雷艷靜，錢麗萍，秦 娥，陳 琦（浙江工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，浙江 杭州 310023）

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OBE理念下計(jì)算機(jī)硬件課程群建設(shè)研究與實(shí)踐

雷艷靜，錢麗萍，秦 娥，陳 琦
（浙江工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，浙江 杭州 310023）

摘 要：針對(duì)計(jì)算機(jī)硬件課程群存在的師資匱乏、課程體系缺乏科學(xué)規(guī)劃、教學(xué)方法落后、實(shí)踐水平低、缺乏師生互動(dòng)平臺(tái)等問(wèn)題，提出從組建優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)、用OBE理念優(yōu)化設(shè)計(jì)課程體系、實(shí)施趣味性項(xiàng)目式教學(xué)、實(shí)施分層分類實(shí)現(xiàn)和構(gòu)建優(yōu)質(zhì)教學(xué)交流平臺(tái)5方面進(jìn)行硬件課程群建設(shè)。

關(guān)鍵詞：OBE理念；硬件課程群建設(shè)；課程體系優(yōu)化；項(xiàng)目式教學(xué)；教學(xué)交流平臺(tái)

0　引　言

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展與深入，各種智能控制、嵌入式系統(tǒng)和軟硬件集成應(yīng)用層出不窮，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)的需求也隨之加大。硬件能力已經(jīng)成為衡量畢業(yè)生知識(shí)結(jié)構(gòu)是否全面、是否具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要因素。然而，目前很多高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)模式仍是以軟件理論及應(yīng)用為主，相比之下，硬件能力的培養(yǎng)比較薄弱[1]，硬件類課程的建設(shè)還很不完善，使得所培養(yǎng)的學(xué)生不能“軟、硬件兩條腿走路”，其能力與社會(huì)實(shí)際需求嚴(yán)重脫節(jié)，也無(wú)法滿足國(guó)際工程教育認(rèn)證和《華盛頓協(xié)議》的要求。因此，對(duì)硬件類課程進(jìn)行改革，完善其課程群建設(shè)，加強(qiáng)硬件能力的培養(yǎng)，已成為高校迫切需要關(guān)注和解決的問(wèn)題。

1　教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

（1）硬件師資匱乏，缺乏學(xué)科帶頭人。由于硬件投入大而見(jiàn)效慢，需要長(zhǎng)期積累，并且相對(duì)于軟件理論研究而言，不易出成果，因此許多教師不愿從事硬件研究[2]。從我院歷年的人才引進(jìn)數(shù)據(jù)來(lái)看，算法及理論研究的教師占絕大多數(shù)，硬件方向的教師寥寥無(wú)幾。另外，學(xué)院也缺乏硬件方向的學(xué)科帶頭人和骨干力量。

（2）課程體系缺乏科學(xué)性、系統(tǒng)性的規(guī)劃[3]。硬件類課程之間有明顯的先修后修關(guān)系，且多門課程的內(nèi)容有交叉重疊和相互滲透的現(xiàn)象；而目前硬件類課程缺乏全局統(tǒng)籌和科學(xué)規(guī)劃，各門課程各自為政，造成課程之間知識(shí)點(diǎn)重復(fù)或遺漏等銜接不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。

（3） 教學(xué)方法與手段不能很好地契合課程特征，教學(xué)效果不理想。硬件類課程本身抽象復(fù)雜，感性認(rèn)識(shí)差。若仍使用傳統(tǒng)教法一味地闡述理論知識(shí)，而不充分利用課程特征與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，則課堂索然無(wú)味，學(xué)生興趣和積極性驟降，教學(xué)效果大打折扣。

（4） 實(shí)踐環(huán)節(jié)層次較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和應(yīng)用創(chuàng)新。目前學(xué)院硬件類課程的實(shí)驗(yàn)僅停留在基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)階段，而缺少實(shí)用性和工程性強(qiáng)的綜合性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)只能加深對(duì)硬件基本原理的理解，而無(wú)法靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，更不用提創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（5）缺乏教學(xué)資料共享、師生互動(dòng)和即時(shí)交流平臺(tái)。硬件類課程應(yīng)用性和工程性都很強(qiáng)，單純依靠課堂教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要學(xué)生在課外投入大量時(shí)間查閱資料和自主學(xué)習(xí)，遇到問(wèn)題及時(shí)與教師和同學(xué)討論，但現(xiàn)有的教學(xué)模式——教師授課完畢隨即離開(kāi)，鮮有充足的時(shí)間與學(xué)生互動(dòng)交流，一些學(xué)習(xí)資料也難以共享。

2　OBE理念下課程群建設(shè)的舉措

根據(jù)全國(guó)工程教育認(rèn)證的要求和OBE理念（out-come based education，產(chǎn)出導(dǎo)向），可以從師資隊(duì)伍建設(shè)、課程體系優(yōu)化、教學(xué)方法革新、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)強(qiáng)化以及教學(xué)平臺(tái)搭建5個(gè)方面進(jìn)行硬件課程群建設(shè)。

2.1組建優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)

（1）大力引進(jìn)高層次硬件人才，為硬件課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)注入新鮮血液，緩解硬件師資匱乏問(wèn)題。

（2）建立合理的教學(xué)團(tuán)隊(duì)梯隊(duì)并進(jìn)行明確分工。選派具有影響力的領(lǐng)軍人物作為團(tuán)隊(duì)建設(shè)的責(zé)任教師，對(duì)團(tuán)隊(duì)的發(fā)展進(jìn)行戰(zhàn)略性謀劃；吸納科研方向與教

學(xué)內(nèi)容匹配度較高的實(shí)力派教師作為團(tuán)隊(duì)骨干和中堅(jiān)力量；配備一定比例的實(shí)驗(yàn)教師輔助硬件教學(xué)，使得整個(gè)團(tuán)隊(duì)在職稱結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)緣結(jié)構(gòu)、人員類型等方面形成合理梯隊(duì)[4]。

（3）注重青年教師的培養(yǎng)。嚴(yán)格執(zhí)行青年教師助教制和導(dǎo)師責(zé)任制，鼓勵(lì)青年教師參加培訓(xùn)和進(jìn)修，以老帶青，提高青年教師的教學(xué)水平。

2.2優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)，整合教學(xué)內(nèi)容

教師在優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)和整合教學(xué)內(nèi)容時(shí)，要遵循OBE理念，進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤?。具體步驟包括以下幾方面。

（1）從總體畢業(yè)要求中分離出與硬件相關(guān)的畢業(yè)要求，以此作為產(chǎn)出制訂硬件課程群的總體目標(biāo)。

（2）根據(jù)課程群的總體目標(biāo)，確定開(kāi)設(shè)的具體課程，厘清各門課程的作用、地位和先后銜接關(guān)系，形成課程體系層次樹(shù)，使課程之間能夠無(wú)縫銜接，平穩(wěn)過(guò)渡。

（3）將課程群的總體目標(biāo)自上而下分解到各門課程中，形成每門課程的教學(xué)目標(biāo)。

（4）根據(jù)每門課的教學(xué)目標(biāo)，制訂教學(xué)大綱，精選教學(xué)內(nèi)容，形成知識(shí)樹(shù)，確定教學(xué)方法，安排教學(xué)計(jì)劃；在整合每門課程的內(nèi)容時(shí)要做到統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，避免知識(shí)點(diǎn)重復(fù)或遺漏，保證知識(shí)體系的完備。

（5）按照（4）—（1）的次序正向?qū)嵤?，始終以產(chǎn)出目標(biāo)為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，從具體課程出發(fā)，直至總體目標(biāo)的達(dá)成。

OBE理念下課程體系優(yōu)化與教學(xué)內(nèi)容重組的逆向設(shè)計(jì)與正向?qū)嵤┝鞒倘鐖D1所示。

圖1　OBE理念下課程體系逆向設(shè)計(jì)與正向?qū)嵤┝鞒?/p>

根據(jù)圖1中OBE理念的流程，我院本科生硬件方向的產(chǎn)出要求為“培養(yǎng)學(xué)生的硬件理論水平與實(shí)踐能力”，硬件課程群的總體目標(biāo)為“使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)硬件理論知識(shí)和基本工作原理，具備工程問(wèn)題需求分析能力，能夠綜合運(yùn)用相關(guān)技術(shù)完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”。根據(jù)該目標(biāo)，確定了硬件課程群主要包含電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電路與數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口技術(shù)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理及應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)8門課程，這些課程的層次關(guān)系如圖2所示。

圖2　群內(nèi)硬件課程的層次關(guān)系

在圖2中，電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電路與數(shù)字邏輯為硬件設(shè)計(jì)提供電路基礎(chǔ)知識(shí)；計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)提供系統(tǒng)架構(gòu)知識(shí)；匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)提供語(yǔ)言支撐；微機(jī)接口技術(shù)是連接計(jì)算機(jī)與實(shí)際應(yīng)用的橋梁；單片機(jī)原理及應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)提供應(yīng)用支撐。這些課程有機(jī)融合起來(lái)，可以構(gòu)筑學(xué)生的硬件思維，培養(yǎng)其硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)能力。

2.3實(shí)施趣味性項(xiàng)目式教學(xué)方法

趣味性項(xiàng)目式教學(xué)是指同一課程的相關(guān)教師群策群力，精心設(shè)計(jì)一些貼近生活實(shí)際、趣味性強(qiáng)、有吸引力的項(xiàng)目[5]，學(xué)生以組為單位選擇自己感興趣的項(xiàng)目，進(jìn)行組內(nèi)討論和交流，給出方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最后由教師和學(xué)生代表組成的評(píng)議組對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)打分。趣味性項(xiàng)目式教學(xué)顛覆了傳統(tǒng)教師為主學(xué)生為輔的教學(xué)模式，以學(xué)生為中心和主體，不僅能夠有效地激發(fā)學(xué)生的探究欲望，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、資料查閱能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。以微機(jī)接口技術(shù)課程為例，該課程所設(shè)計(jì)的趣味性項(xiàng)目見(jiàn)表1。

表1　微機(jī)接口技術(shù)課程開(kāi)設(shè)的部分趣味性項(xiàng)目

2.4進(jìn)行分層分類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)

實(shí)踐能力培養(yǎng)方面，硬件課程群可通過(guò)分層次、分階段的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)模式拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)水平。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可分為以下3個(gè)層次。

（1）基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。對(duì)于某個(gè)知識(shí)單元首次實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用教師演示和學(xué)生模仿驗(yàn)證的方式，旨在使學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，了解基本實(shí)驗(yàn)流程和方法。

（2）普通設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。由教師結(jié)合生活實(shí)例提煉或自擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，難度中等，可操作性強(qiáng)，旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與動(dòng)手能力。

（3）綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)[6]。教師結(jié)合自己的工程實(shí)踐經(jīng)歷或主持的科研項(xiàng)目，設(shè)置具有一定難度和創(chuàng)新性的題目，要求學(xué)生分組分工，查閱資料，給出方案設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)。這類實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)精神和創(chuàng)新精神。

2.5建設(shè)優(yōu)質(zhì)教學(xué)交流平臺(tái)

在師生互動(dòng)及資源共享方面，硬件課程群可以構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的優(yōu)質(zhì)教學(xué)交流平臺(tái)。教師利用該平臺(tái)可以上傳教學(xué)資料、發(fā)布通知與公告、在線答疑和課外指導(dǎo)；而學(xué)生可以利用該平臺(tái)下載教學(xué)資料、與教師互動(dòng)、與同學(xué)討論交流等。

整個(gè)課程群構(gòu)建統(tǒng)一的教學(xué)交流平臺(tái)，而該平臺(tái)以8門課程為單位分為8個(gè)版塊，每個(gè)版塊都具有課程簡(jiǎn)介、新聞與公告、師資隊(duì)伍、資料上傳與下載、在線提問(wèn)與答疑、在線討論等功能。這種模式不僅有利于學(xué)生一站式獲得硬件幫助，還便于其利用該平臺(tái)梳理自己硬件知識(shí)模塊的掌握情況，查漏補(bǔ)缺，從而形成一個(gè)完整的硬件知識(shí)體系。

3　結(jié)　語(yǔ)

計(jì)算機(jī)硬件課程群的建設(shè)關(guān)乎學(xué)院全體學(xué)生硬件能力的培養(yǎng)和畢業(yè)生的質(zhì)量，是一項(xiàng)重要而艱巨的工作，需要學(xué)院高度關(guān)注并從政策、師資配備、實(shí)驗(yàn)投入等方面給予幫助。計(jì)算機(jī)硬件課程群的建設(shè)不僅是學(xué)院正常教學(xué)工作的需要，還是我院計(jì)算機(jī)專業(yè)全國(guó)工程教育認(rèn)證持續(xù)改進(jìn)工作的需要，其實(shí)施將對(duì)我院硬件類課程教學(xué)效果的改善和教學(xué)質(zhì)量的提高起到實(shí)質(zhì)性的推動(dòng)作用。

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（見(jiàn)習(xí)編輯：聶琪星）

第一作者簡(jiǎn)介：雷艷靜，女，講師，研究方向?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，leiyj@zjut.edu.cn。

基金項(xiàng)目：浙江省2015年高等教育課堂教學(xué)改革項(xiàng)目（kg2015062）；浙江工業(yè)大學(xué)2014年教學(xué)方法改革專項(xiàng)項(xiàng)目（JGZ1406）；浙江工業(yè)大學(xué)2014年校級(jí)優(yōu)秀課程（群）建設(shè)項(xiàng)目（YX1414）；浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中支持多維查詢的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略”（LQ12F02015）。

中圖分類號(hào)：G642

文章編號(hào)：1672-5913(2016)04-0088-03