基于OBE的計算機硬件人才遞進式培養(yǎng)模式研究

沈澍 呂彩霞 徐欣迪

摘 ?要： 教學改革是促使教學質(zhì)量不斷優(yōu)化的主要動力。文章主要針對計算機硬件人才的培養(yǎng)進行探究，提出一套基于OBE的計算機硬件人才遞進式培養(yǎng)模式。以期改進教學方式，加強實踐教學，培養(yǎng)學生的實際動手能力和操作能力，從而培養(yǎng)出高質(zhì)量的計算機硬件人才。

關鍵詞： OBE; 計算機硬件; 教學改革; 遞進式培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2019）10-70-04

Abstract： Teaching reform is the main driving force for the continuous optimization of teaching quality. This paper mainly explores the training of computer hardware talents， and puts forward a progressive training model of computer hardware talents based on OBE （Outcomes-based Education）. In order to improve teaching methods， strengthen practical teaching， train students' practical ability and operational ability， so as to cultivate the high-quality computer hardware talents.

Key words： OBE; ?computer hardware; ?teaching reform; ?progressive training

0 引言

OBE（Outcomes-based Education）稱之為“成果導向教育”或者“面向產(chǎn)出的教育”，由Spady于1981年率先提出，其強調(diào)“以學生為中心”的教育理念，打破了“以教師為中心”的傳統(tǒng)的教學授課模式。近年來，OBE作為工程教育專業(yè)認證的核心目標，正受到國內(nèi)各高校的廣泛關注，并且掀起了一場教育模式的革新。作為“雙一流”建設的重點高校，南京郵電大學為了加快實施“一流大學”和“一流學科”建設，立足于自身的特點，對信息類工程技術(shù)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，同時也面臨著更大的調(diào)整，迫切需要加速工程教育的革新。

計算機硬件人才是非常重要的信息類工程技術(shù)人才，要求熟悉計算機組成原理、微型計算機原理和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等，可以獨立承擔計算機硬件的設計和應用。當前我國高校在計算機硬件人才培養(yǎng)上存在諸多問題，例如目標制定時，人才定位模糊，專業(yè)特色不明顯，在實際的培養(yǎng)過程中“廣而不精”，缺少針對性的知識培養(yǎng)，或者理論課程安排不恰當，以至于學生硬件專業(yè)知識不足，尤其在動手實踐方面較差，不能很好地勝任計算機硬件方面的專業(yè)工作。

筆者所在的南京郵電大學計算機學院于2018年下半年進行了工程教育專業(yè)認證，筆者根據(jù)多年計算機專業(yè)教學和科研方面的嘗試和經(jīng)驗[1-2]，結(jié)合在專業(yè)認證準備工作中的體會，提出了一套基于OBE的計算機硬件人才遞進式培養(yǎng)模式。

1 OBE的核心

OBE強調(diào)如下四個問題[3]：

⑴ 目標：想讓學生取得什么樣的學習成果？

⑵ 動機：為什么要讓學生取得這樣的學習成果？

⑶ 手段：如何有效地幫助學生取得學習成果？

⑷ 評價：如何知道學生已取得這些學習成果？

運用計算思維去思考這四個問題，我們發(fā)現(xiàn)，課程和教育過程由原先的目的變?yōu)榱爽F(xiàn)在的手段。如果原有的手段無法為學生特定的能力培養(yǎng)做出貢獻，則必需面臨改革，即按照圖1所示，遵循OBE反向設計原則進行評價和持續(xù)改進。

OBE核心內(nèi)容是“培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力”?！皬碗s工程問題”是工程教育專業(yè)認證的一個老問題，也是一個新問題?！叭A盛頓協(xié)議”對其早有明確定義與界定，而在我國2015年版的《工程教育認證標準》中又做了如下的特別定義：

① 必須運用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得以解決;

② 涉及多方面的技術(shù)、工程和其它因素，并可能相互有一定沖突;

③ 需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性;

④ 不是僅靠常用方法就可以完全解決的;

⑤ 問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實踐的標準和規(guī)范中;

⑥ 問題相關各方利益不完全一致;

⑦ 具有較高的綜合性，包含多個相互關聯(lián)的子問題。

此標準中規(guī)定，“復雜工程問題”必須具備上述特征①，同時具備上述特征②至⑦的部分或全部。這些之所以在我國工程教育認證標準中反復強調(diào)，是因為工程教育首先要建立在對這個核心概念透徹理解的基礎之上，否則培養(yǎng)解決“復雜工程問題”的能力就無從談起。

培養(yǎng)解決“復雜工程問題”的能力是一個長期的系統(tǒng)工程，非短時間內(nèi)可以達成，要重點考察學生的綜合素質(zhì)，其能力范疇包括基礎知識、綜合能力、專業(yè)技能、實踐經(jīng)驗、國際視野、文化內(nèi)涵等眾多非暫時性記憶。為了達成這個目標，需要學生、老師、學校、家長、用人單位等多方的共同努力。

2 總體方案

作為教師，在課題組計劃中，采用如圖2所示的遞進式的人才培養(yǎng)方案，層層關聯(lián)、逐步深入，目標是在培養(yǎng)過程中實現(xiàn)OBE的核心目標，即培養(yǎng)出滿足工程教育專業(yè)認證要求的可以解決“復雜工程問題”的計算機硬件人才。

第一個環(huán)節(jié)是“理論課程”的學習，學生通過學習該專業(yè)必要的理論知識，為后續(xù)環(huán)節(jié)奠定堅實的知識基礎。第二個環(huán)節(jié)是參與“科研項目”，對于學生來說，這不僅僅是對專業(yè)知識的鞏固和應用，同時也對學生解決問題的綜合能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的提升有很大幫助，并且還能積累寶貴的經(jīng)驗。第三個環(huán)節(jié)是參加“課外競賽”，合理有效地安排好學生的課外實踐活動，制定出合適的成長目標，不斷提升學生的綜合素質(zhì)。第四個環(huán)節(jié)是進行“畢業(yè)設計”，作為大學期間最后一個綜合性的實踐課程，可以有效鍛煉學生解決復雜工程問題的能力。

3 理論課程

目前計算機專業(yè)的本科生學習軟件類課程較多，硬件類課程較少。以南京郵電大學計算機類相關專業(yè)的培養(yǎng)計劃為例，硬件相關課程如表1所示。

這些課程大體按照知識遞進的方式來安排，教學過程中一方面要注意課程之間的相互聯(lián)系，另一方面須強調(diào)實驗教學的重要性。以筆者的教學經(jīng)驗而言，相較于編程能力，學生在硬件方面的實踐動手能力普遍較弱。而計算機硬件課程和其他課程有所不同，對學生的實踐能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是比較關鍵的，需要在課程教學的設計環(huán)節(jié)加強重視[4]。因此，應該加強計算機硬件設施建設，給學生提供一個良好的硬件實操環(huán)境，從而在實踐操作中讓學生發(fā)揮自身的主觀能動性，積極探索，主動創(chuàng)新，激發(fā)學生的學習興趣，在教師的引導下根據(jù)課程教學內(nèi)容進行實踐操作，進而全面提高高校計算機硬件教學的質(zhì)量[5]。

理論課程往往是比較枯燥的，學生在學習過程中經(jīng)常出現(xiàn)兩種情緒，一是厭學或缺少興趣，二是迷茫不知所學何用。因此，如果一味照本宣科效果不一定好。相反，授課時多介紹一些相關知識的實例，激發(fā)學生的興趣往往可以有意外的效果。這就需要老師激發(fā)學生的興趣，引導學生除了要掌握基本的計算機硬件知識外，還要系統(tǒng)地了解計算機硬件系統(tǒng)的組成以及計算機的發(fā)展過程，提高學生的計算機素養(yǎng)，為今后的學習打下堅實的基礎[6]。

4 科研項目

與研究生不同，本科生參與項目的機會是比較有限的。為了給本科生提供更多參與項目的機會，各大學紛紛推廣大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（STITP），并將其作為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要措施。筆者認為，STITP項目在開展實施期間需遵循以下原則。

⑴ 注重興趣驅(qū)動：參加項目的學生需對科學研究或創(chuàng)造發(fā)明有濃厚興趣，發(fā)揮主動學習、主動探索、主動實踐的積極性，在自身興趣的驅(qū)動和導師的全面指導下完成創(chuàng)新訓練項目。

⑵ 注重自主實踐：參加項目的學生需在導師的指導下，自主選題、自主設計實驗項目、研制實驗實訓設備、實施實驗實訓、進行數(shù)據(jù)分析處理和撰寫總結(jié)報告等工作，不斷提高學生的自我學習能力、團結(jié)協(xié)作能力和組織實施能力。

⑶ 注重過程參與：參加項目的學生需注重項目的實施過程，著重強調(diào)學生在項目實施過程中在創(chuàng)新思維、創(chuàng)新實踐、創(chuàng)新方法等方面的收獲，逐漸掌握發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的方法，提高創(chuàng)新實踐能力。

⑷ 注重切實可行：計劃訓練項目應當是思路新穎、目標明確、研究方案及技術(shù)路線可行、實施條件可靠的項目。

⑸ 注重與教師科研項目結(jié)合：為了提高大學生科技創(chuàng)新的總體質(zhì)量，提升創(chuàng)新訓練計劃項目的水平，應使學生有機會較早地參與導師的科研項目。

⑹ 注重與學科競賽和畢業(yè)設計相結(jié)合：鼓勵學生和教師結(jié)合學科競賽的內(nèi)容和畢業(yè)設計的要求，有針對性地設立課題進行專題學習和研究，對學生進行系統(tǒng)性的訓練、學習和逐步深入研究。

這種結(jié)合科研項目的方式也是有利有弊的。上文提及的有利之處有很多，然而弊端在于，這些課題對于本科生來說有一定的難度，并且學生的課余時間有限，要兼顧課程學習和科研項目有難度。這便對學生學習的自覺性和主動性提出了高要求。從筆者目前進行的實踐情況來看，雖然項目實施過程中有一些曲折，但筆者指導的絕大部分STITP項目均順利結(jié)題?？傮w而言，利遠大于弊。

5 課外競賽

在本科階段的高年級，課程相對較少，在不影響正常課程學習的前提下，學生可以根據(jù)自身的興趣和特長有針對性地選擇參加一些課外競賽，如ACM-ICPC，可以極大地提升學生的技術(shù)能力。

通常來說，硬件類的比賽是以“全國大學生電子設計競賽”為代表的全國性大賽。此外，以“挑戰(zhàn)杯”為代表，近年來出現(xiàn)了一批強調(diào)大學生創(chuàng)新和創(chuàng)造能力的比賽，且受到越來越多的關注，這些比賽也非常適合硬件類作品參賽。以筆者曾指導的一個團隊參加“第五屆中國大學生服務外包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”為例，當時參賽的項目是“樂愈康復——基于Kinect的醫(yī)療康復訓練系統(tǒng)”。當時為了準備這個比賽，團隊里的同學不僅進行硬件和軟件開發(fā)、系統(tǒng)調(diào)試等常規(guī)的研發(fā)，還涉及到市場情況的調(diào)研、參賽視頻和海報的制作、答辯時的演講等營銷推廣環(huán)節(jié)，可以說是做了一個面向?qū)嶋H需求的復雜系統(tǒng)工程。在學校的學習中，我們更多注重研發(fā)能力的培養(yǎng)，而在實際工作中情況則會復雜得多，于是對學生綜合能力的培養(yǎng)提出了更高的要求。通過近三個月的努力，我們最終獲得了全國團體一等獎的好成績，這也是對同學們付出努力的褒獎。

參與競賽不僅是對學生自身能力的一種鍛煉，也是對新知識的一種拓展。在競賽過程中，學生將學到的知識運用于實際，可以認識到自身的不足。在團隊合作中，增強了同學的合作能力，讓他們學會如何在團隊中發(fā)揮自己的長處。這對專業(yè)能力和人際交往都是一種鍛煉。關于參加課外競賽，老師一定要起好引導作用，給予學生一定的梳理和指導，引導學生學會自我思考，自我鉆研。

6 畢業(yè)設計

畢業(yè)設計是學生在大學階段最后一項重要的實踐環(huán)節(jié)，也是對學生在學校所學知識及綜合能力的檢驗和展現(xiàn)。無論是從教師出題的角度，還是從學生選題的角度，相對于硬件類的題目，教師或?qū)W生都更傾向于選擇軟件類的題目。如此便不利于硬件類人才的培養(yǎng)，這需要學?；?qū)W院的有效調(diào)控與激勵。以筆者所在學院為例，在畢業(yè)設計出題申報時明確規(guī)定，硬件類題目的比例不能低于30%。

對于畢業(yè)生來說，畢業(yè)設計從前期整理資料開始，到后期完成作品，撰寫畢業(yè)設計說明書，需花費差不多一個學期的時間。由于學生在學習過程中對知識的滲透程度有所不同，且畢業(yè)設計的選題有一定深度和綜合性，指導教師有必要因人選題、分層教學、重視過程，在兼顧多數(shù)學生課題難度的同時，鼓勵一部分學生深入探索。例如，對于沒有項目競賽經(jīng)驗的學生，盡量選擇一些難度適中的題目，而對于有項目競賽經(jīng)驗的學生，則可以選擇延續(xù)他們之前的研究方向，甚至可以組成小組對畢業(yè)設計問題進行深入研究。教師指導學生畢業(yè)設計時應鼓勵學生與自己進行交流，從而了解學生的問題所在，關注學生研究進展，使自己的學生有一個完美的畢業(yè)設計。

7 結(jié)束語

教學改革是一個漫長的過程，需要在實際教學中不斷創(chuàng)新，循序漸進。特別是在實際的教學過程中，要不斷調(diào)整，找到適合學生學習的方法。教學改革不是僅僅需要老師做的事情，它也需要學校在設備上的支持，從而提高教學的質(zhì)量?；贠BE的計算機硬件人才遞進式培養(yǎng)模式的提出，是具有針對性的，是切實可行的。它讓學生在學習的過程中提高認識、改變觀念、強化動手能力，基于此，計算機硬件的教學改革才能走得更遠更穩(wěn)。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，高質(zhì)量的計算機硬件人才是被需要的，因此采用這種培養(yǎng)模式是值得探索的。

參考文獻（References）：

[1] 沈澍，韋偉，鄒志強.“學研賽”并重的計算機類雙創(chuàng)型人才培養(yǎng)模式探索[J]. 計算機教育， 2016.7：9-11

[2] 沈澍，李鵬，劉大勇.計算機硬件課程教學方法改革的思考[J].黑龍江教育（高教研究與評估）， 2017.7：45-46

[3] 郝兵，曹海英.基于學習產(chǎn)出教育（OBE）的計算機基礎課程教學改革研究[J]. 通訊世界， 2017.23：340-341

[4] 張奕.計算機硬件教學創(chuàng)新探析[J].電腦迷，2018.12：43

[5] 高曉佳.計算機硬件教學改革的探索與實踐[J].學園，2016. 6：65，70

[6] 劉忠仁，李艷.淺談如何提高計算機硬件教學的有效性[J].中小企業(yè)管理與科技，2015.33：205