趙鄭營(yíng)，寧菲菲

（平頂山學(xué)院，河南 平頂山 467000）

0 引言

2013年，我國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》簽約成員，標(biāo)志著具有國(guó)際實(shí)質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證。Outcomes-based Education（OBE）是一種基于成果導(dǎo)向的教育模式，它以學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)取得的成果進(jìn)行組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)。工程教育專業(yè)認(rèn)證的3個(gè)基本理念：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)。前兩個(gè)取決于教學(xué)設(shè)計(jì)，第3個(gè)取決于教學(xué)評(píng)價(jià)。成果導(dǎo)向教育已成為美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家教育改革的主流理念，用其引導(dǎo)我國(guó)工程教育改革，具有現(xiàn)實(shí)意義。OBE強(qiáng)調(diào)4個(gè)問(wèn)題：一是想讓學(xué)生取得什么樣學(xué)習(xí)成果；二是為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果；三是如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果；四是如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果。為了貫徹實(shí)施在成果導(dǎo)向教育理念的引導(dǎo)下推進(jìn)教育教學(xué)改革，需要不斷從課程教學(xué)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)[1]。

1 “計(jì)算機(jī)組成原理”課程人才培養(yǎng)目標(biāo)

“計(jì)算機(jī)組成原理”是專業(yè)核心課程，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)必修課。在專業(yè)的課程體系中位于第4學(xué)期。其先修的硬件課程有“電路與模電”和“數(shù)字邏輯”，分別在第2和第3學(xué)期開設(shè)，后續(xù)在第5學(xué)期的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”和“微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言”課程，“計(jì)算機(jī)組成原理”課程在課程體系中起到了承上啟下的重要作用。“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)內(nèi)容包括設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部工作的最基本方法，使學(xué)生必須通過(guò)深入分析才能建立問(wèn)題的原理模型，并通過(guò)現(xiàn)代化工具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的控制器模型。在此過(guò)程中，必須結(jié)合教學(xué)內(nèi)容給出的原理并應(yīng)用數(shù)字邏輯電路和硬件描述等知識(shí)，達(dá)到基本的微程序控制的目標(biāo)，而這個(gè)目標(biāo)充分體現(xiàn)了復(fù)雜工程的構(gòu)建過(guò)程。“計(jì)算機(jī)組成原理”課程包含求解計(jì)算機(jī)硬件問(wèn)題和利用計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)求解問(wèn)題的基本原理和方法；課程所涉及的問(wèn)題需要運(yùn)用工程原理進(jìn)行深入的分析?！坝?jì)算機(jī)組成原理”課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生識(shí)別、表達(dá)和分析計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題能力的有效載體之一。該課程承擔(dān)著重要的知識(shí)技能培養(yǎng)任務(wù)和思政素養(yǎng)教育任務(wù)，蘊(yùn)含著大量的思政元素，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)課協(xié)同育人的主陣地[2-3]。

根據(jù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)要求，明確以下4個(gè)課程目標(biāo)。

（1）目標(biāo)1：能夠應(yīng)用數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算方法、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和CPU工作原理等專業(yè)知識(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)工程解決方案進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

（2）目標(biāo)2：能夠應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件基本組成原理等知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，能夠根據(jù)CPU、指令系統(tǒng)等部件性能的影響因素對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

（3）目標(biāo)3：能夠應(yīng)用流水線性能分析方法、CPU性能評(píng)估方法等科學(xué)方法識(shí)別并理解計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題的相關(guān)特性。

（4）目標(biāo)4：能夠針對(duì)計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題選擇合適的總線結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，對(duì)計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題涉及的硬件、模塊等諸多因素開展技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2 OBE理念下課程教授方法

本課程貫徹“以學(xué)生為中心”的教學(xué)思想，采用“互動(dòng)、開放”的課堂形式，具體以講授為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔，教師采用啟發(fā)式、問(wèn)題式的教學(xué)方法，以知識(shí)為載體，傳授“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的思想和方法，課堂教學(xué)盡量引入互動(dòng)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生尋找解決方案，基于計(jì)算機(jī)中硬件組成問(wèn)題，提高學(xué)生有效提出計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題解決方案能力，促進(jìn)學(xué)生課程目標(biāo)的達(dá)成。充分利用學(xué)校超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，更好地搭建“計(jì)算機(jī)組成原理”課程MOOC平臺(tái)，讓學(xué)生通過(guò)手機(jī)端學(xué)習(xí)通App課前預(yù)習(xí)，制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃并選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而成為學(xué)習(xí)的主角。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生可以通過(guò)實(shí)踐完成對(duì)知識(shí)的理解和吸收，并進(jìn)一步完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不同層次學(xué)生之間可以互助，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍，從而讓學(xué)生在較為開放的課堂氛圍中展開實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)由被動(dòng)模式變主動(dòng)模式。

為了促進(jìn)課程目標(biāo)1的達(dá)成，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用課堂教授和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，利用啟發(fā)式和問(wèn)題式教學(xué)方法，掌握計(jì)算機(jī)硬件構(gòu)成的基本知識(shí)和工作原理，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中運(yùn)用數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算方法、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和CPU工作原理等專業(yè)知識(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)工程解決方案進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

為了促進(jìn)課程目標(biāo)2的達(dá)成，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用社會(huì)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，根據(jù)CPU、指令系統(tǒng)等部件性能的影響因素對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的引導(dǎo)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。

為了促進(jìn)課程目標(biāo)3的達(dá)成，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用課堂教授和課堂討論的方式，利用問(wèn)題式教學(xué)方法，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的引導(dǎo)，運(yùn)用流水線性能分析方法、CPU性能評(píng)估方法等科學(xué)方法識(shí)別并理解計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題的相關(guān)特性。

為了促進(jìn)課程目標(biāo)4的達(dá)成，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用社會(huì)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，對(duì)計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題涉及的硬件、模塊等諸多因素開展技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3 基于OBE理念的考核方式及具體要求

根據(jù)每項(xiàng)課程目標(biāo)的達(dá)成途徑，以及評(píng)價(jià)每項(xiàng)課程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況的需要，確定相應(yīng)的考核方式和不同考核方式在每項(xiàng)課程目標(biāo)評(píng)價(jià)中所占比例。根據(jù)每種考核方式在課程目標(biāo)評(píng)價(jià)所占比例，本課程的學(xué)生成績(jī)構(gòu)成參考比例：作業(yè)20%，實(shí)驗(yàn)20%，試卷60%。

課程目標(biāo)1的考核方式為試卷60%，作業(yè)30%，實(shí)驗(yàn)10%。課程目標(biāo)2的考核方式為實(shí)驗(yàn)50%，試卷50%。課程目標(biāo)3的考核方式為試卷60%，作業(yè)40%。課程目標(biāo)4的考核方式為試卷50%，作業(yè)25%，實(shí)驗(yàn)25%。為優(yōu)化課程目標(biāo)的達(dá)成，每個(gè)課程目標(biāo)的考核方式對(duì)應(yīng)至多兩種的原則，優(yōu)化后課程目標(biāo)1的考核方式為試卷40%，作業(yè)60%。課程目標(biāo)2的考核方式為實(shí)驗(yàn)100%。課程目標(biāo)3的考核方式為試卷100%。課程目標(biāo)4的考核方式為試卷80%，實(shí)驗(yàn)20%。

3.1 試卷考核

試卷考核主要檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件工作原理的理解能力，對(duì)計(jì)算機(jī)工程解決方案的分析評(píng)價(jià)能力，簡(jiǎn)單的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題的相關(guān)特性的識(shí)別與理解能力。在試卷內(nèi)容考核中，改革前設(shè)計(jì)的題型為選擇、判斷、填空、綜合題4大類。為了提高學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力，本課程將試卷題型設(shè)定為綜合題一種，且題目表述需要和專業(yè)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題做出對(duì)應(yīng)。綜合題：請(qǐng)運(yùn)用流水線性能分析方法、CPU性能評(píng)估方法等科學(xué)方法識(shí)別并理解計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題、指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題的相關(guān)特性。

為了改善CPU在高速I/O設(shè)備或輔助存儲(chǔ)器與主存交換信息過(guò)程中，不斷被打斷而執(zhí)行中斷服務(wù)程序的情況，人們探索出了DMA控制方式。利用計(jì)算機(jī)硬件基本組成原理等知識(shí)，分析并設(shè)計(jì)其應(yīng)用場(chǎng)景執(zhí)行過(guò)程。

（1）DMA接口主要由哪些部件組成；

（2）結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景分析在數(shù)據(jù)交換過(guò)程中應(yīng)完成哪些功能；

（3）畫出DMA工作過(guò)程的流程圖，并簡(jiǎn)述其工作過(guò)程（不包括預(yù)處理和后處理）。

3.2 作業(yè)考核

作業(yè)考核主要檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的基本組成的認(rèn)知能力，對(duì)硬件工作原理的理解能力，識(shí)別并理解計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題相關(guān)特性的能力，對(duì)計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題涉及的硬件、模塊等諸多因素開展技術(shù)研究的能力。同樣在日常的作業(yè)中也進(jìn)行了理論聯(lián)系實(shí)踐的方式進(jìn)行考核。

作業(yè)：中國(guó)人民解放軍某部隊(duì)研究出了一種基于漢明碼糾錯(cuò)的測(cè)控軟件數(shù)據(jù)庫(kù)編碼信息只能校驗(yàn)方法，仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行信息檢驗(yàn)的糾錯(cuò)能力較好，測(cè)控軟件數(shù)據(jù)庫(kù)編碼信息抗干擾和抗攻擊能力較強(qiáng)，具有很好的信息隱寫性能。結(jié)合課程存儲(chǔ)器相關(guān)校驗(yàn)知識(shí)，分析解釋奇偶校驗(yàn)原理和漢明校驗(yàn)碼的實(shí)現(xiàn)原理，并自擬一段7位的二進(jìn)制代碼，完成漢明碼的產(chǎn)生和逆向翻譯過(guò)程。最后對(duì)發(fā)現(xiàn)的傳輸錯(cuò)誤進(jìn)行糾正和評(píng)價(jià)。

要求：（1）解釋概念清楚；（2）對(duì)工作原理應(yīng)用及分析評(píng)價(jià)方法合理；（3）分析評(píng)價(jià)結(jié)果合理。

4 課程考核評(píng)價(jià)

課程分目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)值的計(jì)算如下：

其中，VCi為課程目標(biāo)i的達(dá)成情況評(píng)價(jià)值，SAi為課程目標(biāo)i對(duì)應(yīng)考核平均分，STi為課程目標(biāo)i對(duì)應(yīng)考核總分，Wi為課程目標(biāo)i對(duì)應(yīng)考核方式所占比例。

根據(jù)2018級(jí)和2019級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核，2018級(jí)和2019級(jí)課程目標(biāo)的達(dá)成情況如圖1所示，2019級(jí)學(xué)生的課程目標(biāo)達(dá)成情況較2018級(jí)有所提升。

圖1 2018級(jí)學(xué)生與2019級(jí)學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成情況對(duì)比

5 改進(jìn)措施

教師應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生分析和評(píng)價(jià)能力的訓(xùn)練。后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生分析和評(píng)價(jià)能力的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺(tái)，強(qiáng)化“評(píng)價(jià)有關(guān)平臺(tái)環(huán)境、技術(shù)工具和有效資源在問(wèn)題求解中的局限性”的學(xué)習(xí)。優(yōu)化教學(xué)案例和項(xiàng)目，在本課程下一學(xué)年的教學(xué)過(guò)程中，注重學(xué)生分析和評(píng)價(jià)能力的培養(yǎng)。后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)部分達(dá)成情況不好學(xué)生的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，學(xué)業(yè)指導(dǎo)教師應(yīng)積極與該類學(xué)生溝通。對(duì)于少數(shù)學(xué)業(yè)有困難的學(xué)生啟動(dòng)學(xué)業(yè)預(yù)警機(jī)制，進(jìn)行學(xué)業(yè)幫扶，促進(jìn)其畢業(yè)要求的達(dá)成。

為了促進(jìn)課程目標(biāo)的達(dá)成，學(xué)生應(yīng)該形成整機(jī)思維，整合聯(lián)系相關(guān)理論知識(shí)，綜合運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒?，?duì)計(jì)算機(jī)工程解決方案進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。注重實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)鍛煉簡(jiǎn)單的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)能力。掌握識(shí)別計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題相關(guān)特性的方法，理解其特征。學(xué)生應(yīng)該養(yǎng)成研究探索的習(xí)慣，在理論指導(dǎo)下積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于工程認(rèn)證理念，在課程設(shè)計(jì)和教授方面以學(xué)生為中心，課程目標(biāo)為起始進(jìn)行探索。在評(píng)價(jià)考核方面，將課程理論知識(shí)與社會(huì)實(shí)踐相聯(lián)系，使得同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，了解所學(xué)習(xí)知識(shí)的使用之處。方便根據(jù)學(xué)生的課程目標(biāo)的達(dá)成情況，及時(shí)做出持續(xù)改進(jìn)措施，這樣在學(xué)習(xí)過(guò)程中更有利于提升學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。