面向專業認證的計算機組成原理課程教學改革探索

摘要：為了提高專業認可度，高校進行了一系列的專業認證工作。計算機組成原理課程是計算機科學與技術專業開設的一門重要的專業基礎課程，本文根據工程教育專業認證的要求，針對教學方法和教學評價上存在的問題以及不足，在新的教學目標的基礎上對課程的教學運行過程進行改革。教學中注重理論和實踐相融合，貫穿以學生培養為中心的教學理念，為計算機科學與技術專業進行專業認證提供有力支持。

關鍵詞：專業認證；計算機組成原理；教學改革；人才培養

中圖分類號：G642.0

ResearchonofTeachingReformof

ComputerOrganizationCourseforProfessionalCertification

FanZhe

ZhengzhouInstituteOfAeronauticalIndustryManagementHenanZhengzhou450046

Abstract：Professionalcertificationworkhasbeencarriedoutinmanyuniversitiestoimproveprofessionalrecognition.ComputerOrganizationCourseisanimportantfoundationalcourseforcomputerscienceandtechnologymajors.Basedontherequirementsofengineeringeducationcertification，thisarticlediscussedtheteachingreformofthecourse.Thereformsolvestheexistingproblemsinteaching&nJSBx0fGKc1llIQ71+jkzig==bsp;methodsandcourseobjectiveachievementassessmentonthebasisoftheimprovedteachingobjectives.Theteachingemphasizestheintegrationoftheoryandpracticeandrunsthroughtheteachingphilosophyofstudentcenteredcultivation.Thereformprovidesthesupportforprofessionalcertificationofcomputerscienceandtechnologymajors.

Keywords：professionalcertification；computerorganization；teachingreform；talentcultivation

一、概述

進入新時代，各種新型技術浪潮般涌現。人工智能、大數據、物聯網等科技的發展和在社會領域的應用，使當今許多行業面對轉型升級的挑戰，行業迫切需要能夠帶來技術創新的現代化人才支撐。如果行業無法跟上社會進步的節奏，適應社會的需要，將會面臨生存的問題。高等教育的發展比以往任何時候都更加得到社會的關注和重視。另外，近年來隨著改革開放的深入進行，國際社會在科學技術領域以及教育領域的交流合作方面不斷增多，專業認證是一種國際通行的教育質量保障制度［1］。為更好地使高校專業能夠培養輸出高素質的適應社會需求的人才，提高高校教育水平，國內高等教育推行了專業認證工作。如果高校所開設的專業能夠得到專業認證的權威認可，不僅可以提升該專業在社會中和行業中的認可度，增加學生報考率，獲取優質生源，而且該專業的畢業生將獲得更多的就業機會。高校進行專業認證的同時可以促進學校本科教育國際化的發展，更加有利于提高學校的知名度。

專業認證實施以來，工程教育認證工作穩步推進，我國工程教育實現了國際實質等效［2］。隨著專業認證在本科高校中的持續深入開展，為了增強我校專業培養的競爭力和影響力，我校對校內開設專業提出了進行專業認證的要求。計算機組成原理課程作為計算機學科的一門重要的專業基礎課，對于計算機專業進行專業認證是不可缺少的一個部分。本文以我校計算機科學與技術專業所開設的計算機組成原理課程為例，結合筆者的教學實踐探討了面向專業認證的教學改革過程。

二、面向專業認證的課程教學設計

計算機組成原理課程是面向我校計算機科學與技術專業開設的數量不多的硬件課程之一，因為涉及硬件系統的工作原理，內容抽象枯燥，知識點多，而且由于課時有限，造成學生學習起來比較吃力，不易理解學習內容，學生學習壓力大。在以往的教學中，以教師課堂傳授講解為主，對課程設立的教學目標要求不高，而且教學方式比較單一，不能很好地滿足專業認證的需要。為了支持專業認證的工作開展，課程從以下幾個方面進行了教學設計的改進。

（一）確定專業認證的教學目標

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［3］。由于畢業生的培養是在各門課的共同支撐下完成的，因此對于每門課來講，需要仔細審查計算機科學與技術專業畢業要求被分解后的若干指標點。

根據我校計算機科學與技術專業設置的條件和課程實踐，在認證實踐中最大程度地選擇了計算機組成原理課程能夠支撐的指標點并修改了教學大綱，制定了能夠支持專業認證的教學目標。其中，課程目標一為學生通過掌握課程中各個章節中各組成部件的基本概念和部件在整機系統中的工作原理，能夠復述并解釋所學習的相關理論知識。該課程目標支撐學生能夠運用所學的專業理論去驗證、分析實際的計算機系統的指標點。課程目標二為通過研究具體的計算機系統結構，理解各組成部件在工程上如何實現。該課程目標支撐學生對計算機工程相關的各類軟硬件問題具有辨別能力和研究能力的指標點。課程目標三為使學生通過課程中開設的實驗項目，根據實驗內容要求設計正確的實驗方案，深入研究計算機系統和組成部件的連接和工作機制，對實驗結果做出合理分析，并正確解釋相關的實驗現象，該課程目標支撐學生能夠根據研究對象設計可行的實驗方案，采用科學的方法開展實驗，并能夠對實驗結果進行分析和解釋，通過信息綜合得到合理有效的結論的指標點。確立教學目標后，將教學內容和教學目標進行比較，必須對每一章節的內容進行研究，將教學內容進行歸屬于相應的教學目標，確定教學內容能夠支撐的課程目標，以改進相應的教學內容。有的章節內容可以同時支撐幾個課程目標，比如，存儲系統的教學內容可以支撐目標一和目標二，為了便于以后分析課程支撐的指標點達成情況，查看學生的學習狀況，提高教學效果，將章節內容再做進一步細化歸類是十分必要的。針對每一章節分析原有的教學內容對課程目標的支持程度，對于不能夠充分支撐課程目標的章節，找出并改進教學內容中的不足，根據現有技術的發展狀況擴充新的內容進來，不拘泥于教材的內容。

（二）加強教學內容的理解

由于計算機組成原理課程具有學習難度大的特點，在以往的教學中，教師在傳授教學內容后，學生對課堂中學習的內容總感到不易理解。因為學習效果的累積影響，以及對教學內容中的難點內容缺乏相應的學習，造成有的學生失去了對課程的興趣，有的學生甚至是放棄了對這門課程的學習。這對專業認證是很不利的。為了解決這個問題，需從以下幾方面入手去加強學生對教學內容的理解，提高課程的教學效果：一是知識具體化，通過案例化來講解較難的教學內容。一些專業性的知識因為很抽象，而且學生平時接觸少，在短時間內無法建立對教學內容的認識，因此很難理解。此時通過設計的案例來解釋效果較好，案例的設計要合適，不應過于復雜，過于復雜的案例，反而又會增加學生的學習難度。二是引領法。對于設計性的內容，教師帶領同學們一起參與活動。比如，在存儲器的設計中，教師可以先設計一個完整的例子，當同學們有所領悟后，教師再設計其中一部分，剩下的部分則邀請同學們完成，最后讓同學們設計一個完整的例子。三是通過學習通搭建網絡教學平臺。因為課程課時有限，如果在課堂上就某些問題展開討論，將會占用很多的時間。將這些問題制作成視頻放于學習通上，學生可以反復學習，互相交流。教學平臺的設計可以補充重點和難點內容的學時，為專業認證提供了有力的保障。在理論教學課堂中可以充分利用學習通的活動功能，和學生開展互動，從而加強學生對教學內容的思考。比如，為了提高回答問題的參與人數，可以利用平臺提供的隨機選人功能，而對于平常不積極思考問題的學生，可以選擇指定選人功能。為了營造良好的課堂氛圍，使每個學生主動參與并且有機會參與課堂活動，可以利用平臺提供的搶答功能。同時，利用平臺中的主題討論功能作為課堂教學的補充，對于學生深入思考課堂中所學的內容是十分有益的。四是擴充題庫。為了查看學生的學習狀況，每一章講完后會給學生布置作業。傳統的作業是抽取書后的習題讓學生加以練習，一般以簡答題為主，題目類型比較單一，而且教師批閱量有限，但如果要達到專業認證的要求，就必須要求學生平時做大量的練習。為了使學生充分理解教學內容，對題庫進行了擴充。在新的題庫中，對需要學生掌握的重難點內容增加了很多題目內容，而且題型豐富，選擇、判斷、分析、計算、論述等各種題型的設計，對學生深入理解教學內容起到了很好的作用。

（三）注重實踐教學，改進教學方式

工程教育專業認證的邏輯是以學生為中心，通過課程體系等支持畢業要求的達成，并通過各環節的反饋對學生培養過程持續改進［4］。在以往的教學中，理論教學和實踐教學相互獨立，理論教學和實踐教學各自分開進行。為了更好地支撐教學目標以實現專業認證，課程改革將實踐教學和理論教學相融合。在課程中配合實踐內容，將實踐內容和相關的教學內容共同劃分為支撐教學目標點的教學內容，在教學中與理論教學內容同步進行。為提高實踐教學的質量以更好地支撐相應的課程目標，在網絡教學平臺上除了理論教學的內容外，還設計了相應的實踐模塊，制作了實驗教學大綱、實驗報告、實驗指導等內容，方便學生可以隨時根據需要在平臺中查閱資料。學生通過在每一次實驗前預習實驗內容，可以更好地結合學習過的理論知識，以配合學生在實驗室完成實驗內容，加強對實驗過程的理解。實驗指導針對每次實驗獨立設計，學生進行實驗時可以隨時進行參考，啟發學生積極思考實驗中發生的問題，做好實驗數據的處理，提高學生的分析研究能力。實踐教學和理論教學互相穿插，增強學生對教學內容的理解。比如在指令系統的理論教學內容中，尋址方式和典型指令部分因為種類較多，而且涉及對內存和中央處理器等抽象內容的理解，學生不易掌握。為了增強學生的學習效果，在存儲器實驗的教學設計中，增加了對實驗中所用指令的內容講解，不僅使學生掌握半導體存儲器的讀寫特性，而且同時能夠將實驗中具體應用的指令和理論教學中講解的數據尋址和指令尋址聯系起來，從而增強了實驗的教學效果。

三、計算機組成原理課程評價設計

傳統的考核方式主要根據期末考試成績評定學生的學習情況，屬于終結性評價，無法滿足專業認證的要求。過程性評價強調教學過程體驗，克服傳統終結性評價忽視過程的弊端［5］。為了達到專業認證的要求，需要計算課程目標支撐畢業要求指標點的達成度，課程進行了考核方式的改革，設計了模塊化過程性評價方式，可以方便地根據考核結果改進教學，以支持畢業要求的達成。課程評價把教學考核劃分為四個模塊，并根據內容的重要性制定詳細的分配比例。具體的模塊劃分和考核依據如下：

（1）系統概述與運算器模塊考查學生對計算機的基本組成與整體結構、運算器的基本組成和結構形式的認識程度，對計算機的數據表示、基本運算的掌握程度，對提高運算器性能技術的理解程度，包括復述、分析能力。該模塊支撐課程目標一，占比28.5%，其中測試部分占21%，作業部分占2.5%，實驗部分占5%。

（2）存儲器部分模塊考查學生對存儲系統的層次結構的認識程度，對主存的組織技術和Cache工作原理的掌握程度，對提高存儲系統性能的技術理解程度，包括復述、分析、設計、辨別和研究能力。該模塊支撐課程目標一和課程目標二，占比21.5%，其中支持課程目標一的測試部分占7%，支持課程目標二的測試部分占7%，支持課程目標二的作業部分占2.5%，支持課程目標一的實驗部分占5%。

（3）指令系統與CPU模塊考查學生對指令系統和CPU的基本組成結構及其各組成部件的基本功能的認識程度，對程序執行過程中CPU內部的工作過程和微程序控制器的掌握程度，對操作控制信號和時序系統的理解程度，包括復述、分析、設計、辨別和研究能力。該模塊支撐課程目標一和課程目標二，占比28.5%，其中對于支持課程目標一的測試部分占10.5%，支持課程目標二的測試部分占10.5%，支持課程目標二的作業部分占2.5%，支持課程目標一的實驗部分占5%。

（4）總線與輸入輸出模塊考查學生對總線的基本概念、功能結構及總線傳輸數據的基本過程的認識程度，對集中式仲裁和信息交換的四種控制方式的理解程度，包括復述和分析能力。該模塊支撐課程目標一和課程目標三，占比21.5%，其中支持課程目標一的測試部分占14%，支持課程目標一的作業部分占2.5%，支持課程目標三的實驗部分占5%。

結語

社會對高OOKoQQXiGL0kcxTgbldCWA==等教育的發展提出了新的要求，專業認證作為高等教育評估體系的主要內容之一，正在推動本科教育教學的改革。為了實現計算機科學與技術專業認證的要求，計算機組成原理課程制定了能夠支撐畢業生培養要求指標點的教學目標，確立了教學內容所能支撐的課程目標，并根據教學目標對教學內容和教學方式進行了改革。教學改革中以學生培養為中心，全面建立計算機原理課程教學平臺，對以往的評價方式進行改進，設計了面向專業認證的考核方式。教學改革探索了能夠推進專業認證的教學運行過程，為專業認證提供了有力的課程支持。

參考文獻：

［1］寧濱.以專業認證為抓手推動“雙一流”建設［J］.中國高等教育，2017（Z1）：2425.

［2］瞿振元.本科專業認證：扣緊提高質量這個生命線［J］.中國高等教育，2020（18）：1.

［3］安勇，王文龍.激發工程教育專業認證“源動力”［J］.中國高等教育，2023（11）：5557.

［4］葉樹江，侯宇新.以專業認證為抓手建設高質量工程教育人才培養體系［J］.中國高等教育，2018（Z2）：2122.

［5］李志義，黎青青.過程性評價與形成性評價辨析——工程教育專業認證視角［J］.高等工程教育研究，2022（05）：611.

作者簡介：范喆（1972—），女，漢族，河南洛陽人，碩士，副教授，研究方向：計算機應用。