面向工程教育认证的计算机组成原理课程改革探索

宁菲菲?肖金峰

摘 要 按照工程教育专业认证的理念对计算机组成原理课程进行改革。首先明确课程的教学目标并指明课程目标与毕业要求的支撑关系;然后围绕课程目标安排教学内容，将解决复杂工程问题能力的培养贯穿课程教学的各个环节;最后对课程考核方式和课程目标达成度的评价方法进行了介绍。面向工程认证的课程改革对提升人才培养质量将发挥重要作用。

关键词 工程教育认证;计算机组成原理;毕业要求;目标达成度

Abstract According to the concept of engineering education accreditation， computer composition principle is reformed. Firstly， the teaching objectives of the course are defined and the supporting relationship between the course objectives and the graduation requirements is indicated. Secondly， the teaching contents are arranged around the course objectives， and the cultivation of the ability to solve complex engineering problems runs through all aspects of the course teaching. Finally， the evaluation methods of the course assessment and the course objectives achievement are introduced. The curriculum reform for engineering accreditation will play an important role in improving the personnel training quality.

Key words Engineering education accreditation; Computer composition principle; Graduation requirements; Objectives achievement

引言

2006年我國开始工程教育专业认证工作，它以工程教育国际接轨为突破口，通过强化内涵发展提升质量，在促进更新教育观念、建立标准意识和强化质量意识方面起到了重要作用[1]。2016年6月，我国正式加入国际上最具影响力的工程教育学位互认协议《华盛顿协议》。近年来，为提升专业建设水平和人才培养质量，平顶山学院的计算机科学与技术、电气工程等工科专业也在积极探索工程教育认证工作。

工程教育专业认证的核心就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求。计算机组成原理是计算机科学与技术、软件工程等专业的一门专业必修课，是国家计算机专业考研专业课的统考科目之一，对帮助学生掌握计算机硬件的基本组成、理解核心硬部件的工作原理及设计思想具有重要意义。工程教育专业认证是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价，《工程教育认证标准（2015版）》及适用于计算机专业的补充标准涉及培养目标、毕业要求、课程体系、持续改进、师资队伍、支持条件等内容[2-4]。因此，需要按照工程认证的理念对计算机组成原理课程进行改革，以毕业要求为导向，将培养学生解决复杂工程问题的能力贯穿教学过程的各个环节。

中国工程教育专业认证协会颁布的《工程教育认证标准（2015版）》提出了12条毕业要求，其中有9次提到“复杂工程问题”。工程教育认证所强调的解决复杂工程问题的能力培养需要分解、落实到课程建设、毕业设计等人才培养的各个环节。教学大纲是课程建设的指导性文件，因此，围绕工程教育认证的理念对计算机组成原理课程的教学大纲进行改进。改进后的教学大纲主要包括课程基本信息、课程目标、教学内容及要求、教学方法等。

1课程目标

《工程教育认证标准（2015版）》提出了学生在毕业时需要达到的12条毕业要求。改进后的教学大纲不仅要明确课程的教学目标，而且需要指明课程目标与毕业要求的支撑关系。计算机组成原理课程目标对毕业要求的支撑详情如表1所示。

2教学内容及基本要求

课程的教学过程通过培养学生计算机硬件组成与设计思想，引导学生运用数据表示、运算方法、存储结构、指令系统和CPU工作原理等专业知识对计算机系统工程问题进行分析评价、应用计算机硬件基本组成等知识进行简单的硬件系统设计与开发，从而优化复杂工程问题的系统实现，有针对性地培养和提高学生在硬件系统设计与开发实践活动中解决复杂工程问题的能力。

计算机组成原理课程的教学内容共分为第1单元计算机系统概论、第2单元计算机的运算方法、第3单元系统总线、第4单元指令系统、第5单元存储器、第6单元输入输出系统、第7单元CPU的结构和功能共7个知识单元。课程教学以课堂讲授为主，结合课堂讲授内容安排课内实验及课后作业，加深对理论教学内容的理解和认识，注重将工程实践能力的培养贯穿课程教学的各个环节。课程教学安排围绕课程目标进行。第2、3、4、5、7单元的教学内容帮助实现课程目标1。通过课堂讲授，使学生掌握计算机五大硬件的基本组成和工作原理。通过课后作业和实验环节能够运用数据表示、运算方法、存储结构、指令系统和CPU工作原理等专业知识对软件工程解决方案进行分析评价。例如，存储系统的设计方案性能评价、指令格式的设计方案评价等。通过自主学习环节要求学生通过该课程网络学习平台同步跟进课程学习。第3、4、5、6、7单元的教学内容帮助实现课程目标2。通过课堂讲授，让学生掌握计算机运算器、内存、控制器、输入/输出设备五大硬件的基本组成和工作原理。通过课后作业、实验环节和自主学习环节，培养学生运用数据表示、运算方法、存储结构、指令系统和CPU工作原理等专业知识进行简单的硬件系统设计与开发，能够对设计方案进行优化和改进。通过自主学习环节要求学生掌握通过百度、google等网络搜索引擎和CSDN等专业知识网站等方式查阅相关学习资料、硬件技术发展情况。第1、4、7单元的教学内容帮助实现课程目标3。通过课堂讲授环节使学生在理解计算机硬件工作原理。通过课后作业和实验环节能够运用流水线性能分析方法、CPU性能评估方法等科学方法识别并理解软件工程复杂工程问题的相关特性。第3、4、5、6、7单元的教学内容帮助实现课程目标4。通过讲授环节，让学生掌握流水线性能分析方法、CPU性能评估方法等科学方法。通过课后作业和实验环节使学生针对复杂工程问题选择合适的数学模型、总线结构、存储结构和指令系统，进行可行性分析以及正确性的验证。例如主存扩展环节，学生能根据实际应用场景选择适当的主存扩展技术。在指令系统设计方面，学生能够分析影响指令系统性能的关键因素，根据应用需求设计合适的指令格式。通过自主学习环节，要求学生灵活运用百度、google等网络搜索引擎以及CNKI中国知网、万方、Elsevier、SCI、EI、Springer等国内外学术期刊数据库检索计算机硬件设计技术研究的最新动态。

3教学方法

贯彻“以学生为中心”的教学思想，采用“互动、开放”的课堂形式，具体以讲授为主，实验教学为辅，教师采用启发式、问题式的教学方法，以知识为载体，传授计算机组成原理的思想和方法，课堂教学尽量引入互动环节，引导学生寻找解决方案，基于计算机中硬件组成问题，提高学生有效实现计算机领域复杂工程问题解决方案能力，促进学生课程目标的达成。

为了促进课程目標1的达成，根据教学内容，采用课堂教授和实验教学的方式，利用启发式和问题式教学方法，掌握计算机硬件构成的基本知识和工作原理，在实验教学环节中运用数据表示、运算方法、存储结构、指令系统和CPU工作原理等专业知识对计算机工程解决方案进行分析评价。

为了促进课程目标2的达成，根据教学内容，采用社会调研和实验教学的方式，根据CPU、指令系统等部件性能的影响因素对相关设计方案进行优化和改进，加强实验环节的引导，进行简单的硬件系统设计与开发。

为了促进课程目标3的达成，根据教学内容，采用课堂教授和课堂讨论的方式，利用问题式教学方法，加强实验环节的引导，运用流水线性能分析方法、CPU性能评估方法等科学方法识别并理解计算机复杂工程问题的相关特性。

为了促进课程目标4的达成，根据教学内容，采用社会调研和实验教学的方式，对计算机复杂工程问题涉及的硬件、模块等诸多因素开展技术研究和实验验证。

4改革成效

针对2018级软件工程专业共180余学生实施面向工程教育认证的课程改革。根据课程考核结果，按照布鲁姆目标分类，在认知层面，学生对基本概念和范畴的掌握达到要求;在理解层面上，学生对计算机硬件构成的解释、归类和总结的掌握基本达到要求;在分析层面，学生对存储器、中央处理器等计算机核心硬件的工作原理的问题分析能力也需要继续提升;在综合应用层面，学生对简单硬件系统的设计开发有很大的提升空间。

课程目标3相对于其他课程目标，达成情况不是很好，反映出学生对于计算机硬件组成问题的分析和验证能力有待提高。少数学生的课程目标达成情况较差，学生两极分化趋势明显，在后期的学习指导中教师需要加强部分达成度偏低学生的学习指导，对于少数学业有困难的学生，应启动学业预警机制，对这些学生进行学业帮扶，促进毕业要求的达成。

5结束语

本文围绕工程教育认证的理念提出了计算机组成原理课程改革的思路。以毕业要求为导向明确课程教学目标、根据教学目标确定教学内容、制定课程考核方式、进行课程目标达成度评价。计算机科学与技术专业开展工程教育认证工作对提高专业建设水平，提升人才培养质量具有重要意义。

参考文献

[1] 蒋宗礼.培养计算机类专业学生解决复杂工程问题的能力[M].北京：清华大学出版社，2018：51.

[2] 中国工程教育专业认证协会.工程教育认证标准（2015版）[EB/OL].http：//www.ceeaa.org.cn/main！newsList4Top.w？menuID=01010702#， 2017-11-01.

[3] 冯婧微，张学军，邵红，等.基于工程认证及成果导向教育的环境工程专业体系构建——以沈阳化工大学为例[J].教育教学论坛，2017，（26）：159-160.

[4] 孙涵，陈兵，陈松灿，等.计算机科学与技术专业工程教育专业认证探究[J].工业和信息化教育，2016，（5）：50-54.

作者简介

宁菲菲（1985-），女，河南省平顶山市人;讲师，现就职单位：平顶山学院，研究方向：深度学习，自然语言理解。

肖金峰（1999-），男，河南省平顶山市人;现就读学校：平顶山学院，本科生。