计算机组成原理实验课程网络在线试验平台建设模式的思考

刘登峰　秦宁宁　徐保国

摘要：本文主要针对目前我国高校扩招后带来的试验设备与资源相对不足的问题，面向计算机组成原理实验课程，提出了通过建立网络在线试验平台来解决试验设备与资源相对不足问题，并大大提高了学生动手实践时间上的机动性，同时作者根据自身的教学经验，对网络在线试验平台涵盖的内容与开展方式提出了相应的建议。

关键词：计算机组成原理试验课程；网络在线试验平台；建设模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0207-02

计算机系统类课程在信息类专业教学过程中具有举足轻重的作用，尤其是系统类课程中的计算机组成原理课程的实验教学过程对于学生系统观念的形成具有无可替代的地位。计算机组成原理是非常重要的计算机系统类核心课程，其在工科的计算机系统性学习占有举足轻重的作用。目前，计算机组成原理的实验课程已不仅仅是理论课程的补充或附属，而是作为一个重要的环节和关键组成部分越来越受重视。社会及信息技术的发展要求高校培养的人才不仅掌握扎实的理解知识，还要有很强的实践动手能力及创新能力。

对于计算机组成原理课程来说，传统在实验室的实验课程已不能满足现有需求，需要新型实验课程教学平台来满足课程的需求。因此，计算机组成原理的实验教学改革是目前各高校面临的一项重要任务。目前，虽然在实验室的实验教学可以激发学生实验兴趣和创新能力，但是实验设备的紧缺与实验室开放时段的限制，使得学生的实际动手设计与操作时间大大缩短，不能满足学生学习的需求。

目前以MOOC课程为代表的网络教学在给传统教学模式带来了极大挑战的同时，却给学生们的学习带来了极大的便利，使他们足不出户就可以学习到最好的教师讲授的最好的课程。正是由于MOOC课程带来的冲击，目前基于网络技术来展开教学的研究开始出现在教学改革与研究领域，但是目前所进行的网络教学改革主要针对文化课程，鲜有针对实验课程的尝试。而计算机系统类课程的建设应采取网络在线实验系统平台代替实际实验平台，将为学生提供可以远程在线设计实验的计算机系统类在线实验课程平台，使得学生可以在线完成课程实验的综合设计与仿真。打破由于实验设备的紧缺与实验室开放时段的限制，使得学生的实际动手设计与操作时间大大缩短，不能满足学生学习需求的限制。因此，开展网络在线实验系统平台建设对提高当前形势下本科生的质量极为重要。

但是目前鲜有研究涉及该领域，作者认为：在课程建设过程中，需要重视教学方式方法的改革以及网络技术的应用和网络资源平台的建设。但是目前教学体系与模式存在以下问题，具体包括：①教学资源不完整。在有限课时情况下，要实现教师少讲精讲，又要完成教学内容，尤其是实验方面要求教师和学生用较少的课时完成必修的实验，且要求学生能够理解掌握，就必须提供足够的基础教学资源，以满足学生课外自主学习的需要。限于技术原因，目前，有一些基础教学资源仍不能在课程网站上实现共享。②缺乏沟通与互动平台。知识的学习是通过“教”与“学”来完成，目前高校的授课模式注定了学生与教师的交流大多集中在课堂上，而课时的限制使得教师根本无法对学生的疑问进行一一的解答。这造成学生在课外自主学习时，尤其是硬件实验设计，学生在线进行实验仿真，遇到疑难知识点，无法及时与教师沟通。而目前学校使用的网络教学平台无法实现在线答疑和讨论，师生之间的课外互动需要依靠QQ群、短信、飞信等公共网络通讯平台进行，给师生之间和学生之间实时快捷的深度互动带来诸多不便。③缺少自测和实验验证平台。虽然现有课程资源中有一些实验设计例程，但尚缺乏对学生进行手把手进行实验设计的教学视频及对学生所学知识点掌握情况的测试例程，不便于师生对学生自主学习的效果进行即时评价；同时，对于一些大型课程作业，目前也缺乏师生间和学生间交流讨论以及作业提交和评价的平台。④缺少远程实验平台。目前缺少可以供学生远程实验的实验平台，学生只能依靠实验课有限的课时动手完成实验，没有可靠的远程平台供课前的预习，及课后的复习理解。对于计算机系统类课程，学生仅靠实验课的有限时间无法提高动手实践能力。因此，对于计算机系统类课程来说，亟需开发出可以供学生远程体验实验课程的平台。⑤无法管理与监督。现有课程网站只是实现了课程资源的网络化，并不能实现课程教学的网络化，即学生只是从课程网站上获取一些基本课程资源，如课件、教学录像等，但教师却无法跟踪和管理学生课外学习的情况，教师对每位学生课外自主学习的时间和效果缺乏考核评价方法。目前，教师对学生自主学习的情况只能根据课外作业、课堂提问和课堂讨论时学生的表现加以评价，未能真正实现对学生学习过程的跟踪与考察。

综上所述，为满足学生自主学习的需要，亟需建立一种基于网络的在线实验平台，可以综合提供并收集各种教学资源（收集功能来自于学生们提交的各种大型课程作业），满足师生之间和学生之间深度互动和讨论答疑的需要，记录和统计学生自主学习情况和规律，并满足学生对知识点掌握情况的自测和测试，以及大型作业的讨论和提交。具体研究实施思路为：①现有教学资源在网络教学综合平台上的合理汇交。拥有现成的教学资源和已经建设的网络教学平台，并不是说简单地将前者上传到平台上就能构建适合本课程的网络教学综合平台。因此，在收集并上传现有教学资源的基础上，根据本课程的特点，进行二者之间的兼容与适应性的调整是需要研究的主要内容。②设计与建设系统设计在线平台。利用现有网络信息平台，建成可供学生远程实验的在线平台。该计算机系统类在线实验平台需要提供典型的演示实验供学生观摩学习，系统可提供平台使用帮助说明，实验结果需要能及时反馈供学生分析设计。③进一步完善课程资源。对知识点和重点、难点进行梳理，根据需要设计出三大类题目，构建课程设计例程库。第一类主要用于学生自测，设计为较简单的设计例程，方便学生对在线平台的熟悉，考查学生对单一知识点的复习与掌握；第二类题目用于考查学生综合分析利用知识的能力，包括方案设计及综合分析型实验；第三类是大型作业和课程综合实验，分别实现简化的CPU与编译器，目的是培养和考查学生利用所学知识分析问题、解决问题的能力以及分工协作的团队意识。④构建在线自测、设计提交和评价平台。对于以上各类知识点，将题目与答案分别存入计算机系统类在线实验平台。第一类知识点学生在完成题目后可进行自主学习的自我评价，并据此安排学习进度。如可能，在自测系统中，将设计类似目前大多网络游戏中普遍采用的“冲关”模式，即以自测结果反馈控制学生是否可以进入下一环节的学习，以增加自主学习过程的乐趣；对于第二类题目，该平台将提供学生在线提交和教师在线批改功能，同时对学生完成情况具有统计记录和分析功能；对于第三类题目，平台将提供分组、组内讨论以及师生间交流讨论功能。⑤构建在线答疑与互动平台，实现师生间和学生间的深度互动。主要包括三个方面：一是师生可以针对某一问题，在线展开答疑与讨论，这一点可以基于校园网络教学综合平台实现，教师组成员负责答疑；二是可以找专门负责人员将对答疑问题进行统计和分析，反馈指导实验教学重难点的梳理以及例程库等教学资源的建设和完善；三是利用互动平台，提高学生对课程设计网络综合平台建设的参与度。一个有效的网络平台课程资源共享与利用机制需要教师和学生的完美结合和彼此间深度互动，因此，我们将利用互动平台，调查学生自主学习过程中的需求，并使他们成为平台质量评价的最直接、最有力的监督者。⑥构建管理与跟踪统计平台，监督指导学生自主学习。构建出的“计算机系统类在线实验平台”，可以利用学校现有的“江南大学网络教学综合平台”课程登录与管理的功能，统计学生在线学习次数、时间等基本信息，统计人员可重点关注这些统计数据以及学生参加答疑与互动讨论的情况与其课程学习效果及自主学习能力培养之间的关联性，以期总结出培养学生自主学习能力的一些基本方法和规律。

通过以上改革，可以实现学生自主学习所需要的教学资源以及学生自主学习管理评价的网络化，构建师生交流互动平台，从而重构实验学习流程（教师课堂传递信息+学生实验课前利用平台仿真→学生课前获取、吸收、消化信息+教师实验课堂互动讨论），转变实验教学模式（教师课堂传授知识为主→学生课外获取知识为主），革新实验教学理念（以教师为中心→以学生为中心），转换师生角色（教师：主演→导演；学生：配角→主角），深化课程建设的内涵，进一步提高教学质量，培养具有自主学习和持续学习能力的高素质人才。

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