雷艷靜，錢麗萍，秦 娥，陳 琦（浙江工業(yè)大學 計算機學院，浙江 杭州 310023）

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OBE理念下計算機硬件課程群建設研究與實踐

雷艷靜，錢麗萍，秦 娥，陳 琦
（浙江工業(yè)大學 計算機學院，浙江 杭州 310023）

摘 要：針對計算機硬件課程群存在的師資匱乏、課程體系缺乏科學規(guī)劃、教學方法落后、實踐水平低、缺乏師生互動平臺等問題，提出從組建優(yōu)秀教學團隊、用OBE理念優(yōu)化設計課程體系、實施趣味性項目式教學、實施分層分類實現(xiàn)和構建優(yōu)質(zhì)教學交流平臺5方面進行硬件課程群建設。

關鍵詞：OBE理念；硬件課程群建設；課程體系優(yōu)化；項目式教學；教學交流平臺

0　引　言

隨著計算機應用領域的拓展與深入，各種智能控制、嵌入式系統(tǒng)和軟硬件集成應用層出不窮，對計算機硬件知識的需求也隨之加大。硬件能力已經(jīng)成為衡量畢業(yè)生知識結構是否全面、是否具有競爭優(yōu)勢的重要因素。然而，目前很多高校計算機專業(yè)的培養(yǎng)模式仍是以軟件理論及應用為主，相比之下，硬件能力的培養(yǎng)比較薄弱[1]，硬件類課程的建設還很不完善，使得所培養(yǎng)的學生不能“軟、硬件兩條腿走路”，其能力與社會實際需求嚴重脫節(jié)，也無法滿足國際工程教育認證和《華盛頓協(xié)議》的要求。因此，對硬件類課程進行改革，完善其課程群建設，加強硬件能力的培養(yǎng)，已成為高校迫切需要關注和解決的問題。

1　教學現(xiàn)狀及存在的問題

（1）硬件師資匱乏，缺乏學科帶頭人。由于硬件投入大而見效慢，需要長期積累，并且相對于軟件理論研究而言，不易出成果，因此許多教師不愿從事硬件研究[2]。從我院歷年的人才引進數(shù)據(jù)來看，算法及理論研究的教師占絕大多數(shù)，硬件方向的教師寥寥無幾。另外，學院也缺乏硬件方向的學科帶頭人和骨干力量。

（2）課程體系缺乏科學性、系統(tǒng)性的規(guī)劃[3]。硬件類課程之間有明顯的先修后修關系，且多門課程的內(nèi)容有交叉重疊和相互滲透的現(xiàn)象；而目前硬件類課程缺乏全局統(tǒng)籌和科學規(guī)劃，各門課程各自為政，造成課程之間知識點重復或遺漏等銜接不當?shù)膯栴}。

（3） 教學方法與手段不能很好地契合課程特征，教學效果不理想。硬件類課程本身抽象復雜，感性認識差。若仍使用傳統(tǒng)教法一味地闡述理論知識，而不充分利用課程特征與實際應用相結合，則課堂索然無味，學生興趣和積極性驟降，教學效果大打折扣。

（4） 實踐環(huán)節(jié)層次較低，無法實現(xiàn)知識的遷移和應用創(chuàng)新。目前學院硬件類課程的實驗僅停留在基礎性和驗證性實驗階段，而缺少實用性和工程性強的綜合性實訓項目。學生通過實驗只能加深對硬件基本原理的理解，而無法靈活運用知識解決實際問題，更不用提創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（5）缺乏教學資料共享、師生互動和即時交流平臺。硬件類課程應用性和工程性都很強，單純依靠課堂教學遠遠不夠，還需要學生在課外投入大量時間查閱資料和自主學習，遇到問題及時與教師和同學討論，但現(xiàn)有的教學模式——教師授課完畢隨即離開，鮮有充足的時間與學生互動交流，一些學習資料也難以共享。

2　OBE理念下課程群建設的舉措

根據(jù)全國工程教育認證的要求和OBE理念（out-come based education，產(chǎn)出導向），可以從師資隊伍建設、課程體系優(yōu)化、教學方法革新、實驗實訓強化以及教學平臺搭建5個方面進行硬件課程群建設。

2.1組建優(yōu)秀教學團隊

（1）大力引進高層次硬件人才，為硬件課程群教學團隊注入新鮮血液，緩解硬件師資匱乏問題。

（2）建立合理的教學團隊梯隊并進行明確分工。選派具有影響力的領軍人物作為團隊建設的責任教師，對團隊的發(fā)展進行戰(zhàn)略性謀劃；吸納科研方向與教

學內(nèi)容匹配度較高的實力派教師作為團隊骨干和中堅力量；配備一定比例的實驗教師輔助硬件教學，使得整個團隊在職稱結構、年齡結構、學緣結構、人員類型等方面形成合理梯隊[4]。

（3）注重青年教師的培養(yǎng)。嚴格執(zhí)行青年教師助教制和導師責任制，鼓勵青年教師參加培訓和進修，以老帶青，提高青年教師的教學水平。

2.2優(yōu)化課程體系結構，整合教學內(nèi)容

教師在優(yōu)化課程體系結構和整合教學內(nèi)容時，要遵循OBE理念，進行逆向設計、正向實施。具體步驟包括以下幾方面。

（1）從總體畢業(yè)要求中分離出與硬件相關的畢業(yè)要求，以此作為產(chǎn)出制訂硬件課程群的總體目標。

（2）根據(jù)課程群的總體目標，確定開設的具體課程，厘清各門課程的作用、地位和先后銜接關系，形成課程體系層次樹，使課程之間能夠無縫銜接，平穩(wěn)過渡。

（3）將課程群的總體目標自上而下分解到各門課程中，形成每門課程的教學目標。

（4）根據(jù)每門課的教學目標，制訂教學大綱，精選教學內(nèi)容，形成知識樹，確定教學方法，安排教學計劃；在整合每門課程的內(nèi)容時要做到統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，避免知識點重復或遺漏，保證知識體系的完備。

（5）按照（4）—（1）的次序正向實施，始終以產(chǎn)出目標為導向，以學生為中心，從具體課程出發(fā)，直至總體目標的達成。

OBE理念下課程體系優(yōu)化與教學內(nèi)容重組的逆向設計與正向實施流程如圖1所示。

圖1　OBE理念下課程體系逆向設計與正向實施流程

根據(jù)圖1中OBE理念的流程，我院本科生硬件方向的產(chǎn)出要求為“培養(yǎng)學生的硬件理論水平與實踐能力”，硬件課程群的總體目標為“使學生掌握計算機硬件理論知識和基本工作原理，具備工程問題需求分析能力，能夠綜合運用相關技術完成硬件系統(tǒng)設計與開發(fā)”。根據(jù)該目標，確定了硬件課程群主要包含電路與電子技術基礎、數(shù)字電路與數(shù)字邏輯、計算機組成原理、計算機體系結構、微機接口技術、匯編語言程序設計、單片機原理及應用和嵌入式系統(tǒng)8門課程，這些課程的層次關系如圖2所示。

圖2　群內(nèi)硬件課程的層次關系

在圖2中，電路與電子技術基礎和數(shù)字電路與數(shù)字邏輯為硬件設計提供電路基礎知識；計算機組成原理和計算機體系結構提供系統(tǒng)架構知識；匯編語言程序設計提供語言支撐；微機接口技術是連接計算機與實際應用的橋梁；單片機原理及應用和嵌入式系統(tǒng)提供應用支撐。這些課程有機融合起來，可以構筑學生的硬件思維，培養(yǎng)其硬件系統(tǒng)開發(fā)與設計能力。

2.3實施趣味性項目式教學方法

趣味性項目式教學是指同一課程的相關教師群策群力，精心設計一些貼近生活實際、趣味性強、有吸引力的項目[5]，學生以組為單位選擇自己感興趣的項目，進行組內(nèi)討論和交流，給出方案設計與實現(xiàn)，最后由教師和學生代表組成的評議組對每個方案進行評價打分。趣味性項目式教學顛覆了傳統(tǒng)教師為主學生為輔的教學模式，以學生為中心和主體，不僅能夠有效地激發(fā)學生的探究欲望，而且可以培養(yǎng)學生的自主學習能力、資料查閱能力和團隊協(xié)作能力。以微機接口技術課程為例，該課程所設計的趣味性項目見表1。

表1　微機接口技術課程開設的部分趣味性項目

2.4進行分層分類實驗實訓

實踐能力培養(yǎng)方面，硬件課程群可通過分層次、分階段的實驗實訓模式拓展實驗內(nèi)容，提高實驗水平。一般來說，實驗實訓可分為以下3個層次。

（1）基礎驗證性實驗。對于某個知識單元首次實驗時，采用教師演示和學生模仿驗證的方式，旨在使學生熟悉實驗平臺和實驗環(huán)境，了解基本實驗流程和方法。

（2）普通設計型實驗。由教師結合生活實例提煉或自擬實驗項目，難度中等，可操作性強，旨在培養(yǎng)學生獨立思考與動手能力。

（3）綜合創(chuàng)新性實驗[6]。教師結合自己的工程實踐經(jīng)歷或主持的科研項目，設置具有一定難度和創(chuàng)新性的題目，要求學生分組分工，查閱資料，給出方案設計和具體實現(xiàn)。這類實驗旨在培養(yǎng)學生的自主學習能力、分析與解決實際問題的能力、團隊精神和創(chuàng)新精神。

2.5建設優(yōu)質(zhì)教學交流平臺

在師生互動及資源共享方面，硬件課程群可以構建一個統(tǒng)一的優(yōu)質(zhì)教學交流平臺。教師利用該平臺可以上傳教學資料、發(fā)布通知與公告、在線答疑和課外指導；而學生可以利用該平臺下載教學資料、與教師互動、與同學討論交流等。

整個課程群構建統(tǒng)一的教學交流平臺，而該平臺以8門課程為單位分為8個版塊，每個版塊都具有課程簡介、新聞與公告、師資隊伍、資料上傳與下載、在線提問與答疑、在線討論等功能。這種模式不僅有利于學生一站式獲得硬件幫助，還便于其利用該平臺梳理自己硬件知識模塊的掌握情況，查漏補缺，從而形成一個完整的硬件知識體系。

3　結　語

計算機硬件課程群的建設關乎學院全體學生硬件能力的培養(yǎng)和畢業(yè)生的質(zhì)量，是一項重要而艱巨的工作，需要學院高度關注并從政策、師資配備、實驗投入等方面給予幫助。計算機硬件課程群的建設不僅是學院正常教學工作的需要，還是我院計算機專業(yè)全國工程教育認證持續(xù)改進工作的需要，其實施將對我院硬件類課程教學效果的改善和教學質(zhì)量的提高起到實質(zhì)性的推動作用。

參考文獻：

[1] 劉永志, 翟素琴, 張小奇. 基于應用型的計算機硬件課程群建設的探索[J].福建電腦, 2010(12)：186-188.

[2] 吳衛(wèi)江, 趙建輝, 劉博. 也談計算機硬件課程群建設[J]. 計算機教育, 2012(1): 28-31.

[3] 朱文忠, 梁金明. 應用型本科院校計算機硬件課程群建設的探索與實踐：以四川理工學院為例[J]. 西部教育研究, 2014(4): 12-17.

[4] 陳付龍, 齊學梅, 羅永龍, 等. 創(chuàng)新能力驅動的層次化計算機硬件課程群構建與實施[J].大學教育, 2013(4): 40-42.

[5] 王鳳芹, 李瑛, 曲寧. 以專業(yè)應用為導向, 改革計算機硬件基礎教學[J]. 計算機工程與科學, 2014 (增刊2): 104-107.

[6] 魯榮波, 李宗壽, 賀宏遵, 等. 加快計算機硬件課程群實踐教學體系改革, 提高學生實踐和創(chuàng)新能力[J]. 當代教育論壇, 2011(2): 109-111.

（見習編輯：聶琪星）

第一作者簡介：雷艷靜，女，講師，研究方向為無線傳感器網(wǎng)絡，leiyj@zjut.edu.cn。

基金項目：浙江省2015年高等教育課堂教學改革項目（kg2015062）；浙江工業(yè)大學2014年教學方法改革專項項目（JGZ1406）；浙江工業(yè)大學2014年校級優(yōu)秀課程（群）建設項目（YX1414）；浙江省自然科學基金項目“無線傳感器網(wǎng)絡中支持多維查詢的數(shù)據(jù)存儲策略”（LQ12F02015）。

中圖分類號：G642

文章編號：1672-5913(2016)04-0088-03