aimed at the current main problems which exits in teaching， and combination with the practical situation of our university， a new kind of teaching mode called Internet+ BOPPPS is raised and applied to the teaching of the course of the Computer Organization Principals .The practice indicates that the new educational mode not only improves the teaching qualities and the efficiencies ，but also helps to cultivate the abilities of the computational thinking for students through extending the classroom， taking advantage of the network resources and platforms， and adjusting the structure of the BOPPPS Mode.

Key words：BOPPPS Mode；Internet；Computer Organization Principals；Educational reform；Teaching practice

1 引言

計算機專業(yè)人才計算思維能力的強化培養(yǎng)已經(jīng)成為我國高等院校工程教育改革的重點，即在計算機系統(tǒng)理論和方法掌握的基礎(chǔ)上，利用計算機系統(tǒng)思維方式構(gòu)建、開發(fā)計算技術(shù)相關(guān)的系統(tǒng)，解決相關(guān)問題[1]。計算機組成原理[2-3]是以培養(yǎng)學(xué)生掌握計算機整機結(jié)構(gòu)和工作原理為目的，是計算機專業(yè)學(xué)生必修的核心基礎(chǔ)課。該門課程是計算機專業(yè)學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)的基石，包含硬、軟件之間的相互協(xié)同運行機制，與后續(xù)操作系統(tǒng)、編譯原理、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等課程知識交叉滲透、息息相關(guān)，直接影響著計算思維能力的培養(yǎng)效果。

計算機組成原理[4]主要是以計算機各個組成部件（軟、硬件）相互協(xié)同運行機制、高級語言源程序到機器指令程序轉(zhuǎn)換機制為學(xué)習(xí)內(nèi)容，所涉及知識點較多、課程內(nèi)容較為抽象、較于依賴先導(dǎo)課程（數(shù)字電路，數(shù)字邏輯）知識，課時緊湊，所以該門課程被認(rèn)定為難學(xué)難教的課程。該門課程普遍的教學(xué)方式多是教師單向教為主，學(xué)生缺乏反饋、缺乏思考，常常被動接收抽象理論，難以深入理解計算機內(nèi)部組件協(xié)同運行、轉(zhuǎn)換機制，更別提主動運用計算機思維解決問題。

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知》中指出：全力推動信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合。在當(dāng)下“互聯(lián)網(wǎng)+”時代環(huán)境下，信息技術(shù)已逐步深入到教育領(lǐng)域，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式下許多新興的教育模式應(yīng)運而生，如慕課、SPOC、微課、等翻轉(zhuǎn)課堂模式[5-9]讓教學(xué)不再局限于課堂、書本，改善了教學(xué)質(zhì)量的同時也提高了學(xué)生積極性。但縱觀上述線上線下結(jié)合的教育方式，教師對學(xué)生自主學(xué)習(xí)的約束力和監(jiān)控過程較為薄弱，學(xué)生難以有效堅持完成線上學(xué)習(xí)，同時微課、慕課、SPOC等平臺存在實際操作要求高，成本高，教師難以開發(fā)和推廣在線課程等問題。

因此，結(jié)合太原科技大學(xué)計算機組成原理課程實際教學(xué)情況，本文提出一種折中教學(xué)模式，互聯(lián)網(wǎng)+ BOPPPS教學(xué)模式，即在現(xiàn)有BOPPPS教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，通過互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源合理的利用，以學(xué)定教，以啟發(fā)式、反饋式教學(xué)為主導(dǎo)，來改善現(xiàn)有計算機組成原理課程授課的單一性、抽象性、被動性和枯燥性，同時有助于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”服務(wù)新業(yè)態(tài)的發(fā)展。

2 BOPPPS教學(xué)模式

1976年，溫哥華大學(xué)的Douglas Kerr提出了一種增強師生互動的閉環(huán)教學(xué)模式，即BOPPPS模式[10]。該教學(xué)模式遵循“教學(xué)目標(biāo)→教學(xué)行為→學(xué)習(xí)活動→教學(xué)評估→教學(xué)目標(biāo)”的循環(huán)過程，將課程知識點按照六個要素遞進貫穿于整個教學(xué)過程，重點強調(diào)學(xué)生全方位參與和學(xué)生學(xué)習(xí)信息情況反饋，并以此不斷調(diào)整改善后續(xù)課程的教學(xué)設(shè)計的活動。圖1是BOPPPS模式教學(xué)流程。BOPPPS六要素具體包括[11-13]：引入（Bridge-in）、目標(biāo)（Objective）、前側(cè)（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測（Post-assessment）、總結(jié)（Summary）。

1）引入，教師選擇與當(dāng)前課堂教學(xué)目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的問題、經(jīng)驗、事件，吸引學(xué)生注意力的同時，幫助學(xué)生連接課堂內(nèi)容；2）目標(biāo)，圍繞“事件、條件、行為、程度”，明確告訴學(xué)生：who，under what condition，will dowhat，howwell，讓學(xué)生確切知道當(dāng)前課堂的具體學(xué)習(xí)目標(biāo)，并達(dá)到一個可量化、觀測的學(xué)習(xí)效果；3）前側(cè)，通過直接問題、開放式問題、腦力激蕩、小測試等教學(xué)策略來了解學(xué)生對當(dāng)前課堂的先導(dǎo)知識掌握情況和興趣程度，從而調(diào)整課堂知識點的深度和進度；4）參與式學(xué)習(xí)，作為核心要素，參與式學(xué)習(xí)通過師/生或生/生雙向交流方式改變傳統(tǒng)單向教學(xué)方式，突出學(xué)生學(xué)習(xí)為主導(dǎo)，教輔于學(xué)，讓學(xué)生主動參與課堂、體驗課堂、互動課堂、反思課堂；5）后測，通過多種問答檢測當(dāng)前課程學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，以及教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，同時也是對教師自己教學(xué)效果的評價，為后續(xù)課程改進提供依據(jù)，實現(xiàn)雙向反饋；6）總結(jié)，圍繞教學(xué)目標(biāo)梳理、整合、延伸課堂內(nèi)容。

圖1 BOPPPS教學(xué)模型

從圖1中可以看出，BOPPPS模式構(gòu)建的各個教學(xué)環(huán)節(jié)前后承接條理，各環(huán)節(jié)層次明確，圍繞教學(xué)目標(biāo)環(huán)環(huán)緊扣，同時前測后測首尾呼應(yīng)，做到課堂及時反饋。BOPPPS 模式的融入將有效提高教學(xué)課堂的“教”與“學(xué)”的互動。

3 互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS教學(xué)模式

對于依賴先導(dǎo)知識較強的計算機組成原理課程來說，學(xué)校提出壓縮課程課時，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)，但并沒有改變教學(xué)目標(biāo)，反而提高了教學(xué)要求，教學(xué)難度無疑增大，利用傳統(tǒng)的BOPPPS教學(xué)模式在有限課時內(nèi)完成講授和實踐教學(xué)，教學(xué)質(zhì)量和知識點深度必會大打折扣。

互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS即將互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源和便利融入BOPPPS六個教學(xué)過程要素中，同時六個過程要素也進行延展調(diào)整，以互聯(lián)網(wǎng)為輔，課堂BOPPPS教學(xué)為主的教學(xué)新模式?；ヂ?lián)網(wǎng)+BOPPPS教學(xué)模型如圖2所示。相比于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式和線上教學(xué)模式，互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS：

1）改變傳統(tǒng)BOPPPS模式結(jié)構(gòu)和順序?！敖虒W(xué)有法但無定法”，BOPPPS過程要素不應(yīng)局限于圖1固定模式，根據(jù)需要可以靈活調(diào)整結(jié)構(gòu)和順序，將目標(biāo)和前測放在課前，并加入先導(dǎo)知識點學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容，通過微信公眾號信息或微視頻推送讓學(xué)生對學(xué)有側(cè)重，并利用調(diào)查測試的形式來督促學(xué)生先導(dǎo)知識的學(xué)習(xí)，對學(xué)生先導(dǎo)理論的掌握情況、存在的疑惑進行了解，教師以此調(diào)整課堂進度和深度，這樣既避免了傳統(tǒng)課前預(yù)習(xí)的目標(biāo)模糊，學(xué)習(xí)效果難以檢測的問題，同時還能帶著學(xué)生疑惑進行課堂解答，節(jié)省了課堂寶貴時間。

圖2 互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS教學(xué)模型

2）互聯(lián)網(wǎng)課前學(xué)習(xí)評測與反饋。傳統(tǒng)的線上教輔多以老師布置任務(wù)，學(xué)生課余時間線上完成，對于缺乏自覺性和紀(jì)律性的學(xué)生多以應(yīng)付為主，同時老師也無法做到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程的監(jiān)控，對課前學(xué)習(xí)效果難以測評?；ヂ?lián)網(wǎng)+BOPPPS教學(xué)模式，利用網(wǎng)絡(luò)豐富的教學(xué)資源和便利的測試平臺，同時結(jié)合了BOPPPS層層交互的特點，以明確的教學(xué)目標(biāo)為中心，在線上學(xué)習(xí)的過程引入不同形式的測評和反饋的評價標(biāo)準(zhǔn)，并計入學(xué)生平時成績，在監(jiān)督學(xué)習(xí)效果的同時，也是教師對學(xué)生前測結(jié)果的把控，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+式教學(xué)新模式。

3）課堂在線后測反饋，增加查漏補缺環(huán)節(jié)。后測是教師對學(xué)生知識掌握情況和教學(xué)效果的評估方式，線上后測可以通過問卷星、雨課堂、微助教等軟件工具，實現(xiàn)課堂知識點測試及疑惑反饋，并精確統(tǒng)計和分析測試結(jié)果，對于檢驗不合格的知識點或統(tǒng)計回的疑惑帶入到查漏補缺環(huán)節(jié)，對于學(xué)生未能掌握好的知識點進行多次強調(diào)，對于學(xué)生的疑惑給出合理解答。在線后測提高了BOPPPS教學(xué)效率的同時，節(jié)約了課堂寶貴時間，提供了客觀有效的測試分析和疑惑反饋，讓教師在查遺補漏環(huán)節(jié)圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)再次強化知識點，鞏固課堂知識。

4 互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS在計算機組成原理課程中的應(yīng)用

以計算機系統(tǒng)組成和層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計為例，將互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS模式應(yīng)用其中，進行課程教學(xué)設(shè)計。

4.1 教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計

l教學(xué)對象及學(xué)情分析（Whom）

太原科技大學(xué)四年制本科計算機科學(xué)與技術(shù)二年級專業(yè)學(xué)生；

l教學(xué)目標(biāo)（Why）

掌握存儲程序型計算機的原理；熟悉計算機系統(tǒng)組成和層次結(jié)構(gòu)；

l教學(xué)內(nèi)容及重難點（What）

基本內(nèi)容：（1）馮·諾依曼計算機結(jié)構(gòu)及特點；（2）計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)；

教學(xué)重點：計算機的硬件組成；計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；

教學(xué)難點：存儲程序型計算機原理。

l教學(xué)方法（How）

本課程采用啟發(fā)式與參與式相結(jié)合的互聯(lián)網(wǎng)+BOPPPS教學(xué)方法，充分利用線上資源、多媒體課件以及實物教具等教學(xué)手段。

l評測方法（Whether）

基于問卷星、雨課堂、微助教等線上APP的知識點考核，并分析及解疑。

4.2 教學(xué)過程設(shè)計

4.2.1課前線上（時間控制20分鐘以內(nèi)）

前邊本論文已經(jīng)提到，計算機組成原理課程的重要性，其先導(dǎo)課程包含如數(shù)字電路、數(shù)字邏輯、程序設(shè)計語言等，知識面涉及硬件軟件，且內(nèi)容較為抽象。為了更好地讓學(xué)生理解課程知識，先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容、測試是非常必要的。在督促學(xué)生復(fù)習(xí)基礎(chǔ)理論的同時也有利于教師把控課堂教學(xué)進度、深度，調(diào)整教學(xué)設(shè)計。

1）課前先導(dǎo)學(xué)習(xí)目標(biāo)。這部分強調(diào)的是為什么要復(fù)習(xí)這部分知識點，并幫助學(xué)生明確課程先導(dǎo)知識點的學(xué)習(xí)程度和掌握程度。這部分內(nèi)容可以通過QQ群、微信群以及微信公眾號等方式，利用PPT或Word形式或公眾號課程信息傳遞推送給學(xué)生。如：能夠準(zhǔn)確說出計算機系統(tǒng)中輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器、中央處理器的概念；能夠準(zhǔn)確說出計算機二進制語言、程序、算法的概念、區(qū)別與聯(lián)系。