應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)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(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)下計算機組成原理課程“學(xué)之無用、棄之不能”的尷尬困境，分析傳統(tǒng)講授模式和現(xiàn)有多種改進(jìn)型授課模式的優(yōu)缺點，結(jié)合國外的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式和課程體系/群建設(shè)規(guī)劃，以安徽信息工程學(xué)院計算機與軟件工程系為例，闡述以分組項目的方式將學(xué)生由“被動聽課”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃訉W(xué)習(xí)”的一種行之有效的課程改革觀點。

關(guān)鍵詞：計算機組成原理；分組項目；應(yīng)用型人才；課程體系；主動學(xué)習(xí)

0 引 言

計算機組成原理是高等院校計算機相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，也是計算機專業(yè)研究生的入學(xué)統(tǒng)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(xué)科地位不言而喻。David A Patterons指出：“軟件系統(tǒng)性能取決于軟件設(shè)計者對系統(tǒng)硬件的理解程度。操作系統(tǒng)設(shè)計者、更多的軟件工程師需要有較強的計算機組織與設(shè)計的背景知識[2]?！比欢?，計算機組成原理涉及的內(nèi)容大多處于核心層面，不僅對軟件開發(fā)人員（尤其是應(yīng)用軟件開發(fā)者）來說是透明的，甚至對不少硬件開發(fā)者來講都是透明的，例如CPU（中央處理器）的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)過程難以利用“邊學(xué)邊操作”的所見即所得模式。

為了提高教學(xué)效果，部分高校引入了啟發(fā)式、討論式、提問式、SPOC等教學(xué)方法，以吸引學(xué)生的注意力，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣。但是，這些方法更適用于名牌高校和基礎(chǔ)較好的學(xué)生。很多高校在理論課之外開設(shè)實驗課程，幫助學(xué)生鞏固理論知識，包括驗證性實驗、設(shè)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(xué)生按照教師設(shè)計好的實驗指導(dǎo)書一步一步對實驗結(jié)果進(jìn)行驗證；而設(shè)計性和綜合性實驗則是開放式的，有的學(xué)校由教師指定題目，有的學(xué)校由學(xué)生自選題目再由教師把關(guān)確認(rèn)。

1 課程培養(yǎng)目標(biāo)

本科教育屬于專業(yè)通識教育，主要培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，不涉及過深的專業(yè)研究。多數(shù)畢業(yè)生進(jìn)入工作崗位之后，僅需在已經(jīng)設(shè)計好的框架中從事簡單的工作即可，短時間內(nèi)不涉及設(shè)計、架構(gòu)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(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，讓畢業(yè)生進(jìn)入工作崗位后既能自如應(yīng)對工作中的新問題，又能在幾年之后有足夠的發(fā)展后勁。在應(yīng)用型高校中，提升理論知識應(yīng)用能力是培養(yǎng)目標(biāo)中不可或缺的一部分，考慮到課程體系/群建設(shè)，不同課程之間要盡量減少重復(fù)性；此外，大多數(shù)商業(yè)項目都需要團(tuán)隊完成，因此，在授課過程中要采用適當(dāng)?shù)姆绞街鸩脚囵B(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，以便將來能夠迅速融入企業(yè)團(tuán)隊；由于學(xué)生進(jìn)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(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的理論知識進(jìn)行表述的能力十分必要。

2 具體教學(xué)安排

本課程引用國外開放式項目教學(xué)方式，對項目的基本要求是圍繞特定的知識點貼近現(xiàn)實產(chǎn)品，不會為了減小難度而限制深入程度，從頭至尾全權(quán)交由學(xué)生小組完成，教師只負(fù)責(zé)驗收和方向把控，最后各小組提交結(jié)果，每組派一人演講以便驗收?？紤]到中國國情和學(xué)校的生源現(xiàn)狀，筆者修改了部分規(guī)則：①針對學(xué)生大多不愿獨立動手實踐的情況，要求每組一題，不得重復(fù)，且原理圖紙必須手繪；②針對某些學(xué)生掛名進(jìn)組，在團(tuán)隊中貢獻(xiàn)較少的情況，要求最終每位學(xué)生均要答疑以便教師評價；③針對生源基礎(chǔ)薄弱的問題，在材料考核時不以完成度作為唯一考核指標(biāo)，輔助以學(xué)習(xí)態(tài)度、技術(shù)調(diào)研情況、將理論知識應(yīng)用到項目設(shè)計中的程度等為考核指標(biāo)。

本課程共64學(xué)時，其中理論授課48學(xué)時，項目實踐16學(xué)時，實踐課時平均分布在整個學(xué)期中，理論與實踐同時推進(jìn)，但互相獨立，其主要教學(xué)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(xué)生自行分組進(jìn)行課題選擇，并將分組結(jié)果和課題匯報給教師，教師進(jìn)行分組和課題登記。學(xué)生在課外進(jìn)行項目實施，并在實踐課上向教師匯報，最后由教師對其進(jìn)行考核和評價。

2.1 理論授課安排

教師采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法，結(jié)合企業(yè)工作經(jīng)驗，以實際案例和產(chǎn)品為例，主要講解難點、重點知識，包括其源頭、歷史、現(xiàn)狀及未來，也包括應(yīng)用場合及產(chǎn)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?？紤]到課時量和學(xué)生的能力提升，應(yīng)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(tǒng)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(xué)生自由組隊，教師只負(fù)責(zé)登記而不參與或指定組隊，這樣不僅能鍛煉學(xué)生的主動意識，也使之后的組內(nèi)討論和任務(wù)分工更容易實施。

每個團(tuán)隊的成員協(xié)作完成項目，成員之間要有所分工，最后的成績與團(tuán)隊整體產(chǎn)出有關(guān)。

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(jìn)行授課，由教師擬定一個或幾個課題，發(fā)布給學(xué)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(xiàn)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(xué)生及時了解哪些課題已被選。項目課題由每個小組內(nèi)部討論確定，指導(dǎo)教師確認(rèn)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(xiàn)象，使各小組能夠更加獨立地完成相應(yīng)的任務(wù)。

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(fù)責(zé)各組的協(xié)調(diào)和組織工作，并在指定時間之前提交成果：一份分析設(shè)計報告、一份技術(shù)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?qū)W生說明，之后便立刻進(jìn)入學(xué)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(xué)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(xué)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(jù)整個課程教學(xué)計劃來看，項目提交的時候，可能會出現(xiàn)項目所需理論知識還未進(jìn)行授課的情況。此時，學(xué)生需要自學(xué)相關(guān)知識以完成作業(yè)，鍛煉了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力。

在學(xué)生課題確定后，如果學(xué)生不清楚如何實施，可以在實踐課上進(jìn)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(xué)生和教師進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。

產(chǎn)物分為電子檔和紙質(zhì)檔。電子檔（包括分析設(shè)計報告、技術(shù)報告）在上課前提交，建議采用Web平臺提交并設(shè)置截止時間，條件不足的可使用Email提交；紙質(zhì)檔（包括電子檔的打印版本和手繪的圖紙）在相應(yīng)的實踐課上提交。分析設(shè)計報告中包含項目相關(guān)的內(nèi)容，是面向研發(fā)人員的，鍛煉學(xué)生研發(fā)過程中規(guī)范化文檔的撰寫能力；技術(shù)報告中包含功能、性能、市場分析、參數(shù)對比等內(nèi)容，是面向用戶的，鍛煉學(xué)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(yán)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(xué)生上臺發(fā)言以供教師評判，發(fā)言內(nèi)容包括：簡單介紹項目、簡單介紹自己在項目的工作、詳細(xì)介紹自己的工作內(nèi)容、總結(jié)自己在項目過程中的收獲和感想。發(fā)言結(jié)束后教師選擇性提問和點評，并根據(jù)發(fā)表內(nèi)容及問答情況給發(fā)表的學(xué)生核定一個偏差σ，學(xué)生的成績由小組的材料成績m和自己的發(fā)表偏差確定，如公式（1）所示。

其中g(shù)為學(xué)生的成績；m為根據(jù)成績等級M對應(yīng)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(xué)生的發(fā)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(xué)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(xiàn)其貢獻(xiàn)，需要在材料成績的基礎(chǔ)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(xué)效果

3.1 出勤率上升

傳統(tǒng)的課程考核主要依賴期末的卷面考試，學(xué)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(xué)習(xí)中，很大一部分學(xué)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(xué)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(xué)生的到課率。由于對全班學(xué)生進(jìn)行分組，而每一個小組成員的表現(xiàn)關(guān)系到整個小組成員的成績，使組內(nèi)成員能夠相互監(jiān)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(jìn)一步提升。表4是計算機與軟件工程系某屆8個班386名學(xué)生一個學(xué)期的到課情況，從表4中可以看出，該教學(xué)模式下的出勤率較高。

3.2 學(xué)生專業(yè)素質(zhì)加強

傳統(tǒng)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(xué)生不了解理論知識如何與實際工作進(jìn)行聯(lián)系和對接，學(xué)生在聽課過程中，缺乏學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)習(xí)情況不容樂觀。

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

3.3 學(xué)生表達(dá)能力和團(tuán)隊合作能力加強

在高等教育中，課本知識已經(jīng)不是學(xué)生唯一的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的加強也是高等教育中不可或缺的一部分。其中，表達(dá)能力和團(tuán)隊合作能力是綜合素質(zhì)重要的組成部分。

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

4 結(jié) 語

計算機組成原理是一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課，偏向于硬件，在當(dāng)今“重軟件、輕硬件，重應(yīng)用、輕理論”的風(fēng)氣下，其“學(xué)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(chǎn)品的項目設(shè)計方式，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論與實際設(shè)備開發(fā)相結(jié)合，不僅能夠?qū)W習(xí)理論知識，還可以了解應(yīng)用場景、技術(shù)選型以及改進(jìn)方法等；同時，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、溝通交流能力、面對新問題的應(yīng)對能力等。初次改革時，學(xué)生感覺壓力較大，經(jīng)過一期授課和公平公正的考核之后，學(xué)生的顧慮逐漸打消。尤其在學(xué)生進(jìn)入實訓(xùn)、實習(xí)階段之后，大多數(shù)學(xué)生都能快速適應(yīng)崗位要求，從容面對被安排的新任務(wù)，高效地與同事進(jìn)行溝通，學(xué)生對本模式的認(rèn)可得到進(jìn)一步提高，該模式的成效也初步顯現(xiàn)。

該課程改革模式能夠為應(yīng)用型高校提供一個行之有效的教學(xué)途徑，但在執(zhí)行過程中也發(fā)現(xiàn)了如下一些議題：①如何讓學(xué)生積極主動參與項目；②由于實踐課時比較少，而每位學(xué)生都需要發(fā)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(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳智勇.“計算機組成原理”的教材建設(shè)[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(xué)改革與實踐[J]. 計算機教育， 2009（13）： 35-37.

（編輯：孫怡銘）