融合SPOC模式的分层教学法在本科教学中的应用

张飞　吕家伟　黄刘松

关键词：计算机组成原理；SPOC；分层教学法；心理效应；分组教学

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）03-0165-03

0 引言

计算机组成原理是计算机类学生的专业核心课程，涉及计算机硬件的基本原理和设计方法。该课程的学习对于理解计算机系统的整体性、关联性、层次性、动态性和开放性具有现实意义，对培养学生计算机系统能力，掌握计算机软硬件协同工作及相互作用的机制的能力具有重要作用[1]。传统的教学中，教师主要通过讲解和实验来传授知识，学生则通过课堂笔记和实验报告来巩固所学内容。然而该课程学习依赖于数字逻辑、模拟电路、汇编语言等前序课程，学习基础要求较高，对于计算机学生而言，学生一般更倾向于软件类课程的学习，抵触底层硬件技术的学习。学生易产生畏难情绪，学习兴趣不高。

1 计算机组成原理课程教学设计

SPOC（Small Private Online Course 小规模限制性在线课程）是一种结合课堂教学与在线教学的混合教学模式。它通过在线平台提供教学资源和學习支持，学生自主学习之后，在课堂教学中针对学生的问题进行解答[2]。与传统面授教学模式相比，SPOC模式具有灵活性高、学习资源丰富、互动性强等特点，但是它要求学生具备一定自主学习能力，同时教学过程中互动性和合作性不足，因此，需要结合其他教学方法来解决这些问题。

分层教学法是一种将学生按照不同的学习能力和兴趣分组，并针对不同的学习层次进行教学的方法[3]。分层教学法可以提供个性化的学习支持，使得每个学生都能够在适合自己的学习环境中学习。与传统教学模式相比，分层教学法能够尊重学生个体的智力因素和非智力因素，制定不同的标准和教学过程，区别组织教学，分层递进，实行与各层次学生的学习与过程的相适应，促进学生不断进步提高，提升学生的自主学习能力[4]。分层教学法也有一定不足，比如如何促进学生之间的合作和交流，如何准确地进行教学分层以及降低分层教学后教师对教学过程的掌控压力。

本文选取学院计算机本科班核心专业课计算机组成原理作为研究对象，尝试通过心理效应，提出一种融合SPOC模式的分层教学法，并在计算机组成原理课程中进行实践。旨在通过以学生为核心分层，结合心理效应，良性引导学生，提高课堂质量和知识传播效率，培养具备计算机系统能力的新时代计算机人才。

在教学设计过程中，首先采用学习通、线下调研等手段对计算机科学与技术专业的学生进行前序相关课程学习情况的学情调研；其次融合心理效应，从前置课程的学习反馈、学生掌握能力等角度出发，对学生主体、教学目标和内容进行分层；最后通过SPOC 平台（学习通）组织教学，建立分层评价机制以及动态反馈机制，促进学生自身学习方法的改进，教师教学能力的提升，达到分层教学动态优化的作用。

2 计算机组成原理课程教学实施过程

2.1 计算机组成原理相关课程学情分析

融合SPOC模式的分层教学法在实施前需要通过分析课程的特点、学生的特点、教材的特点以及目前的教学现状，对学生主体、教学目标、教学活动进行分层。本次调查基于即将开展计算机组成原理课程教学的学生41人以及前序课程任课教师5人。参与调研的样本包括了本学年学生以及前期任课老师，旨在立足知识技能基础、认知和实践能力、学习特点“三维度”学情，完善SPOC模式的分层教学法。

从知识技能基础上，授课对象为专升本计算机科学与技术专业学生，经过模拟电路、C语言、计算机组装维护等前序基础课程的学习，部分学生已经具备一定计算机硬件基础知识。但是，对于计算机硬件的实现原理掌握比较片面，知识框架不完整，特别是对自己所学的课程知识与计算机的关联性思考不足。

从认知和实践能力上，经过基础阶段的学习，学生对于数字转换、码制、逻辑代数、基本门电路有一定了解和认知，但缺乏独立设计组合电路解决应用问题的能力。反映出知识点停留在学习上，缺乏知识的转化应用能力。

从学生学习特点上，由于计算机组成原理课程偏重硬件，拥有数字逻辑、模拟电路、汇编语言等多门前序课程，课程理论性过强，学生硬件知识体系的缺失，造成课程难度较高，独立学习很难理解知识点，易产生退缩和逃避心理。学情分析如图 1所示。

2.2 立足学生特点，进行学生主体分层

瓦拉赫效应指出每个人的智能发展都是不均衡的，都有智能的优势和劣势，但是一旦找到最佳点，便能充分发挥智能的潜力，取得出乎意料的结果[5]。对于学生主体的分层要充分考虑到瓦拉赫效应。

通过前期学情分析，依据前序课程的考试成绩，课堂表现、学生学习态度、教师评价等因素，按照学生的认知水平、知识水平、个性因素的差异性，发现每个学生的闪光点和不足之处。结合计算机组成原理偏向硬件的特征，将学生按照自主学习积极性，分析问题能力，动手操作能力，学习兴趣等方面分为优秀、一般、较差三个层次。

计算机组成原理课程教学分为理论和实验两部分，对于专升本阶段学生而言具有一定的难度。所以在学生分层之后，采用分组教学的方式。分组教学应按照组间同质，组内异质的原则，利用前一阶段对学生的分层结果，结合男女比例、班级实际情况等因素设计小组人数和人员构成。保证组内学生取长补短，各组综合能力相近，确保小组成员合理，让学生可以相互借鉴，共同学习，发挥各自的优势。

学生主体分层的关键核心是进行隐性分层，即避免学生产生被区别对待的心理落差。分层的目的是让学生作为学习主体能够被赏识，去放大学生的优点，挖掘学生的潜力，增加学生的学习动力，提升小组成员在课程学习的质量与效率。

2.3 分析课程标准，对教学活动进行分层

计算机组成原理课程知识点众多，包括计算机的运算方法及运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线系统、输入输出系统，以冯·诺依曼体系为出发点，详细阐述了计算机的软硬件架构，内容覆盖面广。

登门槛效应指出如果一个人接受了制定的一个小标准，那么其很可能会接受一个具有相似特征的更高规则[6]。基于该效应特点，课程知识点的安排应该循序渐进，知识点的分布应该具备层次，不宜难度跨度过高。让学生能够先掌握难度系数较低的知识点，然后逐步打牢基础，去挑战难度系数较高的知识点。

在教学设计过程中，利用SPOC教学平台（如超星学习通）按照对计算机组成原理课程、对学生、对教学现状、对教材的分析，进行课程知识体系重构。通过对课程知识点进行碎片化处理，避免长时间的学习造成学生学习的疲劳、分神。同样学习内容中的知识点和技能点碎片化，方便学生利用课外碎片时间进行自主学习与练习，让学生把握学习过程的主导权，进行有计划、按步骤地学习。其次，碎片化的知识点要按照学生层次，以小组学习的模式进行分层组合。参考学生的学习基础、能力、自身差异、心理状况等，以学生为核心，考虑学生的心理发展水平和承受能力，将高目标分解成小目标，引导学生达到预期效果，甚至超过预期。教师为不同层次的学生制定符合其发展的教学目标，设立门槛，由浅入深激发学生潜能。以学生个体学习目标层次化为基础，进一步完成小组学习目标，让小组的学习目标中有基础性的、有重难点的、有具备拓展性的，发挥组间成员互助合作的模式，共同攻克学习任务。

2.4 建立分层评价机制，完善动态反馈机制

计算机组成原理课程硬件方面的知识较为突出，计算机专业学生一般“欺软怕硬”，对软件知识的学习比较得心应手，对硬件知识的掌握比较困难。通过对计算机组成原理课程知识点、教学主体、教学活动分层构建之后，需要建立对应不同层次学生的分层评价机制。考核评价标准如图 2所示。

计算机组成原理课程围绕全方位、全过程、全员三方面进行评价，采用依据SPOC课程平台的统计、学生自评、教师评价、团队互评和学习自评多种评价方式，涵盖课前、课中、课后三个阶段，从课程知识角度，考察知识学习掌握情况，从项目技能角度，考查知识点的运用和团队实践情况，从职业技能角度，考察团队合作和自主学习能力。

教师的言语、行为和情绪会同时影响学生的学习效果。在对学生进行评价中善用鼓励和指导，针对不同层次的学生，及时根据各层次的教学目标从学习表现、作业、团队贡献等方面综合分层评价学生。比如说，对底子较差、内心敏感的学生不论进步还是退步应该以鼓励为主，肯定学生的价值，激发学生的上进心和学习兴趣；对于具备一定基础，拥有一定自主学习能力的学生，对有进步学生要积极肯定，使之产生学习的成就感。批评退步的中等成绩学生时，在不伤及学生自尊心的前提下，首先要肯定学习态度，然后指出学生的不足指出，最后适当鼓励。批评对自我要求高、有强烈自我认识、学习能力强学生时，应与学生交流意见，预留出足够的时间让学生反思。

教师要尊重学生的多元化发展趋势，对不同层次学生进行合理的表扬和批评，让学生与老师之间建立信任、沟通的桥梁，从而改善学习效果。通过建立分层评价机制以及动态反馈机制，形成反馈和激励反思作用，促进学生自身学习方法的改进，教师教学能力的提升，达到分层教学动态优化的作用。

2.5 计算机组成原理课程教學实施情况

选取计算机科学与技术专升本班级41人为教学班级，在超新学习通平台创建课程，完善课程教学资源的建设，同时依据分层教学思想以及学情分析结果，按照4-5人一组进行分组。课程经过知识点的层次化重构，采用教学与实践相结合，以实练促进知识点的理解，定期开展课程讨论、评价，肯定学生的学习成果。通过调研以及学习成果的反馈，从知识点记忆能力、动手能力、分析问题能力、学习兴趣和自主学习积极性方面，表现优秀的学生比例增加，表现较差的学生比例有所下降，课程实施情况如图 3所示。

3 计算机组成原理课程教学思考

融合SPOC模式的分层教学法在本科计算机组成原理课程中进行应用研究以来，课程建设中围绕如何进行学生分层、教学活动分层以及让分层教学去融合SPOC教学模式达到学生提升课程获得感的成效进行了多次调整。经过教学实践过程，有以下对于计算机组成原理课程的思考。

1） 在互联网、大数据以及人工智能的大背景下，信息化教学逐步成为现代教学必不可少的教学手段，MOOC、学习通等平台的兴起，推动着SPOC等教学模式的创新。融合SPOC模式的分层教学法的计算机组成原理课程教学也是运用了这些平台，但是平台只是工具，运用工具去呈现什么样的教学内容，才是课程的建设过程。现代课程建设的过程，要考虑学会运用信息化平台工具，分析学生的特点，依据学生的学情，以一定层次整合课程的知识点，使得课程知识体系建设的过程符合本届学生的真实情况。

2） 思政建设对于计算机组成原理课程建设的促进作用。教学的过程不仅是知识传播的过程，更是一个培养学生自主学习的过程。如何让学生产生自主学习的积极性，需要将德育的内涵融入教学之中，将培养创新精神和实践能力与建设学生积极、健康、乐观向上的人生观相结合，用润物无声的思政元素去培育有理想信念、敢于担当的时代人才。

4 结论

在计算机组成原理课程中采用融合SPOC教学模式的分层教学方法是对该类课程教学开展方式方法研究的一次有益尝试，也为其他课程教学的开展提供了思考方向。本研究运用超星学习通等平台建立SPOC教学模式，确立学生的主体地位，运用平台数据统计能力以及课程评价体系，分析学生学习状态，实时调整学习活动，提升学生自主学习能力。在教学中采用分层教学法，考虑学生的心理效应，合理设计教学活动，关注不同分层中学生的学习情况，让课程内容充分、适量，激励学生学习自信心，养成自我学习的习惯。

【通联编辑：王力】