王德昌+伍祥+霍清華+吳錦華

摘 要：針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)下計(jì)算機(jī)組成原理課程“學(xué)之無(wú)用、棄之不能”的尷尬困境，分析傳統(tǒng)講授模式和現(xiàn)有多種改進(jìn)型授課模式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合國(guó)外的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式和課程體系/群建設(shè)規(guī)劃，以安徽信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)與軟件工程系為例，闡述以分組項(xiàng)目的方式將學(xué)生由“被動(dòng)聽(tīng)課”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)學(xué)習(xí)”的一種行之有效的課程改革觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)組成原理；分組項(xiàng)目；應(yīng)用型人才；課程體系；主動(dòng)學(xué)習(xí)

0 引 言

計(jì)算機(jī)組成原理是高等院校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，也是計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生的入學(xué)統(tǒng)考科目，在硬件課程與軟件課程之間起著重要的承上啟下作用[1]，其學(xué)科地位不言而喻。David A Patterons指出：“軟件系統(tǒng)性能取決于軟件設(shè)計(jì)者對(duì)系統(tǒng)硬件的理解程度。操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者、更多的軟件工程師需要有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)組織與設(shè)計(jì)的背景知識(shí)[2]?！比欢?，計(jì)算機(jī)組成原理涉及的內(nèi)容大多處于核心層面，不僅對(duì)軟件開(kāi)發(fā)人員（尤其是應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)者）來(lái)說(shuō)是透明的，甚至對(duì)不少硬件開(kāi)發(fā)者來(lái)講都是透明的，例如CPU（中央處理器）的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)過(guò)程難以利用“邊學(xué)邊操作”的所見(jiàn)即所得模式。

為了提高教學(xué)效果，部分高校引入了啟發(fā)式、討論式、提問(wèn)式、SPOC等教學(xué)方法，以吸引學(xué)生的注意力，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。但是，這些方法更適用于名牌高校和基礎(chǔ)較好的學(xué)生。很多高校在理論課之外開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，幫助學(xué)生鞏固理論知識(shí)，包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括專用的硬件平臺(tái)或虛擬軟件平臺(tái)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生按照教師設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一步一步對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；而設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)則是開(kāi)放式的，有的學(xué)校由教師指定題目，有的學(xué)校由學(xué)生自選題目再由教師把關(guān)確認(rèn)。

1 課程培養(yǎng)目標(biāo)

本科教育屬于專業(yè)通識(shí)教育，主要培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，不涉及過(guò)深的專業(yè)研究。多數(shù)畢業(yè)生進(jìn)入工作崗位之后，僅需在已經(jīng)設(shè)計(jì)好的框架中從事簡(jiǎn)單的工作即可，短時(shí)間內(nèi)不涉及設(shè)計(jì)、架構(gòu)等需要較多理論知識(shí)支撐的工作。因此教師授課過(guò)程中，在不降低對(duì)理論知識(shí)講解和考核要求的同時(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，讓畢業(yè)生進(jìn)入工作崗位后既能自如應(yīng)對(duì)工作中的新問(wèn)題，又能在幾年之后有足夠的發(fā)展后勁。在應(yīng)用型高校中，提升理論知識(shí)應(yīng)用能力是培養(yǎng)目標(biāo)中不可或缺的一部分，考慮到課程體系/群建設(shè)，不同課程之間要盡量減少重復(fù)性；此外，大多數(shù)商業(yè)項(xiàng)目都需要團(tuán)隊(duì)完成，因此，在授課過(guò)程中要采用適當(dāng)?shù)姆绞街鸩脚囵B(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，以便將來(lái)能夠迅速融入企業(yè)團(tuán)隊(duì)；由于學(xué)生進(jìn)入工作崗位之后，不可避免地要與他人溝通，因此，在授課過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行表述的能力十分必要。

2 具體教學(xué)安排

本課程引用國(guó)外開(kāi)放式項(xiàng)目教學(xué)方式，對(duì)項(xiàng)目的基本要求是圍繞特定的知識(shí)點(diǎn)貼近現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，不會(huì)為了減小難度而限制深入程度，從頭至尾全權(quán)交由學(xué)生小組完成，教師只負(fù)責(zé)驗(yàn)收和方向把控，最后各小組提交結(jié)果，每組派一人演講以便驗(yàn)收?？紤]到中國(guó)國(guó)情和學(xué)校的生源現(xiàn)狀，筆者修改了部分規(guī)則：①針對(duì)學(xué)生大多不愿獨(dú)立動(dòng)手實(shí)踐的情況，要求每組一題，不得重復(fù)，且原理圖紙必須手繪；②針對(duì)某些學(xué)生掛名進(jìn)組，在團(tuán)隊(duì)中貢獻(xiàn)較少的情況，要求最終每位學(xué)生均要答疑以便教師評(píng)價(jià)；③針對(duì)生源基礎(chǔ)薄弱的問(wèn)題，在材料考核時(shí)不以完成度作為唯一考核指標(biāo)，輔助以學(xué)習(xí)態(tài)度、技術(shù)調(diào)研情況、將理論知識(shí)應(yīng)用到項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的程度等為考核指標(biāo)。

本課程共64學(xué)時(shí)，其中理論授課48學(xué)時(shí)，項(xiàng)目實(shí)踐16學(xué)時(shí)，實(shí)踐課時(shí)平均分布在整個(gè)學(xué)期中，理論與實(shí)踐同時(shí)推進(jìn)，但互相獨(dú)立，其主要教學(xué)流程見(jiàn)圖1。教師在理論課上講解重難點(diǎn)知識(shí)，在實(shí)踐課上則由學(xué)生自行分組進(jìn)行課題選擇，并將分組結(jié)果和課題匯報(bào)給教師，教師進(jìn)行分組和課題登記。學(xué)生在課外進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施，并在實(shí)踐課上向教師匯報(bào)，最后由教師對(duì)其進(jìn)行考核和評(píng)價(jià)。

2.1 理論授課安排

教師采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法，結(jié)合企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)際案例和產(chǎn)品為例，主要講解難點(diǎn)、重點(diǎn)知識(shí)，包括其源頭、歷史、現(xiàn)狀及未來(lái)，也包括應(yīng)用場(chǎng)合及產(chǎn)品案例等。

2.2 項(xiàng)目實(shí)踐安排

計(jì)算機(jī)組成原理主要講解計(jì)算機(jī)的五大組成部分?？紤]到課時(shí)量和學(xué)生的能力提升，應(yīng)安排2次項(xiàng)目實(shí)踐，第1次的項(xiàng)目實(shí)踐圍繞存儲(chǔ)器和輸入輸出完成，第2次的項(xiàng)目實(shí)踐圍繞指令系統(tǒng)和控制器完成。

2.2.1 項(xiàng)目分組

項(xiàng)目實(shí)踐采用小組形式完成，每組3～7人，由學(xué)生自由組隊(duì)，教師只負(fù)責(zé)登記而不參與或指定組隊(duì)，這樣不僅能鍛煉學(xué)生的主動(dòng)意識(shí)，也使之后的組內(nèi)討論和任務(wù)分工更容易實(shí)施。

每個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員協(xié)作完成項(xiàng)目，成員之間要有所分工，最后的成績(jī)與團(tuán)隊(duì)整體產(chǎn)出有關(guān)。

在第一次實(shí)施的過(guò)程中，同期開(kāi)課386人，共組隊(duì)65組，其人員分布見(jiàn)表1。

2.2.2 項(xiàng)目課題的選擇

在國(guó)外，很多教師采用項(xiàng)目、報(bào)告、論文的方式進(jìn)行授課，由教師擬定一個(gè)或幾個(gè)課題，發(fā)布給學(xué)生選做，允許所有小組都選做同一個(gè)課題。為了避免多個(gè)小組互相拷貝的情況，同期開(kāi)課的所有小組之中不得出現(xiàn)相同的課題。因此，在課題登記的時(shí)候需要借助IT平臺(tái)實(shí)時(shí)更新，讓學(xué)生及時(shí)了解哪些課題已被選。項(xiàng)目課題由每個(gè)小組內(nèi)部討論確定，指導(dǎo)教師確認(rèn)課題是否符合課程要求，并對(duì)合格的課題予以登記。表2為計(jì)算機(jī)與軟件工程系某班所選的部分課題。

由表2可見(jiàn)，每組所選的課題均不一樣，杜絕了組與組之間相互抄襲的現(xiàn)象，使各小組能夠更加獨(dú)立地完成相應(yīng)的任務(wù)。

2.2.3 項(xiàng)目的實(shí)施與提交

分組與課題確定之后，各個(gè)小組便開(kāi)始自己的項(xiàng)目。由小組組長(zhǎng)負(fù)責(zé)各組的協(xié)調(diào)和組織工作，并在指定時(shí)間之前提交成果：一份分析設(shè)計(jì)報(bào)告、一份技術(shù)報(bào)告、一份手繪圖紙。

2次項(xiàng)目圍繞的主題及要求教師會(huì)在第1次實(shí)踐課（第2周）上向?qū)W生說(shuō)明，之后便立刻進(jìn)入學(xué)生自由分組和確定課題階段。第1次項(xiàng)目于第3次實(shí)踐課之前提交，即第6周的實(shí)踐課之前，學(xué)生有4周時(shí)間組織實(shí)施；第2次項(xiàng)目于第6次實(shí)踐課之前提交，即第12周的實(shí)踐課之前，學(xué)生可以在提交第1次項(xiàng)目后開(kāi)始第2次項(xiàng)目，最多可有6周時(shí)間組織實(shí)施。根據(jù)整個(gè)課程教學(xué)計(jì)劃來(lái)看，項(xiàng)目提交的時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)項(xiàng)目所需理論知識(shí)還未進(jìn)行授課的情況。此時(shí)，學(xué)生需要自學(xué)相關(guān)知識(shí)以完成作業(yè)，鍛煉了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。

在學(xué)生課題確定后，如果學(xué)生不清楚如何實(shí)施，可以在實(shí)踐課上進(jìn)行“課題凝練”，即組長(zhǎng)上講臺(tái)闡述課題選擇理由及打算做什么和初步怎么做，然后學(xué)生和教師進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。

產(chǎn)物分為電子檔和紙質(zhì)檔。電子檔（包括分析設(shè)計(jì)報(bào)告、技術(shù)報(bào)告）在上課前提交，建議采用Web平臺(tái)提交并設(shè)置截止時(shí)間，條件不足的可使用Email提交；紙質(zhì)檔（包括電子檔的打印版本和手繪的圖紙）在相應(yīng)的實(shí)踐課上提交。分析設(shè)計(jì)報(bào)告中包含項(xiàng)目相關(guān)的內(nèi)容，是面向研發(fā)人員的，鍛煉學(xué)生研發(fā)過(guò)程中規(guī)范化文檔的撰寫(xiě)能力；技術(shù)報(bào)告中包含功能、性能、市場(chǎng)分析、參數(shù)對(duì)比等內(nèi)容，是面向用戶的，鍛煉學(xué)生站在用戶角度撰寫(xiě)文檔和思考的能力。

2.2.4 項(xiàng)目考核

所有材料缺一不可，提交時(shí)間也嚴(yán)格控制，若缺少任一份材料或沒(méi)能按時(shí)提交，小組所有成員均記零分。課后由教師對(duì)每組提交的材料評(píng)判成績(jī)等級(jí)M（A～H），課上由每位學(xué)生上臺(tái)發(fā)言以供教師評(píng)判，發(fā)言內(nèi)容包括：簡(jiǎn)單介紹項(xiàng)目、簡(jiǎn)單介紹自己在項(xiàng)目的工作、詳細(xì)介紹自己的工作內(nèi)容、總結(jié)自己在項(xiàng)目過(guò)程中的收獲和感想。發(fā)言結(jié)束后教師選擇性提問(wèn)和點(diǎn)評(píng)，并根據(jù)發(fā)表內(nèi)容及問(wèn)答情況給發(fā)表的學(xué)生核定一個(gè)偏差σ，學(xué)生的成績(jī)由小組的材料成績(jī)m和自己的發(fā)表偏差確定，如公式（1）所示。

其中g(shù)為學(xué)生的成績(jī)；m為根據(jù)成績(jī)等級(jí)M對(duì)應(yīng)過(guò)來(lái)的材料成績(jī)，具體見(jiàn)表3；σ為大于0的一個(gè)偏差值， σ∈（0，1）表示學(xué)生的發(fā)表不佳，工作可能不深入或努力不夠，需要在材料成績(jī)上打個(gè)折扣，σ >1表示學(xué)生的工作做得比較深入，但材料成績(jī)可能受別的組員影響而不足以表現(xiàn)其貢獻(xiàn)，需要在材料成績(jī)的基礎(chǔ)上加分；f表示本次項(xiàng)目在整個(gè)考核中占的比例，第1次項(xiàng)目占15%，第2次項(xiàng)目占25%。

3 教學(xué)效果

3.1 出勤率上升

傳統(tǒng)的課程考核主要依賴期末的卷面考試，學(xué)生主要以個(gè)體為單位去聽(tīng)課，而且教師以單方面的講授灌輸為主要授課方式。因此，在平時(shí)的課程學(xué)習(xí)中，很大一部分學(xué)生缺乏聽(tīng)課的積極性，出勤率得不到有效的保障，尤其計(jì)算機(jī)組成原理這類接近純理論的學(xué)科，出勤率更低。

本文提出的分組項(xiàng)目與過(guò)程式考核模式可以極大地提高學(xué)生的到課率。由于對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行分組，而每一個(gè)小組成員的表現(xiàn)關(guān)系到整個(gè)小組成員的成績(jī)，使組內(nèi)成員能夠相互監(jiān)督和敦促，加之頻繁的師生互動(dòng)以及項(xiàng)目的驗(yàn)收和匯報(bào)，使出勤率得到進(jìn)一步提升。表4是計(jì)算機(jī)與軟件工程系某屆8個(gè)班386名學(xué)生一個(gè)學(xué)期的到課情況，從表4中可以看出，該教學(xué)模式下的出勤率較高。

3.2 學(xué)生專業(yè)素質(zhì)加強(qiáng)

傳統(tǒng)的課程授課模式（尤其是偏向理論的課程），不僅缺乏師生間的互動(dòng)，而且學(xué)生不了解理論知識(shí)如何與實(shí)際工作進(jìn)行聯(lián)系和對(duì)接，學(xué)生在聽(tīng)課過(guò)程中，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。以期末理論考試為唯一或主要考核模式時(shí)，學(xué)生大多以“臨時(shí)抱佛腳”的方式對(duì)待整個(gè)課程，無(wú)法深入理解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，課程的學(xué)習(xí)情況不容樂(lè)觀。

本文提出的考核模式，加強(qiáng)了師生互動(dòng)，學(xué)習(xí)過(guò)程不再枯燥乏味。分組的方式使組內(nèi)成員互相學(xué)習(xí)、互相幫助，組內(nèi)成員的集思廣益使學(xué)生全方位無(wú)死角地理解和掌握絕大多數(shù)知識(shí)點(diǎn)?？己说膬?nèi)容主要是項(xiàng)目的實(shí)施和提交狀況，學(xué)生需要在截止日期前提交一份分析設(shè)計(jì)報(bào)告、一份技術(shù)報(bào)告、一份手繪圖紙。這樣，學(xué)生能夠更加清晰該理論知識(shí)在具體項(xiàng)目中的應(yīng)用，分組項(xiàng)目方式的考核模式使學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)得到了顯著增強(qiáng)。

3.3 學(xué)生表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力加強(qiáng)

在高等教育中，課本知識(shí)已經(jīng)不是學(xué)生唯一的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的加強(qiáng)也是高等教育中不可或缺的一部分。其中，表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力是綜合素質(zhì)重要的組成部分。

傳統(tǒng)的課程考核模式下，學(xué)生主要以個(gè)體為單位，通過(guò)在紙質(zhì)試卷上答題的方式進(jìn)行理論考試，其綜合素質(zhì)能力得不到鍛煉和提高。本文所述考核模式下，由于學(xué)生在完成一個(gè)項(xiàng)目后，要進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)，在匯報(bào)的過(guò)程中不僅能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的問(wèn)題，更鍛煉了學(xué)生的口語(yǔ)表達(dá)能力，為學(xué)生走向社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的語(yǔ)言表達(dá)基礎(chǔ)；同時(shí)，組內(nèi)成員共同完成項(xiàng)目，也使組員間進(jìn)行協(xié)調(diào)和溝通，潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

計(jì)算機(jī)組成原理是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)理論課，偏向于硬件，在當(dāng)今“重軟件、輕硬件，重應(yīng)用、輕理論”的風(fēng)氣下，其“學(xué)之無(wú)用、棄之不能”的地位尤其尷尬。本文所述改革模式通過(guò)貼合實(shí)際產(chǎn)品的項(xiàng)目設(shè)計(jì)方式，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論與實(shí)際設(shè)備開(kāi)發(fā)相結(jié)合，不僅能夠?qū)W習(xí)理論知識(shí)，還可以了解應(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)選型以及改進(jìn)方法等；同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通交流能力、面對(duì)新問(wèn)題的應(yīng)對(duì)能力等。初次改革時(shí)，學(xué)生感覺(jué)壓力較大，經(jīng)過(guò)一期授課和公平公正的考核之后，學(xué)生的顧慮逐漸打消。尤其在學(xué)生進(jìn)入實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)階段之后，大多數(shù)學(xué)生都能快速適應(yīng)崗位要求，從容面對(duì)被安排的新任務(wù)，高效地與同事進(jìn)行溝通，學(xué)生對(duì)本模式的認(rèn)可得到進(jìn)一步提高，該模式的成效也初步顯現(xiàn)。

該課程改革模式能夠?yàn)閼?yīng)用型高校提供一個(gè)行之有效的教學(xué)途徑，但在執(zhí)行過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了如下一些議題：①如何讓學(xué)生積極主動(dòng)參與項(xiàng)目；②由于實(shí)踐課時(shí)比較少，而每位學(xué)生都需要發(fā)言，時(shí)間上如何合理安排。這些都是授課模式改革接下來(lái)要改進(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 蔣永國(guó)， 郭忠文， 馮源， 等.“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2009（13）： 35-37.

（編輯：孫怡銘）