OBE理念下计算机硬件课程群建设研究与实践

雷艳静，钱丽萍，秦 娥，陈 琦（浙江工业大学 计算机学院，浙江 杭州 310023）



OBE理念下计算机硬件课程群建设研究与实践

雷艳静，钱丽萍，秦 娥，陈 琦
（浙江工业大学 计算机学院，浙江 杭州 310023）

摘 要：针对计算机硬件课程群存在的师资匮乏、课程体系缺乏科学规划、教学方法落后、实践水平低、缺乏师生互动平台等问题，提出从组建优秀教学团队、用OBE理念优化设计课程体系、实施趣味性项目式教学、实施分层分类实现和构建优质教学交流平台5方面进行硬件课程群建设。

关键词：OBE理念；硬件课程群建设；课程体系优化；项目式教学；教学交流平台

0　引　言

随着计算机应用领域的拓展与深入，各种智能控制、嵌入式系统和软硬件集成应用层出不穷，对计算机硬件知识的需求也随之加大。硬件能力已经成为衡量毕业生知识结构是否全面、是否具有竞争优势的重要因素。然而，目前很多高校计算机专业的培养模式仍是以软件理论及应用为主，相比之下，硬件能力的培养比较薄弱[1]，硬件类课程的建设还很不完善，使得所培养的学生不能“软、硬件两条腿走路”，其能力与社会实际需求严重脱节，也无法满足国际工程教育认证和《华盛顿协议》的要求。因此，对硬件类课程进行改革，完善其课程群建设，加强硬件能力的培养，已成为高校迫切需要关注和解决的问题。

1　教学现状及存在的问题

（1）硬件师资匮乏，缺乏学科带头人。由于硬件投入大而见效慢，需要长期积累，并且相对于软件理论研究而言，不易出成果，因此许多教师不愿从事硬件研究[2]。从我院历年的人才引进数据来看，算法及理论研究的教师占绝大多数，硬件方向的教师寥寥无几。另外，学院也缺乏硬件方向的学科带头人和骨干力量。

（2）课程体系缺乏科学性、系统性的规划[3]。硬件类课程之间有明显的先修后修关系，且多门课程的内容有交叉重叠和相互渗透的现象；而目前硬件类课程缺乏全局统筹和科学规划，各门课程各自为政，造成课程之间知识点重复或遗漏等衔接不当的问题。

（3） 教学方法与手段不能很好地契合课程特征，教学效果不理想。硬件类课程本身抽象复杂，感性认识差。若仍使用传统教法一味地阐述理论知识，而不充分利用课程特征与实际应用相结合，则课堂索然无味，学生兴趣和积极性骤降，教学效果大打折扣。

（4） 实践环节层次较低，无法实现知识的迁移和应用创新。目前学院硬件类课程的实验仅停留在基础性和验证性实验阶段，而缺少实用性和工程性强的综合性实训项目。学生通过实验只能加深对硬件基本原理的理解，而无法灵活运用知识解决实际问题，更不用提创新能力的培养。

（5）缺乏教学资料共享、师生互动和即时交流平台。硬件类课程应用性和工程性都很强，单纯依靠课堂教学远远不够，还需要学生在课外投入大量时间查阅资料和自主学习，遇到问题及时与教师和同学讨论，但现有的教学模式——教师授课完毕随即离开，鲜有充足的时间与学生互动交流，一些学习资料也难以共享。

2　OBE理念下课程群建设的举措

根据全国工程教育认证的要求和OBE理念（out-come based education，产出导向），可以从师资队伍建设、课程体系优化、教学方法革新、实验实训强化以及教学平台搭建5个方面进行硬件课程群建设。

2.1组建优秀教学团队

（1）大力引进高层次硬件人才，为硬件课程群教学团队注入新鲜血液，缓解硬件师资匮乏问题。

（2）建立合理的教学团队梯队并进行明确分工。选派具有影响力的领军人物作为团队建设的责任教师，对团队的发展进行战略性谋划；吸纳科研方向与教

学内容匹配度较高的实力派教师作为团队骨干和中坚力量；配备一定比例的实验教师辅助硬件教学，使得整个团队在职称结构、年龄结构、学缘结构、人员类型等方面形成合理梯队[4]。

（3）注重青年教师的培养。严格执行青年教师助教制和导师责任制，鼓励青年教师参加培训和进修，以老带青，提高青年教师的教学水平。

2.2优化课程体系结构，整合教学内容

教师在优化课程体系结构和整合教学内容时，要遵循OBE理念，进行逆向设计、正向实施。具体步骤包括以下几方面。

（1）从总体毕业要求中分离出与硬件相关的毕业要求，以此作为产出制订硬件课程群的总体目标。

（2）根据课程群的总体目标，确定开设的具体课程，厘清各门课程的作用、地位和先后衔接关系，形成课程体系层次树，使课程之间能够无缝衔接，平稳过渡。

（3）将课程群的总体目标自上而下分解到各门课程中，形成每门课程的教学目标。

（4）根据每门课的教学目标，制订教学大纲，精选教学内容，形成知识树，确定教学方法，安排教学计划；在整合每门课程的内容时要做到统筹协调，避免知识点重复或遗漏，保证知识体系的完备。

（5）按照（4）—（1）的次序正向实施，始终以产出目标为导向，以学生为中心，从具体课程出发，直至总体目标的达成。

OBE理念下课程体系优化与教学内容重组的逆向设计与正向实施流程如图1所示。

图1　OBE理念下课程体系逆向设计与正向实施流程

根据图1中OBE理念的流程，我院本科生硬件方向的产出要求为“培养学生的硬件理论水平与实践能力”，硬件课程群的总体目标为“使学生掌握计算机硬件理论知识和基本工作原理，具备工程问题需求分析能力，能够综合运用相关技术完成硬件系统设计与开发”。根据该目标，确定了硬件课程群主要包含电路与电子技术基础、数字电路与数字逻辑、计算机组成原理、计算机体系结构、微机接口技术、汇编语言程序设计、单片机原理及应用和嵌入式系统8门课程，这些课程的层次关系如图2所示。

图2　群内硬件课程的层次关系

在图2中，电路与电子技术基础和数字电路与数字逻辑为硬件设计提供电路基础知识；计算机组成原理和计算机体系结构提供系统架构知识；汇编语言程序设计提供语言支撑；微机接口技术是连接计算机与实际应用的桥梁；单片机原理及应用和嵌入式系统提供应用支撑。这些课程有机融合起来，可以构筑学生的硬件思维，培养其硬件系统开发与设计能力。

2.3实施趣味性项目式教学方法

趣味性项目式教学是指同一课程的相关教师群策群力，精心设计一些贴近生活实际、趣味性强、有吸引力的项目[5]，学生以组为单位选择自己感兴趣的项目，进行组内讨论和交流，给出方案设计与实现，最后由教师和学生代表组成的评议组对每个方案进行评价打分。趣味性项目式教学颠覆了传统教师为主学生为辅的教学模式，以学生为中心和主体，不仅能够有效地激发学生的探究欲望，而且可以培养学生的自主学习能力、资料查阅能力和团队协作能力。以微机接口技术课程为例，该课程所设计的趣味性项目见表1。

表1　微机接口技术课程开设的部分趣味性项目

2.4进行分层分类实验实训

实践能力培养方面，硬件课程群可通过分层次、分阶段的实验实训模式拓展实验内容，提高实验水平。一般来说，实验实训可分为以下3个层次。

（1）基础验证性实验。对于某个知识单元首次实验时，采用教师演示和学生模仿验证的方式，旨在使学生熟悉实验平台和实验环境，了解基本实验流程和方法。

（2）普通设计型实验。由教师结合生活实例提炼或自拟实验项目，难度中等，可操作性强，旨在培养学生独立思考与动手能力。

（3）综合创新性实验[6]。教师结合自己的工程实践经历或主持的科研项目，设置具有一定难度和创新性的题目，要求学生分组分工，查阅资料，给出方案设计和具体实现。这类实验旨在培养学生的自主学习能力、分析与解决实际问题的能力、团队精神和创新精神。

2.5建设优质教学交流平台

在师生互动及资源共享方面，硬件课程群可以构建一个统一的优质教学交流平台。教师利用该平台可以上传教学资料、发布通知与公告、在线答疑和课外指导；而学生可以利用该平台下载教学资料、与教师互动、与同学讨论交流等。

整个课程群构建统一的教学交流平台，而该平台以8门课程为单位分为8个版块，每个版块都具有课程简介、新闻与公告、师资队伍、资料上传与下载、在线提问与答疑、在线讨论等功能。这种模式不仅有利于学生一站式获得硬件帮助，还便于其利用该平台梳理自己硬件知识模块的掌握情况，查漏补缺，从而形成一个完整的硬件知识体系。

3　结　语

计算机硬件课程群的建设关乎学院全体学生硬件能力的培养和毕业生的质量，是一项重要而艰巨的工作，需要学院高度关注并从政策、师资配备、实验投入等方面给予帮助。计算机硬件课程群的建设不仅是学院正常教学工作的需要，还是我院计算机专业全国工程教育认证持续改进工作的需要，其实施将对我院硬件类课程教学效果的改善和教学质量的提高起到实质性的推动作用。

参考文献：

[1] 刘永志, 翟素琴, 张小奇. 基于应用型的计算机硬件课程群建设的探索[J].福建电脑, 2010(12)：186-188.

[2] 吴卫江, 赵建辉, 刘博. 也谈计算机硬件课程群建设[J]. 计算机教育, 2012(1): 28-31.

[3] 朱文忠, 梁金明. 应用型本科院校计算机硬件课程群建设的探索与实践：以四川理工学院为例[J]. 西部教育研究, 2014(4): 12-17.

[4] 陈付龙, 齐学梅, 罗永龙, 等. 创新能力驱动的层次化计算机硬件课程群构建与实施[J].大学教育, 2013(4): 40-42.

[5] 王凤芹, 李瑛, 曲宁. 以专业应用为导向, 改革计算机硬件基础教学[J]. 计算机工程与科学, 2014 (增刊2): 104-107.

[6] 鲁荣波, 李宗寿, 贺宏遵, 等. 加快计算机硬件课程群实践教学体系改革, 提高学生实践和创新能力[J]. 当代教育论坛, 2011(2): 109-111.

（见习编辑：聂琪星）

第一作者简介：雷艳静，女，讲师，研究方向为无线传感器网络，leiyj@zjut.edu.cn。

基金项目：浙江省2015年高等教育课堂教学改革项目（kg2015062）；浙江工业大学2014年教学方法改革专项项目（JGZ1406）；浙江工业大学2014年校级优秀课程（群）建设项目（YX1414）；浙江省自然科学基金项目“无线传感器网络中支持多维查询的数据存储策略”（LQ12F02015）。

中图分类号：G642

文章编号：1672-5913(2016)04-0088-03