應用型人才培養目標下的授課模式改革與實踐

王德昌+伍祥+霍清華+吳錦華

摘 要：針對應用型人才培養目標下計算機組成原理課程“學之無用、棄之不能”的尷尬困境，分析傳統講授模式和現有多種改進型授課模式的優缺點，結合國外的應用型人才培養模式和課程體系/群建設規劃，以安徽信息工程學院計算機與軟件工程系為例，闡述以分組項目的方式將學生由“被動聽課”轉變為“主動學習”的一種行之有效的課程改革觀點。

關鍵詞：計算機組成原理；分組項目；應用型人才；課程體系；主動學習

0 引 言

計算機組成原理是高等院校計算機相關專業的核心基礎課程，也是計算機專業研究生的入學統考科目，在硬件課程與軟件課程之間起著重要的承上啟下作用[1]，其學科地位不言而喻。David A Patterons指出：“軟件系統性能取決于軟件設計者對系統硬件的理解程度。操作系統設計者、更多的軟件工程師需要有較強的計算機組織與設計的背景知識[2]。”然而，計算機組成原理涉及的內容大多處于核心層面，不僅對軟件開發人員（尤其是應用軟件開發者）來說是透明的，甚至對不少硬件開發者來講都是透明的，例如CPU（中央處理器）的設計與實現技術，導致其學習過程難以利用“邊學邊操作”的所見即所得模式。

為了提高教學效果，部分高校引入了啟發式、討論式、提問式、SPOC等教學方法，以吸引學生的注意力，培養學生主動學習的興趣。但是，這些方法更適用于名牌高校和基礎較好的學生。很多高校在理論課之外開設實驗課程，幫助學生鞏固理論知識，包括驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗等。實驗平臺主要包括專用的硬件平臺或虛擬軟件平臺。驗證性實驗要求學生按照教師設計好的實驗指導書一步一步對實驗結果進行驗證；而設計性和綜合性實驗則是開放式的，有的學校由教師指定題目，有的學校由學生自選題目再由教師把關確認。

1 課程培養目標

本科教育屬于專業通識教育，主要培養學生的專業素養，不涉及過深的專業研究。多數畢業生進入工作崗位之后，僅需在已經設計好的框架中從事簡單的工作即可，短時間內不涉及設計、架構等需要較多理論知識支撐的工作。因此教師授課過程中，在不降低對理論知識講解和考核要求的同時，要培養學生的自學能力，讓畢業生進入工作崗位后既能自如應對工作中的新問題，又能在幾年之后有足夠的發展后勁。在應用型高校中，提升理論知識應用能力是培養目標中不可或缺的一部分，考慮到課程體系/群建設，不同課程之間要盡量減少重復性；此外，大多數商業項目都需要團隊完成，因此，在授課過程中要采用適當的方式逐步培養學生的團隊協作能力，以便將來能夠迅速融入企業團隊；由于學生進入工作崗位之后，不可避免地要與他人溝通，因此，在授課過程中培養學生運用所學的理論知識進行表述的能力十分必要。

2 具體教學安排

本課程引用國外開放式項目教學方式，對項目的基本要求是圍繞特定的知識點貼近現實產品，不會為了減小難度而限制深入程度，從頭至尾全權交由學生小組完成，教師只負責驗收和方向把控，最后各小組提交結果，每組派一人演講以便驗收。考慮到中國國情和學校的生源現狀，筆者修改了部分規則：①針對學生大多不愿獨立動手實踐的情況，要求每組一題，不得重復，且原理圖紙必須手繪；②針對某些學生掛名進組，在團隊中貢獻較少的情況，要求最終每位學生均要答疑以便教師評價；③針對生源基礎薄弱的問題，在材料考核時不以完成度作為唯一考核指標，輔助以學習態度、技術調研情況、將理論知識應用到項目設計中的程度等為考核指標。

本課程共64學時，其中理論授課48學時，項目實踐16學時，實踐課時平均分布在整個學期中，理論與實踐同時推進，但互相獨立，其主要教學流程見圖1。教師在理論課上講解重難點知識，在實踐課上則由學生自行分組進行課題選擇，并將分組結果和課題匯報給教師，教師進行分組和課題登記。學生在課外進行項目實施，并在實踐課上向教師匯報，最后由教師對其進行考核和評價。

2.1 理論授課安排

教師采用傳統的講授式教學方法，結合企業工作經驗，以實際案例和產品為例，主要講解難點、重點知識，包括其源頭、歷史、現狀及未來，也包括應用場合及產品案例等。

2.2 項目實踐安排

計算機組成原理主要講解計算機的五大組成部分。考慮到課時量和學生的能力提升，應安排2次項目實踐，第1次的項目實踐圍繞存儲器和輸入輸出完成，第2次的項目實踐圍繞指令系統和控制器完成。

2.2.1 項目分組

項目實踐采用小組形式完成，每組3～7人，由學生自由組隊，教師只負責登記而不參與或指定組隊，這樣不僅能鍛煉學生的主動意識，也使之后的組內討論和任務分工更容易實施。

每個團隊的成員協作完成項目，成員之間要有所分工，最后的成績與團隊整體產出有關。

在第一次實施的過程中，同期開課386人，共組隊65組，其人員分布見表1。

2.2.2 項目課題的選擇

在國外，很多教師采用項目、報告、論文的方式進行授課，由教師擬定一個或幾個課題，發布給學生選做，允許所有小組都選做同一個課題。為了避免多個小組互相拷貝的情況，同期開課的所有小組之中不得出現相同的課題。因此，在課題登記的時候需要借助IT平臺實時更新，讓學生及時了解哪些課題已被選。項目課題由每個小組內部討論確定，指導教師確認課題是否符合課程要求，并對合格的課題予以登記。表2為計算機與軟件工程系某班所選的部分課題。

由表2可見，每組所選的課題均不一樣，杜絕了組與組之間相互抄襲的現象，使各小組能夠更加獨立地完成相應的任務。

2.2.3 項目的實施與提交

分組與課題確定之后，各個小組便開始自己的項目。由小組組長負責各組的協調和組織工作，并在指定時間之前提交成果：一份分析設計報告、一份技術報告、一份手繪圖紙。

2次項目圍繞的主題及要求教師會在第1次實踐課（第2周）上向學生說明，之后便立刻進入學生自由分組和確定課題階段。第1次項目于第3次實踐課之前提交，即第6周的實踐課之前，學生有4周時間組織實施；第2次項目于第6次實踐課之前提交，即第12周的實踐課之前，學生可以在提交第1次項目后開始第2次項目，最多可有6周時間組織實施。根據整個課程教學計劃來看，項目提交的時候，可能會出現項目所需理論知識還未進行授課的情況。此時，學生需要自學相關知識以完成作業，鍛煉了學生主動學習的能力。

在學生課題確定后，如果學生不清楚如何實施，可以在實踐課上進行“課題凝練”，即組長上講臺闡述課題選擇理由及打算做什么和初步怎么做，然后學生和教師進行頭腦風暴。

產物分為電子檔和紙質檔。電子檔（包括分析設計報告、技術報告）在上課前提交，建議采用Web平臺提交并設置截止時間，條件不足的可使用Email提交；紙質檔（包括電子檔的打印版本和手繪的圖紙）在相應的實踐課上提交。分析設計報告中包含項目相關的內容，是面向研發人員的，鍛煉學生研發過程中規范化文檔的撰寫能力；技術報告中包含功能、性能、市場分析、參數對比等內容，是面向用戶的，鍛煉學生站在用戶角度撰寫文檔和思考的能力。

2.2.4 項目考核

所有材料缺一不可，提交時間也嚴格控制，若缺少任一份材料或沒能按時提交，小組所有成員均記零分。課后由教師對每組提交的材料評判成績等級M（A～H），課上由每位學生上臺發言以供教師評判，發言內容包括：簡單介紹項目、簡單介紹自己在項目的工作、詳細介紹自己的工作內容、總結自己在項目過程中的收獲和感想。發言結束后教師選擇性提問和點評，并根據發表內容及問答情況給發表的學生核定一個偏差σ，學生的成績由小組的材料成績m和自己的發表偏差確定，如公式（1）所示。

其中g為學生的成績；m為根據成績等級M對應過來的材料成績，具體見表3；σ為大于0的一個偏差值， σ∈（0，1）表示學生的發表不佳，工作可能不深入或努力不夠，需要在材料成績上打個折扣，σ >1表示學生的工作做得比較深入，但材料成績可能受別的組員影響而不足以表現其貢獻，需要在材料成績的基礎上加分；f表示本次項目在整個考核中占的比例，第1次項目占15%，第2次項目占25%。

3 教學效果

3.1 出勤率上升

傳統的課程考核主要依賴期末的卷面考試，學生主要以個體為單位去聽課，而且教師以單方面的講授灌輸為主要授課方式。因此，在平時的課程學習中，很大一部分學生缺乏聽課的積極性，出勤率得不到有效的保障，尤其計算機組成原理這類接近純理論的學科，出勤率更低。

本文提出的分組項目與過程式考核模式可以極大地提高學生的到課率。由于對全班學生進行分組，而每一個小組成員的表現關系到整個小組成員的成績，使組內成員能夠相互監督和敦促，加之頻繁的師生互動以及項目的驗收和匯報，使出勤率得到進一步提升。表4是計算機與軟件工程系某屆8個班386名學生一個學期的到課情況，從表4中可以看出，該教學模式下的出勤率較高。

3.2 學生專業素質加強

傳統的課程授課模式（尤其是偏向理論的課程），不僅缺乏師生間的互動，而且學生不了解理論知識如何與實際工作進行聯系和對接，學生在聽課過程中，缺乏學習的主動性和積極性。以期末理論考試為唯一或主要考核模式時，學生大多以“臨時抱佛腳”的方式對待整個課程，無法深入理解每個知識點，課程的學習情況不容樂觀。

本文提出的考核模式，加強了師生互動，學習過程不再枯燥乏味。分組的方式使組內成員互相學習、互相幫助，組內成員的集思廣益使學生全方位無死角地理解和掌握絕大多數知識點。考核的內容主要是項目的實施和提交狀況，學生需要在截止日期前提交一份分析設計報告、一份技術報告、一份手繪圖紙。這樣，學生能夠更加清晰該理論知識在具體項目中的應用，分組項目方式的考核模式使學生的專業素質得到了顯著增強。

3.3 學生表達能力和團隊合作能力加強

在高等教育中，課本知識已經不是學生唯一的學習目標，學生能力的培養和綜合素質的加強也是高等教育中不可或缺的一部分。其中，表達能力和團隊合作能力是綜合素質重要的組成部分。

傳統的課程考核模式下，學生主要以個體為單位，通過在紙質試卷上答題的方式進行理論考試，其綜合素質能力得不到鍛煉和提高。本文所述考核模式下，由于學生在完成一個項目后，要進行項目匯報，在匯報的過程中不僅能夠及時發現項目實施中出現的問題，更鍛煉了學生的口語表達能力，為學生走向社會打下堅實的語言表達基礎；同時，組內成員共同完成項目，也使組員間進行協調和溝通，潛移默化地培養了學生的團隊合作意識和能力。

4 結 語

計算機組成原理是一門專業基礎理論課，偏向于硬件，在當今“重軟件、輕硬件，重應用、輕理論”的風氣下，其“學之無用、棄之不能”的地位尤其尷尬。本文所述改革模式通過貼合實際產品的項目設計方式，引導學生將所學理論與實際設備開發相結合，不僅能夠學習理論知識，還可以了解應用場景、技術選型以及改進方法等；同時，培養了學生的自主學習能力、團隊協作能力、溝通交流能力、面對新問題的應對能力等。初次改革時，學生感覺壓力較大，經過一期授課和公平公正的考核之后，學生的顧慮逐漸打消。尤其在學生進入實訓、實習階段之后，大多數學生都能快速適應崗位要求，從容面對被安排的新任務，高效地與同事進行溝通，學生對本模式的認可得到進一步提高，該模式的成效也初步顯現。

該課程改革模式能夠為應用型高校提供一個行之有效的教學途徑，但在執行過程中也發現了如下一些議題：①如何讓學生積極主動參與項目；②由于實踐課時比較少，而每位學生都需要發言，時間上如何合理安排。這些都是授課模式改革接下來要改進的方向。

參考文獻：

[1] 陳智勇.“計算機組成原理”的教材建設[J]. 計算機教育， 2009（18）： 147-149.

[2] 蔣永國， 郭忠文， 馮源， 等.“計算機組成原理”課程的教學改革與實踐[J]. 計算機教育， 2009（13）： 35-37.

（編輯：孫怡銘）