中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

新質(zhì)生產(chǎn)力是擺脫傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、生產(chǎn)力發(fā)展路徑的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)，已經(jīng)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)踐中形成并展示出對(duì)高質(zhì)量發(fā)展的強(qiáng)勁推動(dòng)力、支撐力，其中科技創(chuàng)新是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素，關(guān)鍵之一為暢通人才良性循環(huán)[1]。因此，在高校中如何培養(yǎng)具備卓越應(yīng)變能力、創(chuàng)新思維和持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型高素質(zhì)人才，已成為當(dāng)前高等教育改革面臨的重要課題。這一挑戰(zhàn)不僅關(guān)乎人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)，更直接影響著國(guó)家在未來(lái)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的戰(zhàn)略地位。

本文以新質(zhì)生產(chǎn)力人才需求為導(dǎo)向，從基于系統(tǒng)能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，探索在計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的路徑，使學(xué)生具備勝任未來(lái)與計(jì)算機(jī)相關(guān)的工作能力，成為具有應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力的創(chuàng)新型人才，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)、科技和社會(huì)發(fā)展需求。

1可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的含義

2019年“計(jì)算機(jī)教育20人論壇”藍(lán)皮書(shū)《計(jì)算機(jī)教育與可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力》中提出了可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的概念，與《ACM/IEEECC2020》提出的“勝任力”模型相近，后被收錄到CC2020中?？沙掷m(xù)競(jìng)爭(zhēng)力是指面向未來(lái)社會(huì)變化和競(jìng)爭(zhēng)的適應(yīng)能力、基于使命和技術(shù)的創(chuàng)新能力、推動(dòng)社會(huì)發(fā)展與科技進(jìn)步的行動(dòng)能力?？沙掷m(xù)競(jìng)爭(zhēng)力能夠體現(xiàn)面向未來(lái)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的時(shí)代要求和總體質(zhì)量觀。新技術(shù)學(xué)科交叉性、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展跨界性與快速變化的特征要求計(jì)算機(jī)與工科人才培養(yǎng)更加注重提高學(xué)生的應(yīng)變創(chuàng)變能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力。具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新人才將成為未來(lái)社會(huì)與新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一資源[2-4]

2計(jì)算機(jī)硬件課程特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問(wèn)題

學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件課程時(shí)存在排斥心理，認(rèn)為硬件課程晦澀難懂，有畏難情緒，之所以出現(xiàn)這種情況，原因有以下幾點(diǎn)：

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)硬件課程的興趣不濃。學(xué)生普遍喜歡學(xué)習(xí)軟件課程，自己使用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序，編譯生成可執(zhí)行程序后能立即看到效果，有成就感；而硬件課程理論抽象，學(xué)生理解困難導(dǎo)致失去興趣，但硬件課程與課程間存在階梯式遞進(jìn)關(guān)系，學(xué)生一門(mén)課程聽(tīng)不懂，后續(xù)課程更不愿意學(xué)，形成惡性循環(huán)。

（2）理論與實(shí)踐脫節(jié)。在很多學(xué)校，計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求較高，須具備實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中缺乏足夠的實(shí)踐機(jī)會(huì)；同時(shí)計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備集成化程度較高，難以進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多以驗(yàn)證型為主，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生僅是進(jìn)行簡(jiǎn)單的線(xiàn)路連接，無(wú)法深入理解其工作原理，并且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)自之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法從系統(tǒng)角度理解計(jì)算機(jī)，去解決復(fù)雜工程問(wèn)題，不利于學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，也不利于學(xué)生系統(tǒng)能力的提高及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（3）教學(xué)目標(biāo)以知識(shí)本位教育為主，在教學(xué)過(guò)程中偏重于理論知識(shí)講解，側(cè)重運(yùn)用單一知識(shí)點(diǎn)解決問(wèn)題的能力，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法將零散的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，缺乏計(jì)算機(jī)系統(tǒng)思維能力培養(yǎng)，無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的求解，硬件課程之間知識(shí)點(diǎn)存在冗余現(xiàn)象，課程內(nèi)容陳舊，教學(xué)內(nèi)容中引人的技術(shù)前沿知識(shí)較少，學(xué)生無(wú)法了解最新的技術(shù)動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，不利于將來(lái)的職業(yè)發(fā)展。

（4）該課程考核以期末考試為主，過(guò)程性考核環(huán)節(jié)薄弱，難以客觀全面地衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及能力的培養(yǎng)。

3可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力在計(jì)算機(jī)硬件課程中的培養(yǎng)

計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)依托可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力培養(yǎng)的教育理念，夯實(shí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，以系統(tǒng)能力培養(yǎng)為核心規(guī)劃計(jì)算機(jī)硬件課程內(nèi)容，構(gòu)建迭代式進(jìn)階項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)體系，制定過(guò)程性考核的評(píng)價(jià)機(jī)制，建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力和創(chuàng)新能力驅(qū)動(dòng)、采用過(guò)程評(píng)價(jià)機(jī)制的計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)模式。

3.1以系統(tǒng)能力培養(yǎng)為核心梳理計(jì)算機(jī)硬件課程體系

系統(tǒng)能力是指能夠站在系統(tǒng)的高度考慮并解決問(wèn)題，具有系統(tǒng)層面的認(rèn)知和設(shè)計(jì)能力[5-6]，同時(shí)，在工程教育認(rèn)證中對(duì)學(xué)生的系統(tǒng)能力提出了更為具體的要求—能夠設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜問(wèn)題的解決方案[7]。因此，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)能力尤其重要。以體現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬件方面系統(tǒng)能力的“模擬電路”“數(shù)字電路”“計(jì)算機(jī)組成原理”“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)\"4門(mén)課程為主線(xiàn)，從縱向視角統(tǒng)一知識(shí)體系，明確層次之間的銜接點(diǎn)?！澳M電路”主要講解最基礎(chǔ)的電路元器件、常用電路的分析及應(yīng)用，深入了解電子電路的工作原理；“數(shù)字電路”從邏輯層次講解組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的原理、應(yīng)用及常用的邏輯部件，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件的核心；“計(jì)算機(jī)組成原理”側(cè)重講解計(jì)算機(jī)的基本組成原理及實(shí)現(xiàn)方法；“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”的講解從單機(jī)擴(kuò)展到多機(jī)及集群的各種計(jì)算系統(tǒng)中采用的流水線(xiàn)處理技術(shù)、并行體系結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。這4門(mén)課程使學(xué)生能夠掌握由電子電路構(gòu)成完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原理及方法，能夠自主設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一臺(tái)簡(jiǎn)單原型計(jì)算機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀，提升系統(tǒng)能力[8]依據(jù)“普遍-特殊”的哲學(xué)原理，在學(xué)生理解了計(jì)算機(jī)的普遍原理、形成系統(tǒng)觀后，以體現(xiàn)基于系統(tǒng)觀應(yīng)用的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”“嵌入式系統(tǒng)原理”“微機(jī)原理與接口技術(shù)\"3門(mén)課程，從最簡(jiǎn)單的8位8051單片機(jī)一嵌入式ARM芯片—8086計(jì)算機(jī)逐級(jí)遞進(jìn)，增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，提升學(xué)生的系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。同時(shí)從橫向視角梳理每門(mén)課程的主要知識(shí)點(diǎn)，保證每門(mén)課程內(nèi)容的完整性。具體計(jì)算機(jī)硬件課程體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1計(jì)算機(jī)硬件課程體系結(jié)構(gòu)

3.2采用“系統(tǒng)基礎(chǔ) + 系統(tǒng)能力 + 系統(tǒng)應(yīng)用 + 系統(tǒng)綜合”的四階段人才培養(yǎng)模式

培養(yǎng)具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新人才，應(yīng)該具備“專(zhuān)”與“通\"2方面的能力。“專(zhuān)”是指專(zhuān)業(yè)方面的能力，包括理論分析與抽象能力、問(wèn)題理解與求解能力、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)能力、系統(tǒng)應(yīng)用與管理能力、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與動(dòng)手能力及持續(xù)學(xué)習(xí)與改進(jìn)能力等；“通”是指跨文化交流溝通能力、項(xiàng)目組織與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、經(jīng)營(yíng)管理能力、創(chuàng)新意識(shí)與能力及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力等。同時(shí)，新工科還要培養(yǎng)學(xué)生具備良好的創(chuàng)新人才素質(zhì)，包括身心素質(zhì)、文化素質(zhì)、個(gè)性素質(zhì)、社會(huì)素質(zhì)、研究素質(zhì)、工程素質(zhì)、精英素質(zhì)、職業(yè)素養(yǎng)等[9]

采用四階段式專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)模式，將知識(shí)型課程重構(gòu)為能力型課程，使學(xué)生從模糊目標(biāo)逐漸清晰化為精準(zhǔn)目標(biāo)。第一階段強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)基礎(chǔ)”，面向模擬電路、數(shù)字電路專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)施，使學(xué)生打好電路基礎(chǔ)。第二階段強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)能力”，針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)核心課程實(shí)施，主要培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜問(wèn)題的工程能力，通過(guò)這2個(gè)階段夯實(shí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，使學(xué)生能夠形成完整的系統(tǒng)觀。第三階段強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)應(yīng)用”，圍繞單片機(jī)原理與應(yīng)用、嵌人式系統(tǒng)原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)專(zhuān)業(yè)方向課程實(shí)施，騰出教學(xué)空間，引入新知識(shí)體系，新增方向，強(qiáng)化“該新則新、該深則深”，提高學(xué)生的系統(tǒng)應(yīng)用能力，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參加電子類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目等，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。第四階段強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)綜合”，通過(guò)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，如表1所示。以上4個(gè)階段學(xué)習(xí)過(guò)程能夠很好地兼顧厚度、深度和廣度的平衡。

表1培養(yǎng)階段、對(duì)應(yīng)課程及對(duì)應(yīng)可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力能力關(guān)系

3.3構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)硬件課程間的“層次遞進(jìn)、合成系統(tǒng)”的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)踐教學(xué)體系

貫徹統(tǒng)一的系統(tǒng)能力培養(yǎng)教學(xué)理念，遵循“層次遞進(jìn)、合成系統(tǒng)”的體系設(shè)計(jì)思想，基于統(tǒng)一的Logisim仿真軟件，以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力為目標(biāo)，構(gòu)建基于數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成原理及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程間迭代式進(jìn)階項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)體系[10-12]。實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單原型計(jì)算機(jī)為目標(biāo)進(jìn)行模塊劃分并將子模塊細(xì)化到不同的課程，基于Logisim仿真軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證。通過(guò)“層次遞進(jìn)，合成系統(tǒng)”的實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生從硬件工程師的角度，從邏輯門(mén)電路開(kāi)始進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，逐步完成運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、接口及完整的MIPS流水CPU，既能鞏固課程中學(xué)習(xí)的原理性知識(shí)，又能作為整體綜合實(shí)驗(yàn)的模塊使用，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)體系的迭代遞進(jìn)，逐步提升對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)能力與開(kāi)發(fā)能力。

3.4制定過(guò)程性考核的教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制

計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制主要側(cè)重于對(duì)學(xué)生的過(guò)程性考核、評(píng)價(jià)和反饋，主要包括學(xué)生課堂表現(xiàn)、課后知識(shí)單元作業(yè)、隨堂小考、實(shí)驗(yàn)、大作業(yè)、期末考試6部分。課堂表現(xiàn)部分涵蓋學(xué)生的考勤情況及課堂上的參與度（如回答問(wèn)題的準(zhǔn)確性），側(cè)重對(duì)學(xué)生的規(guī)則意識(shí)、表達(dá)能力和思維能力進(jìn)行考查；課后知識(shí)單元作業(yè)通過(guò)在線(xiàn)平臺(tái)布置，要求學(xué)生獨(dú)立完成后提交，主要針對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)的考查，讓學(xué)生鞏固課程內(nèi)容；隨堂小考在上課前10分鐘進(jìn)行，檢驗(yàn)學(xué)生上次課程內(nèi)容的掌握情況；實(shí)驗(yàn)從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況、答辯情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況3方面考查學(xué)生的實(shí)踐操作能力和解決問(wèn)題的能力；大作業(yè)要求學(xué)生課程學(xué)完后，應(yīng)用所學(xué)課程知識(shí)解決實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題，主要考查學(xué)生知識(shí)綜合應(yīng)用能力；期末考試作為總結(jié)性評(píng)價(jià)，全面考查學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握程度及運(yùn)用知識(shí)靈活應(yīng)用解決問(wèn)題的能力。學(xué)生綜合成績(jī)的計(jì)算須要同時(shí)體現(xiàn)學(xué)生的過(guò)程性學(xué)習(xí)和期末考試在評(píng)價(jià)中的主導(dǎo)地位，采用較為合理的權(quán)重分配：課堂表現(xiàn) .×5% 、課后知識(shí)單元作業(yè) .×5% 、隨堂小考 ?×10% 、實(shí)驗(yàn) ?×10% 、大作業(yè) × 10% 、期末考試 ×60% ，如表2所示。

表2評(píng)價(jià)內(nèi)容及其權(quán)重分配

4教學(xué)改革效果

該教學(xué)模式在學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)2021級(jí)學(xué)生開(kāi)始實(shí)施，學(xué)生從最初排斥硬件課程、對(duì)硬件學(xué)習(xí)沒(méi)興趣到慢慢產(chǎn)生興趣，再到能夠用所學(xué)知識(shí)完成簡(jiǎn)單的CPU模型，擁有了極大的成就感，大大提高了硬件課程學(xué)習(xí)的熱情，初步具備了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力，在實(shí)踐中能夠主動(dòng)探究、解決問(wèn)題，提高了學(xué)生系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)問(wèn)題及創(chuàng)新能力。

5結(jié)語(yǔ)

面向可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)硬件課程教學(xué)模式改革極大地提高了學(xué)生對(duì)硬件課程的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生的系統(tǒng)能力及解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終生學(xué)習(xí)的意識(shí)。后續(xù)要將“操作系統(tǒng)原理”“編譯原理”等課程融人可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力培養(yǎng)理念，對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程體系進(jìn)行整體規(guī)劃，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力和綜合能力。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 王雪芬）

Abstract：Theproposal of new quality productivity requiresuniversities to cultivate talents with sustainable competitiveness.Tosolve theproblemsof insufficient systemcapabilityand student interest inthe teaching processof computer hardware courses，this paper propose areform idea for computer hardware course teaching with the concept of cultivating sustainable competitiveness.We plan the content ofcomputer hardware courses with system capability cultivationasthe core，construct a project driven practical teaching systemof“hierarchical progression and synthesis system”，develop an evaluation mechanism forprocessassessment，and provide some ideas for thecultivation of innovative talentswith sustainable competitiveness.

Key words：new quality productivity；sustainable competitiveness；systemcapability；computer hardware