应用型人才培养目标下的授课模式改革与实践

王德昌+伍祥+霍清华+吴锦华

摘 要：针对应用型人才培养目标下计算机组成原理课程“学之无用、弃之不能”的尴尬困境，分析传统讲授模式和现有多种改进型授课模式的优缺点，结合国外的应用型人才培养模式和课程体系/群建设规划，以安徽信息工程学院计算机与软件工程系为例，阐述以分组项目的方式将学生由“被动听课”转变为“主动学习”的一种行之有效的课程改革观点。

关键词：计算机组成原理；分组项目；应用型人才；课程体系；主动学习

0 引 言

计算机组成原理是高等院校计算机相关专业的核心基础课程，也是计算机专业研究生的入学统考科目，在硬件课程与软件课程之间起着重要的承上启下作用[1]，其学科地位不言而喻。David A Patterons指出：“软件系统性能取决于软件设计者对系统硬件的理解程度。操作系统设计者、更多的软件工程师需要有较强的计算机组织与设计的背景知识[2]。”然而，计算机组成原理涉及的内容大多处于核心层面，不仅对软件开发人员（尤其是应用软件开发者）来说是透明的，甚至对不少硬件开发者来讲都是透明的，例如CPU（中央处理器）的设计与实现技术，导致其学习过程难以利用“边学边操作”的所见即所得模式。

为了提高教学效果，部分高校引入了启发式、讨论式、提问式、SPOC等教学方法，以吸引学生的注意力，培养学生主动学习的兴趣。但是，这些方法更适用于名牌高校和基础较好的学生。很多高校在理论课之外开设实验课程，帮助学生巩固理论知识，包括验证性实验、设计性实验、综合性实验等。实验平台主要包括专用的硬件平台或虚拟软件平台。验证性实验要求学生按照教师设计好的实验指导书一步一步对实验结果进行验证；而设计性和综合性实验则是开放式的，有的学校由教师指定题目，有的学校由学生自选题目再由教师把关确认。

1 课程培养目标

本科教育属于专业通识教育，主要培养学生的专业素养，不涉及过深的专业研究。多数毕业生进入工作岗位之后，仅需在已经设计好的框架中从事简单的工作即可，短时间内不涉及设计、架构等需要较多理论知识支撑的工作。因此教师授课过程中，在不降低对理论知识讲解和考核要求的同时，要培养学生的自学能力，让毕业生进入工作岗位后既能自如应对工作中的新问题，又能在几年之后有足够的发展后劲。在应用型高校中，提升理论知识应用能力是培养目标中不可或缺的一部分，考虑到课程体系/群建设，不同课程之间要尽量减少重复性；此外，大多数商业项目都需要团队完成，因此，在授课过程中要采用适当的方式逐步培养学生的团队协作能力，以便将来能够迅速融入企业团队；由于学生进入工作岗位之后，不可避免地要与他人沟通，因此，在授课过程中培养学生运用所学的理论知识进行表述的能力十分必要。

2 具体教学安排

本课程引用国外开放式项目教学方式，对项目的基本要求是围绕特定的知识点贴近现实产品，不会为了减小难度而限制深入程度，从头至尾全权交由学生小组完成，教师只负责验收和方向把控，最后各小组提交结果，每组派一人演讲以便验收。考虑到中国国情和学校的生源现状，笔者修改了部分规则：①针对学生大多不愿独立动手实践的情况，要求每组一题，不得重复，且原理图纸必须手绘；②针对某些学生挂名进组，在团队中贡献较少的情况，要求最终每位学生均要答疑以便教师评价；③针对生源基础薄弱的问题，在材料考核时不以完成度作为唯一考核指标，辅助以学习态度、技术调研情况、将理论知识应用到项目设计中的程度等为考核指标。

本课程共64学时，其中理论授课48学时，项目实践16学时，实践课时平均分布在整个学期中，理论与实践同时推进，但互相独立，其主要教学流程见图1。教师在理论课上讲解重难点知识，在实践课上则由学生自行分组进行课题选择，并将分组结果和课题汇报给教师，教师进行分组和课题登记。学生在课外进行项目实施，并在实践课上向教师汇报，最后由教师对其进行考核和评价。

2.1 理论授课安排

教师采用传统的讲授式教学方法，结合企业工作经验，以实际案例和产品为例，主要讲解难点、重点知识，包括其源头、历史、现状及未来，也包括应用场合及产品案例等。

2.2 项目实践安排

计算机组成原理主要讲解计算机的五大组成部分。考虑到课时量和学生的能力提升，应安排2次项目实践，第1次的项目实践围绕存储器和输入输出完成，第2次的项目实践围绕指令系统和控制器完成。

2.2.1 项目分组

项目实践采用小组形式完成，每组3～7人，由学生自由组队，教师只负责登记而不参与或指定组队，这样不仅能锻炼学生的主动意识，也使之后的组内讨论和任务分工更容易实施。

每个团队的成员协作完成项目，成员之间要有所分工，最后的成绩与团队整体产出有关。

在第一次实施的过程中，同期开课386人，共组队65组，其人员分布见表1。

2.2.2 项目课题的选择

在国外，很多教师采用项目、报告、论文的方式进行授课，由教师拟定一个或几个课题，发布给学生选做，允许所有小组都选做同一个课题。为了避免多个小组互相拷贝的情况，同期开课的所有小组之中不得出现相同的课题。因此，在课题登记的时候需要借助IT平台实时更新，让学生及时了解哪些课题已被选。项目课题由每个小组内部讨论确定，指导教师确认课题是否符合课程要求，并对合格的课题予以登记。表2为计算机与软件工程系某班所选的部分课题。

由表2可见，每组所选的课题均不一样，杜绝了组与组之间相互抄袭的现象，使各小组能够更加独立地完成相应的任务。

2.2.3 项目的实施与提交

分组与课题确定之后，各个小組便开始自己的项目。由小组组长负责各组的协调和组织工作，并在指定时间之前提交成果：一份分析设计报告、一份技术报告、一份手绘图纸。

2次项目围绕的主题及要求教师会在第1次实践课（第2周）上向学生说明，之后便立刻进入学生自由分组和确定课题阶段。第1次项目于第3次实践课之前提交，即第6周的实践课之前，学生有4周时间组织实施；第2次项目于第6次实践课之前提交，即第12周的实践课之前，学生可以在提交第1次项目后开始第2次项目，最多可有6周时间组织实施。根据整个课程教学计划来看，项目提交的时候，可能会出现项目所需理论知识还未进行授课的情况。此时，学生需要自学相关知识以完成作业，锻炼了学生主动学习的能力。

在学生课题确定后，如果学生不清楚如何实施，可以在实践课上进行“课题凝练”，即组长上讲台阐述课题选择理由及打算做什么和初步怎么做，然后学生和教师进行头脑风暴。

产物分为电子档和纸质档。电子档（包括分析设计报告、技术报告）在上課前提交，建议采用Web平台提交并设置截止时间，条件不足的可使用Email提交；纸质档（包括电子档的打印版本和手绘的图纸）在相应的实践课上提交。分析设计报告中包含项目相关的内容，是面向研发人员的，锻炼学生研发过程中规范化文档的撰写能力；技术报告中包含功能、性能、市场分析、参数对比等内容，是面向用户的，锻炼学生站在用户角度撰写文档和思考的能力。

2.2.4 项目考核

所有材料缺一不可，提交时间也严格控制，若缺少任一份材料或没能按时提交，小组所有成员均记零分。课后由教师对每组提交的材料评判成绩等级M（A～H），课上由每位学生上台发言以供教师评判，发言内容包括：简单介绍项目、简单介绍自己在项目的工作、详细介绍自己的工作内容、总结自己在项目过程中的收获和感想。发言结束后教师选择性提问和点评，并根据发表内容及问答情况给发表的学生核定一个偏差σ，学生的成绩由小组的材料成绩m和自己的发表偏差确定，如公式（1）所示。

其中g为学生的成绩；m为根据成绩等级M对应过来的材料成绩，具体见表3；σ为大于0的一个偏差值， σ∈（0，1）表示学生的发表不佳，工作可能不深入或努力不够，需要在材料成绩上打个折扣，σ >1表示学生的工作做得比较深入，但材料成绩可能受别的组员影响而不足以表现其贡献，需要在材料成绩的基础上加分；f表示本次项目在整个考核中占的比例，第1次项目占15%，第2次项目占25%。

3 教学效果

3.1 出勤率上升

传统的课程考核主要依赖期末的卷面考试，学生主要以个体为单位去听课，而且教师以单方面的讲授灌输为主要授课方式。因此，在平时的课程学习中，很大一部分学生缺乏听课的积极性，出勤率得不到有效的保障，尤其计算机组成原理这类接近纯理论的学科，出勤率更低。

本文提出的分组项目与过程式考核模式可以极大地提高学生的到课率。由于对全班学生进行分组，而每一个小组成员的表现关系到整个小组成员的成绩，使组内成员能够相互监督和敦促，加之频繁的师生互动以及项目的验收和汇报，使出勤率得到进一步提升。表4是计算机与软件工程系某届8个班386名学生一个学期的到课情况，从表4中可以看出，该教学模式下的出勤率较高。

3.2 学生专业素质加强

传统的课程授课模式（尤其是偏向理论的课程），不仅缺乏师生间的互动，而且学生不了解理论知识如何与实际工作进行联系和对接，学生在听课过程中，缺乏学习的主动性和积极性。以期末理论考试为唯一或主要考核模式时，学生大多以“临时抱佛脚”的方式对待整个课程，无法深入理解每个知识点，课程的学习情况不容乐观。

本文提出的考核模式，加强了师生互动，学习过程不再枯燥乏味。分组的方式使组内成员互相学习、互相帮助，组内成员的集思广益使学生全方位无死角地理解和掌握绝大多数知识点。考核的内容主要是项目的实施和提交状况，学生需要在截止日期前提交一份分析设计报告、一份技术报告、一份手绘图纸。这样，学生能够更加清晰该理论知识在具体项目中的应用，分组项目方式的考核模式使学生的专业素质得到了显著增强。

3.3 学生表达能力和团队合作能力加强

在高等教育中，课本知识已经不是学生唯一的学习目标，学生能力的培养和综合素质的加强也是高等教育中不可或缺的一部分。其中，表达能力和团队合作能力是综合素质重要的组成部分。

传统的课程考核模式下，学生主要以个体为单位，通过在纸质试卷上答题的方式进行理论考试，其综合素质能力得不到锻炼和提高。本文所述考核模式下，由于学生在完成一个项目后，要进行项目汇报，在汇报的过程中不仅能够及时发现项目实施中出现的问题，更锻炼了学生的口语表达能力，为学生走向社会打下坚实的语言表达基础；同时，组内成员共同完成项目，也使组员间进行协调和沟通，潜移默化地培养了学生的团队合作意识和能力。

4 结 语

计算机组成原理是一门专业基础理论课，偏向于硬件，在当今“重软件、轻硬件，重应用、轻理论”的风气下，其“学之无用、弃之不能”的地位尤其尴尬。本文所述改革模式通过贴合实际产品的项目设计方式，引导学生将所学理论与实际设备开发相结合，不仅能够学习理论知识，还可以了解应用场景、技术选型以及改进方法等；同时，培养了学生的自主学习能力、团队协作能力、沟通交流能力、面对新问题的应对能力等。初次改革时，学生感觉压力较大，经过一期授课和公平公正的考核之后，学生的顾虑逐渐打消。尤其在学生进入实训、实习阶段之后，大多数学生都能快速适应岗位要求，从容面对被安排的新任务，高效地与同事进行沟通，学生对本模式的认可得到进一步提高，该模式的成效也初步显现。

该课程改革模式能够为应用型高校提供一个行之有效的教学途径，但在执行过程中也发现了如下一些议题：①如何让学生积极主动参与项目；②由于实践课时比较少，而每位学生都需要发言，时间上如何合理安排。这些都是授课模式改革接下来要改进的方向。

参考文献：

[1] 陈智勇.“计算机组成原理”的教材建设[J]. 计算机教育， 2009（18）： 147-149.

[2] 蒋永国， 郭忠文， 冯源， 等.“计算机组成原理”课程的教学改革与实践[J]. 计算机教育， 2009（13）： 35-37.

（编辑：孙怡铭）