面向工程教育認證的計算機組成原理課程改革探索

寧菲菲?肖金峰

摘 要 按照工程教育專業認證的理念對計算機組成原理課程進行改革。首先明確課程的教學目標并指明課程目標與畢業要求的支撐關系;然后圍繞課程目標安排教學內容，將解決復雜工程問題能力的培養貫穿課程教學的各個環節;最后對課程考核方式和課程目標達成度的評價方法進行了介紹。面向工程認證的課程改革對提升人才培養質量將發揮重要作用。

關鍵詞 工程教育認證;計算機組成原理;畢業要求;目標達成度

Abstract According to the concept of engineering education accreditation， computer composition principle is reformed. Firstly， the teaching objectives of the course are defined and the supporting relationship between the course objectives and the graduation requirements is indicated. Secondly， the teaching contents are arranged around the course objectives， and the cultivation of the ability to solve complex engineering problems runs through all aspects of the course teaching. Finally， the evaluation methods of the course assessment and the course objectives achievement are introduced. The curriculum reform for engineering accreditation will play an important role in improving the personnel training quality.

Key words Engineering education accreditation; Computer composition principle; Graduation requirements; Objectives achievement

引言

2006年我國開始工程教育專業認證工作，它以工程教育國際接軌為突破口，通過強化內涵發展提升質量，在促進更新教育觀念、建立標準意識和強化質量意識方面起到了重要作用[1]。2016年6月，我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學位互認協議《華盛頓協議》。近年來，為提升專業建設水平和人才培養質量，平頂山學院的計算機科學與技術、電氣工程等工科專業也在積極探索工程教育認證工作。

工程教育專業認證的核心就是要確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求。計算機組成原理是計算機科學與技術、軟件工程等專業的一門專業必修課，是國家計算機專業考研專業課的統考科目之一，對幫助學生掌握計算機硬件的基本組成、理解核心硬部件的工作原理及設計思想具有重要意義。工程教育專業認證是一種以培養目標和畢業出口要求為導向的合格性評價，《工程教育認證標準（2015版）》及適用于計算機專業的補充標準涉及培養目標、畢業要求、課程體系、持續改進、師資隊伍、支持條件等內容[2-4]。因此，需要按照工程認證的理念對計算機組成原理課程進行改革，以畢業要求為導向，將培養學生解決復雜工程問題的能力貫穿教學過程的各個環節。

中國工程教育專業認證協會頒布的《工程教育認證標準（2015版）》提出了12條畢業要求，其中有9次提到“復雜工程問題”。工程教育認證所強調的解決復雜工程問題的能力培養需要分解、落實到課程建設、畢業設計等人才培養的各個環節。教學大綱是課程建設的指導性文件，因此，圍繞工程教育認證的理念對計算機組成原理課程的教學大綱進行改進。改進后的教學大綱主要包括課程基本信息、課程目標、教學內容及要求、教學方法等。

1課程目標

《工程教育認證標準（2015版）》提出了學生在畢業時需要達到的12條畢業要求。改進后的教學大綱不僅要明確課程的教學目標，而且需要指明課程目標與畢業要求的支撐關系。計算機組成原理課程目標對畢業要求的支撐詳情如表1所示。

2教學內容及基本要求

課程的教學過程通過培養學生計算機硬件組成與設計思想，引導學生運用數據表示、運算方法、存儲結構、指令系統和CPU工作原理等專業知識對計算機系統工程問題進行分析評價、應用計算機硬件基本組成等知識進行簡單的硬件系統設計與開發，從而優化復雜工程問題的系統實現，有針對性地培養和提高學生在硬件系統設計與開發實踐活動中解決復雜工程問題的能力。

計算機組成原理課程的教學內容共分為第1單元計算機系統概論、第2單元計算機的運算方法、第3單元系統總線、第4單元指令系統、第5單元存儲器、第6單元輸入輸出系統、第7單元CPU的結構和功能共7個知識單元。課程教學以課堂講授為主，結合課堂講授內容安排課內實驗及課后作業，加深對理論教學內容的理解和認識，注重將工程實踐能力的培養貫穿課程教學的各個環節。課程教學安排圍繞課程目標進行。第2、3、4、5、7單元的教學內容幫助實現課程目標1。通過課堂講授，使學生掌握計算機五大硬件的基本組成和工作原理。通過課后作業和實驗環節能夠運用數據表示、運算方法、存儲結構、指令系統和CPU工作原理等專業知識對軟件工程解決方案進行分析評價。例如，存儲系統的設計方案性能評價、指令格式的設計方案評價等。通過自主學習環節要求學生通過該課程網絡學習平臺同步跟進課程學習。第3、4、5、6、7單元的教學內容幫助實現課程目標2。通過課堂講授，讓學生掌握計算機運算器、內存、控制器、輸入/輸出設備五大硬件的基本組成和工作原理。通過課后作業、實驗環節和自主學習環節，培養學生運用數據表示、運算方法、存儲結構、指令系統和CPU工作原理等專業知識進行簡單的硬件系統設計與開發，能夠對設計方案進行優化和改進。通過自主學習環節要求學生掌握通過百度、google等網絡搜索引擎和CSDN等專業知識網站等方式查閱相關學習資料、硬件技術發展情況。第1、4、7單元的教學內容幫助實現課程目標3。通過課堂講授環節使學生在理解計算機硬件工作原理。通過課后作業和實驗環節能夠運用流水線性能分析方法、CPU性能評估方法等科學方法識別并理解軟件工程復雜工程問題的相關特性。第3、4、5、6、7單元的教學內容幫助實現課程目標4。通過講授環節，讓學生掌握流水線性能分析方法、CPU性能評估方法等科學方法。通過課后作業和實驗環節使學生針對復雜工程問題選擇合適的數學模型、總線結構、存儲結構和指令系統，進行可行性分析以及正確性的驗證。例如主存擴展環節，學生能根據實際應用場景選擇適當的主存擴展技術。在指令系統設計方面，學生能夠分析影響指令系統性能的關鍵因素，根據應用需求設計合適的指令格式。通過自主學習環節，要求學生靈活運用百度、google等網絡搜索引擎以及CNKI中國知網、萬方、Elsevier、SCI、EI、Springer等國內外學術期刊數據庫檢索計算機硬件設計技術研究的最新動態。

3教學方法

貫徹“以學生為中心”的教學思想，采用“互動、開放”的課堂形式，具體以講授為主，實驗教學為輔，教師采用啟發式、問題式的教學方法，以知識為載體，傳授計算機組成原理的思想和方法，課堂教學盡量引入互動環節，引導學生尋找解決方案，基于計算機中硬件組成問題，提高學生有效實現計算機領域復雜工程問題解決方案能力，促進學生課程目標的達成。

為了促進課程目標1的達成，根據教學內容，采用課堂教授和實驗教學的方式，利用啟發式和問題式教學方法，掌握計算機硬件構成的基本知識和工作原理，在實驗教學環節中運用數據表示、運算方法、存儲結構、指令系統和CPU工作原理等專業知識對計算機工程解決方案進行分析評價。

為了促進課程目標2的達成，根據教學內容，采用社會調研和實驗教學的方式，根據CPU、指令系統等部件性能的影響因素對相關設計方案進行優化和改進，加強實驗環節的引導，進行簡單的硬件系統設計與開發。

為了促進課程目標3的達成，根據教學內容，采用課堂教授和課堂討論的方式，利用問題式教學方法，加強實驗環節的引導，運用流水線性能分析方法、CPU性能評估方法等科學方法識別并理解計算機復雜工程問題的相關特性。

為了促進課程目標4的達成，根據教學內容，采用社會調研和實驗教學的方式，對計算機復雜工程問題涉及的硬件、模塊等諸多因素開展技術研究和實驗驗證。

4改革成效

針對2018級軟件工程專業共180余學生實施面向工程教育認證的課程改革。根據課程考核結果，按照布魯姆目標分類，在認知層面，學生對基本概念和范疇的掌握達到要求;在理解層面上，學生對計算機硬件構成的解釋、歸類和總結的掌握基本達到要求;在分析層面，學生對存儲器、中央處理器等計算機核心硬件的工作原理的問題分析能力也需要繼續提升;在綜合應用層面，學生對簡單硬件系統的設計開發有很大的提升空間。

課程目標3相對于其他課程目標，達成情況不是很好，反映出學生對于計算機硬件組成問題的分析和驗證能力有待提高。少數學生的課程目標達成情況較差，學生兩極分化趨勢明顯，在后期的學習指導中教師需要加強部分達成度偏低學生的學習指導，對于少數學業有困難的學生，應啟動學業預警機制，對這些學生進行學業幫扶，促進畢業要求的達成。

5結束語

本文圍繞工程教育認證的理念提出了計算機組成原理課程改革的思路。以畢業要求為導向明確課程教學目標、根據教學目標確定教學內容、制定課程考核方式、進行課程目標達成度評價。計算機科學與技術專業開展工程教育認證工作對提高專業建設水平，提升人才培養質量具有重要意義。

參考文獻

[1] 蔣宗禮.培養計算機類專業學生解決復雜工程問題的能力[M].北京：清華大學出版社，2018：51.

[2] 中國工程教育專業認證協會.工程教育認證標準（2015版）[EB/OL].http：//www.ceeaa.org.cn/main！newsList4Top.w？menuID=01010702#， 2017-11-01.

[3] 馮婧微，張學軍，邵紅，等.基于工程認證及成果導向教育的環境工程專業體系構建——以沈陽化工大學為例[J].教育教學論壇，2017，（26）：159-160.

[4] 孫涵，陳兵，陳松燦，等.計算機科學與技術專業工程教育專業認證探究[J].工業和信息化教育，2016，（5）：50-54.

作者簡介

寧菲菲（1985-），女，河南省平頂山市人;講師，現就職單位：平頂山學院，研究方向：深度學習，自然語言理解。

肖金峰（1999-），男，河南省平頂山市人;現就讀學校：平頂山學院，本科生。