工程教育认证背景下计算机硬件课程教学改革与实践

兰勇 安毅生 明洋 马荣贵 李颖

[摘 要] 工程教育认证背景下，计算机专业硬件课程传统教学体系存在培养指标不清晰、教学内容枯燥、教学方法守旧、实践教学体系不完善等问题。针对传统教学中的上述问题，面向工程教育认证标准，以学生学习产出为导向，重构了计算机硬件课程知识体系，优化教学内容，设计了专业能力培养指标，改进了课程教学方法，多渠道、系统性地强化实践教学体系，改革了教学评价机制，从而全面增强学生的工程实践能力，持续提升计算机硬件专业人才培养质量。

[关键词] 工程教育认证;计算机硬件;以学为中心;混合式教学

[基金项目] 2019年度长安大学教育教学改革研究项目“工程教育认证背景下的计算机硬件课程教学改革”（300103302404）;2019年度长安大学中央高校双一流建设专项“计算机组成原理在线开放课程建设”（300104292402）;2018年度长安大学中央高校双一流建设专项“基于翻转课堂的计算机组成原理教学方法改革”（300104282424）

[作者简介] 兰 勇（1973—），男，四川绵阳人，工学博士，长安大学信息工程学院副教授，主要从事嵌入式系统与应用研究;安毅生（1972—），男，陕西西安人，工学博士，长安大学信息工程学院教授，主要从事分布式测控技术研究;明 洋（1979—），男，陕西榆林人，工学博士，长安大学信息工程学院教授，主要从事无线网络安全研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）28-0084-04    [收稿日期] 2020-11-20

计算机科学与技术是当今发展最迅速的学科之一，同时计算机科学与技术专业也是我国工科教育中在校生最多的专业[1]。“计算机组成原理”等计算机硬件类课程是计算机专业的重要核心课程，也是计算机系统知识体系的重要组成部分，更是直接培养计算机硬件专业人才的重要途径。

近年来，新经济建设与社会发展对计算机专业人才，尤其是计算机硬件专业人才提出了更高的要求。与此同时，随着习近平总书记提出：“加快推进国产自主可控替代计划，构建安全可控的信息技术体系。”[2]，让我们更进一步认识到加快计算机专业人才，尤其是计算机硬件专业人才培养数量和质量的重要性与紧迫性。然而，相较于社会对计算机专业硬件人才的质量需求，国内高校计算机专业硬件课程传统教学过程存在如下问题。

1.计算机硬件专业人才培养目标不够清晰。当前国内高校专门针对计算机硬件专业人才的培养目标定位仍比较模糊，硬件课程教学多偏重于理论教学，缺乏对学生工程实践能力的培养，学生实践创新能力较差，不能很好地胜任计算机硬件方面的专业工作。

2.硬件课程教学内容枯燥，教学方法守旧。迫于教学进度的压力，教师多采用“满堂灌”“填鸭式”教学方式。同时，专业课程教学大纲各自为政，忽视课程间知识的承接与融合，相同的知识点在不同课程中重复赘述。学生不仅没有加深学习，反而深感迷茫，从而导致学生厌学，硬件专业知识掌握不够扎实。

3.学生存在偏科现象。教学内容及教学方法的守旧，导致计算机专业学生普遍存在“重软轻硬”“喜软怕硬”的思想。例如在专业选修课选课中，选择硬件类选修课的学生比例明显偏低。从而进一步造成计算机硬件专业人才和专业能力不足的恶性循环的状况。

工程教育认证是国际通行的工程教育质量保障制度，是一种基于学习产出（Outcomes-based Education，OBE）的教育模式，其核心是确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求[3]。针对计算机硬件专业课程传统教学中存在的不足，課程组为适应工程教育专业认证的要求，对计算机硬件课程教学进行了一系列的改进与创新。

一、重构课程体系，优化教学内容

为了改变学生“喜软怕硬”的课程学习思想，近年来，课程组对现有的计算机硬件课程知识体系和教学内容作了进一步梳理，厘清各个课程教学内容之间交叉重叠的知识点，如表1所示。

由表1可知，传统计算机硬件及相关专业课程交叉重叠的知识点在各自课程中占比较大，约为15%～30%。为此，在全面梳理计算机硬件课程知识点的基础上，依据承前启后的专业知识脉络，将交叉重叠的知识点分别设置在某门专业课中重点讲述，其他相关课程则忽略或简要说明。特别是，因为计算机组成原理在计算机硬件课程及整个计算机专业课程体系中的核心地位，进一步建设完成了“计算机组成原理”在线开放课程，属于与其他课程交叉重叠的计算机组成原理知识点在线课程，将在整个硬件课程甚至整个计算机专业课程体系中共享。

在优化重构计算机硬件专业知识体系和课程教学内容的基础上，课程组进一步设计了面向工程教育认证标准的计算机硬件专业能力培养指标体系。以“计算机组成原理”课程为例，课程支撑的毕业要求指标点包括：（1）通过掌握计算机系统基本的逻辑组成与工作机制，为学生奠定解决计算机专业工程问题的必备专业知识基础;（2）掌握计算机软硬件系统的基本设计与开发方法，具备设计简单模型计算机的基本能力;（3）能够运用计算机科学与技术的知识和原理，在面对计算机领域复杂工程问题时，通过设计方案的比较与综合解决复杂工程问题;（4）掌握计算机设计的一些软硬件工具，培养学生运用计算机软硬件工具解决复杂工程问题的能力;（5）在解决计算机复杂工程问题的基础上进一步具备初步的计算机科学的研究意识。

二、“以学生为中心”的课程教学模式创新

计算机硬件课程教学内容多，课时有限。若只依赖于有限的课堂教学时间，学生对知识的理解与掌握必定是受限的，而且很容易导致教师迫于课时进度压力进行“填鸭式”教学。工程教育认证背景下，计算机硬件系列核心课程更应率先开展教学方法的改革与创新，实现“以教为中心”向“以学为中心”转变[4]，在教学手段上充分激发学生的学习兴趣。