面向工程教育專業(yè)認證的《計算機組成原理》實驗教學改革探索

曹旨昊 劉三榮 張強 徐麗 王永 李學輝

摘要：面向工程教育專業(yè)認證目標要求，對計算機專業(yè)核心課程《計算機組成原理》的實驗教學內容、教學方法和考核方式等方面進行改革探索，確定了以學生為中心、成果為導向的實驗教學目標。基于工程教育專業(yè)認證的實驗教學改革是提高高校人才培養(yǎng)質量的有意義的探索。

關鍵詞：工程教育專業(yè)認證;計算機組成原理;教學改革;教學模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）29-0115-02

1 引言

工程教育認證是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎，有助于推動我國工程教育國際化。工程教育專業(yè)認證突出教學目標以產出為導向，以學生收獲、畢業(yè)達成情況為中心，明確要求“學生必須能夠設計計算機領域復雜工程問題的解決方案”[1-3]。《計算機組成原理》是計算機專業(yè)的一門核心課程，對后續(xù)專業(yè)課程的學習起著至關重要的奠基作用。這門課程主要講授計算機硬件的基本結構和工作原理等，知識點多且難。雖然主流教材的內容涵蓋了比較全面的專業(yè)知識，但是重理論輕實踐.不能滿足工程認證的需要，因此實驗教學環(huán)節(jié)尤為重要[4-6]。

棗莊學院作為一所應用型本科高校，近年來積極探索工程教育認證相關工作，包括計算機類專業(yè)圍繞新版工程教育專業(yè)認證標準開展專業(yè)建設。在此背景下，信息學院教學團隊分析了目前《計算機組成原理》實驗教學存在的問題。確定了以學生為中心、成果為導向的實驗教學目標，根據(jù)工程認證要求對課程實驗教學環(huán)節(jié)進行改革探索[4]。

2 目前實驗教學中存在的問題

（1）計算機組成原理實驗涉及的知識點較多，而多年來課程實驗一直是驗證性實驗為主（如Cache的驗證等）。學生僅根據(jù)實驗指導書上的圖示，手工插線操作實驗箱就可以完成實驗，動腦較少，難以真正掌握相關知識。

（2）課程實驗考核方式過于簡單，僅根據(jù)實驗報告確定學生成績，不能培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力。根據(jù)實驗教學反饋，許多學生即使完成實驗后仍然對知識點一頭霧水，并沒有真正掌握相關知識。很多學生對照實驗指導書抄一遍就可以通過實驗考核，不符合工程教育專業(yè)認證的標準。

3 實驗教學的改進

3.1 教學內容改進

針對實驗教學中存在的問題，結合工程認證要求，參考多所高校相關課程實驗內容，改進實驗教學內容。在實驗設計環(huán)節(jié)，教師應該注意糾正學生“已有實驗箱，無須硬件設計”的錯誤觀念，注重引導學生：實驗箱僅提供必備的硬件模塊（運算器、存儲器等），但各模塊之間的邏輯實現(xiàn)，需要學生自主設計完成，同時需要通過模塊連線完成硬件的物理實現(xiàn)，采用從無到有、逐級實現(xiàn)的設計過程。

實驗課時共計20課時，包括五組實驗，實驗難度呈現(xiàn)階梯型，由簡到難，分為驗證性實驗、設計類實驗和綜合型實驗。驗證性實驗是鞏固所學的理論知識，設計類實驗是對所學知識進一步加深理解，綜合型實驗是為了培養(yǎng)學生綜合能力。

3.2 教學方法改進

計算機組成原理實驗教學方法的改進主要通過以下三個方式。

（1）建設網絡實驗慕課。教學團隊共建實驗慕課以及網絡教學平臺，在實驗平臺上傳實驗視頻，采用線上線下混合教學模式和“慕課+理論+實驗”的教學方法。讓學生提前預習實驗相關知識點，對實驗內容有大致的了解，避免在課上學習占用大量寶貴的時間。

（2）提出有一定難度的開放性實驗問題。學生可以利用課下時間，來到實驗室解決問題。《計算機組成原理》作為計算機專業(yè)的核心基礎課程，學時多、難度大，若僅依賴有限的課堂實驗時間，學生對知識的理解與掌握是十分有限的。因此需要引導學生利用課下時間主動到實驗室進行操作，同時實驗室在非授課時間一直向學生們打開，為學生進行開發(fā)和解決實驗問題提供充足的學習資源。

（3）充分運用多媒體教學手段展示抽象的實驗邏輯過程?！队嬎銠C組成原理》難學難教是因為計算機的工作原理涉及大量的、繁雜的和嚴密的邏輯過程，這在實驗中尤其突出。而這些邏輯過程與時間和空間是密切相關的，而靜態(tài)的文字和圖片難以描述出抽象繁雜的邏輯過程。教師應充分利用PPT等工具，將抽象難理解的實驗邏輯過程用形象的動畫表現(xiàn)出來，提高學生學習的興趣，讓教學內容變得深入淺出。

3.3 考核標準改進

在實驗教學中，使用過程量化、現(xiàn)場驗收程序的考核方式：一方面?zhèn)戎赜凇坝嬎銠C組成思維”的理論培養(yǎng)，另一方面也強調了實際軟硬件綜合編程實操能力的培養(yǎng)。

現(xiàn)場驗收程序讓學生針對不同問題分別進行回答，避免有些學生做實驗就是簡單抄襲一下別人的實驗報告，促進學生自己對各個知識點真正掌握，同時也能檢驗課前是否認真預習?，F(xiàn)場考核設計到知識點很多，如：每行代碼的意義、實驗理論設計和實驗現(xiàn)象分析等。實驗結束后的實驗報告讓學生對實驗結果進行分析和總結，考核實驗數(shù)據(jù)分析、實驗代碼調試和實驗結果總結等。

考核總分為100分，分為三個部分：實驗前預習部分（20分），實驗過程中的考核（60分），實驗報告（20分）。實驗前預習是為了鼓勵學生查閱相關文獻資料，對實驗內容有初步構想。實驗過程中的考核，避免有些學生做實驗就是簡單抄襲一下別人的實驗報告，考查學生真正的掌握情況。實驗結束后的實驗報告讓學生對實驗結果進行分析和總結，考察實驗數(shù)據(jù)分析、實驗代碼調試和實驗結果等內容。

4 結語

工程教育認證是未來工程教育質量評價的發(fā)展趨勢，工程教育質量的提升迫切要求高校專業(yè)課程做出更多的改革與創(chuàng)新。本文通過分析《計算機組成原理》課程性質和工程教育認證的必要性，提出了計算機組成原理課程教學目的、教學內容和教學方法等改革措施，使本課程的工程教育質量得到了一定程度的改善和提高。但是教師和學生對工程教育認證的理解和掌握需要有一個適應過程，教學環(huán)節(jié)還有許多與工程教育認證不適應之處。適合工程教育認證的《計算機組成原理》課程教學改革是一項長期而又艱巨的任務，需要長期地研究、探索和實踐。只有在實際教學工作中，聯(lián)系學生實際情況，不斷地改革與創(chuàng)新，才能使高校人才的培養(yǎng)真正滿足社會的需求。

參考文獻：

[1]金圣華，張正偉，工程認證下的《計算機組成原理》實驗教學改革探討[J].電腦與電信，2019（21）：76-78.

[2]黃嵐，呂春利，史銀雪，孫瑞志，袁剛，程新榮，劉云玲，面向工程認證的計算機組成原理課程建設探索[J].教育教學論壇，201 8（12）：260-262.

[3]謝從華，徐文彬，面向工程教育認證的計算機組成原理課程改革的探索[J]，計算機時代，2016（5）：97-99.

[4]蘭勇，張朝陽，王偉，張少博，計算機組成原理教學改革探索與實踐[J]，計算機教育，2019（1）：13-15+20.

[5] 劉三榮，新考綱下《計算機組成原理》教學改革與探討[J].電腦知識與技術，2012，8（30）：7267-7268.

[6]侯艷艷，王秀貞，劉三榮，等，基于項目驅動的計算機硬件課程改革[J].電腦知識與技術，2015，11（8）：104-105.

[7]劉三榮，候艷艷，單承剛，等.MOOC+混合式教學模式下計算機組成原理課程的教學改革與研究[J].科教導刊（中旬刊），2019（5）：124-125.

【通聯(lián)編輯：王力】

作者簡介：曹旨昊（1992-），男，山東棗莊人，助教，碩士，主要研究方向為深度學習。