基于OBE的計算機硬件人才遞進式培養模式研究

沈澍 呂彩霞 徐欣迪

摘 ?要： 教學改革是促使教學質量不斷優化的主要動力。文章主要針對計算機硬件人才的培養進行探究，提出一套基于OBE的計算機硬件人才遞進式培養模式。以期改進教學方式，加強實踐教學，培養學生的實際動手能力和操作能力，從而培養出高質量的計算機硬件人才。

關鍵詞： OBE; 計算機硬件; 教學改革; 遞進式培養

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2019）10-70-04

Abstract： Teaching reform is the main driving force for the continuous optimization of teaching quality. This paper mainly explores the training of computer hardware talents， and puts forward a progressive training model of computer hardware talents based on OBE （Outcomes-based Education）. In order to improve teaching methods， strengthen practical teaching， train students' practical ability and operational ability， so as to cultivate the high-quality computer hardware talents.

Key words： OBE; ?computer hardware; ?teaching reform; ?progressive training

0 引言

OBE（Outcomes-based Education）稱之為“成果導向教育”或者“面向產出的教育”，由Spady于1981年率先提出，其強調“以學生為中心”的教育理念，打破了“以教師為中心”的傳統的教學授課模式。近年來，OBE作為工程教育專業認證的核心目標，正受到國內各高校的廣泛關注，并且掀起了一場教育模式的革新。作為“雙一流”建設的重點高校，南京郵電大學為了加快實施“一流大學”和“一流學科”建設，立足于自身的特點，對信息類工程技術人才的培養提出了更高的要求，同時也面臨著更大的調整，迫切需要加速工程教育的革新。

計算機硬件人才是非常重要的信息類工程技術人才，要求熟悉計算機組成原理、微型計算機原理和計算機系統結構等，可以獨立承擔計算機硬件的設計和應用。當前我國高校在計算機硬件人才培養上存在諸多問題，例如目標制定時，人才定位模糊，專業特色不明顯，在實際的培養過程中“廣而不精”，缺少針對性的知識培養，或者理論課程安排不恰當，以至于學生硬件專業知識不足，尤其在動手實踐方面較差，不能很好地勝任計算機硬件方面的專業工作。

筆者所在的南京郵電大學計算機學院于2018年下半年進行了工程教育專業認證，筆者根據多年計算機專業教學和科研方面的嘗試和經驗[1-2]，結合在專業認證準備工作中的體會，提出了一套基于OBE的計算機硬件人才遞進式培養模式。

1 OBE的核心

OBE強調如下四個問題[3]：

⑴ 目標：想讓學生取得什么樣的學習成果？

⑵ 動機：為什么要讓學生取得這樣的學習成果？

⑶ 手段：如何有效地幫助學生取得學習成果？

⑷ 評價：如何知道學生已取得這些學習成果？

運用計算思維去思考這四個問題，我們發現，課程和教育過程由原先的目的變為了現在的手段。如果原有的手段無法為學生特定的能力培養做出貢獻，則必需面臨改革，即按照圖1所示，遵循OBE反向設計原則進行評價和持續改進。

OBE核心內容是“培養學生解決復雜工程問題的能力”。“復雜工程問題”是工程教育專業認證的一個老問題，也是一個新問題。“華盛頓協議”對其早有明確定義與界定，而在我國2015年版的《工程教育認證標準》中又做了如下的特別定義：

① 必須運用深入的工程原理，經過分析才可能得以解決;

② 涉及多方面的技術、工程和其它因素，并可能相互有一定沖突;

③ 需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現出創造性;

④ 不是僅靠常用方法就可以完全解決的;

⑤ 問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業工程實踐的標準和規范中;

⑥ 問題相關各方利益不完全一致;

⑦ 具有較高的綜合性，包含多個相互關聯的子問題。

此標準中規定，“復雜工程問題”必須具備上述特征①，同時具備上述特征②至⑦的部分或全部。這些之所以在我國工程教育認證標準中反復強調，是因為工程教育首先要建立在對這個核心概念透徹理解的基礎之上，否則培養解決“復雜工程問題”的能力就無從談起。

培養解決“復雜工程問題”的能力是一個長期的系統工程，非短時間內可以達成，要重點考察學生的綜合素質，其能力范疇包括基礎知識、綜合能力、專業技能、實踐經驗、國際視野、文化內涵等眾多非暫時性記憶。為了達成這個目標，需要學生、老師、學校、家長、用人單位等多方的共同努力。

2 總體方案

作為教師，在課題組計劃中，采用如圖2所示的遞進式的人才培養方案，層層關聯、逐步深入，目標是在培養過程中實現OBE的核心目標，即培養出滿足工程教育專業認證要求的可以解決“復雜工程問題”的計算機硬件人才。

第一個環節是“理論課程”的學習，學生通過學習該專業必要的理論知識，為后續環節奠定堅實的知識基礎。第二個環節是參與“科研項目”，對于學生來說，這不僅僅是對專業知識的鞏固和應用，同時也對學生解決問題的綜合能力和創新創造能力的提升有很大幫助，并且還能積累寶貴的經驗。第三個環節是參加“課外競賽”，合理有效地安排好學生的課外實踐活動，制定出合適的成長目標，不斷提升學生的綜合素質。第四個環節是進行“畢業設計”，作為大學期間最后一個綜合性的實踐課程，可以有效鍛煉學生解決復雜工程問題的能力。

3 理論課程

目前計算機專業的本科生學習軟件類課程較多，硬件類課程較少。以南京郵電大學計算機類相關專業的培養計劃為例，硬件相關課程如表1所示。

這些課程大體按照知識遞進的方式來安排，教學過程中一方面要注意課程之間的相互聯系，另一方面須強調實驗教學的重要性。以筆者的教學經驗而言，相較于編程能力，學生在硬件方面的實踐動手能力普遍較弱。而計算機硬件課程和其他課程有所不同，對學生的實踐能力以及創新能力的培養是比較關鍵的，需要在課程教學的設計環節加強重視[4]。因此，應該加強計算機硬件設施建設，給學生提供一個良好的硬件實操環境，從而在實踐操作中讓學生發揮自身的主觀能動性，積極探索，主動創新，激發學生的學習興趣，在教師的引導下根據課程教學內容進行實踐操作，進而全面提高高校計算機硬件教學的質量[5]。

理論課程往往是比較枯燥的，學生在學習過程中經常出現兩種情緒，一是厭學或缺少興趣，二是迷茫不知所學何用。因此，如果一味照本宣科效果不一定好。相反，授課時多介紹一些相關知識的實例，激發學生的興趣往往可以有意外的效果。這就需要老師激發學生的興趣，引導學生除了要掌握基本的計算機硬件知識外，還要系統地了解計算機硬件系統的組成以及計算機的發展過程，提高學生的計算機素養，為今后的學習打下堅實的基礎[6]。

4 科研項目

與研究生不同，本科生參與項目的機會是比較有限的。為了給本科生提供更多參與項目的機會，各大學紛紛推廣大學生創新創業訓練計劃項目（STITP），并將其作為培養學生創新能力的重要措施。筆者認為，STITP項目在開展實施期間需遵循以下原則。

⑴ 注重興趣驅動：參加項目的學生需對科學研究或創造發明有濃厚興趣，發揮主動學習、主動探索、主動實踐的積極性，在自身興趣的驅動和導師的全面指導下完成創新訓練項目。

⑵ 注重自主實踐：參加項目的學生需在導師的指導下，自主選題、自主設計實驗項目、研制實驗實訓設備、實施實驗實訓、進行數據分析處理和撰寫總結報告等工作，不斷提高學生的自我學習能力、團結協作能力和組織實施能力。

⑶ 注重過程參與：參加項目的學生需注重項目的實施過程，著重強調學生在項目實施過程中在創新思維、創新實踐、創新方法等方面的收獲，逐漸掌握發現問題、思考問題和解決問題的方法，提高創新實踐能力。

⑷ 注重切實可行：計劃訓練項目應當是思路新穎、目標明確、研究方案及技術路線可行、實施條件可靠的項目。

⑸ 注重與教師科研項目結合：為了提高大學生科技創新的總體質量，提升創新訓練計劃項目的水平，應使學生有機會較早地參與導師的科研項目。

⑹ 注重與學科競賽和畢業設計相結合：鼓勵學生和教師結合學科競賽的內容和畢業設計的要求，有針對性地設立課題進行專題學習和研究，對學生進行系統性的訓練、學習和逐步深入研究。

這種結合科研項目的方式也是有利有弊的。上文提及的有利之處有很多，然而弊端在于，這些課題對于本科生來說有一定的難度，并且學生的課余時間有限，要兼顧課程學習和科研項目有難度。這便對學生學習的自覺性和主動性提出了高要求。從筆者目前進行的實踐情況來看，雖然項目實施過程中有一些曲折，但筆者指導的絕大部分STITP項目均順利結題。總體而言，利遠大于弊。

5 課外競賽

在本科階段的高年級，課程相對較少，在不影響正常課程學習的前提下，學生可以根據自身的興趣和特長有針對性地選擇參加一些課外競賽，如ACM-ICPC，可以極大地提升學生的技術能力。

通常來說，硬件類的比賽是以“全國大學生電子設計競賽”為代表的全國性大賽。此外，以“挑戰杯”為代表，近年來出現了一批強調大學生創新和創造能力的比賽，且受到越來越多的關注，這些比賽也非常適合硬件類作品參賽。以筆者曾指導的一個團隊參加“第五屆中國大學生服務外包創新創業大賽”為例，當時參賽的項目是“樂愈康復——基于Kinect的醫療康復訓練系統”。當時為了準備這個比賽，團隊里的同學不僅進行硬件和軟件開發、系統調試等常規的研發，還涉及到市場情況的調研、參賽視頻和海報的制作、答辯時的演講等營銷推廣環節，可以說是做了一個面向實際需求的復雜系統工程。在學校的學習中，我們更多注重研發能力的培養，而在實際工作中情況則會復雜得多，于是對學生綜合能力的培養提出了更高的要求。通過近三個月的努力，我們最終獲得了全國團體一等獎的好成績，這也是對同學們付出努力的褒獎。

參與競賽不僅是對學生自身能力的一種鍛煉，也是對新知識的一種拓展。在競賽過程中，學生將學到的知識運用于實際，可以認識到自身的不足。在團隊合作中，增強了同學的合作能力，讓他們學會如何在團隊中發揮自己的長處。這對專業能力和人際交往都是一種鍛煉。關于參加課外競賽，老師一定要起好引導作用，給予學生一定的梳理和指導，引導學生學會自我思考，自我鉆研。

6 畢業設計

畢業設計是學生在大學階段最后一項重要的實踐環節，也是對學生在學校所學知識及綜合能力的檢驗和展現。無論是從教師出題的角度，還是從學生選題的角度，相對于硬件類的題目，教師或學生都更傾向于選擇軟件類的題目。如此便不利于硬件類人才的培養，這需要學校或學院的有效調控與激勵。以筆者所在學院為例，在畢業設計出題申報時明確規定，硬件類題目的比例不能低于30%。

對于畢業生來說，畢業設計從前期整理資料開始，到后期完成作品，撰寫畢業設計說明書，需花費差不多一個學期的時間。由于學生在學習過程中對知識的滲透程度有所不同，且畢業設計的選題有一定深度和綜合性，指導教師有必要因人選題、分層教學、重視過程，在兼顧多數學生課題難度的同時，鼓勵一部分學生深入探索。例如，對于沒有項目競賽經驗的學生，盡量選擇一些難度適中的題目，而對于有項目競賽經驗的學生，則可以選擇延續他們之前的研究方向，甚至可以組成小組對畢業設計問題進行深入研究。教師指導學生畢業設計時應鼓勵學生與自己進行交流，從而了解學生的問題所在，關注學生研究進展，使自己的學生有一個完美的畢業設計。

7 結束語

教學改革是一個漫長的過程，需要在實際教學中不斷創新，循序漸進。特別是在實際的教學過程中，要不斷調整，找到適合學生學習的方法。教學改革不是僅僅需要老師做的事情，它也需要學校在設備上的支持，從而提高教學的質量。基于OBE的計算機硬件人才遞進式培養模式的提出，是具有針對性的，是切實可行的。它讓學生在學習的過程中提高認識、改變觀念、強化動手能力，基于此，計算機硬件的教學改革才能走得更遠更穩。隨著計算機技術的不斷發展，高質量的計算機硬件人才是被需要的，因此采用這種培養模式是值得探索的。

參考文獻（References）：

[1] 沈澍，韋偉，鄒志強.“學研賽”并重的計算機類雙創型人才培養模式探索[J]. 計算機教育， 2016.7：9-11

[2] 沈澍，李鵬，劉大勇.計算機硬件課程教學方法改革的思考[J].黑龍江教育（高教研究與評估）， 2017.7：45-46

[3] 郝兵，曹海英.基于學習產出教育（OBE）的計算機基礎課程教學改革研究[J]. 通訊世界， 2017.23：340-341

[4] 張奕.計算機硬件教學創新探析[J].電腦迷，2018.12：43

[5] 高曉佳.計算機硬件教學改革的探索與實踐[J].學園，2016. 6：65，70

[6] 劉忠仁，李艷.淺談如何提高計算機硬件教學的有效性[J].中小企業管理與科技，2015.33：205