OBE理念下計算機硬件課程群建設研究與實踐

雷艷靜，錢麗萍，秦 娥，陳 琦（浙江工業大學 計算機學院，浙江 杭州 310023）

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OBE理念下計算機硬件課程群建設研究與實踐

雷艷靜，錢麗萍，秦 娥，陳 琦
（浙江工業大學 計算機學院，浙江 杭州 310023）

摘 要：針對計算機硬件課程群存在的師資匱乏、課程體系缺乏科學規劃、教學方法落后、實踐水平低、缺乏師生互動平臺等問題，提出從組建優秀教學團隊、用OBE理念優化設計課程體系、實施趣味性項目式教學、實施分層分類實現和構建優質教學交流平臺5方面進行硬件課程群建設。

關鍵詞：OBE理念；硬件課程群建設；課程體系優化；項目式教學；教學交流平臺

0　引　言

隨著計算機應用領域的拓展與深入，各種智能控制、嵌入式系統和軟硬件集成應用層出不窮，對計算機硬件知識的需求也隨之加大。硬件能力已經成為衡量畢業生知識結構是否全面、是否具有競爭優勢的重要因素。然而，目前很多高校計算機專業的培養模式仍是以軟件理論及應用為主，相比之下，硬件能力的培養比較薄弱[1]，硬件類課程的建設還很不完善，使得所培養的學生不能“軟、硬件兩條腿走路”，其能力與社會實際需求嚴重脫節，也無法滿足國際工程教育認證和《華盛頓協議》的要求。因此，對硬件類課程進行改革，完善其課程群建設，加強硬件能力的培養，已成為高校迫切需要關注和解決的問題。

1　教學現狀及存在的問題

（1）硬件師資匱乏，缺乏學科帶頭人。由于硬件投入大而見效慢，需要長期積累，并且相對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數據來看，算法及理論研究的教師占絕大多數，硬件方向的教師寥寥無幾。另外，學院也缺乏硬件方向的學科帶頭人和骨干力量。

（2）課程體系缺乏科學性、系統性的規劃[3]。硬件類課程之間有明顯的先修后修關系，且多門課程的內容有交叉重疊和相互滲透的現象；而目前硬件類課程缺乏全局統籌和科學規劃，各門課程各自為政，造成課程之間知識點重復或遺漏等銜接不當的問題。

（3） 教學方法與手段不能很好地契合課程特征，教學效果不理想。硬件類課程本身抽象復雜，感性認識差。若仍使用傳統教法一味地闡述理論知識，而不充分利用課程特征與實際應用相結合，則課堂索然無味，學生興趣和積極性驟降，教學效果大打折扣。

（4） 實踐環節層次較低，無法實現知識的遷移和應用創新。目前學院硬件類課程的實驗僅停留在基礎性和驗證性實驗階段，而缺少實用性和工程性強的綜合性實訓項目。學生通過實驗只能加深對硬件基本原理的理解，而無法靈活運用知識解決實際問題，更不用提創新能力的培養。

（5）缺乏教學資料共享、師生互動和即時交流平臺。硬件類課程應用性和工程性都很強，單純依靠課堂教學遠遠不夠，還需要學生在課外投入大量時間查閱資料和自主學習，遇到問題及時與教師和同學討論，但現有的教學模式——教師授課完畢隨即離開，鮮有充足的時間與學生互動交流，一些學習資料也難以共享。

2　OBE理念下課程群建設的舉措

根據全國工程教育認證的要求和OBE理念（out-come based education，產出導向），可以從師資隊伍建設、課程體系優化、教學方法革新、實驗實訓強化以及教學平臺搭建5個方面進行硬件課程群建設。

2.1組建優秀教學團隊

（1）大力引進高層次硬件人才，為硬件課程群教學團隊注入新鮮血液，緩解硬件師資匱乏問題。

（2）建立合理的教學團隊梯隊并進行明確分工。選派具有影響力的領軍人物作為團隊建設的責任教師，對團隊的發展進行戰略性謀劃；吸納科研方向與教

學內容匹配度較高的實力派教師作為團隊骨干和中堅力量；配備一定比例的實驗教師輔助硬件教學，使得整個團隊在職稱結構、年齡結構、學緣結構、人員類型等方面形成合理梯隊[4]。

（3）注重青年教師的培養。嚴格執行青年教師助教制和導師責任制，鼓勵青年教師參加培訓和進修，以老帶青，提高青年教師的教學水平。

2.2優化課程體系結構，整合教學內容

教師在優化課程體系結構和整合教學內容時，要遵循OBE理念，進行逆向設計、正向實施。具體步驟包括以下幾方面。

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

（2）根據課程群的總體目標，確定開設的具體課程，厘清各門課程的作用、地位和先后銜接關系，形成課程體系層次樹，使課程之間能夠無縫銜接，平穩過渡。

（3）將課程群的總體目標自上而下分解到各門課程中，形成每門課程的教學目標。

（4）根據每門課的教學目標，制訂教學大綱，精選教學內容，形成知識樹，確定教學方法，安排教學計劃；在整合每門課程的內容時要做到統籌協調，避免知識點重復或遺漏，保證知識體系的完備。

（5）按照（4）—（1）的次序正向實施，始終以產出目標為導向，以學生為中心，從具體課程出發，直至總體目標的達成。

OBE理念下課程體系優化與教學內容重組的逆向設計與正向實施流程如圖1所示。

圖1　OBE理念下課程體系逆向設計與正向實施流程

根據圖1中OBE理念的流程，我院本科生硬件方向的產出要求為“培養學生的硬件理論水平與實踐能力”，硬件課程群的總體目標為“使學生掌握計算機硬件理論知識和基本工作原理，具備工程問題需求分析能力，能夠綜合運用相關技術完成硬件系統設計與開發”。根據該目標，確定了硬件課程群主要包含電路與電子技術基礎、數字電路與數字邏輯、計算機組成原理、計算機體系結構、微機接口技術、匯編語言程序設計、單片機原理及應用和嵌入式系統8門課程，這些課程的層次關系如圖2所示。

圖2　群內硬件課程的層次關系

在圖2中，電路與電子技術基礎和數字電路與數字邏輯為硬件設計提供電路基礎知識；計算機組成原理和計算機體系結構提供系統架構知識；匯編語言程序設計提供語言支撐；微機接口技術是連接計算機與實際應用的橋梁；單片機原理及應用和嵌入式系統提供應用支撐。這些課程有機融合起來，可以構筑學生的硬件思維，培養其硬件系統開發與設計能力。

2.3實施趣味性項目式教學方法

趣味性項目式教學是指同一課程的相關教師群策群力，精心設計一些貼近生活實際、趣味性強、有吸引力的項目[5]，學生以組為單位選擇自己感興趣的項目，進行組內討論和交流，給出方案設計與實現，最后由教師和學生代表組成的評議組對每個方案進行評價打分。趣味性項目式教學顛覆了傳統教師為主學生為輔的教學模式，以學生為中心和主體，不僅能夠有效地激發學生的探究欲望，而且可以培養學生的自主學習能力、資料查閱能力和團隊協作能力。以微機接口技術課程為例，該課程所設計的趣味性項目見表1。

表1　微機接口技術課程開設的部分趣味性項目

2.4進行分層分類實驗實訓

實踐能力培養方面，硬件課程群可通過分層次、分階段的實驗實訓模式拓展實驗內容，提高實驗水平。一般來說，實驗實訓可分為以下3個層次。

（1）基礎驗證性實驗。對于某個知識單元首次實驗時，采用教師演示和學生模仿驗證的方式，旨在使學生熟悉實驗平臺和實驗環境，了解基本實驗流程和方法。

（2）普通設計型實驗。由教師結合生活實例提煉或自擬實驗項目，難度中等，可操作性強，旨在培養學生獨立思考與動手能力。

（3）綜合創新性實驗[6]。教師結合自己的工程實踐經歷或主持的科研項目，設置具有一定難度和創新性的題目，要求學生分組分工，查閱資料，給出方案設計和具體實現。這類實驗旨在培養學生的自主學習能力、分析與解決實際問題的能力、團隊精神和創新精神。

2.5建設優質教學交流平臺

在師生互動及資源共享方面，硬件課程群可以構建一個統一的優質教學交流平臺。教師利用該平臺可以上傳教學資料、發布通知與公告、在線答疑和課外指導；而學生可以利用該平臺下載教學資料、與教師互動、與同學討論交流等。

整個課程群構建統一的教學交流平臺，而該平臺以8門課程為單位分為8個版塊，每個版塊都具有課程簡介、新聞與公告、師資隊伍、資料上傳與下載、在線提問與答疑、在線討論等功能。這種模式不僅有利于學生一站式獲得硬件幫助，還便于其利用該平臺梳理自己硬件知識模塊的掌握情況，查漏補缺，從而形成一個完整的硬件知識體系。

3　結　語

計算機硬件課程群的建設關乎學院全體學生硬件能力的培養和畢業生的質量，是一項重要而艱巨的工作，需要學院高度關注并從政策、師資配備、實驗投入等方面給予幫助。計算機硬件課程群的建設不僅是學院正常教學工作的需要，還是我院計算機專業全國工程教育認證持續改進工作的需要，其實施將對我院硬件類課程教學效果的改善和教學質量的提高起到實質性的推動作用。

參考文獻：

[1] 劉永志, 翟素琴, 張小奇. 基于應用型的計算機硬件課程群建設的探索[J].福建電腦, 2010(12)：186-188.

[2] 吳衛江, 趙建輝, 劉博. 也談計算機硬件課程群建設[J]. 計算機教育, 2012(1): 28-31.

[3] 朱文忠, 梁金明. 應用型本科院校計算機硬件課程群建設的探索與實踐：以四川理工學院為例[J]. 西部教育研究, 2014(4): 12-17.

[4] 陳付龍, 齊學梅, 羅永龍, 等. 創新能力驅動的層次化計算機硬件課程群構建與實施[J].大學教育, 2013(4): 40-42.

[5] 王鳳芹, 李瑛, 曲寧. 以專業應用為導向, 改革計算機硬件基礎教學[J]. 計算機工程與科學, 2014 (增刊2): 104-107.

[6] 魯榮波, 李宗壽, 賀宏遵, 等. 加快計算機硬件課程群實踐教學體系改革, 提高學生實踐和創新能力[J]. 當代教育論壇, 2011(2): 109-111.

（見習編輯：聶琪星）

第一作者簡介：雷艷靜，女，講師，研究方向為無線傳感器網絡，leiyj@zjut.edu.cn。

基金項目：浙江省2015年高等教育課堂教學改革項目（kg2015062）；浙江工業大學2014年教學方法改革專項項目（JGZ1406）；浙江工業大學2014年校級優秀課程（群）建設項目（YX1414）；浙江省自然科學基金項目“無線傳感器網絡中支持多維查詢的數據存儲策略”（LQ12F02015）。

中圖分類號：G642

文章編號：1672-5913(2016)04-0088-03