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摘要：秉承“以教师为主导，以学生为主体”的教学理念，针对SPOC的特点，提出一种问题驱动的SPOC线上线下混合教学模式，并将其应用于计算机组成原理课程的教学实践。
关键词：SPOC;问题驱动;MOOC;计算机组成原理
中图分类号：G4 文献标识码：A
引言：计算机组成原理课程是计算机类学生一门非常重要的专业基础课，重点研究计算机各主要部件的工作原理与设计方法，培养学生的软/硬件协同的系统级编程能力，在课程体系中起着承上启下的作用，也是培养学生系统能力和提升学生智能硬件设计能力的核心课程。这门课程内容抽象而严密，知识覆盖面广、综合性强，学习难度也较大。近年来从事这门课程教学的教师，一直锲而不舍地对其教学模式和教学方法的进行改革。依托大数据、信息技术和互联网，将翻转课堂与MOOC相结合，对专业课程开展启发式教学，是一种必然趋势。本文根据计算机组成原理课程的教学实际情况，将传统课堂、网络课堂和互动课堂有机结合，以学生为主体进行启发式教学，注重教师对学生思维的引导和学习的指导，加强师生以及生生之间的互动交流，提高学生的自主学习能力和学习主动性。
1.计算机组成原理课程的特点和教学现状
计算机组成原理课程的实践性、技术性、工程性都比较强，还需要着重培养学生的动手能力、实验技能、创新意识。它的教学效果和学生学习情况的好坏，对很多后续课程的学习有着深远的影响。该课程的特点决定了它是公认的最难上和最难学的一门课程。
0.1课程内容多，对先修课知识的要求也多
计算机组成原理课程在讲解完整个计算机系统工作原理后，还要分别讲授各组成部分的硬件电路及其工作原理。 比如运算器，首先要知道在计算机中如何表示信息，对原码、反码、补码、定点数、浮点数等，要讲解其运算规则和如何用硬件电路实现。在上述内容的学习过程中，需要用到电路与电子学、数字逻辑等先修课程的相关知识，而学生对这些知识的掌握本来就不够深入，在学习计算机组成原理的过程中，要求对这些知识进行综合运用，这就需要学生在学习的过程中，不断地复习以前的相关知识点。经常有学生反映，学习这门课程花的时间最多，学习效果却并如人意。
1.2 课程内容晦涩难懂
本课程的强调对计算机的内部进行研究和学习，探索和研究计算机的内部电路和工作原理，对其技术特点进行分析并提出改进措施。而打开计算机外壳，我们看到的是集成电路芯片，对于CPU内部的加法器、乘法器、寄存器、时序电路的功能和原理，只能通过原理图来讲解，而电路内部数据走向，就更加抽象。 和一些编程课程来比较，学生觉得计算机组成原理枯燥无味、抽象难懂，学习积极性不高，要掌握这门课就更加困难。
1.1投入大，效果不明显
计算机组成原理课程中的内容，想通过搭建硬件电路去实现，难度很大。即使花费较大的成本和时间，也只能对开出一些演示性的实验。而且学生觉得该课程中讲授的内容在实际生活中根本用不到，甚至有人声称自己毕业后是去编程的，而不是制造计算机，不需要学习计算机的内部电路和工作原理，只要会使用计算机就行了。因此学生不愿意在该课程的学习上投入过多 精力，甚至旷课，抄袭作业或者不做作业。
2.SPOC教学的优势
作为“后MOOC”的教学模式，SPOC的目標是将优质的MOOC资源与线下的课堂教学有机地结合，借助翻转课堂，对传统教学结构进行变革，从而提高教学质量。
MOOC和SPOC的学习目的不同，两者对知识掌握程度的要求也不尽相同。MOOC具有普适性，不需要先修条件，也没有规模限制，选课者既可以是在校学生，也可以是有学习需求的社会人员，且往往没有设定具体的学习目标，因此容易导致学习管理困难、半途而废的窘境。而SPOC有很强的针对性和准入限制，SPOC的选课者都是在校生，有相应的教学方案、计划和学习目标。因此，在普通高等教育的教学过程中，SPOC有助于教师实行针对性比较强的个性化教学活动。
3. 基于SPOC的混合教学模式
在基于SPOC的混合教学模式下，我们将计算机组成原理课程的教学分为三个阶段：课前自主学习阶段、课堂互动交流阶段、课后检测反思阶段。
3.1 课前自主学习阶段
学生进行网上自主学习，教师必须提供相应的学习资源：学案、课件和视频。学案是教师为帮助学生完成学习任务设计的学习方案，包括学习内容、学习要求、学习重点、学习难点、学习测试题，学习成绩评价表等内容。课件是辅助教学的多媒体工具，应简洁明了，动静结合，色彩鲜明，能够吸引学习者的眼球。视频是学生网上学习的主要工具，应结合学习重点和难点，从新课导入、目标展示、过程设计到知识小结，完整地讲解一个知识点，时间宜控制在20分钟以内。根据上述要求，结合我校计算机组成原理教学师资等实际情况，我们直接选用中国MOOC现有的课程资源，教师再补充一些教学资源。学生根据教师发布的教学任务，利用爱课程关联的MOOC源课程教学资源以及教师补充的教学资源，自主地完成课前学习活动，最后通过MOOC上章节测试、在线答疑、论坛互动等线上教学模块，检验并巩固学习内容，提高学习质量。
3.2 课堂互动交流阶段
由于学生的学习基础和学习态度存在差异，翻转课堂并不是对所有的班级都适用，我们选择学习基础好、学风好的班级进行试点，因为这些班级的学生会认真按照老师的要求，完成课前布置的课前学习任务，即使有些问题也会通过QQ向老师请教，因此在课堂上我们不再花时间介绍知识点，而是给出典型例题由学生对例题进行讲解，在这个过程中学生们会提出多种解决方案，教师可引导学生对这些方案进行讨论，并针对学生解决问题中遇到的困难进行重点讲解。经过讨论环节，学生不仅提高了表达能力，而且知道在遇到问题时应该集思广益，选取最合适的解决方案。在课堂结束前，教师还要对本次教学进行总结，并且引入下次课的知识点，为学生布置新的学习任务。 3.3 课后检测反思阶段
课后教师可以利用QQ、微信和学生进行互动交流，帮助学生解决学习中出现的问题，并且结合学生在线测试结果，及时发现教学中存在的问题，例如，因为我们选用的是某985高校的MOOC资源，教师就要考虑选用的MOOC资源和我校学生的基础匹配度问题，并针对这些问题对教学资源进行适当的补充;课堂上设置的典型例题难度是否合适;课堂组织能否激发学生的自学主动性;如果要把这种教学模式移植到普通班级，又要作哪些调整等。通过日积月累的教学反思，教师可以不断地完善教学方式。
4. 应用效果分析
在2019-2020学年第1学期计算机组成原理课程教学中，我们在智慧管理1801班（院士班）实施基于SPOC的混合教学模式，2020-2021学年第1学期，我们又选择计科19级一个班级实施基于SPOC的混合教学模式，经过两次尝试，取得了一定的教学效果。
（1）活跃的课堂气氛。在课堂上，学生玩手机打瞌睡的现象消失了，针对教师给出的典型例题，同学们给出的解决方案不再千篇一律，而且还会对别的同学的解决方案进行探讨与交流，分析利弊，课堂不再是教师的一言堂，学生还会将理论课上的设计方案在实验课中积极实践，对实验结果也能进行甄别，欢声笑语充满了实验室，以往让学生讨厌的实验课成了学生最期待的课程，学生学习的积极性和主动性被有效调动起来了。
（2）课程成绩和动手能力的提高。在2019-2020学年第1学期计算机组成原理课程期末考试中，该试点班的班级平均成绩比其它班级的平均成绩高了将近10分，该班同学积极参加我校2020年校级程序设计大赛中，多人获奖，并且不少同学是参加2020年湖南省大学生程序设计大赛的主力。在2020-2021学年第2学期计算机组成原理课程期末考试中，试点班同学的平均成绩比其它班级的平均成绩高了将近5分。
我们在教学实践中也发现了一些问题，由于我校选用的是某985高校的MOOC资源，和我校学生的基础还是有一定差距的，这时教师补充教学资源就显得尤为重要，教师课后答疑的工作量也很大; 2019-2020学年第1学期直接采用网上MOOC资源时，教师对学生MOOC学习的监管有一定的难度，但在2019-2020学年第2學期我们通过自己创建异步SPOC课程解决了这一问题。
6. 结束语
本文在计算机组成原理课程的教学中采用基于SPOC的混合教学模式，对课前、课中、课后环节进行了设计，实现了以学生为主的教学，加强了师生及生生之间的交流，提高了学生学习的积极性和主动性。但是在实施过程中也存在一些问题亟待解决。同时如果要把这种教学模式复制到普通班级的话，还是许多工作要做，比如如何有效地敦促学习主动性不强的学生完成线上学习;课堂环节如何设计;课程考核形式必须要作重大调整，目前的课程考核方式中，期末考试在总成绩还是占比过重，如何调整线上学习、线下课堂在总成绩的比重，实现对学生的全面评价。
参考文献
[1]翟海庆，赵开新，张正本. 计算机组成原理课程教学的现状与对策[J]. 科技信息，2009， （25）：131.
[2]陈越，顾晖，梁惺彦. 基于SPOC的混合教学模式研究与实践 ——以计算机组成原理课程为例[J]. 计算机教育. 2021， （4）：131.24-27.
作者简介：
刘跃华 （1965-） ，男， 湖南涟源人， 湖南工商大学计算机学院，硕士，教授，研究方向：虚拟仿真。
何静（1972-），女，湖北随州人，湖南工商大学智能工程与智能制造学院，硕士，讲师，研究方向：智能算法。
基金项目：湖南省普通高校教学改革研究项目“虚拟现实在《计算机组成原理》课程教学中的应用研究与实践”（湘教通[2018]469号）;湖南省普通高校教学改革研究项目“基于雨课堂的《数字电子技术》混合式学习模式实践研究”（湘教通[2020]232号，项目编号：HNJG-2020-0622）
关键词：SPOC;问题驱动;MOOC;计算机组成原理
中图分类号：G4 文献标识码：A
引言：计算机组成原理课程是计算机类学生一门非常重要的专业基础课，重点研究计算机各主要部件的工作原理与设计方法，培养学生的软/硬件协同的系统级编程能力，在课程体系中起着承上启下的作用，也是培养学生系统能力和提升学生智能硬件设计能力的核心课程。这门课程内容抽象而严密，知识覆盖面广、综合性强，学习难度也较大。近年来从事这门课程教学的教师，一直锲而不舍地对其教学模式和教学方法的进行改革。依托大数据、信息技术和互联网，将翻转课堂与MOOC相结合，对专业课程开展启发式教学，是一种必然趋势。本文根据计算机组成原理课程的教学实际情况，将传统课堂、网络课堂和互动课堂有机结合，以学生为主体进行启发式教学，注重教师对学生思维的引导和学习的指导，加强师生以及生生之间的互动交流，提高学生的自主学习能力和学习主动性。
1.计算机组成原理课程的特点和教学现状
计算机组成原理课程的实践性、技术性、工程性都比较强，还需要着重培养学生的动手能力、实验技能、创新意识。它的教学效果和学生学习情况的好坏，对很多后续课程的学习有着深远的影响。该课程的特点决定了它是公认的最难上和最难学的一门课程。
0.1课程内容多，对先修课知识的要求也多
计算机组成原理课程在讲解完整个计算机系统工作原理后，还要分别讲授各组成部分的硬件电路及其工作原理。 比如运算器，首先要知道在计算机中如何表示信息，对原码、反码、补码、定点数、浮点数等，要讲解其运算规则和如何用硬件电路实现。在上述内容的学习过程中，需要用到电路与电子学、数字逻辑等先修课程的相关知识，而学生对这些知识的掌握本来就不够深入，在学习计算机组成原理的过程中，要求对这些知识进行综合运用，这就需要学生在学习的过程中，不断地复习以前的相关知识点。经常有学生反映，学习这门课程花的时间最多，学习效果却并如人意。
1.2 课程内容晦涩难懂
本课程的强调对计算机的内部进行研究和学习，探索和研究计算机的内部电路和工作原理，对其技术特点进行分析并提出改进措施。而打开计算机外壳，我们看到的是集成电路芯片，对于CPU内部的加法器、乘法器、寄存器、时序电路的功能和原理，只能通过原理图来讲解，而电路内部数据走向，就更加抽象。 和一些编程课程来比较，学生觉得计算机组成原理枯燥无味、抽象难懂，学习积极性不高，要掌握这门课就更加困难。
1.1投入大，效果不明显
计算机组成原理课程中的内容，想通过搭建硬件电路去实现，难度很大。即使花费较大的成本和时间，也只能对开出一些演示性的实验。而且学生觉得该课程中讲授的内容在实际生活中根本用不到，甚至有人声称自己毕业后是去编程的，而不是制造计算机，不需要学习计算机的内部电路和工作原理，只要会使用计算机就行了。因此学生不愿意在该课程的学习上投入过多 精力，甚至旷课，抄袭作业或者不做作业。
2.SPOC教学的优势
作为“后MOOC”的教学模式，SPOC的目標是将优质的MOOC资源与线下的课堂教学有机地结合，借助翻转课堂，对传统教学结构进行变革，从而提高教学质量。
MOOC和SPOC的学习目的不同，两者对知识掌握程度的要求也不尽相同。MOOC具有普适性，不需要先修条件，也没有规模限制，选课者既可以是在校学生，也可以是有学习需求的社会人员，且往往没有设定具体的学习目标，因此容易导致学习管理困难、半途而废的窘境。而SPOC有很强的针对性和准入限制，SPOC的选课者都是在校生，有相应的教学方案、计划和学习目标。因此，在普通高等教育的教学过程中，SPOC有助于教师实行针对性比较强的个性化教学活动。
3. 基于SPOC的混合教学模式
在基于SPOC的混合教学模式下，我们将计算机组成原理课程的教学分为三个阶段：课前自主学习阶段、课堂互动交流阶段、课后检测反思阶段。
3.1 课前自主学习阶段
学生进行网上自主学习，教师必须提供相应的学习资源：学案、课件和视频。学案是教师为帮助学生完成学习任务设计的学习方案，包括学习内容、学习要求、学习重点、学习难点、学习测试题，学习成绩评价表等内容。课件是辅助教学的多媒体工具，应简洁明了，动静结合，色彩鲜明，能够吸引学习者的眼球。视频是学生网上学习的主要工具，应结合学习重点和难点，从新课导入、目标展示、过程设计到知识小结，完整地讲解一个知识点，时间宜控制在20分钟以内。根据上述要求，结合我校计算机组成原理教学师资等实际情况，我们直接选用中国MOOC现有的课程资源，教师再补充一些教学资源。学生根据教师发布的教学任务，利用爱课程关联的MOOC源课程教学资源以及教师补充的教学资源，自主地完成课前学习活动，最后通过MOOC上章节测试、在线答疑、论坛互动等线上教学模块，检验并巩固学习内容，提高学习质量。
3.2 课堂互动交流阶段
由于学生的学习基础和学习态度存在差异，翻转课堂并不是对所有的班级都适用，我们选择学习基础好、学风好的班级进行试点，因为这些班级的学生会认真按照老师的要求，完成课前布置的课前学习任务，即使有些问题也会通过QQ向老师请教，因此在课堂上我们不再花时间介绍知识点，而是给出典型例题由学生对例题进行讲解，在这个过程中学生们会提出多种解决方案，教师可引导学生对这些方案进行讨论，并针对学生解决问题中遇到的困难进行重点讲解。经过讨论环节，学生不仅提高了表达能力，而且知道在遇到问题时应该集思广益，选取最合适的解决方案。在课堂结束前，教师还要对本次教学进行总结，并且引入下次课的知识点，为学生布置新的学习任务。 3.3 课后检测反思阶段
课后教师可以利用QQ、微信和学生进行互动交流，帮助学生解决学习中出现的问题，并且结合学生在线测试结果，及时发现教学中存在的问题，例如，因为我们选用的是某985高校的MOOC资源，教师就要考虑选用的MOOC资源和我校学生的基础匹配度问题，并针对这些问题对教学资源进行适当的补充;课堂上设置的典型例题难度是否合适;课堂组织能否激发学生的自学主动性;如果要把这种教学模式移植到普通班级，又要作哪些调整等。通过日积月累的教学反思，教师可以不断地完善教学方式。
4. 应用效果分析
在2019-2020学年第1学期计算机组成原理课程教学中，我们在智慧管理1801班（院士班）实施基于SPOC的混合教学模式，2020-2021学年第1学期，我们又选择计科19级一个班级实施基于SPOC的混合教学模式，经过两次尝试，取得了一定的教学效果。
（1）活跃的课堂气氛。在课堂上，学生玩手机打瞌睡的现象消失了，针对教师给出的典型例题，同学们给出的解决方案不再千篇一律，而且还会对别的同学的解决方案进行探讨与交流，分析利弊，课堂不再是教师的一言堂，学生还会将理论课上的设计方案在实验课中积极实践，对实验结果也能进行甄别，欢声笑语充满了实验室，以往让学生讨厌的实验课成了学生最期待的课程，学生学习的积极性和主动性被有效调动起来了。
（2）课程成绩和动手能力的提高。在2019-2020学年第1学期计算机组成原理课程期末考试中，该试点班的班级平均成绩比其它班级的平均成绩高了将近10分，该班同学积极参加我校2020年校级程序设计大赛中，多人获奖，并且不少同学是参加2020年湖南省大学生程序设计大赛的主力。在2020-2021学年第2学期计算机组成原理课程期末考试中，试点班同学的平均成绩比其它班级的平均成绩高了将近5分。
我们在教学实践中也发现了一些问题，由于我校选用的是某985高校的MOOC资源，和我校学生的基础还是有一定差距的，这时教师补充教学资源就显得尤为重要，教师课后答疑的工作量也很大; 2019-2020学年第1学期直接采用网上MOOC资源时，教师对学生MOOC学习的监管有一定的难度，但在2019-2020学年第2學期我们通过自己创建异步SPOC课程解决了这一问题。
6. 结束语
本文在计算机组成原理课程的教学中采用基于SPOC的混合教学模式，对课前、课中、课后环节进行了设计，实现了以学生为主的教学，加强了师生及生生之间的交流，提高了学生学习的积极性和主动性。但是在实施过程中也存在一些问题亟待解决。同时如果要把这种教学模式复制到普通班级的话，还是许多工作要做，比如如何有效地敦促学习主动性不强的学生完成线上学习;课堂环节如何设计;课程考核形式必须要作重大调整，目前的课程考核方式中，期末考试在总成绩还是占比过重，如何调整线上学习、线下课堂在总成绩的比重，实现对学生的全面评价。
参考文献
[1]翟海庆，赵开新，张正本. 计算机组成原理课程教学的现状与对策[J]. 科技信息，2009， （25）：131.
[2]陈越，顾晖，梁惺彦. 基于SPOC的混合教学模式研究与实践 ——以计算机组成原理课程为例[J]. 计算机教育. 2021， （4）：131.24-27.
作者简介：
刘跃华 （1965-） ，男， 湖南涟源人， 湖南工商大学计算机学院，硕士，教授，研究方向：虚拟仿真。
何静（1972-），女，湖北随州人，湖南工商大学智能工程与智能制造学院，硕士，讲师，研究方向：智能算法。
基金项目：湖南省普通高校教学改革研究项目“虚拟现实在《计算机组成原理》课程教学中的应用研究与实践”（湘教通[2018]469号）;湖南省普通高校教学改革研究项目“基于雨课堂的《数字电子技术》混合式学习模式实践研究”（湘教通[2020]232号，项目编号：HNJG-2020-0622）