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中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)22-0216-03
A Brief Analysis of Teaching Practice on Comprehensive Designing Experiment of Computer Composition Principle
Xiao Min
(Department of Computer Science and Technology,Guizhou University,Guiyang 550025 China)
Abstract:According to the features of Computer Composition Principle course,this article analyzes the necessity of carrying out comprehensive designing experiment. Take designing a basic model computer,for example,the teaching method of comprehensive designing experiment is described in this paper. It has a certain directing meaning to the experiment teaching of computer composition principle.
Key words:Computer Composition Principle;comprehensive designing experiment;teaching practice
计算机组成原理是计算机专业及其相关专业的一门专业基础课程,在计算机硬件课程体系中起着承前启后的作用,具有举足轻重的地位。该门课程理论性强、较为抽象、内容繁杂,学生在学习过程中容易感到枯燥、乏味、难于理解,对所学的知识较难有一个感性的认识。实验教学有助于对抽象理论的理解,增强学生对计算机各部件的感性认识,因此对整个课程的教学效果具有决定性作用。
一、计算机组成原理课程特点
1.理论性强。计算机组成原理着重讲述了单处理机系统的组成和工作原理,其中涉及了较多的理论性研究内容,例如计算机系统的层次结构、运算器、存储器、中央处理器、输入/输出设备、总线等部件的基本构成及其工作原理[1],从而造成学生对所学的知识容易感到枯燥、乏味,提不起学习的兴趣,影响相应的教学效果。
2.内容抽象。课程中所讲述的内容涉及的是各部件的内部结构,但这些部件均被高度集成化或进行了封装,学生无法获取一个直观的印象,只能靠书本上的一些原理图和老师的讲解来理解所学内容,这就造成学生常常反映所学内容较为抽象,理解困难,无法将所学的知识具体化、形象化。例如CPU内部具体的构成,它是如何进行指令的执行和数据的处理,存储单元具体又是如何寻址、如何组成相应的存储器等问题。
3.内容繁杂。该门课程中每个章节涉及到的各种概念及原理繁多且复杂,使得学生对一些基本概念容易混淆,如对CPU周期、指令周期、存储周期、总线周期等概念的区分[2];另外在学习该门课程前还必须先修一些其他相关课程,增加了学生学习的难度。如在学习运算器章节前应先学习数字电子技术课程,在学习存储器记忆原理时还需先学习模拟电路课程,在学习磁表面存储器的读写原理时对相关的物理学知识也需有所掌握[3],因此造成学生对所学知识的理解困难,不易记忆。
二、设置综合设计性实验的必要性
传统的实验教学一般是作为理论教学的补充和辅助,大多以验证为目的[4],使得学生的动手能力没有得到充分的发挥,通常学生只是按照实验书上列出的步骤进行按部就班的操作,没有对所做的实验进行深层次的思考和认识,限制了学生的创造力。另外验证性实验通常是各单元部件的实验,这样就使得学生在完成实验后,还是无法将所学知识进行系统性的整合,从而清晰地建立一个计算机整机的概念,造成了学生对整个知识体系掌握的片面性和模糊性。本课程的教学目标是要培养学生对计算机硬件结构的分析、应用、设计能力,并在此基础上培养其创新能力。要完成这样的教学目标,显然传统的验证性实验教学是无法达到的,因此在验证性实验的基础上开设综合设计性实验,将运算器、存储器、微程序控制器等各单元部件实验内容进行有机的结合,就显得尤为必要。
三、实验教学模式的改革
要想激发学生的学习兴趣,培养学生分析、设计、调试、创新能力,较好地完成综合设计性实验的教学,采用传统的“教师主讲式”教学模式无法达到这样的要求,必须采用以“教师为主导、学生为主体”的教学模式。教师作为教学的设计者及组织者要最大限度地引导学生参与到整个教学过程中,让每个学生都积极参与学习的全过程并有所发展,成为学习的主体。还要将多种教学方法灵活运用到整个实验教学过程中的不同阶段,这样才能激发学生学习的兴趣,将理论教学和实践教学相结合,帮助学生建立计算机整机概念,培养学生的创新思维和意识,使其具有相应的设计和动手能力。以下就以设计一台基本模型计算机为例讲述综合设计性实验的教学实践方法。
四、基本模型计算机实验的教学实例
1.实验目的及内容。CPU的组成及微指令的执行是计算机组成原理课程中的重点和难点,学生通常会对微指令与机器指令如何存储和执行感到困惑,CPU如何正确地从主存中取得机器指令?微指令序列如何“解释”相应的机器指令并正确执行?微指令的执行顺序如何确定?要解决这些问题,光靠理论课的讲解还不足以使学生有深刻的认识和理解,各单元部件的验证性实验也无法很好地解决学生的这些疑问。必须是将运算器、存储器、微程序控制器等单元部件组合成一台基本模型计算机,通过为其设计几条机器指令,并编写相应的微程序,上机进行调试、验证等一系列的操作,才能使学生通过完成这样的综合设计性实验,清晰地建立一个整机的概念。
2.具体实践方法。要很好地完成这样一个实验,指导教师必须对学生进行正确的引导,可将启发式、任务式[5]、讨论式[5]几种教学方法融合进这个实验的教学中,在实验的不同阶段使用不同的教学方法,调动学生的积极性,发挥其创造性,让学生积极思考,动脑设计,动手操作,从而达到提高教学效果的目的。①设计阶段。该阶段主要是帮助学生对所要完成的实验内容进行相应的分解,分析所要解决的关键问题、寻找合理的解决方案、协助其理清思路,此阶段可以运用启发式和讨论式教学法。教师首先应启发学生将复杂的实验内容进行合理的步骤分解,找出完成实验的关键点,并让学生以小组为单位讨论实现关键步骤的合理解决方案,从旁点拨和引导学生主动思考和进行设计。关键步骤包括:首先让学生分析要完成这个实验,必须使用到哪些相关单元部件、有哪些关键步骤,这样还能使学生重新回忆曾经做过的单元部件的相关实验,增强学生对已学知识的记忆;确定需要用到的相关部件后,还得确定这些部件如何进行数据的传递,它们之间需要有哪些连接线用以控制它们正确的进行工作;让学生讨论、分析所要执行的指令都完成了哪些功能,指令和数据应该如何进行存储,指令的字长是多少,需要占用多少存储空间;启发学生根据所给的指令助记符写下正确的机器指令代码,确定相应的指令和操作数在存储器中的地址;引导学生根据指令助记符的要求设计数据通路框图,画出相应的微程序流程图,并确定相应微指令的微地址。这部分属于实验中较为重要和困难的部分,是考验学生对该部分知识掌握情况和设计、思维能力的一个重要环节;结合已知的该实验机的微程序控制器原理图和微指令格式,将设计出来的微程序流程图转化为相应的微指令序列,并以列表的方式将所用到的微指令列出,要求具体到每个微命令信号。这个环节较为复杂,需要学生有很强的逻辑思维能力和设计能力,并且对相关的微指令中各微命令信号较为熟悉。在此还应让学生弄清相应的微指令在控制存储器中对应存储位置的分布情况。②调试测试阶段。该阶段主要是锻炼学生的动手能力,以及对问题的分析能力,可检验学生对之前所做的存储器单元和微程序控制单元实验的掌握情况。其关键步骤包括:指导学生将相应的机器指令代码写入存储器中并检验写入存储器的数据是否正确;指导学生将相应的微指令代码写入控制存储器中并检验写入控制存储器的数据是否正确;让学生按照单步微程序、单步机器程序、程序运行与暂停三种不同的方式来运行写入的机器程序和微程序,并记录下相应的结果;让学生分析实验所得结果是否与理论设计相符,如果不相符时,可引导学生讨论分析每一条微指令运行的结果中其微地址部分、PC地址部分、存储器地址部分、当前总线内容部分是否正确,是否与相应的微程序流程图吻合。引导学生逐步找出未能正确完成实验的原因,并改正设计中的错误或遗漏之处,助其顺利完成实验,培养其分析问题、解决问题的能力,增强其自信心。③提高阶段。该阶段主要目的是检验学生在前两个阶段是否已正确掌握所学的知识,并能将所学知识较好地进行融会贯通、灵活运用。此阶段可通过任务式教学法完成该环节的实验教学,关键步骤包括:教师根据学生之前完成基础实验内容的具体情况,进一步设置不同难度的附加实验任务,比如增加机器指令的条数、更改操作数的寻址方式、增加中断功能等,针对不同难度的任务设置不同的奖励分数,学生可根据自己的能力选择不同难度的任务,完成低难度任务后可挑战更高难度的任务。这样不同能力层次的学生都可以得到充分的锻炼,不会因为任务过难或过易而失去学习的兴趣,使各能力层次学生的创新设计能力都得到了提高;对于难度较大的任务,可给予学生关键点的提示,让学生能根据所给提示,按任务要求正确分析出应该如何分解任务、画出微程序流程图、编写相应的微程序代码;学生再次上机实验,验证自己设计的微程序运行结果是否正确;教师验收实验结果,并对学生进行简单答辩,考核学生对实验内容掌握的真实程度,并记录下相应的成绩以备成绩评定时所用。
通过以上几个阶段的实践教学后,学生对模型机内各部件如何传递数据、CPU如何执行指令序列就有了较为清晰的认识,从而达到了帮助学生建立整机概念的目的,有效提高了教学效果。本方法经过实际运用到实验教学中,取得了不错的教学效果。
3.成绩的考核。综合设计性实验以激发学生学习兴趣、帮助其内化知识、运用所学知识解决问题、培养其创新能力为目的,实验考核注重的是对分析能力、设计能力、创新能力的考核,不能单纯以是否完成实验内容为考核标准,应综合考虑学生在实验过程中有无较强的分析能力、设计中是否有巧妙之处、完成任务的方法是否有创新点、实验报告中的错误分析和自我总结处是否有自己独特的见解。综合设计性实验的成绩按实验的完成水平和难度占40%、答辩成绩占30%、实验报告的质量(包括其规范度和创新性)占30%进行配比。这样的成绩考核方式既增强了学生进行实验的自觉性又鼓励了学生进行创新的积极性。
实验教学是让学生在理论学习之后进行知识巩固的重要手段,在实验教学中重视综合设计性实验的开展,使其和验证性实验进行紧密的配合,才能让学生在熟悉单元部件之后正确地建立起整机的概念,从而提高计算机组成原理实验课的教学效果,培养出具有分析能力、设计能力、创新能力的学生。
参考文献:
[1]白中英.计算机组成原理(第五版・立体化教材)[M].北京:科学出版社,2013:354.
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[5]徐爱萍,许先斌,蔡朝晖等.信息化时代“计算机组成原理”课程的教学研究[J].计算机教育,2009,(10):42-44.
【关键词】多媒体教学;多媒体组合教学;优化
随着学校教学设施的改善以及教学改革的深入,多媒体与多媒体组合越来越多地在教学中被广泛运用,从历史的发展来看,是先提出了多媒体组合这一思想,即运用者通过教学设计,将多种媒体按照需要,合理地选择和组织安排,以达到最佳学习效果。随着科学技术的发展,集多种媒体于一身的多媒体计算机也开始被众人接受,并普遍地运用于课堂教学中,然而多媒体计算机的出现是否能完全取代多种媒体的组合形式呢?这种新的教学模式是不是意味着幻灯机、投影仪等被淘汰出局呢?笔者认为也不尽然,每种媒体在一定范围内都有它独特的优势,多媒体计算机虽然功能强大,它在教学中也不可能完全地代替其它现代媒体,但它可以作为多媒体组合教学的重要媒体之一,与其它媒体合理组合构成更高一级的“多媒体组合系统”。
1多媒体教学与多媒体组合教学的发展历史
纵观教育技术的发展史,可以看出媒体技术的发展与教育技术的发展是息息相关的,媒体作为人的肢体的延伸,不仅传递着教学信息,而且变革着教学方法、学习方法和教学模式。
1.1早期多媒体组合教学的发展
视听教学的发展对早期多媒体组合教学的出现起着至关重要的作用,二战后,各个国家将视听教学更多地运用于课堂教学中,由此才出现了将媒体进行组合以达到预期的教学目标的发展趋势。另外,对媒体的研究也是促使这一转变发生的动因之一。
长期以来的媒体研究得出这样一个结论:每种媒体只在一个有限的范围内对某一内容的表现比其他媒体优越,但超出这一范围,其它媒体就能达到同样甚至更好的教学效果。1967年Georgiady经过多媒体教学的应用研究后指出,多媒体组合教学优于单媒体教学和传统的语词教学。[1]因此在单媒体教学的基础上提出了复合媒体教学的说法,媒体的复合是指教师在教学过程中使用不同媒体,这些媒体分离存在,是随各种视听媒体相继进入教学领域而自然形成的,它旨在通过运用各种视听媒体教学的长处取得最佳教学效果。
复合媒体之后开始了以多媒体教学为对象的多媒体系统与多媒体方法的研究。最早、最简单的多媒体教学系统是录音—幻灯组合系统,录音带以一定的速度转动,图像可单独或同步显示。此后,由两个幻灯机和一个渐隐装置组成的多图像系统、电影—录音带系统、计算机—视听媒体系统等多媒体教学系统先后问世,以多媒体组合呈现方法为特征的视听教室、语言教室等影响越来越大。
1.2现代多媒体教学的发展
随着信息技术的不断发展,教学中多媒体系统、多媒体方法的涵义、特性也在不断演变和推进,现代的多媒体教学由早期的多媒体组合教学发展而来,但是与早期的多媒体组合又存在着一定的差异。
(1)初级阶段。在这一阶段中,作为多媒体教学主要媒体的多媒体计算机具备了良好的人机交互功能,同时它解决了早期多媒体组合教学中操纵、控制多种媒体的困难,但其实质和使用幻灯、投影、录音没有差别,是早期的多媒体教学。这是我国多数学校多媒体教学的现状,虽然在硬件上已经基本具备了进行多媒体教学的条件,但在教学过程中仍然要依赖传统媒体,这与学校本身的教学设备、教师的技能水平有很大关系。
(2)探索阶段。在这一阶段,大多数学校和教师已有了进行多媒体教学的想法,但面临的问题是,如何使多媒体教学更好地完成教学任务,教师应当如何更好地进行教学设计,使多媒体教学突出它的优势所在等等。新的事物在发展的过程中都会有一段崎岖的路程,各种问题会在实际教学中充分暴露,但是发现问题并不意味着对它的否认,要不断的克服并解决,所以它将是一段艰难的探索历程。多媒体向我们展示了它好的一面,同时它也给了从教人员一定的压力。
(3)发展阶段。与前两个阶段不同的是,这一阶段学校和教师试图着眼于教育的全面革新,从更宽阔的视野从事多媒体教学,这一阶段关注的主要是问题是:传统的教学是否要发生大的变革,如何能最大限度地发挥多媒体教学的优势,等等。在这一阶段,多媒体教学和学校的建设融为一体,形成了比较成熟的多媒体教学体系。
2多媒体教学与多媒体组合教学的关系
2.1多媒体组合教学是多媒体教学的基础
多媒体组合运用于教学中已有多年,它是传统教学与电化教学有机结合的结晶,发展至今已独具特色,并取得十分显著的教学效果。开展多媒体组合教学很适合我国的国情,从媒体的特性来看,投影机、幻灯机、录像机等教学硬件投资少,见效快,经济实用,软件制作容易、价格低廉,已具有较为完整的体系,因此在相当一段时间内多媒体组合教学仍将作为我国电化教育的基本形式。
多媒体组合教学不仅效果明显,切实可行,更重要的是,它运用于教学中的理论、体系和方法已逐渐发展成熟。多媒体组合教学的本质是在以班组授课形式的课堂教学过程中,根据教学内容与教学目标的需要,合理地选择和应用现代教学媒体;继承传统教学媒体的有效成分,使两者结合起来,各展所长,互为补充,相辅相成,构成教学信息传输及反馈调节的优化教学媒体群,共同参与课堂教学的全过程,达到教学过程的优化。[2]多媒体教学中有关教学目标、教学内容、教学方法、教学媒体的选择与组合、教学设计的方法、原则以及教学评价与多媒体组合教学是完全相通的。不少专家指出,多媒体教学的强大潜在优势,只有在良好的教学设计和学习理论指导下开发软件、并加以正确应用,才能真正发挥其强大优势。缺乏教学设计这一中心环节,多媒体先进的技术优势,将难以得到体现。
多媒体组合教学是多媒体教学的基础,多媒体组合教学设计的理论和方法也是多媒体教学设计的理论和方法,也可以说,多媒体教学必须以多媒体组合教学的理论来支持。
2.2多媒体教学是多媒体组合教学的发展
从多媒体应用于教学的发展看来,多媒体组合教学是多媒体教学产生和发展的基础,而多媒体教学则是多媒体组合教学的发展。从一定程度上来说,多媒体教学的出现符合形势的发展,但它不可能完全取代多媒体组合教学。
多媒体组合教学的基本思想是将现代教学媒体与传统教学媒体恰当地有机结合,共同构成教学信息传输与反馈的多媒体组合系统,以实现教学过程的最优化。现代媒体的充分合理应用是多媒体组合教学的显著标志,没有现代教学媒体的参与,就谈不上多媒体组合教学,很显然,现代教学媒体包括投影、幻灯、录像、多媒体计算机等常规电教媒体,当然也不可能将多媒体计算机排除在外。
多媒体组合教学随着媒体技术的发展而不断地深化和发展、多媒体技术的发展为多媒体组合教学创造了更加优异的物质条件.使多媒体组合教学插上了高新技术的翅膀,走向了一个新的更高的层次。
2.3多媒体计算机可作为多媒体组合教学的重要媒体之一
任何一个媒体都各有所长,也各有其短,不可能包揽一切,更不可能是万能的。多媒体计算机是目前功能最多,最具发展潜质的新型媒体,但它仍然有自己的局限。尽管多媒体计算机提供的教学内容形象生动、动态逼真.但仍不能代替
学生观察实际的标本,甚至它用模拟模型的教学效果还不见得比工具模型好,尤其是那些复杂结构或电动的模型;尽管多媒体计算机提供给学生模拟技能训练的良好机会,但不可能完全能代替学生的实验、实践或实习教学;尽管多媒体计算机具有人机交互及人工智能的某些特征,可以完成教师难以完成的某些任务,但不可能替代人类教师在课堂教学小的情感交流、现场讲演、现场指导辅导、组织讨论等主导作用。因此,多媒体计算机仍然需要与其它媒体有机结合,共同构成更高一级的“多媒体组合系统”,才能达到教学过程的最优化。多媒体计算机的应用,仍然需要教师对教学目标、教学内容、教学媒体的选择和组合进行一系列优化设计,使它与其它媒体相互补充,各展其长,共同构成一个新的有机整体,从而为学生提供一个更加优越的多媒体学习环境,从这个意义上讲,多媒体计算机可作为多媒体组合教学的重要媒体之一。
3如何合理运用多媒体与多媒体组合
3.1选择媒体要从教学整体考虑
媒体的选择就是根据教学目标和教学内容,选择记录和储存教学信息的载体(软件),以及直接介入教学活动过程,用来传递和再现教学信息,把教学信息转化为对学习者的感官刺激的教学设备(硬件)。[3]
不同类型的媒体在教学中发挥的作用是不同的。在教学目标确定之后,针对教学的重点、难点,合理选择媒体显得非常重要。不同的教学媒体,有不同的特性,恰当地选择教学媒体的前提条件就是要充分了解各个媒体的优点和局限性,才能在使用中扬长避短,对它们进行综合应用,在教学过程中,选择的媒体是否充分表现了教学内容的特点,直接影响到教学质量的提高,教师在应用媒体时应考虑教学要求、课程特点、学生文化基础等因素,合理选择不同类型的媒体,不能只为了应用而随意罗列。能用简单的就不用复杂的,能用一种媒体的就不选择多种媒体。
3.2媒体的组合要优化
将各种媒体进行合理组合,可以使它们扬长避短,充分显示自身优势,由于各种媒体所具备的特点不同,它们也有适应性和局限性,且往往一种媒体的局限性也可以被其它媒体的适应性所弥补。例如电视录像,在表现活动的画面时它占有独特的优势,但在表现静止的放大画面时却比不过幻灯投影,但二者结合在一起使用时,便能既表现活动的画面又能表现静止放大的画面。因此,多媒体的组合,整体功能比其它各个媒体的总和更为丰富、有效,能使各种媒体扬长避短,互为补充,有机地联系在一起。
在进行多种媒体的组合时,必须遵循以下几条原则:
(1)教学目标的整体性原则。进行多媒体的组合应用,教学策略、教学媒体的选择、教学评价的设计必须围绕教学目标进行,必须保证教学目标整体目标的实现,不能为了形式上的多样化而滥用多种媒体。
(2)多种感官配合原则。在多种媒体组合教学设计过程中,在注意发挥单一媒体功能和作用的同时,更要注重现代教育媒体组合功能的发挥,这是因为学生进行学习时,是通过多种感官来参与的。多种媒体的组合必须更加符合学生的学习认识规律,能够充分调动学生多种感官进行学习,做到视听结合,促进学生对知识的理解和记忆。
(3)信息量适度原则。利用多种教育媒体传递的教学信息,通常比单一的教育媒体传递的教学信息量要大,但也要注意适度。利用多种教育媒体反复多次地从不同侧面反映同一内容信息,虽然能够起到强化刺激的作用,但也容易使学生感到疲劳。
(4)相互作用性原则。把学生作为主体,进行设计和组织教学,使学生和教师共同参与整个教学的过程。充分利用和发挥教学媒体,尤其是现代教学媒体的参与性,并根据不同的教学媒体在感情参与和行为参与特性上的不同,有针对性地选择、组合教学媒体,以充分调动学生的学习积极性和主动性。
(5)易实现性原则。进行媒体的组合要讲究经济性实在性,组合了的多媒体必须易操作、省时间。
3.3建立合理的媒体结构
建立合理的媒体结构,主要在于:对不同的媒体根据学习目标和学习内容分配媒体所要展现的内容;以及掌握好媒体出示时机。多种媒体进入课堂,并不等于就能提高教学质量。教师能否根据课程结构和教学进度恰当掌握好媒体出示时机,搭配好各媒体之间互补关系是优化组合教学的重要因素。
多媒体教学与多媒体组合教学是我国教育现代化发展的方向,它们在实际教学中将互为补充,共同发展,如何使各种媒体在教学活动中更好地发挥其优势,提高教学效率是值得每一位教师研究和探索的课题。
【参考文献】:
[1]Georgiadyet.al(1967).IncreasedLearningThroughMultimediaApproach[N].AudiovisualInstruction:250-253.
关键词:翻转课堂计算机课程概念;设计;实施
一、翻转课堂概述
传统的教学模式是老师在课堂上讲授知识,学生被灌输,学生在学习当中一直扮演着被动的角色,学习兴趣不高。这些在课堂上别动接受的知识,印象并不深刻,由于没有做到完全的理解,所以课下再去做时就会出现不明白、不理解甚至完全忘记的情况。这种学习模式屡见不鲜,如果在学习的过程中不予以变化,这样的问题就会越来越严重。而对于翻转课堂,顾名思义,就是将传统课堂的教学模式颠倒过来,该教学的新模式无论是在国外还是在国内都受到了广泛的关注与研究。翻转课堂(Flipped classroom),又称为颠倒课堂,就是对传统的教学模式进行了颠倒,针对课堂外的知识学习提供了在线的指导,将课后作业带入课堂完成的一种新型教学模式。在我看来,翻转课堂是将课堂上的时间结构进行了改变,把“教”与“学”时间比例进行了“翻转”。总体课堂时间没有发生变化,变化的是组成结构,课下的时间也没有发生变化,变化的是内容,将学生学习的决定权由教师转移给学生,而决定权正是改变了学生的学习情况,使其学习方法自主化、学习态度积极化、学习途径多样化、学习内容个性化、学习时间灵活化、学习地点不限化等。
二、基于计算机课程的翻转课堂教学设计
(一)教学目标分析
计算机课程教学的目标主要分为三个方面:一是要求学生对计算机基础知识有相关了解,包括计算机的发展历史、发展现状、组成结构等;二是在了解计算机相关知识的基础上,掌握一些计算机的软件,并能进行相关操作,熟练程度也有一定的要求,同时还需要掌握数值和编码的相互转换;三是运用计算机软件解决学习与生活中的相关问题,做到活学活用。
(二)学习者分析
传统的计算机授课模式固定,课堂活动基本没有,学生大多很难从枯燥的计算机学习中找到兴趣点,我以本校的学生作为调查的样本,通过课前的调查了解到学生对于基本网络和常用软件的使用情况水平相差较大,能力也参差不齐;学生对于智能手机的应用操作熟练;学生对于自主、讨论学习和小组协作学习都比较感兴趣。
本课程实际操作性强而且需要相当扎实的理论基础,但是学生接触计算机的时间有限,尽管学校配备有机房,但是课下时间较少、课下上网缴费等相关问题促使学生不能很好的长时间接触计算机,这样就使得该课程对大部分学生是比较陌生的。在这样的前提下,如果想要学生具有利用计算机分析问题、解决问题的意识与能力,提高学生的计算机素质,就要在课程中应用计算机技术和方法解决本专业实际问题。
(三)计算机课程网络学习环境分析
为了更好的实施翻转课堂的教学模式,我对本校三个班级的学生进行了初步调查,调查针对学生最喜欢的计算机学习方式和学生可以接受的网络环境进行展开,从调查的结果可以看出,如果选择合适的网络环境进行计算机学习对于大多数学生来说是可以接受的,并且学生对小组的学习有着较高的期望。
(四)教学设计
基于翻转课堂教学模式和混合学习的方法,我们把计算机基础课程的教学内容进行分类,课上的教学模式按照授课的内容进行设计。授课的内容大概分为三种类型:知识型课堂、能力型课堂和技能型课堂。
根据授课内容的分类,课堂上的教学方式和方法也会有所改变。学习活动和学习策略的设计是课堂教学设计的关键,翻转课堂的混合式学习方式主要是为了培养学生的自主学习能力,提高学生的学习兴趣,锻炼学生的合作能力。所以在课程内容分类的同时,课堂形式也要根据学生学习的内容进而分类,这样才可以更好的完成教学内容,达到教学目的,提高教学的质量。基于以上的分析,知识型课堂设计的教学方式有:知识竞赛、小组汇报、辩论赛。能力型课堂设计的教学方式有:辩论赛、期末分享、个人展示。技能型课堂设计的教学方式有:个人展示、头脑风暴、参观学习。每个学生展示完自己的研究成果后,其余的学生进行提问和评价,最后老师对整个课堂的学习进行点评。
学习方法的混合模式造就了课堂学习方式的多样性,学生被设置在一个真实的问题环境中,明确了自己的任务之后,学生开始整理思路、搜索资源、积极探究、寻求帮助、求得结果、检验答案、分析总结,这所有的步骤都是有学生自己完成。合作学习适用于以知识型和能力型为教学内容的课堂,学生以小组为单位完成一定的小组任务,并且会有至少一次机会代表小组在班级做总结性的任务汇报。这样的方式可以加强学生合作、讨论、实践的能力,也可以在语言表达、沟通、交流等方面得到一定的锻炼。正因为学习方法的多样化,导致了学习活动也具备多样化的特点,知识竞赛、辩论赛、个人展示、小组汇报等活动在教学的设计中都可以展开。
三、基于计算机课程的翻转课堂教学实施
我们这里以知识型为内容的计算机课程为例,教学的内容主要包括计算机的文化,计算机的基础知识以及计算思维。
(一)学习目标
根据课程教学大纲,制定本研究的该课学习目标:了解信息化与信息化社会、计算机的基本知识和计算思维的基本概念。
(二)学习内容
掌握计算机基础知识包括发展、分代、分类和应用、计算机文化含义。能够在生活中寻找到信息化的实例;明确了解、学习、掌握信息技术的作用。
(三)活动设计―小组汇报
班级学生分为8个组,教师将信息化社会、信息素养、计算机的发展做简单引导,小组分别就计算机发展史、未来计算机、计算机思维等方面进行小组协作学习,完成汇报内容,提出设想与疑问。学生在课下通过自主学习完成个人任务,再通过小组讨论学习一起完成小组任务,课上,每组派一名学生作为代表将小组学习成果汇报给大家,在掌握知识的同时还锻炼了团队协作能力和语言表达能力。
(四)翻转课堂实施过程
1.第一个课时教学内容
课上,教师活动安排:播放5分钟视频引入信息化社会就信息化社会引申到信息素养,据实际例子说明何为信息素养引入计算机的发展做简单叙述 将本学期的课程学习安排详细的介绍安排任务,布置学生课下自学内容与小组任务。
学生活动安排:观看视频,了解信息化社会根据实际例子明白如何正确看待信息初步了解计算机的发展明确本学期该课程的学习方式与本节课课下要完成的自主学习任务和小组合作学习的任务。
课下(线上、线下),教师活动安排:建立班级QQ群加入到班级群与各小组的QQ讨论组中接收学生利用QQ邮件发来的个人作业(自我介绍)并作回信分析学生前测结果,了解学生基本情况设计下节课的系列学习任务卡集中各组组长总结的学生自学疑问 在网络平台与学生O2O交流。
学生活动安排:加入班级QQ群与小组QQ讨论组创建电子邮箱,以电子邮件的方式写自我介绍信发送给教师接收系列任务卡,完成自学内容,将电子版发送给教师小组固定集中讨论时间地点进行小组任务的集中习或者讨论 在线上O2O与教师或者其他学生进行交流准备下节课的小组汇报内容(确定汇报主题―制作 PPT―组织语言)。
2.第二个课时教学内容
课上,教师活动安排:播放(微软对未来计算机发展的一个预计)视频为学生开拓眼界组织学生开始进行以小组为单位的学习汇报就每组的计算机发展相关内容汇报做简单的点评组织其他组学生就汇报小组的内容进行交流、讨论总结学生课下的问题,并将没有涵盖的知识点做最后的介绍引导学生进行第二部分,计算机系统结构的硬件部分的自学任务。
学生活动安排:观看视频,进一步了解计算机相关发展情况以小组为单位进行旧计算机发展系列问题做汇报,时长3分钟,PPT辅助其他学生就汇报内容进行讨论、交流,提出疑问或者解答问题,也可以叙述个人看法、结合自学内容阐述等。
课下(线上、线下),教师活动安排:收集学生上交的相关个人任务(电子版)并做修改与回复设计下节课的系列学习任务卡集中各组组长总结的学生自学疑问在网络平台与学生O2O交流。
学生活动安排:完成个人任务(计算机系统分类中硬件系统知识的个人学习报告,邮件中要包含硬件图片与文字),以邮件的形式发送给教师等待回复对于自学计算机硬件内容相关知识提出疑问,上交给组长统计小组集中讨论小组任务(任务一:以小组为单位,讨论欲购买一台计算机,应该如何配置,给出配置清单。(计算机配置表和价格,并简要说明理由;任务二:选择计算机硬件的四大部件之一,通过搜集资料,讨论其发展过程及发展趋势)在线上O2O与教师或者其他学生进行交流准备下节课的小组汇报内容(确定汇报主题―制 作PPT―组织语言)。
(五)观察评价
教师就学生发送的电子邮件(自我介绍)进行个性化回复,对每个小组的表现进行打分,对课堂观察量表提取数据分析。
(六)修订和完善
教师对任务卡的形式和内容进行完善,根据学生课上的活跃度对教学的方式与教学的内容进行修改。
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[5]李宏敏.基于翻转课堂教学理念的课程设计与开发――以《学习科学与技术课程为例[D].广西师范学院,2013(06).
中图分类号:TP311.5 文献标识码:A
Abstract:This innovative instance of teaching designs,from how to improve teaching efficiency and teaching quality,analyses the contents of "the implementation of procedures" in the course "the basis technology of computer hardware".This case will focus on several aspects to analysis and describe such as the setting of teaching objectives,the analysis of teaching task and the choice of teaching strategies.Each of the theory will be given a specific implementation plan and the whole idea of the teaching.
Keywords:software development model;class teaching design;teaching objective;teaching task;teaching strategies
1 引言(Introduction)
在总部修订的《军队院校本科教学工作评价方案》的指标体系中,增加了一个新的评价标准——课程教学设计。然而课堂教学直接关系到课程的实施情况,而课堂教学设计是保证课堂教学成功的前提之一[1],因此必须加强课堂教学设计的研究。那么课堂教学设计主要包含哪些方面,哪些是关键要素呢?又要如何设计课堂教学来体现出教员各自的特点与个性呢?这些是教学评价为我们提出的新挑战,同时这也是我们年轻教员提高课堂教学质量的所必须要考虑的问题。
软件生命周期同任何事物一样,一个软件产品或软件系统需要经历孕育、诞生、成长、成熟、衰亡等阶段,一般称为软件生命周期。把整个软件生命周期划分为若干阶段,使得每个阶段有明确的任务,使规模大,结构复杂和管理复杂的软件开发变的容易控制和管理。通常软件生命周期包括可行性分析与开发项计划、需求分析、设计(概要设计和详细设计)、编码、测试、维护等活动,可以将这些活动以适当的方式分配到不同的阶段去完成。
本案例将以简要的以软件工程的工程化思想着重从计划、需求分析以及设计等角度从教学策略的选择、教学目标的设置、教学任务的分析几方面进行分析描述。
2 计划方面(Plan)
在软件生命周期的第一阶段即要确定软件的开发目标和总的要求,要进行可行性分析、制定开发计划等,同样进行教学设计的前提即是首先设置教学目标。
进行一节课的教学设计,不仅要了解本节课的目标,首先要把握了解课程的总体目标。《计算机硬件技术基础》这门课的整体教学目标通过理论学习,建立计算机硬件的知识结构体系,学会把以前所学的计算机文化基础、电子技术、计算机软件技术等知识运用到计算机硬件论文技术的学习中。通过课堂讨论与作业,加深对CPU部件与整机系统两个层次、计算机内部硬件逻辑组成及内部工作机制,能在学习的过程中发现一些问题,提出解决问题的对策。另外,通过计算机硬件发展史的典型事例及其在社会发展以及科技进步中的重要作用,激发对学习计算机硬件技术的兴趣。通过研讨式教学方式,学员将进一步学习科学探究的方法,敢于面对学习中的困难,提高提出问题、分析和解决问题的能力。在总的目标的指引下,再来定位本节课的目标,即掌握指令的执行过程和相应的发展方向、最新技术。
3 需求分析方面(Requirement analysis)
软件生命周期的第二阶段是由系统分析人员对被设计的系统进行系统分析,确定对该软件的各项功能、性能需求和设计约束,确定对文档编制的要求,对应到教学设计的过程,即是分析教学任务,对教学内容与教学对象进行分析与定位。
3.1 定位教学内容
教材是课程的载体。能否准确而深刻地理解教材,高屋建瓴地驾驭教材,合乎实际地处理教材,科学合理地组织教材,是说好课的前提[2]。本节课的特点,阐述计算机的微处理器、存储器的基本工作原理及相关知识,比较抽象,为以后各章的学习打下基础。本节课的目标,通过本节课的学习要初步的理解微机的工作原理以及程序的执行过程,从宏观上去体会计算机执行指令的过程。
说教材处理:精选教材内容,并合理地扩展或加深教材内容,通过一定的加工将其转化为教学内容,即搞清各个知识点及其相互之间的联系。
①处理的原则。
这节课教材分四个部分,把它重新整合为四个内容:
程序执行的一般过程。
CPU对内存的操作。
指令的执行过程;程序的执行。
程序执行技术的发展。
②重点的确定和依据。
本节课的内容主要由微机的工作原理和程序执行的过程两大部分组成,重点定为程序的执行过程,其中又以指令的执行过程为重点内容。确定的依据有两个,一是教材的知识体系,微机的工作原理是程序设计的基础,而程序的执行过程又是其中的重点内容,而指令的执行过程是程序执行过程的核心内容,因此将它确定为重点。
③难点的确定和依据。
本节课的难点有两个,第一个是CPU对内存的操作,第二是指令的执行过程。确定的依据是两个方面,一个是教材一个是学员。在教材方面,不管是CPU对内存的操作还是指令的执行过程都比较抽象,理解起来相对有些困难,难以掌握。由于学员之前接触是的计算机文化基础和计算机软件技术基础这样实用性很强的课程,而硬件技术基础是新接触的内容,并且纯属理论同时很抽象,所以学员同时接受这么多知识信息的能力有限,另外记忆,想象空间事物的能力也有限,所以把它列为教学难点。
④说教材处理上值得注意和探讨的问题。
3.2 分析教学对象
对教学对象的分析主要从学员的知识能力水平以及学员的心理、生理特点两方面入手,进而根据其特点采取相适应的教学对策。
本节课是本硬件技术教材中的核心,对学员的情况做四个方面的分析。
知识掌握上,前面已经有了一定的软件技术基础相关的基本知识,但却是一年前的事情了,会些许遗忘,另外许多学员在这一方面没有总体的知识框架,所以应系统的去讲述。
心理上,引导学员认识到硬件技术是一门有意思的学科,有利于其他学科的学习。
生理上,学员比较年轻好动,注意力易分散,爱发表见解,希望得到教员的表扬,所以在教学中应抓住学员这一生理特点,一方面要运用直观生动的形象,引发学员的兴趣,使他们的注意力始终集中在课堂上;另一方面要创造条件,让学员发表见解,发挥学员学习的主动性。
此外,学员学习本节课将遇到一些知识障碍,如CPU对内存的操作很抽象,学员不易理解,所以教学中应深入浅出的分析,采取宜于理解的方式去体现。
4 设计方面(Design)
软件生命周期的第三阶段是系统设计人员和程序设计人员在反复理解软件需求的基础上,提出多个设该软件的结构、模块的划分、功能的分配,以及处理流程,体现在教学设计的过程中,这个阶段即可把握成教学策略的选择。
在课程设计的环节中,教学策略的选择处于很重要的位置,其中包括说教学方法和说教学过程以及说教学理论。
4.1 说教学方法
本堂课总体上采取的是总分总的教学方法,从观察现象到分析本质,逐层深入,易于学员理解。
首先通过问题引入,观察现象来让大家分析得出个结论,从宏观上理解程序执行的一般过程;然后初步深入的从微观上去学习指令的执行过程以及程序的执行过程。
通过计算机处理器发展的典型事例及其应用,认识计算机硬件技术在社会发展以及科技进步中的重要作用,激发对学习计算机硬件技术的兴趣。通过引导式教学方式,学员将进一步学习科学探究的方法,敢于面对学习中的困难,提高提出问题、分析和解决问题的能力。
4.2 教学过程
4.2.1 发现问题(问题导入)
首先通过幻灯片给大家提出一个问题供大家思考,然后打开任务管理器进行演示,让学员来观测当中的CPU利用率和页面使用率(内存的使用情况),了解其中的现象,然后在相继打开一个应用程序和影音文件,这时再来观测其中的变化。
程序执行的时候CPU和内存是工作着的,以此推出程序执行的一般过程。
本节课的教学过程(图1)。
4.2.2 分析问题
程序执行的一般过程。通过对上述过程的分析,总结出这个程序执行的一般过程(图2),程序在没有运行之前是放在外存上,当要执行时就要双击,这时程序从外存调入到外存。由此说明出各部件中重要的部件为CPU和内存(衔接)。
CPU对内存的操作之前清楚了程序的执行是CPU与内存间的数据频繁操作,但是CPU与内存间的信息是怎样传递的一个过程呢?引出CPU对内存的两种操作-读操作和写操作(图3)。
方法与手段:对读写操作过程进行动态演示讲解,使学员更清晰明了的理解读写操作过程,使比较难理解的内容变得容易。
指令的执行过程。程序的执行过程就是CPU对内存的读写操作过程,那么具体CPU对指令如何来控制的呢?(衔接)有此可以进一步去讲解指令的执行过程。
在该部分中大家观察到,在内存中存放的都是二进制代码,是机器语言,操作起来很不方便,而在我们软件设计中用的却是高级语言,如何实现这种转换呢?引入汇编语言的概念,用助记符的形式来完成与机器语言的一一对应。
方式与手段:通过在DOS下的debug调试软件进行现场演示,去明白助记符与机器代码间的对应关系,通过一个题目来具体的讲解指令的执行过程。
方式与手段:通过动态过程的模拟来讲解一条指令的执行过程。
每条指令都是这样一条条的一步步去执行的,整个过程就被分为各个独立的小部分,就像我们的生产车间一样(图4),把原料(数据)送到生产车间,加工完送出去,需要永久保存的放到存储器,然后送到硬盘或显示器上显示,对应下来就是取指令,分析指令(指令译码),取操作数和执行指令。由此下去一条条指令执行起来后就是程序的执行。
4.2.3 解决问题
CPU执行指令内部就是这样一条条的去做的,有人就会说这是不是效率太低了啊?当执行到后面的时候前面的部件就空闲出来了,有没有好的办法去充分调动它呢?以此引出流水线技术。随着技术的不断提高、发展,逐步出现了相应的微处理器机,引出系列机微处理器程序执行的技术发展。
回顾计算机内部的信息流向问题,将整节课的内容穿了一条线,理清脉络,这样最初抛出来的问题就迎刃而解了。
4.2.4 思维拓展
80x86系列微处理器程序执行技术的发展以8086为基本。
4.3 教学理论
教学理论是课堂教学设计的本质属性。教学理论不一定是一个单独的设计环节,可以贯穿在以上所有的环节中。
例如本节课的几个环节设计,首先将采用问题引入,然后观察现象并采取图表示意法进行讲解,最后分析得出结论,分析分为三步进行,第一,设疑。CPU利用率和内存的使用情况发生了怎么的变化;第二,程序的执行为什么会有这样的变化呢?CPU和内存的关系怎样呢?第三,解疑。通过分析,得出这个现象的原因,一是程序未执行时放在外存,二是程序执行时CPU和内存之间进行数据交换。这样设计的目的有三个:第一,在学员动耳,动眼听课的基础上,进一步达到动脑思考,动嘴说。第二,促进学员思维和表达能力的发展。第三,使学员由感性认识上升到理性认识,从而将这节课推向。
5 结论(Conclusion)
课程教学设计作为教学评价的一个新的评价点,使我们面临了一个新的挑战[3]。而课堂教学设计的最终目的是提高课堂教学质量,更好的开展教学活动。本文尝试从教学目标的设置、教学任务的分析以及教学策略的选择等几方面进行分析描述,以软件工程的工程化思想来进行课堂教学设计。这既是本人以一堂课为例进行的课堂教学设计的实践总结,也是本研究的具体成果体现,由于实践应验较浅,还没有认识的很彻底,以后会继续努力提高。
参考文献(References)
[1] 皮连生,刘杰.现代教学设计[M].北京:首都师范大学出版社,2005.
[2] 孙立仁.教学设计——实践基础教育课程改革的理论与方法[M].北京:电子工业出版社,2004.
[3] 曾文婕.课堂教学设计[M].北京:北京师范大学出版社,2011.
作者简介:
祁 薇(1982-),女,硕士,讲师.研究领域:信息隐藏,多媒体处理,软件工程,计算机教学.
关键词:计算机教育 计算机成人继续教育 计算机网络教育
引言
成人计算机教育学生来自各行各业,来参加学习的目的不同,年龄相差较大,学生社会角色多,学习时间零碎,对计算机专业知识的了解和掌握程度参差不齐,这些实际情况对成人计算机专业教育教学提出了更高的要求,而目前成人教育计算机专业教学过程中有的的确无法完全满足学生和社会的实际需求。
一、关于成人网络教育、计算机教育与继续教育的教学设计研究
网络信息技术的不断完善与进步,成人远程教育以前所未有的速度飞速发展,越来越多的成人受益于远程教育。但随着成人远程教育的发展,其存在的问题也日益凸显,特别是成人远程教育的教学设计,仍在套用传统教学形式的教学设计方法和模式。现代远程教育的教学设计必须从教学设计的基本理论出发并结合现代远程教育的特点,在远程教育的教学内容、教学过程与教学评估三方面入手,确定现代远程教育的教学设计原则。开放教育教学设计的文化特色具有融合性、多元性、应用性的基本特征。因此,教学设计有文化特色又有开放远程教育的教学与学习机制形成的特点,应具有先进性、可获得性、灵活性、包容性等特征。[1]
二、关于成人网络教育、计算机教育、继续教育模式研究
目前,随着我国成人教育规模的扩大,高校原有的设施、师资等已经远远不能满足广大成人接受再教育的迫切要求,现有的函授、夜大等教学模式也不能适应创新人才的培养,因此,运用计算机网络和多媒体技术构建适合成人教育的现代远程教育模式已成为当务之急。现代远程教育模式的四要素即课程设置和教材选定、教学资源、技术环境平台、考核和评价机制。成人学生对远程教育模式存在适应性困难,通过对其原因的分析,提出改革人才评价标准、强化教学支持服务体系、提供多种方式学习指导,提高成人学生的学习积极性和成效。我们可以尝试引入PBL模式来优化远程教育教学,提高远教内容和设计的针对性、强化教学交互性、提升学习自主性等方面的作用。[2]
三、关于成人教育、继续教育的功能研究
部分学者对远程教育在成人实践活动中的功能进行了研究,发现成人远程教育有优势也有弊端。笔者认为现代远程教育突破了过去传统教育的时空局限,具有生源广泛、学习安排灵活、经济效益高、可以实现区域性平等的优势,是成人学习深造的重要途径之一。例如忽略教学过程的控制,疏漏环节较多;缺少了实时的监控机制,远程教育学习在给成人学习提供便利的同时,也使得学习过程缺少了实时的监控和互动;丧失了公信力,成人远程教育入学门槛低、考试简单,不需要参加全国计划内的统一招生考试,只要通过各高校网络学院的入学测试即可,这些都需改进。
四、成人高教计算机教育及网络教育教学存在的问题
1.计算机教育教学设备陈旧落后
一些经济不发达地区存在有硬件没软件,有电脑没网络的现象,即使有电脑,其配置也往往相当陈旧,跟不上信息高速化的步伐,计算机实验室层次较低,特别缺乏一些经济发达地区拥有的多媒体教室。使得教师有巧妇难为无米之炊之感。这也是成人高教计算机教育与网络教育中最为突出的问题。
2.教师师资力量的薄弱化,教学模式的单一化
目前大多数网络平台都支持课型模式和自学型模式两种教育模式。课型模式仍以教师授课为主,由教师安排学习时间。学生被动接受。自学型模式是学生在教室的指导下完成选定的课程任务和目标。通过自主学习完成学习任务。这两种模式都来源于传统的教学模式,已完成教学任务为目标,教学模式比较单一。课程安排不能满足学习者个性化的需求,不能充分调动学习者的积极性,不利于可持续发展。
3.学习资源不足的问题严峻
一些成人教育机构为了省钱,购买现成的教育资源充当学习资源,这些资源具有明显的统一性,不利于学生的学习与吸收,不利于可持续发展,同时,资源的更新换代速度太慢,导致学习资源落后,缺乏实用性,创新性。
4.网络教学范围受到限制
现阶段,一些成人教育网站,为了保证自己资源的独一性,采取保密措施,采取将网络教育平台建立在教育机构内部网络的办法,让能够进入教育机构内部网络的学习者进行学习,而在网络教育平台之外的学习者无法学习,这直接导致了网络教学范围受到限制。
5.成人教育平台的维护成本较高
成人教育平台的日常工作需要大量的人力物力来维护,花费成本高。日常维护包括系统的更新升级,文件资源的更新,对于教师和学生的管理,以及界面宣传。这无疑给网络管理者造成很大负担,无形增加维护成本。
五、成人高教计算机教育和网络教育改革方法
1.教材选用普教化
目前成人计算机专业教育基本采用学科型课程系统,而大部分学校都基本上使用普通高校大学计算机专业课程设置的教材及考试范围,在教材征订上,根本不去考虑成人教育学生的知识基础、实际需求和接受能力,简单地复制普教教材征订计划,给教学带来极大的困难。
2.师资配备普教化
在教师的配备上,绝大部分高校没有专门从事成人计算机教育的师资队伍,任课教师的聘任主要依靠本校各院系对口专业的推荐,在目前的体制下,各院系推荐的教师不见得都适合成人计算机教育的教学,因为他们大部分长期以事普通本科教育教学工作,缺乏对成人教育学生学习特点的了解和探讨,在教学策略教学论文上极有可能照搬照抄普教的教学方式。[3]
3.教学质量衡量和考评普教化
在教学质量考评和评奖评优上,照搬普教系列的考核办法,以教师的教学工作量和学生网上对教师的测评结合进行,致使教师的教学没有丝毫新意;在学业考核上,绝大部分高校依然采取考勤和“百分制”考试相结合的传统策略教学论文,成人计算机教育缺乏灵活性,无法反映成人计算机教育学生学习的真实情况。
4.充分利用本学科的视觉效应激发学生兴趣
计算机教学视觉内容丰富,可以使枯燥的形象视觉化,在计算机教学过程中围绕教学大纲创造良好的氛围。让学生全面发展,激发学生计算机学习兴趣,增强学生的自信心,从而提高其创造力和主观能动性,形成良性循环。也可鼓励学生自我探索,增强学生求知欲,从而获得事半功倍的效果。
参考文献
[1]夏礼胜;《提高成人高等教育计算机教学质量策略研究》;2012。