面向工程教育認(rèn)證的計(jì)算機(jī)組成原理課程改革探索

寧菲菲?肖金峰

摘 要 按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程進(jìn)行改革。首先明確課程的教學(xué)目標(biāo)并指明課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的支撐關(guān)系;然后圍繞課程目標(biāo)安排教學(xué)內(nèi)容，將解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)貫穿課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié);最后對(duì)課程考核方式和課程目標(biāo)達(dá)成度的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了介紹。面向工程認(rèn)證的課程改革對(duì)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量將發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞 工程教育認(rèn)證;計(jì)算機(jī)組成原理;畢業(yè)要求;目標(biāo)達(dá)成度

Abstract According to the concept of engineering education accreditation， computer composition principle is reformed. Firstly， the teaching objectives of the course are defined and the supporting relationship between the course objectives and the graduation requirements is indicated. Secondly， the teaching contents are arranged around the course objectives， and the cultivation of the ability to solve complex engineering problems runs through all aspects of the course teaching. Finally， the evaluation methods of the course assessment and the course objectives achievement are introduced. The curriculum reform for engineering accreditation will play an important role in improving the personnel training quality.

Key words Engineering education accreditation; Computer composition principle; Graduation requirements; Objectives achievement

引言

2006年我國開始工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，它以工程教育國際接軌為突破口，通過強(qiáng)化內(nèi)涵發(fā)展提升質(zhì)量，在促進(jìn)更新教育觀念、建立標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)和強(qiáng)化質(zhì)量意識(shí)方面起到了重要作用[1]。2016年6月，我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》。近年來，為提升專業(yè)建設(shè)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量，平頂山學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電氣工程等工科專業(yè)也在積極探索工程教育認(rèn)證工作。

工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是國家計(jì)算機(jī)專業(yè)考研專業(yè)課的統(tǒng)考科目之一，對(duì)幫助學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件的基本組成、理解核心硬部件的工作原理及設(shè)計(jì)思想具有重要意義。工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)，《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)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[2-4]。因此，需要按照工程認(rèn)證的理念對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程進(jìn)行改革，以畢業(yè)要求為導(dǎo)向，將培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力貫穿教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。

中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)頒布的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2015版）》提出了12條畢業(yè)要求，其中有9次提到“復(fù)雜工程問題”。工程教育認(rèn)證所強(qiáng)調(diào)的解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)需要分解、落實(shí)到課程建設(shè)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等人才培養(yǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。教學(xué)大綱是課程建設(shè)的指導(dǎo)性文件，因此，圍繞工程教育認(rèn)證的理念對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)大綱進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的教學(xué)大綱主要包括課程基本信息、課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及要求、教學(xué)方法等。

1課程目標(biāo)

《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2015版）》提出了學(xué)生在畢業(yè)時(shí)需要達(dá)到的12條畢業(yè)要求。改進(jìn)后的教學(xué)大綱不僅要明確課程的教學(xué)目標(biāo)，而且需要指明課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的支撐關(guān)系。計(jì)算機(jī)組成原理課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐詳情如表1所示。

2教學(xué)內(nèi)容及基本要求

課程的教學(xué)過程通過培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)硬件組成與設(shè)計(jì)思想，引導(dǎo)學(xué)生運(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)系統(tǒng)工程問題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)、應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件基本組成等知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，從而優(yōu)化復(fù)雜工程問題的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，有針對(duì)性地培養(yǎng)和提高學(xué)生在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)踐活動(dòng)中解決復(fù)雜工程問題的能力。

計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)內(nèi)容共分為第1單元計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、第2單元計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法、第3單元系統(tǒng)總線、第4單元指令系統(tǒng)、第5單元存儲(chǔ)器、第6單元輸入輸出系統(tǒng)、第7單元CPU的結(jié)構(gòu)和功能共7個(gè)知識(shí)單元。課程教學(xué)以課堂講授為主，結(jié)合課堂講授內(nèi)容安排課內(nèi)實(shí)驗(yàn)及課后作業(yè)，加深對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)，注重將工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。課程教學(xué)安排圍繞課程目標(biāo)進(jìn)行。第2、3、4、5、7單元的教學(xué)內(nèi)容幫助實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)1。通過課堂講授，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)五大硬件的基本組成和工作原理。通過課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)能夠運(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)軟件工程解決方案進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。例如，存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案性能評(píng)價(jià)、指令格式的設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)等。通過自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)要求學(xué)生通過該課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)同步跟進(jìn)課程學(xué)習(xí)。第3、4、5、6、7單元的教學(xué)內(nèi)容幫助實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)2。通過課堂講授，讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)運(yùn)算器、內(nèi)存、控制器、輸入/輸出設(shè)備五大硬件的基本組成和工作原理。通過課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生運(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)進(jìn)行簡(jiǎn)單的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。通過自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)要求學(xué)生掌握通過百度、google等網(wǎng)絡(luò)搜索引擎和CSDN等專業(yè)知識(shí)網(wǎng)站等方式查閱相關(guān)學(xué)習(xí)資料、硬件技術(shù)發(fā)展情況。第1、4、7單元的教學(xué)內(nèi)容幫助實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)3。通過課堂講授環(huán)節(jié)使學(xué)生在理解計(jì)算機(jī)硬件工作原理。通過課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)能夠運(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)別并理解軟件工程復(fù)雜工程問題的相關(guān)特性。第3、4、5、6、7單元的教學(xué)內(nèi)容幫助實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)4。通過講授環(huán)節(jié)，讓學(xué)生掌握流水線性能分析方法、CPU性能評(píng)估方法等科學(xué)方法。通過課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)使學(xué)生針對(duì)復(fù)雜工程問題選擇合適的數(shù)學(xué)模型、總線結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，進(jìn)行可行性分析以及正確性的驗(yàn)證。例如主存擴(kuò)展環(huán)節(jié)，學(xué)生能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇適當(dāng)?shù)闹鞔鏀U(kuò)展技術(shù)。在指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，學(xué)生能夠分析影響指令系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計(jì)合適的指令格式。通過自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生靈活運(yùn)用百度、google等網(wǎng)絡(luò)搜索引擎以及CNKI中國知網(wǎng)、萬方、Elsevier、SCI、EI、Springer等國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫檢索計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)技術(shù)研究的最新動(dòng)態(tài)。

3教學(xué)方法

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)中硬件組成問題，提高學(xué)生有效實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題解決方案能力，促進(jìn)學(xué)生課程目標(biāo)的達(dá)成。

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。

4改革成效

針對(duì)2018級(jí)軟件工程專業(yè)共180余學(xué)生實(shí)施面向工程教育認(rèn)證的課程改革。根據(jù)課程考核結(jié)果，按照布魯姆目標(biāo)分類，在認(rèn)知層面，學(xué)生對(duì)基本概念和范疇的掌握達(dá)到要求;在理解層面上，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件構(gòu)成的解釋、歸類和總結(jié)的掌握基本達(dá)到要求;在分析層面，學(xué)生對(duì)存儲(chǔ)器、中央處理器等計(jì)算機(jī)核心硬件的工作原理的問題分析能力也需要繼續(xù)提升;在綜合應(yīng)用層面，學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)有很大的提升空間。

課程目標(biāo)3相對(duì)于其他課程目標(biāo)，達(dá)成情況不是很好，反映出學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件組成問題的分析和驗(yàn)證能力有待提高。少數(shù)學(xué)生的課程目標(biāo)達(dá)成情況較差，學(xué)生兩極分化趨勢(shì)明顯，在后期的學(xué)習(xí)指導(dǎo)中教師需要加強(qiáng)部分達(dá)成度偏低學(xué)生的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，對(duì)于少數(shù)學(xué)業(yè)有困難的學(xué)生，應(yīng)啟動(dòng)學(xué)業(yè)預(yù)警機(jī)制，對(duì)這些學(xué)生進(jìn)行學(xué)業(yè)幫扶，促進(jìn)畢業(yè)要求的達(dá)成。

5結(jié)束語

本文圍繞工程教育認(rèn)證的理念提出了計(jì)算機(jī)組成原理課程改革的思路。以畢業(yè)要求為導(dǎo)向明確課程教學(xué)目標(biāo)、根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定教學(xué)內(nèi)容、制定課程考核方式、進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開展工程教育認(rèn)證工作對(duì)提高專業(yè)建設(shè)水平，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介

寧菲菲（1985-），女，河南省平頂山市人;講師，現(xiàn)就職單位：平頂山學(xué)院，研究方向：深度學(xué)習(xí)，自然語言理解。

肖金峰（1999-），男，河南省平頂山市人;現(xiàn)就讀學(xué)校：平頂山學(xué)院，本科生。