融合SPOC模式的分層教學法在本科教學中的應用

張飛　呂家偉　黃劉松

關鍵詞：計算機組成原理；SPOC；分層教學法；心理效應；分組教學

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生的專業核心課程，涉及計算機硬件的基本原理和設計方法。該課程的學習對于理解計算機系統的整體性、關聯性、層次性、動態性和開放性具有現實意義，對培養學生計算機系統能力，掌握計算機軟硬件協同工作及相互作用的機制的能力具有重要作用[1]。傳統的教學中，教師主要通過講解和實驗來傳授知識，學生則通過課堂筆記和實驗報告來鞏固所學內容。然而該課程學習依賴于數字邏輯、模擬電路、匯編語言等前序課程，學習基礎要求較高，對于計算機學生而言，學生一般更傾向于軟件類課程的學習，抵觸底層硬件技術的學習。學生易產生畏難情緒，學習興趣不高。

1 計算機組成原理課程教學設計

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

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

本文選取學院計算機本科班核心專業課計算機組成原理作為研究對象，嘗試通過心理效應，提出一種融合SPOC模式的分層教學法，并在計算機組成原理課程中進行實踐。旨在通過以學生為核心分層，結合心理效應，良性引導學生，提高課堂質量和知識傳播效率，培養具備計算機系統能力的新時代計算機人才。

在教學設計過程中，首先采用學習通、線下調研等手段對計算機科學與技術專業的學生進行前序相關課程學習情況的學情調研；其次融合心理效應，從前置課程的學習反饋、學生掌握能力等角度出發，對學生主體、教學目標和內容進行分層；最后通過SPOC 平臺（學習通）組織教學，建立分層評價機制以及動態反饋機制，促進學生自身學習方法的改進，教師教學能力的提升，達到分層教學動態優化的作用。

2 計算機組成原理課程教學實施過程

2.1 計算機組成原理相關課程學情分析

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

從知識技能基礎上，授課對象為專升本計算機科學與技術專業學生，經過模擬電路、C語言、計算機組裝維護等前序基礎課程的學習，部分學生已經具備一定計算機硬件基礎知識。但是，對于計算機硬件的實現原理掌握比較片面，知識框架不完整，特別是對自己所學的課程知識與計算機的關聯性思考不足。

從認知和實踐能力上，經過基礎階段的學習，學生對于數字轉換、碼制、邏輯代數、基本門電路有一定了解和認知，但缺乏獨立設計組合電路解決應用問題的能力。反映出知識點停留在學習上，缺乏知識的轉化應用能力。

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

2.2 立足學生特點，進行學生主體分層

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

通過前期學情分析，依據前序課程的考試成績，課堂表現、學生學習態度、教師評價等因素，按照學生的認知水平、知識水平、個性因素的差異性，發現每個學生的閃光點和不足之處。結合計算機組成原理偏向硬件的特征，將學生按照自主學習積極性，分析問題能力，動手操作能力，學習興趣等方面分為優秀、一般、較差三個層次。

計算機組成原理課程教學分為理論和實驗兩部分，對于專升本階段學生而言具有一定的難度。所以在學生分層之后，采用分組教學的方式。分組教學應按照組間同質，組內異質的原則，利用前一階段對學生的分層結果，結合男女比例、班級實際情況等因素設計小組人數和人員構成。保證組內學生取長補短，各組綜合能力相近，確保小組成員合理，讓學生可以相互借鑒，共同學習，發揮各自的優勢。

學生主體分層的關鍵核心是進行隱性分層，即避免學生產生被區別對待的心理落差。分層的目的是讓學生作為學習主體能夠被賞識，去放大學生的優點，挖掘學生的潛力，增加學生的學習動力，提升小組成員在課程學習的質量與效率。

2.3 分析課程標準，對教學活動進行分層

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、指令系統、中央處理器、總線系統、輸入輸出系統，以馮·諾依曼體系為出發點，詳細闡述了計算機的軟硬件架構，內容覆蓋面廣。

登門檻效應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則[6]?；谠撔攸c，課程知識點的安排應該循序漸進，知識點的分布應該具備層次，不宜難度跨度過高。讓學生能夠先掌握難度系數較低的知識點，然后逐步打牢基礎，去挑戰難度系數較高的知識點。

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

2.4 建立分層評價機制，完善動態反饋機制

計算機組成原理課程硬件方面的知識較為突出，計算機專業學生一般“欺軟怕硬”，對軟件知識的學習比較得心應手，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、教學主體、教學活動分層構建之后，需要建立對應不同層次學生的分層評價機制?？己嗽u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SPOC課程平臺的統計、學生自評、教師評價、團隊互評和學習自評多種評價方式，涵蓋課前、課中、課后三個階段，從課程知識角度，考察知識學習掌握情況，從項目技能角度，考查知識點的運用和團隊實踐情況，從職業技能角度，考察團隊合作和自主學習能力。

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

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

2.5 計算機組成原理課程教學實施情況

選取計算機科學與技術專升本班級41人為教學班級，在超新學習通平臺創建課程，完善課程教學資源的建設，同時依據分層教學思想以及學情分析結果，按照4-5人一組進行分組。課程經過知識點的層次化重構，采用教學與實踐相結合，以實練促進知識點的理解，定期開展課程討論、評價，肯定學生的學習成果。通過調研以及學習成果的反饋，從知識點記憶能力、動手能力、分析問題能力、學習興趣和自主學習積極性方面，表現優秀的學生比例增加，表現較差的學生比例有所下降，課程實施情況如圖 3所示。

3 計算機組成原理課程教學思考

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

1） 在互聯網、大數據以及人工智能的大背景下，信息化教學逐步成為現代教學必不可少的教學手段，MOOC、學習通等平臺的興起，推動著SPOC等教學模式的創新。融合SPOC模式的分層教學法的計算機組成原理課程教學也是運用了這些平臺，但是平臺只是工具，運用工具去呈現什么樣的教學內容，才是課程的建設過程?，F代課程建設的過程，要考慮學會運用信息化平臺工具，分析學生的特點，依據學生的學情，以一定層次整合課程的知識點，使得課程知識體系建設的過程符合本屆學生的真實情況。

2） 思政建設對于計算機組成原理課程建設的促進作用。教學的過程不僅是知識傳播的過程，更是一個培養學生自主學習的過程。如何讓學生產生自主學習的積極性，需要將德育的內涵融入教學之中，將培養創新精神和實踐能力與建設學生積極、健康、樂觀向上的人生觀相結合，用潤物無聲的思政元素去培育有理想信念、敢于擔當的時代人才。

4 結論

在計算機組成原理課程中采用融合SPOC教學模式的分層教學方法是對該類課程教學開展方式方法研究的一次有益嘗試，也為其他課程教學的開展提供了思考方向。本研究運用超星學習通等平臺建立SPOC教學模式，確立學生的主體地位，運用平臺數據統計能力以及課程評價體系，分析學生學習狀態，實時調整學習活動，提升學生自主學習能力。在教學中采用分層教學法，考慮學生的心理效應，合理設計教學活動，關注不同分層中學生的學習情況，讓課程內容充分、適量，激勵學生學習自信心，養成自我學習的習慣。

【通聯編輯：王力】