基于OBE的计算机硬件人才递进式培养模式研究

沈澍 吕彩霞 徐欣迪

摘  要： 教学改革是促使教学质量不断优化的主要动力。文章主要针对计算机硬件人才的培养进行探究，提出一套基于OBE的计算机硬件人才递进式培养模式。以期改进教学方式，加强实践教学，培养学生的实际动手能力和操作能力，从而培养出高质量的计算机硬件人才。

关键词： OBE; 计算机硬件; 教学改革; 递进式培养

中图分类号：G642.0          文獻标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）10-70-04

Abstract： Teaching reform is the main driving force for the continuous optimization of teaching quality. This paper mainly explores the training of computer hardware talents， and puts forward a progressive training model of computer hardware talents based on OBE （Outcomes-based Education）. In order to improve teaching methods， strengthen practical teaching， train students' practical ability and operational ability， so as to cultivate the high-quality computer hardware talents.

Key words： OBE;  computer hardware;  teaching reform;  progressive training

0 引言

OBE（Outcomes-based Education）称之为“成果导向教育”或者“面向产出的教育”，由Spady于1981年率先提出，其强调“以学生为中心”的教育理念，打破了“以教师为中心”的传统的教学授课模式。近年来，OBE作为工程教育专业认证的核心目标，正受到国内各高校的广泛关注，并且掀起了一场教育模式的革新。作为“双一流”建设的重点高校，南京邮电大学为了加快实施“一流大学”和“一流学科”建设，立足于自身的特点，对信息类工程技术人才的培养提出了更高的要求，同时也面临着更大的调整，迫切需要加速工程教育的革新。

计算机硬件人才是非常重要的信息类工程技术人才，要求熟悉计算机组成原理、微型计算机原理和计算机系统结构等，可以独立承担计算机硬件的设计和应用。当前我国高校在计算机硬件人才培养上存在诸多问题，例如目标制定时，人才定位模糊，专业特色不明显，在实际的培养过程中“广而不精”，缺少针对性的知识培养，或者理论课程安排不恰当，以至于学生硬件专业知识不足，尤其在动手实践方面较差，不能很好地胜任计算机硬件方面的专业工作。

笔者所在的南京邮电大学计算机学院于2018年下半年进行了工程教育专业认证，笔者根据多年计算机专业教学和科研方面的尝试和经验[1-2]，结合在专业认证准备工作中的体会，提出了一套基于OBE的计算机硬件人才递进式培养模式。

1 OBE的核心

OBE强调如下四个问题[3]：

⑴ 目标：想让学生取得什么样的学习成果？

⑵ 动机：为什么要让学生取得这样的学习成果？

⑶ 手段：如何有效地帮助学生取得学习成果？

⑷ 评价：如何知道学生已取得这些学习成果？

运用计算思维去思考这四个问题，我们发现，课程和教育过程由原先的目的变为了现在的手段。如果原有的手段无法为学生特定的能力培养做出贡献，则必需面临改革，即按照图1所示，遵循OBE反向设计原则进行评价和持续改进。

OBE核心内容是“培养学生解决复杂工程问题的能力”。“复杂工程问题”是工程教育专业认证的一个老问题，也是一个新问题。“华盛顿协议”对其早有明确定义与界定，而在我国2015年版的《工程教育认证标准》中又做了如下的特别定义：

① 必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得以解决;

② 涉及多方面的技术、工程和其它因素，并可能相互有一定冲突;

③ 需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性;

④ 不是仅靠常用方法就可以完全解决的;

⑤ 问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中;

⑥ 问题相关各方利益不完全一致;

⑦ 具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。

此标准中规定，“复杂工程问题”必须具备上述特征①，同时具备上述特征②至⑦的部分或全部。这些之所以在我国工程教育认证标准中反复强调，是因为工程教育首先要建立在对这个核心概念透彻理解的基础之上，否则培养解决“复杂工程问题”的能力就无从谈起。

培养解决“复杂工程问题”的能力是一个长期的系统工程，非短时间内可以达成，要重点考察学生的综合素质，其能力范畴包括基础知识、综合能力、专业技能、实践经验、国际视野、文化内涵等众多非暂时性记忆。为了达成这个目标，需要学生、老师、学校、家长、用人单位等多方的共同努力。

2 总体方案

作为教师，在课题组计划中，采用如图2所示的递进式的人才培养方案，层层关联、逐步深入，目标是在培养过程中实现OBE的核心目标，即培养出满足工程教育专业认证要求的可以解决“复杂工程问题”的计算机硬件人才。

第一个环节是“理论课程”的学习，学生通过学习该专业必要的理论知识，为后续环节奠定坚实的知识基础。第二个环节是参与“科研项目”，对于学生来说，这不仅仅是对专业知识的巩固和应用，同时也对学生解决问题的综合能力和创新创造能力的提升有很大帮助，并且还能积累宝贵的经验。第三个环节是参加“课外竞赛”，合理有效地安排好学生的课外实践活动，制定出合适的成长目标，不断提升学生的综合素质。第四个环节是进行“毕业设计”，作为大学期间最后一个综合性的实践课程，可以有效锻炼学生解决复杂工程问题的能力。

3 理论课程

目前计算机专业的本科生学习软件类课程較多，硬件类课程较少。以南京邮电大学计算机类相关专业的培养计划为例，硬件相关课程如表1所示。

这些课程大体按照知识递进的方式来安排，教学过程中一方面要注意课程之间的相互联系，另一方面须强调实验教学的重要性。以笔者的教学经验而言，相较于编程能力，学生在硬件方面的实践动手能力普遍较弱。而计算机硬件课程和其他课程有所不同，对学生的实践能力以及创新能力的培养是比较关键的，需要在课程教学的设计环节加强重视[4]。因此，应该加强计算机硬件设施建设，给学生提供一个良好的硬件实操环境，从而在实践操作中让学生发挥自身的主观能动性，积极探索，主动创新，激发学生的学习兴趣，在教师的引导下根据课程教学内容进行实践操作，进而全面提高高校计算机硬件教学的质量[5]。

理论课程往往是比较枯燥的，学生在学习过程中经常出现两种情绪，一是厌学或缺少兴趣，二是迷茫不知所学何用。因此，如果一味照本宣科效果不一定好。相反，授课时多介绍一些相关知识的实例，激发学生的兴趣往往可以有意外的效果。这就需要老师激发学生的兴趣，引导学生除了要掌握基本的计算机硬件知识外，还要系统地了解计算机硬件系统的组成以及计算机的发展过程，提高学生的计算机素养，为今后的学习打下坚实的基础[6]。

4 科研项目

与研究生不同，本科生参与项目的机会是比较有限的。为了给本科生提供更多参与项目的机会，各大学纷纷推广大学生创新创业训练计划项目（STITP），并将其作为培养学生创新能力的重要措施。笔者认为，STITP项目在开展实施期间需遵循以下原则。

⑴ 注重兴趣驱动：参加项目的学生需对科学研究或创造发明有浓厚兴趣，发挥主动学习、主动探索、主动实践的积极性，在自身兴趣的驱动和导师的全面指导下完成创新训练项目。

⑵ 注重自主实践：参加项目的学生需在导师的指导下，自主选题、自主设计实验项目、研制实验实训设备、实施实验实训、进行数据分析处理和撰写总结报告等工作，不断提高学生的自我学习能力、团结协作能力和组织实施能力。

⑶ 注重过程参与：参加项目的学生需注重项目的实施过程，着重强调学生在项目实施过程中在创新思维、创新实践、创新方法等方面的收获，逐渐掌握发现问题、思考问题和解决问题的方法，提高创新实践能力。

⑷ 注重切实可行：计划训练项目应当是思路新颖、目标明确、研究方案及技术路线可行、实施条件可靠的项目。

⑸ 注重与教师科研项目结合：为了提高大学生科技创新的总体质量，提升创新训练计划项目的水平，应使学生有机会较早地参与导师的科研项目。

⑹ 注重与学科竞赛和毕业设计相结合：鼓励学生和教师结合学科竞赛的内容和毕业设计的要求，有针对性地设立课题进行专题学习和研究，对学生进行系统性的训练、学习和逐步深入研究。

这种结合科研项目的方式也是有利有弊的。上文提及的有利之处有很多，然而弊端在于，这些课题对于本科生来说有一定的难度，并且学生的课余时间有限，要兼顾课程学习和科研项目有难度。这便对学生学习的自觉性和主动性提出了高要求。从笔者目前进行的实践情况来看，虽然项目实施过程中有一些曲折，但笔者指导的绝大部分STITP项目均顺利结题。总体而言，利远大于弊。

5 课外竞赛

在本科阶段的高年级，课程相对较少，在不影响正常课程学习的前提下，学生可以根据自身的兴趣和特长有针对性地选择参加一些课外竞赛，如ACM-ICPC，可以极大地提升学生的技术能力。

通常来说，硬件类的比赛是以“全国大学生电子设计竞赛”为代表的全国性大赛。此外，以“挑战杯”为代表，近年来出现了一批强调大学生创新和创造能力的比赛，且受到越来越多的关注，这些比赛也非常适合硬件类作品参赛。以笔者曾指导的一个团队参加“第五届中国大学生服务外包创新创业大赛”为例，当时参赛的项目是“乐愈康复——基于Kinect的医疗康复训练系统”。当时为了准备这个比赛，团队里的同学不仅进行硬件和软件开发、系统调试等常规的研发，还涉及到市场情况的调研、参赛视频和海报的制作、答辩时的演讲等营销推广环节，可以说是做了一个面向实际需求的复杂系统工程。在学校的学习中，我们更多注重研发能力的培养，而在实际工作中情况则会复杂得多，于是对学生综合能力的培养提出了更高的要求。通过近三个月的努力，我们最终获得了全国团体一等奖的好成绩，这也是对同学们付出努力的褒奖。

参与竞赛不仅是对学生自身能力的一种锻炼，也是对新知识的一种拓展。在竞赛过程中，学生将学到的知识运用于实际，可以认识到自身的不足。在团队合作中，增强了同学的合作能力，让他们学会如何在团队中发挥自己的长处。这对专业能力和人际交往都是一种锻炼。关于参加课外竞赛，老师一定要起好引导作用，给予学生一定的梳理和指导，引导学生学会自我思考，自我钻研。

6 毕业设计

毕业设计是学生在大学阶段最后一项重要的实践环节，也是对学生在学校所学知识及综合能力的检验和展现。无论是从教师出题的角度，还是从学生选题的角度，相对于硬件类的题目，教师或学生都更倾向于选择软件类的题目。如此便不利于硬件类人才的培养，这需要学校或学院的有效调控与激励。以笔者所在学院为例，在毕业设计出题申报时明确规定，硬件类题目的比例不能低于30%。

对于毕业生来说，毕业设计从前期整理资料开始，到后期完成作品，撰写毕业设计说明书，需花费差不多一个学期的时间。由于学生在学习过程中对知识的渗透程度有所不同，且毕业设计的选题有一定深度和综合性，指导教师有必要因人选题、分层教学、重视过程，在兼顾多数学生课题难度的同时，鼓励一部分学生深入探索。例如，对于没有项目竞赛经验的学生，尽量选择一些难度适中的题目，而对于有项目竞赛经验的学生，则可以选择延续他们之前的研究方向，甚至可以组成小组对毕业设计问题进行深入研究。教师指导学生毕业设计时应鼓励学生与自己进行交流，从而了解学生的问题所在，关注学生研究进展，使自己的学生有一个完美的毕业设计。

7 结束语

教学改革是一个漫长的过程，需要在实际教学中不断创新，循序渐进。特别是在实际的教学过程中，要不断调整，找到适合学生学习的方法。教学改革不是仅仅需要老师做的事情，它也需要学校在设备上的支持，从而提高教学的质量。基于OBE的计算机硬件人才递进式培养模式的提出，是具有针对性的，是切实可行的。它让学生在学习的过程中提高认识、改变观念、强化动手能力，基于此，计算机硬件的教学改革才能走得更远更稳。随着计算机技术的不断发展，高质量的计算机硬件人才是被需要的，因此采用这种培养模式是值得探索的。

参考文献（References）：

[1] 沈澍，韦伟，邹志强.“学研赛”并重的计算机类双创型人才培养模式探索[J]. 计算机教育， 2016.7：9-11

[2] 沈澍，李鹏，刘大勇.计算机硬件课程教学方法改革的思考[J].黑龙江教育（高教研究与评估）， 2017.7：45-46

[3] 郝兵，曹海英.基于学习产出教育（OBE）的计算机基础课程教学改革研究[J]. 通讯世界， 2017.23：340-341

[4] 张奕.计算机硬件教学创新探析[J].电脑迷，2018.12：43

[5] 高晓佳.计算机硬件教学改革的探索与实践[J].学园，2016. 6：65，70

[6] 刘忠仁，李艳.浅谈如何提高计算机硬件教学的有效性[J].中小企业管理与科技，2015.33：205