OBE 理念的计算机组成原理课程教学改革探析

摘要：文章旨在探析基于OBE理念的教学改革建议，以提升计算机组成原理课程的教学效果与质量。首先介绍了OBE理念，强调学生培养的结果和学以致用的重要性；其次分析了计算机组成原理课程教学中存在的问题；随后提出了基于OBE理念的教学改革建议，包括设计更高阶的教学目标、注重教学内容的延伸、改革教学方法与模式、拓展多维度的教学评价等方面。这些建议旨在培养学生更深层次的理解和应用能力，有效地改善计算机组成原理课程的教学质量。

关键词：OBE理念; 计算机组成原理课程; 教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）27-0139-03

0 引言

OBE 理念（Outcomes-based Education） 强调的是关注学生培养的结果和学以致用，教育者需要明确学生毕业时应达到的能力和水平，然后设计适宜的教育结构来确保学生达到这些目标，这与传统的内容驱动和注重投入的教育形成了鲜明对比。美国学者斯派帝在《基于产出的教育模式：争议与答案》一书中对OBE进行了深入研究，将其定义为“聚焦和组织教育系统，确保学生获得未来生活中实质性成功的经验”。在OBE教育模式中，学生学到了什么和是否成功远比怎样学习和什么时候学习更为重要。西澳大利亚教育部门将OBE定义为：“基于实现学生特定学习产出的教育过程，将教育结构和课程视为手段而非目的，若无法为培养学生特定能力作出贡献，则需要重建。”

计算机组成原理作为计算机学科的核心课程，对计算机类人才的培养和职业发展具有至关重要的作用。然而，由于其难度较大、知识点繁杂，在教学实践中学生往往难以将知识运用于实践。为提升教学效率与质量，可以借鉴OBE理念[1-2]，将其融入计算机组成原理课程教学中，以结果为导向，帮助学生更好地学以致用[3]。

1 计算机组成原理课程教学中存在的问题

1.1 教学目标的高阶性特征不显著

在计算机组成原理课程的教学中，常常存在教学目标高阶性特征不显著的现状[4]。多数教师在课程中目标设定时，往往会过分强调硬件层面的内容，如CPU结构、指令集体系结构、存储器层次结构等，而忽视了与软件、编程语言、系统设计等相关的内容。这使得学生可能只关注于硬件的细节，而忽略了计算机系统的整体性和软硬件之间的交互；其次，教学目标中对课程实践性和应用性的要求不高，导致课程可能过于理论化，缺乏实际案例和应用场景的引入。学生只是被广泛地介绍了概念和理论，而缺乏实际动手操作的机会，导致他们对所学内容的理解和应用能力有所欠缺；最后，教学目标的设计常常缺乏跨学科的视角。计算机组成原理课程通常是在计算机科学专业中进行教学的，但计算机科学本身是一个与其他学科交叉融合的领域。教学目标过于单一可能会导致学生缺乏对与计算机组成原理相关的其他学科的理解，如电子工程、数学、物理学等，从而限制了他们的综合能力和视野。

1.2 教学内容较为枯燥

计算机组成原理是一门理论性偏强的课程，涉及大量的理论知识，如数字逻辑、CPU结构、指令集体系结构等，可能过于抽象，难以引起学生的兴趣，难以与日常生活或个人兴趣联系起来；其次，缺乏生动的案例和示例，可能阻碍学生对课程内容的深入理解。例如，教学中没有足够的实际案例来说明理论知识在实际系统设计和应用中的应用，这使得学生难以将理论知识与实际场景联系起来，从而降低了他们的学习积极性；再次，教学内容往往只集中于本学科，而缺乏跨学科视角。计算机组成原理课程通常只涉及计算机科学领域的内容，而忽视了与其他学科的交叉融合。例如，计算机组成原理与电子工程、数学、物理学等学科有着密切的关联，但教学内容缺乏对这些学科的引入和交叉应用，使得学生无法从多学科的视角来理解计算机系统；最后，课程中的知识点比较孤立。在教学内容中，各个知识点往往被孤立地呈现，缺乏连贯性和联系性。学生可能只是在接收零散的知识点，而缺乏对知识点之间关联和整体性的理解，使得他们无法将所学知识应用于解决实际问题。

1.3 教学模式略显单一乏味

多数学校中计算机组成原理课程的教学模式仍然比较单一。首先，传统的讲授模式占主导地位，主要靠教师在课堂上通过讲解教材内容来传授知识。这种模式下，学生大多是被动接受知识，缺乏主动参与和互动，导致课堂氛围单调乏味[4-5]；其次，计算机组成原理课程中通常缺乏足够的实践环节，学生难以通过实际操作来巩固理论知识，从而对所学内容的理解和应用能力常常受到限制，无法将理论知识转化为实际技能；再次，传统的讲授模式往往缺乏学生与教师之间的互动和学生之间的讨论环节，学生可能因为缺乏参与感而失去学习的兴趣，导致课堂效果不佳；最后，教学模式单一还表现在课外延伸方面，教学内容与实际应用、行业发展趋势等联系较少。学生只能在课堂上学习到一些基础的理论知识，但缺乏对计算机系统实际应用、前沿技术发展等方面的深入了解。

1.4 考核体系不够科学全面

目前，大多数计算机组成原理课程的考核体系都是不太健全和先进的[7-8]。首先，考核方式单一，许多计算机组成原理课程的考核方式主要依赖于传统的笔试形式，如期末考试、小测验等。这种考核方式虽然能够测试学生对理论知识的掌握程度，但却无法全面评估学生的综合能力和实际应用能力，存在较大的局限性；其次，考核缺乏实践性评估。由于考核方式单一，学生的实际操作能力和解决问题的能力往往得不到充分的评价；再次，评价的标准相对片面。由于考核方式单一，教学评价往往偏重于学生对理论知识的掌握程度，而忽视了学生的创新能力、团队合作能力等综合素质。这导致了学生的学习动机不足，只追求应试成绩，而忽略了自我提升和全面发展；最后，考核的结果不能很好地适应行业需求。考核方式单一、学习评价片面的现状使得学生在毕业后面临与行业需求脱节的情况。行业更加注重实际操作能力、解决问题的能力以及团队合作能力等综合素质，而传统的考核方式无法全面评估学生的这些能力。

1.5 课程跨学科团队建设不够完善

计算机组成原理课程通常由计算机科学或者电子工程等专业的教师独立负责教学，大多数高校缺乏跨学科的教学团队。这导致了课程的教学内容和方法可能局限于某一学科领域，缺乏多元化和全面性；其次，教师间可能缺乏深入的合作与交流，导致教学内容和方法单一化，无法充分借鉴和分享其他教师的教学经验和资源；教师的培训和发展机会较少，导致教师的教学水平和教学能力无法得到有效提升；最后，教学团队建设中学生参与机会少，以学生代表的参与和反馈机制能够促进教学活动的优化和改进，提高教学的针对性和有效性。

2 基于OBE 理念的教学改革建议

2.1 设计更高阶的教学目标

1） 有机结合理解与应用：将教学目标从简单的知识掌握提升到理解和应用知识的水平，不仅要求学生掌握计算机组成原理的基本概念，还需要理解这些概念如何应用于实际系统设计和问题解决中。

2） 强化分析与综合的能力培养：强调培养学生分析问题、整合知识的能力。通过案例分析、实验设计等活动，引导学生将所学知识应用于解决实际问题，并进行深入的思考和分析。

3） 创新与设计的培养：提升学生的创新和设计能力。鼓励学生参与课程项目或者实验设计，培养他们的创造力和解决问题的能力，引导他们从设计中学习。

4） 引入跨学科的内容和方法：拓宽学生的视野。将计算机组成原理与其他学科领域（如电子工程、数学、物理学等）进行结合，帮助学生理解计算机系统的综合性和与其他学科的关联。鼓励学生进行实践性的学习活动，并引导他们对所学知识进行反思和总结。通过实验、项目设计等活动，培养学生的实践能力，并帮助他们加深对知识的理解。

5） 强调团队合作和沟通能力的培养：设计团队项目或者合作实验，让学生有机会与同学合作，共同解决问题，培养他们的团队合作和沟通能力。

6） 培养学生的终身学习态度和自主学习能力：引导学生主动探索和学习，鼓励他们利用各种资源和方法提升自己的学习能力，并将其作为一种终身习惯。

例如，在培养学生面对CPU设计这一复杂工程问题时，通过将CPU分解成多类功能相对独立的模块（如图1所示），每个模块的设计与调试形成一个子任务，且都有明确的目标。通过设计更高阶的教学目标，能够有效地建设高阶的教学目标，在计算机组成原理课程中培养学生更深层次的理解和应用能力，促进其综合发展和终身学习能力的培养。

2.2 注重教学内容的延伸

跨学科知识点的结合，有利于学生全方位掌握知识点全方位。比如，数字逻辑与数字系统设计部分涉及了数字电路的基本原理和设计方法，与电子工程学有密切联系。在学习逻辑门的原理和设计方法时，引导学生与电子工程学中的数字电路设计相关知识相结合。再比如，计算机组成原理课程与数学之间的关系也是密不可分的，课程中所涉及的布尔代数和逻辑运算等数学知识，与数学学科有密切联系。在学习布尔代数的基本规则和定理时，引导学生与数学学科中的逻辑推理和集合论相关知识相结合。

2.3 教学方法的改革与创新

基于混合教学模式的基本思想，将教学基础环境定位于SPOC或超星等平台作为主要在线学习平台，腾讯会议和QQ群用于线上互动和沟通，课堂和实验室作为线下学习和实践的场所。教学方法改革着眼于提高学生的自主学习能力和实践应用能力，以促进他们的全面发展。

1） 学生将在课前进行自主学习，通过观看教学视频、阅读教材、完成在线测验等方式预习相关知识，为线下课堂的学习打下基础（如图2 所示）。这样的预习环节可以让学生在课堂上更加专注于问题讨论和思维碰撞，提高了课堂教学的效率。

2） 在线下课堂中，我们采用师生互动和生生互动相结合的方式。教师不再是单向传授知识的角色，而是引导学生积极参与讨论、提出问题，并给予及时的反馈和指导。同时，学生之间也能够通过小组讨论、案例分析等方式进行交流和合作，共同解决问题，促进彼此的学习。

3） 课后，我们鼓励学生在SPOC 平台上继续学习，并进行实践任务的完成。学生可以通过在线实验、编程作业、项目设计等方式，将所学知识应用于实际问题解决中，并及时在QQ群等平台上与同学和教师进行交流和反馈。这样的实践环节不仅能够巩固所学知识，还能培养学生的问题解决能力和创新思维。

4） 将多教育平台的资源有机整合，形成任务驱动的远程混合教学模式。教师可以根据学生的学习需求和任务要求，在不同的平台上选择合适的教学资源和工具，为学生提供更加丰富和多样化的学习体验。

2.4 拓展多维度的教学评价

教学评价是OBE理念贯彻教学与否的重要方面，通过引入多样化的评价方式，包括实验报告、项目作业、小组讨论、口头展示等，可以更加全面评估学生的知识水平、实际应用能力和综合素质，其示意图如图3 所示。

1） 期末考试是必不可少的，考查学生对计算机组成原理基本概念的理解程度，包括CPU结构、存储器层次结构、指令集体系结构等方面。

2） 增加小组讨论和口头报告，考查学生的团队合作和沟通能力，学生通过小组讨论和口头报告展示他们对计算机组成原理的深入理解和综合应用能力。

3） 以实验报告和项目作业的方式，来考查学生的实践能力和问题解决能力，将实践性评估纳入课程考核体系，例如通过实验操作、项目设计等方式，评价学生的实际操作能力和解决问题的能力。

2.5 加强课程跨学科团队建设

第一，建立跨学科的教学团队，吸引计算机科学、电子工程等不同学科领域的专家共同参与课程设计和教学活动；第二，提供教师培训和发展机会，支持教师参加教学方法和教学技术的培训，提高其教学水平和教学能力；第三，建立教师间的合作与交流机制，促进教师之间的合作和交流，分享教学经验和资源；第四，设立教学团队的管理和组织机制，确保教学活动的有序进行和教学目标的实现；第四，引入学生参与的机制，鼓励学生参与课程设计、评价和改进，提高教学活动的针对性和有效性。

3 结论

计算机组成原理课程的教学思考与探索应致力于实现学生全面发展和提升学习效果的目标。这一过程需要紧密结合时代发展和学科需求，不断创新教学理念和方法，使教学更加生动、贴近实际，从而有利于学生能力的全面培养。本文以OBE理念为抓手，从教学目标、教学内容、教学模式、教学考核体系以及跨学科团队建设等多个维度，深入思考了现实教学中所面临的挑战和问题。以问题为导向，探索了相应的教改思路，旨在构建一套完整的教学体系，培养学生的综合素质和创新能力，提高他们在计算机组成原理领域的实践能力和应用水平。

参考文献：

[1] 祁文青，李小琴，晏伯武.基于OBE理念的“计算机组成原理” 课程的教学重构[J].湖北理工学院学报，2023，39（2）：59-63.

[2] 王莉，王丽珍.基于OBE的计算机组成原理线上线下混合一流课程建设研究[J].中国现代教育装备，2023（1）：73-75，79.

[3] 苏玉萍，李鹏，李黎.基于软硬协同的问题驱动式计算机组成原理教学探索[J].计算机教育，2023（7）：94-97.

[4] 胡军民，李乳演，刘智珺.计算机组成原理课程“两性一度”教学探索[J].黑龙江科学，2023，14（19）：85-87，91.

[5] 蔡静.计算机组成原理翻转课堂的混合教育模式研究与实践[J].现代商贸工业，2023，44（23）：259-262.

[6] 李黎，杨爽，苏玉萍.虚实结合的计算机组成原理实验教学体系构建[J].计算机教育，2023（6）：184-188.

[7] 岳斌，于志云，张振宝，等.计算机组成原理与设计课程考核改革[J].计算机教育，2023（7）：98-101.

[8] 曾德斌，王冬，王建夏，等.以评价为导向的计算机组成原理线上线下混合教学探索与研究[J].电脑知识与技术，2023，19（11）：113-116.

【通联编辑：王 力】

基金项目：江苏大学高级人才基金资助项目（21JDG051）