工程教育認證背景下計算機硬件課程教學(xué)改革與實踐

蘭勇 安毅生 明洋 馬榮貴 李穎

[摘 要] 工程教育認證背景下，計算機專業(yè)硬件課程傳統(tǒng)教學(xué)體系存在培養(yǎng)指標不清晰、教學(xué)內(nèi)容枯燥、教學(xué)方法守舊、實踐教學(xué)體系不完善等問題。針對傳統(tǒng)教學(xué)中的上述問題，面向工程教育認證標準，以學(xué)生學(xué)習產(chǎn)出為導(dǎo)向，重構(gòu)了計算機硬件課程知識體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計了專業(yè)能力培養(yǎng)指標，改進了課程教學(xué)方法，多渠道、系統(tǒng)性地強化實踐教學(xué)體系，改革了教學(xué)評價機制，從而全面增強學(xué)生的工程實踐能力，持續(xù)提升計算機硬件專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 工程教育認證;計算機硬件;以學(xué)為中心;混合式教學(xué)

[基金項目] 2019年度長安大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目“工程教育認證背景下的計算機硬件課程教學(xué)改革”（300103302404）;2019年度長安大學(xué)中央高校雙一流建設(shè)專項“計算機組成原理在線開放課程建設(shè)”（300104292402）;2018年度長安大學(xué)中央高校雙一流建設(shè)專項“基于翻轉(zhuǎn)課堂的計算機組成原理教學(xué)方法改革”（300104282424）

[作者簡介] 蘭 勇（1973—），男，四川綿陽人，工學(xué)博士，長安大學(xué)信息工程學(xué)院副教授，主要從事嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用研究;安毅生（1972—），男，陜西西安人，工學(xué)博士，長安大學(xué)信息工程學(xué)院教授，主要從事分布式測控技術(shù)研究;明 洋（1979—），男，陜西榆林人，工學(xué)博士，長安大學(xué)信息工程學(xué)院教授，主要從事無線網(wǎng)絡(luò)安全研究。

[中圖分類號] G642.0 ? [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）28-0084-04 ? ?[收稿日期] 2020-11-20

計算機科學(xué)與技術(shù)是當今發(fā)展最迅速的學(xué)科之一，同時計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)也是我國工科教育中在校生最多的專業(yè)[1]?！坝嬎銠C組成原理”等計算機硬件類課程是計算機專業(yè)的重要核心課程，也是計算機系統(tǒng)知識體系的重要組成部分，更是直接培養(yǎng)計算機硬件專業(yè)人才的重要途徑。

近年來，新經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展對計算機專業(yè)人才，尤其是計算機硬件專業(yè)人才提出了更高的要求。與此同時，隨著習近平總書記提出：“加快推進國產(chǎn)自主可控替代計劃，構(gòu)建安全可控的信息技術(shù)體系。”[2]，讓我們更進一步認識到加快計算機專業(yè)人才，尤其是計算機硬件專業(yè)人才培養(yǎng)數(shù)量和質(zhì)量的重要性與緊迫性。然而，相較于社會對計算機專業(yè)硬件人才的質(zhì)量需求，國內(nèi)高校計算機專業(yè)硬件課程傳統(tǒng)教學(xué)過程存在如下問題。

1.計算機硬件專業(yè)人才培養(yǎng)目標不夠清晰。當前國內(nèi)高校專門針對計算機硬件專業(yè)人才的培養(yǎng)目標定位仍比較模糊，硬件課程教學(xué)多偏重于理論教學(xué)，缺乏對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，學(xué)生實踐創(chuàng)新能力較差，不能很好地勝任計算機硬件方面的專業(yè)工作。

2.硬件課程教學(xué)內(nèi)容枯燥，教學(xué)方法守舊。迫于教學(xué)進度的壓力，教師多采用“滿堂灌”“填鴨式”教學(xué)方式。同時，專業(yè)課程教學(xué)大綱各自為政，忽視課程間知識的承接與融合，相同的知識點在不同課程中重復(fù)贅述。學(xué)生不僅沒有加深學(xué)習，反而深感迷茫，從而導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué)，硬件專業(yè)知識掌握不夠扎實。

3.學(xué)生存在偏科現(xiàn)象。教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的守舊，導(dǎo)致計算機專業(yè)學(xué)生普遍存在“重軟輕硬”“喜軟怕硬”的思想。例如在專業(yè)選修課選課中，選擇硬件類選修課的學(xué)生比例明顯偏低。從而進一步造成計算機硬件專業(yè)人才和專業(yè)能力不足的惡性循環(huán)的狀況。

工程教育認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是一種基于學(xué)習產(chǎn)出（Outcomes-based Education，OBE）的教育模式，其核心是確認工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質(zhì)量標準要求[3]。針對計算機硬件專業(yè)課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足，課程組為適應(yīng)工程教育專業(yè)認證的要求，對計算機硬件課程教學(xué)進行了一系列的改進與創(chuàng)新。

一、重構(gòu)課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

為了改變學(xué)生“喜軟怕硬”的課程學(xué)習思想，近年來，課程組對現(xiàn)有的計算機硬件課程知識體系和教學(xué)內(nèi)容作了進一步梳理，厘清各個課程教學(xué)內(nèi)容之間交叉重疊的知識點，如表1所示。

由表1可知，傳統(tǒng)計算機硬件及相關(guān)專業(yè)課程交叉重疊的知識點在各自課程中占比較大，約為15%～30%。為此，在全面梳理計算機硬件課程知識點的基礎(chǔ)上，依據(jù)承前啟后的專業(yè)知識脈絡(luò)，將交叉重疊的知識點分別設(shè)置在某門專業(yè)課中重點講述，其他相關(guān)課程則忽略或簡要說明。特別是，因為計算機組成原理在計算機硬件課程及整個計算機專業(yè)課程體系中的核心地位，進一步建設(shè)完成了“計算機組成原理”在線開放課程，屬于與其他課程交叉重疊的計算機組成原理知識點在線課程，將在整個硬件課程甚至整個計算機專業(yè)課程體系中共享。

在優(yōu)化重構(gòu)計算機硬件專業(yè)知識體系和課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，課程組進一步設(shè)計了面向工程教育認證標準的計算機硬件專業(yè)能力培養(yǎng)指標體系。以“計算機組成原理”課程為例，課程支撐的畢業(yè)要求指標點包括：（1）通過掌握計算機系統(tǒng)基本的邏輯組成與工作機制，為學(xué)生奠定解決計算機專業(yè)工程問題的必備專業(yè)知識基礎(chǔ);（2）掌握計算機軟硬件系統(tǒng)的基本設(shè)計與開發(fā)方法，具備設(shè)計簡單模型計算機的基本能力;（3）能夠運用計算機科學(xué)與技術(shù)的知識和原理，在面對計算機領(lǐng)域復(fù)雜工程問題時，通過設(shè)計方案的比較與綜合解決復(fù)雜工程問題;（4）掌握計算機設(shè)計的一些軟硬件工具，培養(yǎng)學(xué)生運用計算機軟硬件工具解決復(fù)雜工程問題的能力;（5）在解決計算機復(fù)雜工程問題的基礎(chǔ)上進一步具備初步的計算機科學(xué)的研究意識。

二、“以學(xué)生為中心”的課程教學(xué)模式創(chuàng)新

計算機硬件課程教學(xué)內(nèi)容多，課時有限。若只依賴于有限的課堂教學(xué)時間，學(xué)生對知識的理解與掌握必定是受限的，而且很容易導(dǎo)致教師迫于課時進度壓力進行“填鴨式”教學(xué)。工程教育認證背景下，計算機硬件系列核心課程更應(yīng)率先開展教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新，實現(xiàn)“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變[4]，在教學(xué)手段上充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。