面向工程認(rèn)證的計(jì)算機(jī)組成原理課程建設(shè)探索

黃嵐 呂春利 史銀雪 孫瑞志 袁剛 程新榮 劉云玲

摘要：面向工程教育專業(yè)認(rèn)證需要，對計(jì)算機(jī)專業(yè)系統(tǒng)類課程《計(jì)算機(jī)組成原理》進(jìn)行改革。按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念和方法，基于課程產(chǎn)出導(dǎo)向，進(jìn)行課程反向設(shè)計(jì)，闡述了重構(gòu)教學(xué)大綱關(guān)鍵點(diǎn)，使課程目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)，分析了課程考核和評價(jià)方法、課程持續(xù)改進(jìn)等環(huán)節(jié)?；趯I(yè)認(rèn)證的課程教學(xué)改革是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有意義的探索。

關(guān)鍵詞：工程專業(yè)認(rèn)證；畢業(yè)要求；課程大綱；達(dá)成度；計(jì)算組成原理

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）12-0260-03

工程教育認(rèn)證是國際工程教育質(zhì)量的有力保障，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)中國工程教育與國際接軌和國際互認(rèn)，我國工程教育專業(yè)認(rèn)證采用了第三方認(rèn)證方式。工程教育專業(yè)認(rèn)證突出教學(xué)目標(biāo)產(chǎn)出導(dǎo)向，以學(xué)生收獲、畢業(yè)達(dá)成情況為中心，并強(qiáng)調(diào)持續(xù)改進(jìn)的培養(yǎng)質(zhì)量。中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)頒布了《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2015版）》及適用于計(jì)算機(jī)專業(yè)的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，其中涉及培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系、持續(xù)改進(jìn)、師資隊(duì)伍、支持條件等內(nèi)容[1-3]。該標(biāo)準(zhǔn)提出以學(xué)生作為中心，以全部畢業(yè)生的學(xué)業(yè)成果（達(dá)成情況）作為認(rèn)證的主要依據(jù)，建立起一個(gè)有效的學(xué)生達(dá)成情況評估體系。工程認(rèn)證要求專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中要明確指出學(xué)生畢業(yè)時(shí)需達(dá)到的要求，其中除了對專業(yè)知識掌握程度的要求外，還有對學(xué)生能力的發(fā)展程度的具體要求。由于專業(yè)的新評價(jià)模式，對人才培養(yǎng)的要求不僅體現(xiàn)在專業(yè)知識要求上，還體現(xiàn)在各種能力和對技術(shù)創(chuàng)新上。《計(jì)算機(jī)組成原理》是一門與培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力相關(guān)的重要核心課程[4]。因此，需要對課程進(jìn)行改革和重構(gòu)，特別是課程目標(biāo)的具體化和達(dá)成情況量化評價(jià)。

一、《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)過程重構(gòu)重點(diǎn)

專業(yè)工程認(rèn)證強(qiáng)調(diào)課程對畢業(yè)要求指標(biāo)的支撐，應(yīng)以課程目標(biāo)達(dá)成結(jié)果為導(dǎo)向來規(guī)劃教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)評價(jià)三個(gè)環(huán)節(jié)，這種以成果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)要遵循反向設(shè)計(jì)原則[5]。反向設(shè)計(jì)是針對傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)而言的。正向設(shè)計(jì)是課程知識為導(dǎo)向的，教學(xué)設(shè)計(jì)從構(gòu)建課程體系入手，以達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)。它的教學(xué)模式以教師為中心，知識結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識體系的系統(tǒng)性和完備性，在一定程度上弱化了行業(yè)對專業(yè)的需求。反向設(shè)計(jì)是從需求開始，以需求決定培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，進(jìn)而確定課程體系和每門課程對畢業(yè)要求的支撐度。因此，我們需要對《計(jì)算機(jī)組成原理》課程做重新梳理，研究適應(yīng)工程認(rèn)證要求的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、考核要求、持續(xù)改進(jìn)等，進(jìn)而形成合理的教學(xué)大綱及可執(zhí)行的教學(xué)方案。于是，計(jì)算機(jī)組成原理課程重構(gòu)時(shí)將突出以下兩點(diǎn)內(nèi)容，進(jìn)而完成課程改革。

（一）課程教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求支撐

高新技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)需求驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)迅猛發(fā)展，也對行業(yè)從業(yè)者提出了更高的要求，迫切需要更多具有解決復(fù)雜工程問題的科技工作者?！豆こ探逃J(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2015年版）》提出了12條畢業(yè)要求。因此，計(jì)算組成原理或者相近課程應(yīng)以提升學(xué)生能力和支撐畢業(yè)要求為教學(xué)目標(biāo)，并將課程目標(biāo)與畢業(yè)要求一一對應(yīng)；整個(gè)教學(xué)過程及各環(huán)節(jié)應(yīng)以學(xué)生為本來體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、手段對課程目標(biāo)的支撐，讓學(xué)生能夠掌握《計(jì)算機(jī)組成原理》的基本原理和專業(yè)知識，同時(shí)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用這些知識來分析、研究和解決問題的能力，達(dá)到學(xué)以致用。

（二）課程評價(jià)和持續(xù)改進(jìn)

工程教育專業(yè)認(rèn)證中，畢業(yè)要求達(dá)成度評價(jià)是工程教育專業(yè)認(rèn)證持續(xù)改進(jìn)的重要依據(jù)，是工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的重要指標(biāo)[6]。其意義在于通過達(dá)成度評價(jià)，既可以明確教師的責(zé)任和掌控教學(xué)環(huán)節(jié)，又對學(xué)生提出了學(xué)習(xí)要求，為持續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)?！豆こ探逃J(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2015年版）》提出專業(yè)必需具有持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，確保不斷提升教學(xué)質(zhì)量。圍繞專業(yè)工程認(rèn)證的要求，以畢業(yè)成果為導(dǎo)向和評價(jià)，不斷完善課程，進(jìn)而持續(xù)改進(jìn)教學(xué)效果，為學(xué)生達(dá)到畢業(yè)要求奠定良好的基礎(chǔ)。

二、《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)大綱的改進(jìn)

專業(yè)認(rèn)證突出工程能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，這些需要落實(shí)在課程建設(shè)上，特別是專業(yè)核心課程的改革對人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。課程教學(xué)大綱是課程建設(shè)的源頭，也是教學(xué)安排、教學(xué)過程、教學(xué)評價(jià)的依據(jù)。對于計(jì)算組成原理課程而言，應(yīng)該對課程教學(xué)大綱進(jìn)行重構(gòu)。作為教學(xué)指導(dǎo)性文件，課程教學(xué)大綱主要包括課程信息、課程目的及其對畢業(yè)要求的支持、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容（含課外教學(xué)）、考核方式說明、課程教學(xué)評價(jià)、課程持續(xù)改進(jìn)、教學(xué)參考書及學(xué)業(yè)誠信要求等。就《計(jì)算機(jī)組成原理》課程而言，不僅要把對畢業(yè)要求的支撐體現(xiàn)在教學(xué)大綱中，而且要考慮到《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門系統(tǒng)類核心課程，對培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維起重要作用。培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維能力，使其可以從系統(tǒng)角度綜合地考慮和解決工程問題，包括對軟、硬件功能進(jìn)行合理劃分、對系統(tǒng)不同層次進(jìn)行抽象和封裝、對系統(tǒng)整體性能進(jìn)行分析和調(diào)優(yōu)、對系統(tǒng)各層面維護(hù)和改進(jìn)、對用戶程序進(jìn)行準(zhǔn)確的性能評估和優(yōu)化以及根據(jù)不同的應(yīng)用要求合理構(gòu)建系統(tǒng)框架等能力。ACM/IEEE CS2013（Computer Science Curricula 2013）中提出了體系結(jié)構(gòu)組成域分為數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的機(jī)器級表示、匯編級機(jī)器組成、存儲(chǔ)系統(tǒng)組織和體系結(jié)構(gòu)、接口和通信、功能性組織、多道處理及可選架構(gòu)、性能提升等8個(gè)知識單元[4]。根據(jù)專業(yè)認(rèn)證的需要，合理地設(shè)計(jì)本課程的教學(xué)內(nèi)容、分配學(xué)時(shí)、提煉教學(xué)難點(diǎn)、教學(xué)重點(diǎn)及確定教學(xué)深度。

（一）教學(xué)大綱設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

按照教學(xué)大綱要反映畢業(yè)要求所具備的能力的原則，本課程的教學(xué)大綱需要從形式到內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。根據(jù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[1]，計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)要求12條（每項(xiàng)畢業(yè)要求記為GAi，i=1，2...12）；我們將課程目標(biāo)分解為5個(gè)子目標(biāo)（課程子目標(biāo)記為OBi，i=1，2…5），課程教學(xué)大綱需明確課程目標(biāo)所支撐的畢業(yè)要求及其支撐程度，也就是要指明本課程培養(yǎng)的能力目標(biāo)。課程目標(biāo)和畢業(yè)要求關(guān)系如表1所示，且在表中也給出了課程分解目標(biāo)對于畢業(yè)要求的達(dá)成目標(biāo)值（目標(biāo)權(quán)重值）設(shè)置。在教學(xué)內(nèi)容上，根據(jù)需求確定指標(biāo)點(diǎn)的能力要求，針對課程目標(biāo)達(dá)成，教學(xué)大綱的各內(nèi)容對應(yīng)該支撐課程子目標(biāo)及其采用的方法、產(chǎn)出成果，如表1所示。

（二）考核設(shè)計(jì)

為了對學(xué)生的知識掌握情況、能力培養(yǎng)作出全面的綜合評價(jià)，需要采用多樣化的考核方式。在教學(xué)過程中進(jìn)行全程化考核，體現(xiàn)在多形式、分階段的考核，注重于對學(xué)生認(rèn)知過程和實(shí)際能力形成進(jìn)行評價(jià)。課程的教學(xué)大綱體現(xiàn)畢業(yè)要求撐，應(yīng)明確考核和評價(jià)方式，且給出其與課程分解目標(biāo)的對應(yīng)分值（達(dá)成目標(biāo)值）。考核方式設(shè)計(jì)中，將課程總成績100分值分解為對應(yīng)于課程目標(biāo)（OBi，i=1，2...5）的支撐分?jǐn)?shù)。采用了成績分析法，考核形式、分值、評分依據(jù)及對應(yīng)課程目標(biāo)如下：平時(shí)作業(yè)10分，評分標(biāo)準(zhǔn)為作業(yè)完成進(jìn)度、基本概念掌握，OB1；程序5分，程序是否體現(xiàn)對概念和原理的理解及運(yùn)行正確性，OB1、OB3；課程project15分，模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案正確性、及實(shí)現(xiàn)的進(jìn)度、項(xiàng)目報(bào)告，OB1—OB5；階段測驗(yàn)15分，課堂（階段）測驗(yàn)，OB1；課程論文5分，資料查閱情況、團(tuán)隊(duì)討論，分析解決問題情況、表達(dá)能力結(jié)課考試，OB4—0B5；45分，綜合測試的參考答案和評分標(biāo)準(zhǔn)OB1；平時(shí)表現(xiàn)5分，出勤、參與度、團(tuán)隊(duì)，OB5。實(shí)際上，學(xué)生的系統(tǒng)分析能力不僅可以通過量化評分的方式進(jìn)行考核，而且在課程討論、演講交流、課程小論文等具有一定主觀性的考核方式中也能夠較好展示。課程總成績應(yīng)以考核知識結(jié)構(gòu)和能力要求為重點(diǎn)，注重考核學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決問題的能力、實(shí)踐能力等。

（三）指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度評價(jià)

在教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和考核方式均根據(jù)對畢業(yè)要求支撐的基礎(chǔ)上重構(gòu)之后，還需要確定課程目標(biāo)達(dá)成的定量評價(jià)依據(jù)。本課程的效果評價(jià)采用達(dá)成度，達(dá)成度=相關(guān)內(nèi)容學(xué)生平均分/某相關(guān)內(nèi)容達(dá)成目標(biāo)值，若達(dá)成度大于等于0.6，則認(rèn)為學(xué)生達(dá)到了課程的基本要求。進(jìn)一步，還可以統(tǒng)計(jì)所有參與該課程的學(xué)生的平均成績及各指標(biāo)點(diǎn)的平均支撐分?jǐn)?shù)。

（四）持續(xù)改進(jìn)

在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，強(qiáng)調(diào)課程的持續(xù)改進(jìn)。課程持續(xù)改進(jìn)也是標(biāo)準(zhǔn)化課程教學(xué)大綱的重要組成部分。為了不斷提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)符合社會(huì)需要的合格工程技術(shù)人才，充分了解畢業(yè)要求，考察課程目標(biāo)定位是否準(zhǔn)確，課程大綱與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)團(tuán)隊(duì)與支撐條件等能否滿足培養(yǎng)目標(biāo)的需要，借助反饋和評價(jià)機(jī)制，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)課程教學(xué)中的各類問題，盡快整改，持續(xù)改進(jìn)。

教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)成果作為反饋依據(jù)，對教學(xué)過程質(zhì)量的監(jiān)控與評價(jià)。一方面，教師通過課堂提問、課后習(xí)題、課程階段測試、課程project進(jìn)展及達(dá)成度，可據(jù)此評價(jià)課程教學(xué)效果及課程目標(biāo)達(dá)成狀況；另一方面，可以利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺來跟蹤學(xué)生課程學(xué)習(xí)和參與情況。課程結(jié)束后，由教師或者研究生助教向?qū)W生發(fā)放調(diào)查問卷，學(xué)生以匿名的形式提交問卷也可作為反饋依據(jù)。

三、結(jié)語

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)施工程教育認(rèn)證有助提升教學(xué)質(zhì)量，完善教學(xué)過程，也是促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。在這一背景下，以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向，進(jìn)行課程的反向設(shè)計(jì)。本文根據(jù)專業(yè)工程教育認(rèn)證的需要，提出了面向工程認(rèn)證計(jì)算機(jī)組成課程建設(shè)思路。我們需要認(rèn)真梳理課程，修訂教學(xué)大綱，明確課程目標(biāo)，確定教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、完善教學(xué)效果（學(xué)習(xí)達(dá)成度）評價(jià)，以符合面向工程教育認(rèn)證和培養(yǎng)優(yōu)秀工程師的要求。

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A Engineering Education Accreditation-oriented Study of Teaching Reform on Computer Organization Course

HUANG Lan，LV Chun-li，SHI Yin-xue，SUN Rui-zhi，YUAN Gang，CHENG Xin-rong，LIU Yun-ling

（College of Information and Electrical Engineering，China Agriculture University，Beijing 100083，China）

Abstract：To meet the engineering education accreditation requirement，we proposed teaching reform on computer organization course in our university. According to the engineering education accreditation standard and idea，especially an outcomes-based specification，we had to redesign the course using a reverse design method. In this paper，we focused on several issues in our course，e.g.，correlation between course objectives and graduation requirement，methods of assessment and continuous improvement of the course. We believe that the engineering education accreditation-oriented teaching reform on the course can provide continuing high-quality teaching.

Key words：engineering education accreditation；graduation requirements；course syllabus；achievement；computer organization