基于OBE理念的《計算機(jī)組成原理》課程改革

張海英

（廈門大學(xué)軟件學(xué)院，廈門 361005）

0 引言

廈門大學(xué)作為第一批入選“雙一流”建設(shè)的重點(diǎn)大學(xué)，為加快實(shí)施“一流大學(xué)”和“一流學(xué)科”建設(shè)，對于工程科技人才提出了更高的要求，迫切需要加速工程教育改革創(chuàng)新。工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。OBE（Outcomes Based Education），即“基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式”是工程國際認(rèn)證的核心目標(biāo)，是一種教育范式的革新[2]。在該模式中，學(xué)習(xí)產(chǎn)出而非教科書或教師經(jīng)驗成為驅(qū)動教育系統(tǒng)運(yùn)作的動力，同傳統(tǒng)上內(nèi)容驅(qū)動和重視投入的教育形成了鮮明對比。目前，工程教育認(rèn)證工作已經(jīng)成為擁有“國際通行證”以及“國際化”的必經(jīng)之路。作為衡量其專業(yè)實(shí)力的標(biāo)志，國內(nèi)高校掀起了工程認(rèn)證的高潮。以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向，專業(yè)認(rèn)證工作是一個為期5年的系統(tǒng)工程。涉及到我們的師資隊伍、課程體系以及各種內(nèi)外部條件。這就需要我們將傳統(tǒng)的以課程、教師為中心的教育模式遷移到以學(xué)生為中心，目標(biāo)為導(dǎo)向的OBE模式下，重新考量和梳理我們的課程體系，授課模式以及產(chǎn)出評價標(biāo)準(zhǔn)等各個環(huán)節(jié)?！队嬎銠C(jī)組成原理》課程是計算機(jī)以及相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，它基于系統(tǒng)角度，介紹馮·諾依曼機(jī)的組成及其工作原理，并涉及模塊、系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的一些主要技術(shù)，是未來從事體系結(jié)構(gòu)、芯片設(shè)計、系統(tǒng)開發(fā)等工作的基礎(chǔ)。不久前的“中興事件”使得我們清醒地認(rèn)識到，芯片的自主開發(fā)已經(jīng)勢在必行，而人才的培養(yǎng)則是首要條件，為此，盡快完成基于OBE的課程建設(shè)改革，推進(jìn)工程認(rèn)證的進(jìn)程，產(chǎn)出我們自己的硬件開發(fā)人才，在新形勢下具有更為重要的研究價值和深遠(yuǎn)意義。

1 改革思路

關(guān)于《計算機(jī)組成原理》課程的改革，多年以來，很多教學(xué)工作者從不同的角度進(jìn)行了關(guān)于教學(xué)方法、教學(xué)理念以及實(shí)驗方式等內(nèi)容的探討[3-5]。本文中，我們則圍繞著“以學(xué)生為中心”，“目標(biāo)導(dǎo)向”，“持續(xù)改進(jìn)”三大理念，結(jié)合《計算機(jī)組成原理》課程的特點(diǎn)，以軟件工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)以及畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)為指導(dǎo)，提出一種新的改革思路，如圖1所示：

●自頂向下進(jìn)行的逐層改革：按照課前-課上-課后的順序，將OBE教育理念分解到該門課程的所有環(huán)節(jié)中。具體包括課程大綱的修訂、授課內(nèi)容與指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系、課堂授課新模式的探討、實(shí)驗工程項目的調(diào)整與補(bǔ)充、課程網(wǎng)絡(luò)資源整改以及產(chǎn)出評價體系的設(shè)計。

●自底向上的持續(xù)改進(jìn)：通過課上提問、小測、實(shí)驗、課后作業(yè)、考試環(huán)節(jié)等學(xué)習(xí)產(chǎn)出形式，并結(jié)合學(xué)院、學(xué)校各級督導(dǎo)部門等外部反饋，作為持續(xù)改進(jìn)的驅(qū)動力，再分解到各個環(huán)節(jié)提高、改進(jìn)。

圖1 課程改革整體思路

以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)作為主要綱領(lǐng)，逐層分階段地完成各個環(huán)節(jié)的改革和梳理，將這一輪次的產(chǎn)出評價再自底向上，逐層反饋，形成持續(xù)改進(jìn)的目標(biāo)，如此反復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育模式的較好體現(xiàn)和實(shí)施。

2 主要改革舉措

根據(jù)《廈門大學(xué)軟件學(xué)院軟件工程專業(yè)工程教育認(rèn)證自評報告》中給出的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)分解，本門課程分別支撐指標(biāo)點(diǎn)1-3、3-2以及4-1，具體如下：

●指標(biāo)點(diǎn)1-3：面向解決復(fù)雜工程問題，掌握軟件工程專業(yè)知識的能力，熟悉和掌握軟件生命周期開發(fā)和維護(hù)等能力，并具有運(yùn)用這些知識和技能解決復(fù)雜工程問題的能力。

●指標(biāo)點(diǎn)3-2：針對軟件工程及相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，設(shè)計滿足特定需求的軟件系統(tǒng)和軟件模塊的能力，能夠選擇和利用合適的平臺、開發(fā)工具和程序設(shè)計語言，實(shí)現(xiàn)滿足設(shè)計要求的軟件系統(tǒng)，并能夠分析系統(tǒng)的主要性能、存在問題以及進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的方案。

●指標(biāo)點(diǎn)4-1：基于軟件工程等科學(xué)原理和科學(xué)方法，針對復(fù)雜工程問題的功能、性能、穩(wěn)定性、安全性、可操作性、可擴(kuò)展性等因素，能夠運(yùn)用專業(yè)理論、方法和工具，設(shè)計可行的實(shí)驗方案，包括如何確定、提取和組織實(shí)驗數(shù)據(jù)。

根據(jù)這三個指標(biāo)點(diǎn)，我們采取如下的改革舉措：

（1）課程大綱的修訂：結(jié)合三個指標(biāo)點(diǎn)，修訂大綱，重新定義我們的課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及考核標(biāo)準(zhǔn)等，使其體現(xiàn)對于畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)的支撐作用。

（2）課程內(nèi)容的重新組織：打破傳統(tǒng)依據(jù)教材章節(jié)進(jìn)行的課程內(nèi)容組織形式，按照指標(biāo)點(diǎn)為課程內(nèi)容打上標(biāo)簽，明確知識點(diǎn)與各個指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，從而將授課內(nèi)容改進(jìn)為逐層次遞進(jìn)的組織形式，更適合“目標(biāo)為導(dǎo)向”的認(rèn)證理念（具體參表1）。

表1 對應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)的授課內(nèi)容分解

（3）實(shí)驗環(huán)節(jié)的擴(kuò)充完善：實(shí)驗部分是體現(xiàn)學(xué)生動手能力以及產(chǎn)出的有效途徑。針對目前的硬件實(shí)驗平臺，我們擬基于Multisim[6]以及Proteus[7]等仿真軟件開發(fā)完成一個實(shí)驗仿真虛擬系統(tǒng)，讓學(xué)生通過該仿真平臺進(jìn)行虛擬實(shí)驗，這種改革更有利于學(xué)生操作的自由度以及實(shí)驗的擴(kuò)展，從而更好地支持指標(biāo)3-2和4-1。

（4）考核方式的重新制定：原有的考核由平時成績、實(shí)驗成績以及期末筆試三部分組成，是以課程為中心的模式。現(xiàn)將課堂提問、討論、章節(jié)小測、實(shí)驗筆試等補(bǔ)充進(jìn)去，從而更加突出“學(xué)生學(xué)習(xí)效果”這一產(chǎn)出的反饋?zhàn)饔谩?/p>

（5）試卷題型結(jié)構(gòu)調(diào)整：期末筆試試卷不再依據(jù)基礎(chǔ)知識+分析簡答+設(shè)計題型結(jié)構(gòu)設(shè)計，而是按照指標(biāo)點(diǎn)1-3，3-2，4-1分別對應(yīng)的產(chǎn)出要求，設(shè)計更為豐富的題型結(jié)構(gòu)，內(nèi)容涉及到理論和實(shí)驗部分。單純的記憶性題目壓縮，擴(kuò)展包括實(shí)驗環(huán)節(jié)的設(shè)計類題目，更體現(xiàn)學(xué)生在“設(shè)計理念”方面的能力。

（4）和（5）具體整改參看表 2。

表2 考核方式以及試卷題型的整改

（6）課程資源的整改：在前面工作基礎(chǔ)之上，整改已有的網(wǎng)絡(luò)資源和平臺資源，包括課程PPT、課后習(xí)題庫、試題庫等。線上線下互為補(bǔ)充。

3 結(jié)語

工程認(rèn)證工作是一個長達(dá)5年之久的系統(tǒng)工程，在這一新模式下的課程改革方興未艾，我們的研究思路將通過后續(xù)持續(xù)改進(jìn)得到更為系統(tǒng)的完善。該門課程的重新建設(shè)，將為學(xué)生理解和掌握它，從而行之有效地使用它，為將來軟件行業(yè)的開發(fā)提供重要的指導(dǎo)和幫助。