面向工程教育专业认证的《计算机组成原理》实验教学改革探索
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作者:曹旨昊 刘三荣 张强 徐丽 王永 李学辉
摘要：面向工程教育专业认证目标要求，对计算机专业核心课程《计算机组成原理》的实验教学内容、教学方法和考核方式等方面进行改革探索，确定了以学生为中心、成果为导向的实验教学目标。基于工程教育专业认证的实验教学改革是提高高校人才培养质量的有意义的探索。
关键词：工程教育专业认证;计算机组成原理;教学改革;教学模式
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）29-0115-02
1 引言
工程教育认证是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础，有助于推动我国工程教育国际化。工程教育专业认证突出教学目标以产出为导向，以学生收获、毕业达成情况为中心，明确要求“学生必须能够设计计算机领域复杂工程问题的解决方案”[1-3]。《计算机组成原理》是计算机专业的一门核心课程，对后续专业课程的学习起着至关重要的奠基作用。这门课程主要讲授计算机硬件的基本结构和工作原理等，知识点多且难。虽然主流教材的内容涵盖了比较全面的专业知识，但是重理论轻实践.不能满足工程认证的需要，因此实验教学环节尤为重要[4-6]。
枣庄学院作为一所应用型本科高校，近年来积极探索工程教育认证相关工作，包括计算机类专业围绕新版工程教育专业认证标准开展专业建设。在此背景下，信息学院教学团队分析了目前《计算机组成原理》实验教学存在的问题。确定了以学生为中心、成果为导向的实验教学目标，根据工程认证要求对课程实验教学环节进行改革探索[4]。
2 目前实验教学中存在的问题
（1）计算机组成原理实验涉及的知识点较多，而多年来课程实验一直是验证性实验为主（如Cache的验证等）。学生仅根据实验指导书上的图示，手工插线操作实验箱就可以完成实验，动脑较少，难以真正掌握相关知识。
（2）课程实验考核方式过于简单，仅根据实验报告确定学生成绩，不能培养学生解决工程实际问题的能力。根据实验教学反馈，许多学生即使完成实验后仍然对知识点一头雾水，并没有真正掌握相关知识。很多学生对照实验指导书抄一遍就可以通过实验考核，不符合工程教育专业认证的标准。
3 实验教学的改进
3.1 教学内容改进
针对实验教学中存在的问题，结合工程认证要求，参考多所高校相关课程实验内容，改进实验教学内容。在实验设计环节，教师应该注意纠正学生“已有实验箱，无须硬件设计”的错误观念，注重引导学生：实验箱仅提供必备的硬件模块（运算器、存储器等），但各模块之间的逻辑实现，需要学生自主设计完成，同时需要通过模块连线完成硬件的物理实现，采用从无到有、逐级实现的设计过程。
实验课时共计20课时，包括五组实验，实验难度呈现阶梯型，由简到难，分为验证性实验、设计类实验和综合型实验。验证性实验是巩固所学的理论知识，设计类实验是对所学知识进一步加深理解，综合型实验是为了培养学生综合能力。
3.2 教学方法改进
计算机组成原理实验教学方法的改进主要通过以下三个方式。
（1）建设网络实验慕课。教学团队共建实验慕课以及网络教学平台，在实验平台上传实验视频，采用线上线下混合教学模式和“慕课+理论+实验”的教学方法。让学生提前预习实验相关知识点，对实验内容有大致的了解，避免在课上学习占用大量宝贵的时间。
（2）提出有一定难度的开放性实验问题。学生可以利用课下时间，来到实验室解决问题。《计算机组成原理》作为计算机专业的核心基础课程，学时多、难度大，若仅依赖有限的课堂实验时间，学生对知识的理解与掌握是十分有限的。因此需要引导学生利用课下时间主动到实验室进行操作，同时实验室在非授课时间一直向学生们打开，为学生进行开发和解决实验问题提供充足的学习资源。
（3）充分运用多媒体教学手段展示抽象的实验逻辑过程。《计算机组成原理》难学难教是因为计算机的工作原理涉及大量的、繁杂的和严密的逻辑过程，这在实验中尤其突出。而这些逻辑过程与时间和空间是密切相关的，而静态的文字和图片难以描述出抽象繁杂的逻辑过程。教师应充分利用PPT等工具，将抽象难理解的实验逻辑过程用形象的动画表现出来，提高学生学习的兴趣，让教学内容变得深入浅出。
3.3 考核标准改进
在实验教学中，使用过程量化、现场验收程序的考核方式：一方面侧重于“计算机组成思维”的理论培养，另一方面也强调了实际软硬件综合编程实操能力的培养。
现场验收程序让学生针对不同问题分别进行回答，避免有些学生做实验就是简单抄袭一下别人的实验报告，促进学生自己对各个知识点真正掌握，同时也能检验课前是否认真预习。现场考核设计到知识点很多，如：每行代码的意义、实验理论设计和实验现象分析等。实验结束后的实验报告让学生对实验结果进行分析和总结，考核实验数据分析、实验代码调试和实验结果总结等。
考核总分为100分，分为三个部分：实验前预习部分（20分），实验过程中的考核（60分），实验报告（20分）。实验前预习是为了鼓励学生查阅相关文献资料，对实验内容有初步构想。实验过程中的考核，避免有些学生做实验就是简单抄袭一下别人的实验报告，考查学生真正的掌握情况。实验结束后的实验报告让学生对实验结果进行分析和总结，考察实验数据分析、实验代码调试和实验结果等内容。
4 结语
工程教育认证是未来工程教育质量评价的发展趋势，工程教育质量的提升迫切要求高校专业课程做出更多的改革与创新。本文通过分析《计算机组成原理》课程性质和工程教育认证的必要性，提出了计算机组成原理课程教学目的、教学内容和教学方法等改革措施，使本课程的工程教育质量得到了一定程度的改善和提高。但是教师和学生对工程教育认证的理解和掌握需要有一个适应过程，教学环节还有许多与工程教育认证不适应之处。适合工程教育认证的《计算机组成原理》课程教学改革是一项长期而又艰巨的任务，需要长期地研究、探索和实践。只有在实际教学工作中，联系学生实际情况，不断地改革与创新，才能使高校人才的培养真正满足社会的需求。
参考文献：
[1]金圣华，张正伟，工程认证下的《计算机组成原理》实验教学改革探讨[J].电脑与电信，2019（21）：76-78.
[2]黄岚，吕春利，史银雪，孙瑞志，袁刚，程新荣，刘云玲，面向工程认证的计算机组成原理课程建设探索[J].教育教学论坛，201 8（12）：260-262.
[3]谢从华，徐文彬，面向工程教育认证的计算机组成原理课程改革的探索[J]，计算机时代，2016（5）：97-99.
[4]兰勇，张朝阳，王伟，张少博，计算机组成原理教学改革探索与实践[J]，计算机教育，2019（1）：13-15+20.
[5] 刘三荣，新考纲下《計算机组成原理》教学改革与探讨[J].电脑知识与技术，2012，8（30）：7267-7268.
[6]侯艳艳，王秀贞，刘三荣，等，基于项目驱动的计算机硬件课程改革[J].电脑知识与技术，2015，11（8）：104-105.
[7]刘三荣，候艳艳，单承刚，等.MOOC+混合式教学模式下计算机组成原理课程的教学改革与研究[J].科教导刊（中旬刊），2019（5）：124-125.
【通联编辑：王力】
作者简介：曹旨昊（1992-），男，山东枣庄人，助教，硕士，主要研究方向为深度学习。
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