面向能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系建設(shè)與實(shí)踐

陳田　路強(qiáng)　安鑫　丁賢慶　李宏芒

摘 要：目前，教育模式正在從傳統(tǒng)的以知識(shí)傳授為中心的模式向以能力為導(dǎo)向的教育轉(zhuǎn)變。課程體系建設(shè)是教學(xué)體系改革的重要環(huán)節(jié)。本文針對(duì)傳統(tǒng)課程體系中存在的一些問(wèn)題，探討了以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程體系建設(shè)方法，介紹了合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)以能力為導(dǎo)向的課程體系建設(shè)的整體過(guò)程，重點(diǎn)介紹了面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的課程設(shè)置方法。

關(guān)鍵詞：能力導(dǎo)向；課程體系；系統(tǒng)能力；教育模式

中圖分類號(hào)：TP3-05 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：At present，education is shifting from the traditional knowledge–oriented model to the competence-oriented model.The construction of curriculum system is an important part in the reform of teaching system.In order to address the problems existing in the traditional curriculum system，the paper discusses the construction method of the competence-oriented curriculum system.The paper introduces the overall construction process of the competence-oriented computer specialty curriculum system in Hefei University of Technology，focusing on the methods of the systemic competence-oriented curriculum setting.

Keywords：competence-oriented；curriculum system；computer systematic competence；education model

1 引言（Introduction）

十三五期間，隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、智能硬件、量子計(jì)算、三維集成電路技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以及智能手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備的普及，不僅使計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的黃金時(shí)期，也給計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)提出了新的任務(wù)與要求。如何改革現(xiàn)有的專業(yè)的教學(xué)體系，怎樣建設(shè)新的課程體系，以適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)高質(zhì)量計(jì)算機(jī)工程人才大量的需求，是我們計(jì)算機(jī)專業(yè)教育工作者面臨的重要挑戰(zhàn)。

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一個(gè)變化非?？斓膶W(xué)科，技術(shù)的快速進(jìn)步要求計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)方案必須每三到五年更新一次。在培養(yǎng)方案修訂時(shí)，不僅要考慮對(duì)學(xué)生多種能力與素質(zhì)的培養(yǎng)，也要使課程體系的設(shè)置符合科技的發(fā)展變化，能激發(fā)學(xué)生們對(duì)新技術(shù)的好奇心與熱情，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

目前，計(jì)算機(jī)專業(yè)的教育模式正在由傳統(tǒng)的知識(shí)性教育向以能力為導(dǎo)向的教育模式轉(zhuǎn)變[1，2]。能力導(dǎo)向的教育[2]強(qiáng)調(diào)以知識(shí)為載體、以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)觀念。計(jì)算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)當(dāng)具備四項(xiàng)基本能力[3]，即計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力。研究表明[4]，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力是其中最主要的一種能力，因此是計(jì)算機(jī)專業(yè)教育中的關(guān)鍵。近幾年，在教育部計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的倡導(dǎo)和幫助下，全國(guó)多數(shù)院校已經(jīng)認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)能力培養(yǎng)的重要性，并已開展了許多卓有成效的教學(xué)改革。一些院校從幾門主干課程的教學(xué)內(nèi)容改革做起，一些院校重點(diǎn)改善實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。如何從整個(gè)教學(xué)體系入手，自頂向下，全面完成面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的教學(xué)改革仍然是一個(gè)正在探索和研究的問(wèn)題。

教學(xué)體系是高等院?！皩?shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)和促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)”的重要基礎(chǔ)和保障。教學(xué)體系包括了教學(xué)過(guò)程的知識(shí)基本結(jié)構(gòu)、框架、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)和教學(xué)結(jié)果評(píng)價(jià)。全面實(shí)現(xiàn)對(duì)能力的培養(yǎng)，需要對(duì)教學(xué)過(guò)程各個(gè)要素以及所組成的統(tǒng)一整體進(jìn)行全面改革。課程體系建設(shè)是教學(xué)體系建設(shè)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，本文將主要探討如何以能力為導(dǎo)向，尤其是以系統(tǒng)能力培養(yǎng)為主要目標(biāo)，建設(shè)計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程體系的方法。

2 傳統(tǒng)的課程體系存在的問(wèn)題（Problems of the

traditional curriculum system）

傳統(tǒng)課程體系主要存在四個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）傳統(tǒng)的教育主要以知識(shí)傳授為中心，而不是以能力培養(yǎng)為目標(biāo)。主要體現(xiàn)在教學(xué)中以每門課程為中心形成自己的知識(shí)體系。在教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃上，各門課程獨(dú)立規(guī)劃、獨(dú)立教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)圍繞課堂內(nèi)容，以促進(jìn)對(duì)課堂教學(xué)中理論知識(shí)的理解為目標(biāo)。因此，各門課在教學(xué)內(nèi)容上很少體現(xiàn)本層次的知識(shí)與其他層次關(guān)聯(lián)的部分，有時(shí)也會(huì)造成一些知識(shí)重復(fù)講述。由于知識(shí)體系的重疊或脫節(jié)，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)時(shí)容易形成知識(shí)結(jié)構(gòu)的“孤島”，難以建立完整而系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)體系。

（2）部分專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有做到及時(shí)更新。各所高校在課程設(shè)置中對(duì)于專業(yè)基礎(chǔ)課程在學(xué)分和課時(shí)上基本都給予了足夠的保證，但是由于課程名稱長(zhǎng)期不變，部分專業(yè)課程的任課教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容許多年不做更新和調(diào)整，沒(méi)有將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)最新的變化和研究成果融入相關(guān)課程的教學(xué)中。這不僅表現(xiàn)在課堂講授的內(nèi)容多年不變，而且也表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法不變，實(shí)驗(yàn)手段與實(shí)際工程應(yīng)用相脫節(jié)等。

（3）課程體系中設(shè)置的選修課數(shù)量雖然不斷增加，但難以保證學(xué)生選修的課程既具有知識(shí)的廣度也具有一定的深度和系統(tǒng)性。計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展以及新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得計(jì)算機(jī)相關(guān)學(xué)科一直處于快速變化之中。在培養(yǎng)方案修訂中調(diào)整和增設(shè)新的選修課程是應(yīng)對(duì)變化的關(guān)鍵。雖然增加了可選課程的規(guī)模，但是學(xué)生在選課之前對(duì)大多數(shù)選修課的內(nèi)容以及相互之間的關(guān)聯(lián)性并不清楚。如果在課程設(shè)置中不對(duì)學(xué)生選課作限制或引導(dǎo)，可能導(dǎo)致選修的課程不成體系。雖然學(xué)生有可能會(huì)選擇實(shí)際處于多個(gè)方向領(lǐng)域的課程，從知識(shí)點(diǎn)的廣泛性來(lái)看有一定的好處，但是對(duì)于學(xué)生在某個(gè)方向領(lǐng)域能力的提高比較不利。相反，如果將所有的選修課按領(lǐng)域分類，要求學(xué)生只能選擇其中一類學(xué)習(xí)，那么，學(xué)生雖然會(huì)對(duì)一個(gè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)達(dá)到一定的深度，但是在知識(shí)的廣度上可能會(huì)有欠缺。因此怎樣在課程體系中設(shè)置合適的選修課是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。endprint

（4）課程設(shè)計(jì)的設(shè)置一般面向單門課程，涉及到多門相關(guān)課程的綜合性課程設(shè)計(jì)很少，課程設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度與規(guī)模達(dá)不到系統(tǒng)級(jí)的要求。學(xué)生在完成課程設(shè)計(jì)時(shí)僅根據(jù)某一門課程知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析、理解和設(shè)計(jì)，而不能跨越相關(guān)的多門課程去深入理解某一問(wèn)題或者某一現(xiàn)象的深層內(nèi)涵，考慮最有效的解決辦法。所使用的知識(shí)結(jié)構(gòu)狹窄，難以形成一個(gè)完整的系統(tǒng)觀。雖然小規(guī)模實(shí)踐也可以讓學(xué)生基本理解掌握一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行原理，培養(yǎng)學(xué)生初步具備系統(tǒng)開發(fā)能力，但是如果沒(méi)有足夠的工作量，學(xué)生們將難以應(yīng)對(duì)現(xiàn)代大型復(fù)雜系統(tǒng)中普遍存在的開發(fā)與設(shè)計(jì)中的約束、權(quán)衡、優(yōu)化（例如成本、時(shí)間、功耗、可靠性、安全性）等問(wèn)題。

傳統(tǒng)課程體系中存在的問(wèn)題主要源于教學(xué)是面向科學(xué)知識(shí)和技術(shù)原理的傳授，而不是面向?qū)⒖茖W(xué)、技術(shù)、非技術(shù)融為一體，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐性、綜合性與創(chuàng)造性的綜合能力的培養(yǎng)。

3 以能力為導(dǎo)向的課程體系建設(shè)（Construction of

the competence-oriented curriculum system）

3.1 工程能力的基本概念

根據(jù)美國(guó)國(guó)家工程院（NAE）有關(guān)2020年工程教育的報(bào)告，工程師應(yīng)當(dāng)具備的品質(zhì)包括分析能力、創(chuàng)造力、實(shí)踐能力、溝通能力、商務(wù)與管理能力、倫理道德及終身學(xué)習(xí)能力。而CDIO工程教育模式將能力分為四個(gè)層面，分別是技術(shù)知識(shí)和推理；個(gè)人能力、職業(yè)能力和職業(yè)道德；人際團(tuán)隊(duì)能力；企業(yè)和社會(huì)背景下對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作。具體到計(jì)算機(jī)專業(yè)，還應(yīng)當(dāng)具備四大基本能力：計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力。其中，計(jì)算思維[5]是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力是指能自覺(jué)運(yùn)用系統(tǒng)觀，理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動(dòng)態(tài)性和開放性，并用系統(tǒng)化方法，掌握計(jì)算機(jī)硬軟件協(xié)同工作及相互作用機(jī)制的能力，并能全面考慮系統(tǒng)各部分及其與外界的邏輯與聯(lián)系，完成一定規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。包括系統(tǒng)分析能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和系統(tǒng)驗(yàn)證能力三個(gè)方面，三個(gè)方面相輔相成，共同構(gòu)成計(jì)算機(jī)專業(yè)本科畢業(yè)生的基本能力和專業(yè)素養(yǎng)。

3.2 以能力為導(dǎo)向的課程體系建設(shè)流程

合肥工業(yè)大學(xué)根據(jù)國(guó)際通行做法，在參考卓越工程師計(jì)劃、工程學(xué)科認(rèn)證和CDIO體系等基礎(chǔ)上，結(jié)合我校目前的教學(xué)實(shí)際情況，提出“能力導(dǎo)向的一體化教學(xué)體系建設(shè)”。能力導(dǎo)向一體化教學(xué)[6]就是一種旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的教學(xué)體系，將教學(xué)從“知識(shí)的傳遞”向“知識(shí)的處理與轉(zhuǎn)換”轉(zhuǎn)變，學(xué)生從“被動(dòng)接受的模仿型”向“主動(dòng)實(shí)踐、手腦并用的創(chuàng)新型”轉(zhuǎn)變。激發(fā)學(xué)生潛在的能力，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)自身各方面的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)“能力導(dǎo)向的一體化教學(xué)”，我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自頂向下完成了培養(yǎng)方案制定和相應(yīng)的課程體系建設(shè)等工作。

在課程體系建設(shè)中，我們首先結(jié)合我校的專業(yè)特色，提出了“1-2-3-4原則”，即一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、兩個(gè)特色能力、三個(gè)課程層次、四個(gè)專業(yè)方向。一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是指我們?cè)谥贫▽I(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參考教育部《計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（2014年討論稿）的相關(guān)要求來(lái)設(shè)計(jì)本專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。兩個(gè)特色能力是指根據(jù)我校的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生具有兩方面特色能力，即對(duì)工業(yè)裝備與機(jī)器人控制核心技術(shù)理解、開發(fā)和應(yīng)用的能力，對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程和數(shù)據(jù)工程的理解、開發(fā)和應(yīng)用能力。三個(gè)課程層次是體現(xiàn)基礎(chǔ)能力和素養(yǎng)的通識(shí)教育課程層次、以核心課程為中心的專業(yè)基礎(chǔ)課程層次、以互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代為特點(diǎn)的專業(yè)方向應(yīng)用課程層次。四個(gè)專業(yè)方向是指我們的專業(yè)課程按四個(gè)方向設(shè)置。在這個(gè)總體原則基礎(chǔ)上，我們按圖1的流程完成教學(xué)計(jì)劃制定與課程體系建設(shè)。

（1）在培養(yǎng)目標(biāo)中明確我們需要培養(yǎng)什么樣的人才，在專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐能力標(biāo)準(zhǔn)中需要指明畢業(yè)生應(yīng)當(dāng)具備什么樣的能力與素質(zhì)。

（2）根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)、能力和素質(zhì)的要求規(guī)劃課程，畫出每門課程與培養(yǎng)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)中“能力要求”之間的映射矩陣圖。通過(guò)這張圖，能夠保證所規(guī)劃的課程始終圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，同時(shí)，該圖也能使授課教師明確為什么要開設(shè)這些課程，學(xué)生明確為什么要學(xué)這些課程，這些課程到底有什么用。在實(shí)際的課程規(guī)劃中，我們要求所開設(shè)的每一門專業(yè)課程至少能體現(xiàn)對(duì)兩種能力或者素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（3）在課程能力映射圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)各門課程之間的邏輯關(guān)系畫出所有課程之間的關(guān)系圖，包括課程、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)、實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

（4）依據(jù)課程關(guān)系圖設(shè)定教學(xué)計(jì)劃，具體確定每一門課程開設(shè)的時(shí)間、學(xué)分。

（5）撰寫課程教學(xué)大綱，對(duì)開設(shè)的課程內(nèi)容和實(shí)施過(guò)程作總體描述。教學(xué)大綱應(yīng)由課程組和課程群成員共同討論完成。教學(xué)大綱中需要明確指出課程目標(biāo)、該課程面向哪些能力的培養(yǎng)以及將采用哪幾種教學(xué)方式。教學(xué)大綱中還可以包含課程的教學(xué)日歷。

（6）通過(guò)多種評(píng)測(cè)方法衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果也是突出能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了綜合考核學(xué)生課程學(xué)習(xí)后對(duì)能力提高的程度，我校要求課程學(xué)完后的筆試成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中不得超過(guò)40%，評(píng)測(cè)方法不少于四種。這就要求各個(gè)課程組針對(duì)每一項(xiàng)課程目標(biāo)提出行之有效的評(píng)測(cè)方法。

（7）對(duì)整個(gè)課程體系的建設(shè)是一個(gè)需要不斷改進(jìn)和完善的過(guò)程，因此，我們的教學(xué)體系采取了一種“可控可檢測(cè)可修復(fù)”的閉環(huán)體系。教師可以通過(guò)不斷地總結(jié)，改善教學(xué)大綱、教學(xué)和評(píng)測(cè)方法；課程組和課程群可以對(duì)課程關(guān)系、課程間的聯(lián)系與分工、教學(xué)大綱提出意見；而本專業(yè)的教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)需要定期對(duì)整個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、課程規(guī)劃、能力培養(yǎng)要求進(jìn)行修訂并給出指導(dǎo)意見。

3.3 以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的層次化專業(yè)課程設(shè)置方法

在三個(gè)課程層次中，通識(shí)教育課程層次為學(xué)生提供了數(shù)學(xué)和工程學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)了成為計(jì)算機(jī)工程師的基礎(chǔ)能力和職業(yè)素養(yǎng)。專業(yè)基礎(chǔ)課程層次是整個(gè)課程學(xué)習(xí)的核心，不僅包括了所有的必修課程，也包括與之關(guān)聯(lián)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。該層次培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)能力。專業(yè)方向應(yīng)用課程層次體現(xiàn)科技的發(fā)展，主要包括選修課、方向領(lǐng)域綜合設(shè)計(jì)、應(yīng)用系統(tǒng)工程訓(xùn)練等，培養(yǎng)了學(xué)生專業(yè)知識(shí)的廣度和應(yīng)用能力。endprint

對(duì)于專業(yè)基礎(chǔ)課程，在一段時(shí)間內(nèi)課程名稱變化不大，開課時(shí)間、學(xué)時(shí)和學(xué)分可以根據(jù)情況做出調(diào)整，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)不斷更新。在課程體系建設(shè)中，我們強(qiáng)調(diào)專業(yè)基礎(chǔ)課程必須注重對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)四種基本能力的培養(yǎng)。為了打破傳統(tǒng)的課程之間的壁壘，我們要求課程設(shè)計(jì)必須綜合化、多元化，具有靈活性、復(fù)雜性。為此，我們將傳統(tǒng)的針對(duì)單門課程的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了整合，設(shè)置了多門綜合課程設(shè)計(jì)和綜合訓(xùn)練。每一門綜合課程設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)多門課程，其知識(shí)領(lǐng)域不僅包括兩門以上的必修課，也涉及到部分選修課程。綜合課程設(shè)計(jì)的基本時(shí)間一般是兩星期（停課），擴(kuò)展時(shí)間為一個(gè)學(xué)期甚至一個(gè)學(xué)年。通過(guò)這種方法，使學(xué)生能夠完成復(fù)雜性高和規(guī)模大的設(shè)計(jì)任務(wù)，不僅培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的系統(tǒng)能力，也培養(yǎng)了程序設(shè)計(jì)、算法和計(jì)算思維的能力。

專業(yè)方向應(yīng)用課程層次覆蓋了所有的選修課程及相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)。我們按計(jì)算機(jī)技術(shù)最新的發(fā)展方向設(shè)置了四個(gè)方向的選修課，分別是“軟件和網(wǎng)絡(luò)工程方向”“嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)方向”“數(shù)字媒體與可視化計(jì)算方向”和“數(shù)據(jù)與智能工程方向”，每個(gè)方向內(nèi)包含五門課，共10個(gè)學(xué)分，另有一些選修課在方向課程之外。在新版的課程體系中我們新增設(shè)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、云計(jì)算技術(shù)、移動(dòng)計(jì)算及應(yīng)用開發(fā)、并行計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)分析等課程。為了保證學(xué)生選修的課程既具有知識(shí)的廣度也具有一定的深度和系統(tǒng)性，要求每位學(xué)生必須完整地選擇一組方向課程學(xué)習(xí)，并完成與之對(duì)應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)——方向領(lǐng)域綜合設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生們還可以選修方向外的課程或者其他方向內(nèi)的課程。

3.4 面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的專業(yè)課程設(shè)置情況

下面以面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)為例，具體說(shuō)明我校相關(guān)的課程設(shè)置與實(shí)踐環(huán)節(jié)安排情況。系統(tǒng)能力是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)的主要能力之一，目前主要指系統(tǒng)硬件能力和系統(tǒng)軟件能力。近幾年，在教指委的指導(dǎo)下，結(jié)合其他一流院校的經(jīng)驗(yàn)和我校前期工作的積累，相關(guān)課程群、課程組將開發(fā)“1個(gè)CPU、1個(gè)操作系統(tǒng)、1個(gè)編譯器”作為系統(tǒng)能力培養(yǎng)的主要教學(xué)目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要任務(wù)是調(diào)整和修改教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐的內(nèi)容；部分選修課程也作相應(yīng)調(diào)整，同時(shí)增設(shè)了相關(guān)的選修課程。例如，圍繞CPU設(shè)計(jì)這一目標(biāo)，首先，在數(shù)字邏輯課程階段，加強(qiáng)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在課程實(shí)驗(yàn)部分要求學(xué)生必須掌握基于FPGA的開發(fā)方法；在計(jì)算機(jī)組成原理課程中強(qiáng)調(diào)對(duì)整機(jī)概念的理解，在指令部分，增加了MIPS指令的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)對(duì)硬布線控制器設(shè)計(jì)方法的掌握，減少了微程序控制方法在課程中的比重；在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程中，要求理解性能優(yōu)化的方法，掌握多周期、流水線的設(shè)計(jì)。新增設(shè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一門縱向貫穿系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件的課程，我校以選修課的方式開設(shè)，以幫助學(xué)生建立完整的系統(tǒng)觀。

實(shí)踐環(huán)節(jié)是最終是否能夠達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，上述課程要求采用統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，統(tǒng)一規(guī)劃實(shí)驗(yàn)體系，形成跨課程、遞進(jìn)式、累積式的實(shí)踐教學(xué)模式。在課程實(shí)驗(yàn)階段要求使用統(tǒng)一的FPGA開發(fā)板和PC機(jī)。各門課程的獨(dú)立完成自己的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求具有一定的邏輯關(guān)系，這樣，有可能將多個(gè)學(xué)期不同課程中完成的實(shí)驗(yàn)集成起來(lái)，在綜合課程設(shè)計(jì)階段進(jìn)一步開發(fā)，實(shí)現(xiàn)最終的復(fù)雜系統(tǒng)。在課程建設(shè)期間，我校通過(guò)教育部修購(gòu)項(xiàng)目購(gòu)置了大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，因此，我們從計(jì)算機(jī)組成原理開課起，就將FPGA開發(fā)板發(fā)給每一位學(xué)生，要求一年后歸還。由于在數(shù)字邏輯課程中學(xué)生已經(jīng)打下了一定的FPGA開發(fā)基礎(chǔ)，在組成原理上課期間，學(xué)生們可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，利用FPGA開發(fā)板完成存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)以及單周期CPU等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。在后續(xù)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程完成之后，開設(shè)關(guān)聯(lián)上述幾門課程的綜合課程設(shè)計(jì)——系統(tǒng)硬件綜合設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)一個(gè)完整的基于MIPS指令的流水線CPU。雖然最終的課程設(shè)計(jì)時(shí)間只安排了兩周，但是從數(shù)字邏輯課程開始，任課老師就將最終的目標(biāo)告訴學(xué)生，要求學(xué)生為之開始學(xué)習(xí)知識(shí)和打基礎(chǔ)，而在后續(xù)的兩個(gè)學(xué)期，不同課程的任課教師都在強(qiáng)調(diào)這一目標(biāo)，因此，學(xué)生們?yōu)閷?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)已經(jīng)在三個(gè)學(xué)期的時(shí)間內(nèi)做了充分的知識(shí)儲(chǔ)備和思想準(zhǔn)備，而隨時(shí)可以使用的開發(fā)工具也為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)提供了便利。很多學(xué)生在課程設(shè)計(jì)階段開始時(shí)就已經(jīng)基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，課程設(shè)計(jì)期間主要是對(duì)所完成的系統(tǒng)做進(jìn)一步優(yōu)化。目前，我校在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開展基于MIPS的CPU設(shè)計(jì)已經(jīng)四年了，完成的效果比較好。

對(duì)于在實(shí)踐環(huán)節(jié)具有統(tǒng)一的目標(biāo)的緊耦合課程，我們根據(jù)邏輯關(guān)系劃分為課程群，以便于教學(xué)內(nèi)容的組織與評(píng)估。我校計(jì)算機(jī)專業(yè)所有課程根據(jù)邏輯關(guān)系形成了十個(gè)課程群。

4 結(jié)論（Conclusion）

教學(xué)體系中包含了教學(xué)順序、過(guò)程、方式、方法、形式、內(nèi)容、反饋、評(píng)估、總結(jié)、比較等一系列教學(xué)要素。以能力為導(dǎo)向的教學(xué)中不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，要實(shí)現(xiàn)面向能力的人才培養(yǎng)目標(biāo)也不是改進(jìn)某幾門課程的教學(xué)就可以完成，而必須是自頂向下對(duì)整個(gè)教學(xué)體系做出全面的改革才能取得良好的效果。課程體系建設(shè)是教學(xué)體系改革中非常重要的一

個(gè)方面，課程體系與其他幾個(gè)教學(xué)要素共同形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，需要不斷完善與改進(jìn)。當(dāng)課程體系設(shè)置完成后，如何真正的設(shè)計(jì)出與培養(yǎng)目標(biāo)一致的教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，需要何種資源與之配套，如何設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)內(nèi)容，才能真正評(píng)估出學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)目標(biāo)的掌握程度，是每一位任課教師和課程組（群）需要重點(diǎn)面對(duì)的問(wèn)題。今年，我校計(jì)算機(jī)專業(yè)完成了新一版以能力為導(dǎo)向的培養(yǎng)方案制定和課程體系設(shè)置工作，在后面的工作中，我們將進(jìn)一步對(duì)教學(xué)內(nèi)容、方法和評(píng)測(cè)手段作深入的改革，全面推進(jìn)以能力為導(dǎo)向的一體化教學(xué)。

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作者簡(jiǎn)介：

陳 田（1974-），女，博士，副教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，芯片可測(cè)性設(shè)計(jì).

路 強(qiáng)（1978-），男，博士，副教授.研究領(lǐng)域：信息可視化.

安 鑫（1987-），男，博士，副教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu).

丁賢慶（1971-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng).

李宏芒（1965-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：軟件工程.endprint