基于OBE理念的《計算機組成原理》課程改革

張海英

（廈門大學軟件學院，廈門 361005）

0 引言

廈門大學作為第一批入選“雙一流”建設的重點大學，為加快實施“一流大學”和“一流學科”建設，對于工程科技人才提出了更高的要求，迫切需要加速工程教育改革創新。工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1]。OBE（Outcomes Based Education），即“基于學習產出的教育模式”是工程國際認證的核心目標，是一種教育范式的革新[2]。在該模式中，學習產出而非教科書或教師經驗成為驅動教育系統運作的動力，同傳統上內容驅動和重視投入的教育形成了鮮明對比。目前，工程教育認證工作已經成為擁有“國際通行證”以及“國際化”的必經之路。作為衡量其專業實力的標志，國內高校掀起了工程認證的高潮。以培養目標和畢業出口要求為導向，專業認證工作是一個為期5年的系統工程。涉及到我們的師資隊伍、課程體系以及各種內外部條件。這就需要我們將傳統的以課程、教師為中心的教育模式遷移到以學生為中心，目標為導向的OBE模式下，重新考量和梳理我們的課程體系，授課模式以及產出評價標準等各個環節。《計算機組成原理》課程是計算機以及相關專業的核心基礎課程，它基于系統角度，介紹馮·諾依曼機的組成及其工作原理，并涉及模塊、系統設計開發的一些主要技術，是未來從事體系結構、芯片設計、系統開發等工作的基礎。不久前的“中興事件”使得我們清醒地認識到，芯片的自主開發已經勢在必行，而人才的培養則是首要條件，為此，盡快完成基于OBE的課程建設改革，推進工程認證的進程，產出我們自己的硬件開發人才，在新形勢下具有更為重要的研究價值和深遠意義。

1 改革思路

關于《計算機組成原理》課程的改革，多年以來，很多教學工作者從不同的角度進行了關于教學方法、教學理念以及實驗方式等內容的探討[3-5]。本文中，我們則圍繞著“以學生為中心”，“目標導向”，“持續改進”三大理念，結合《計算機組成原理》課程的特點，以軟件工程專業的培養目標以及畢業要求指標點為指導，提出一種新的改革思路，如圖1所示：

●自頂向下進行的逐層改革：按照課前-課上-課后的順序，將OBE教育理念分解到該門課程的所有環節中。具體包括課程大綱的修訂、授課內容與指標點的支撐關系、課堂授課新模式的探討、實驗工程項目的調整與補充、課程網絡資源整改以及產出評價體系的設計。

●自底向上的持續改進：通過課上提問、小測、實驗、課后作業、考試環節等學習產出形式，并結合學院、學校各級督導部門等外部反饋，作為持續改進的驅動力，再分解到各個環節提高、改進。

圖1 課程改革整體思路

以培養目標和畢業要求指標點作為主要綱領，逐層分階段地完成各個環節的改革和梳理，將這一輪次的產出評價再自底向上，逐層反饋，形成持續改進的目標，如此反復，最終實現“以學生為中心”的教育模式的較好體現和實施。

2 主要改革舉措

根據《廈門大學軟件學院軟件工程專業工程教育認證自評報告》中給出的畢業要求指標點分解，本門課程分別支撐指標點1-3、3-2以及4-1，具體如下：

●指標點1-3：面向解決復雜工程問題，掌握軟件工程專業知識的能力，熟悉和掌握軟件生命周期開發和維護等能力，并具有運用這些知識和技能解決復雜工程問題的能力。

●指標點3-2：針對軟件工程及相關領域的復雜工程問題，設計滿足特定需求的軟件系統和軟件模塊的能力，能夠選擇和利用合適的平臺、開發工具和程序設計語言，實現滿足設計要求的軟件系統，并能夠分析系統的主要性能、存在問題以及進行進一步優化的方案。

●指標點4-1：基于軟件工程等科學原理和科學方法，針對復雜工程問題的功能、性能、穩定性、安全性、可操作性、可擴展性等因素，能夠運用專業理論、方法和工具，設計可行的實驗方案，包括如何確定、提取和組織實驗數據。

根據這三個指標點，我們采取如下的改革舉措：

（1）課程大綱的修訂：結合三個指標點，修訂大綱，重新定義我們的課程目標、教學內容以及考核標準等，使其體現對于畢業指標點的支撐作用。

（2）課程內容的重新組織：打破傳統依據教材章節進行的課程內容組織形式，按照指標點為課程內容打上標簽，明確知識點與各個指標點的對應關系，從而將授課內容改進為逐層次遞進的組織形式，更適合“目標為導向”的認證理念（具體參表1）。

表1 對應指標點的授課內容分解

（3）實驗環節的擴充完善：實驗部分是體現學生動手能力以及產出的有效途徑。針對目前的硬件實驗平臺，我們擬基于Multisim[6]以及Proteus[7]等仿真軟件開發完成一個實驗仿真虛擬系統，讓學生通過該仿真平臺進行虛擬實驗，這種改革更有利于學生操作的自由度以及實驗的擴展，從而更好地支持指標3-2和4-1。

（4）考核方式的重新制定：原有的考核由平時成績、實驗成績以及期末筆試三部分組成，是以課程為中心的模式。現將課堂提問、討論、章節小測、實驗筆試等補充進去，從而更加突出“學生學習效果”這一產出的反饋作用。

（5）試卷題型結構調整：期末筆試試卷不再依據基礎知識+分析簡答+設計題型結構設計，而是按照指標點1-3，3-2，4-1分別對應的產出要求，設計更為豐富的題型結構，內容涉及到理論和實驗部分。單純的記憶性題目壓縮，擴展包括實驗環節的設計類題目，更體現學生在“設計理念”方面的能力。

（4）和（5）具體整改參看表 2。

表2 考核方式以及試卷題型的整改

（6）課程資源的整改：在前面工作基礎之上，整改已有的網絡資源和平臺資源，包括課程PPT、課后習題庫、試題庫等。線上線下互為補充。

3 結語

工程認證工作是一個長達5年之久的系統工程，在這一新模式下的課程改革方興未艾，我們的研究思路將通過后續持續改進得到更為系統的完善。該門課程的重新建設，將為學生理解和掌握它，從而行之有效地使用它，為將來軟件行業的開發提供重要的指導和幫助。