摘要：文章旨在探析基于OBE理念的教學(xué)改革建議，以提升計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)效果與質(zhì)量。首先介紹了OBE理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生培養(yǎng)的結(jié)果和學(xué)以致用的重要性；其次分析了計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中存在的問題；隨后提出了基于OBE理念的教學(xué)改革建議，包括設(shè)計(jì)更高階的教學(xué)目標(biāo)、注重教學(xué)內(nèi)容的延伸、改革教學(xué)方法與模式、拓展多維度的教學(xué)評(píng)價(jià)等方面。這些建議旨在培養(yǎng)學(xué)生更深層次的理解和應(yīng)用能力，有效地改善計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：OBE理念; 計(jì)算機(jī)組成原理課程; 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）27-0139-03

0 引言

OBE 理念（Outcomes-based Education） 強(qiáng)調(diào)的是關(guān)注學(xué)生培養(yǎng)的結(jié)果和學(xué)以致用，教育者需要明確學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到的能力和水平，然后設(shè)計(jì)適宜的教育結(jié)構(gòu)來確保學(xué)生達(dá)到這些目標(biāo)，這與傳統(tǒng)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)和注重投入的教育形成了鮮明對(duì)比。美國學(xué)者斯派帝在《基于產(chǎn)出的教育模式：爭(zhēng)議與答案》一書中對(duì)OBE進(jìn)行了深入研究，將其定義為“聚焦和組織教育系統(tǒng)，確保學(xué)生獲得未來生活中實(shí)質(zhì)性成功的經(jīng)驗(yàn)”。在OBE教育模式中，學(xué)生學(xué)到了什么和是否成功遠(yuǎn)比怎樣學(xué)習(xí)和什么時(shí)候?qū)W習(xí)更為重要。西澳大利亞教育部門將OBE定義為：“基于實(shí)現(xiàn)學(xué)生特定學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育過程，將教育結(jié)構(gòu)和課程視為手段而非目的，若無法為培養(yǎng)學(xué)生特定能力作出貢獻(xiàn)，則需要重建。”

計(jì)算機(jī)組成原理作為計(jì)算機(jī)學(xué)科的核心課程，對(duì)計(jì)算機(jī)類人才的培養(yǎng)和職業(yè)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。然而，由于其難度較大、知識(shí)點(diǎn)繁雜，在教學(xué)實(shí)踐中學(xué)生往往難以將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐。為提升教學(xué)效率與質(zhì)量，可以借鑒OBE理念[1-2]，將其融入計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中，以結(jié)果為導(dǎo)向，幫助學(xué)生更好地學(xué)以致用[3]。

1 計(jì)算機(jī)組成原理課程教學(xué)中存在的問題

1.1 教學(xué)目標(biāo)的高階性特征不顯著

在計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)中，常常存在教學(xué)目標(biāo)高階性特征不顯著的現(xiàn)狀[4]。多數(shù)教師在課程中目標(biāo)設(shè)定時(shí)，往往會(huì)過分強(qiáng)調(diào)硬件層面的內(nèi)容，如CPU結(jié)構(gòu)、指令集體系結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)等，而忽視了與軟件、編程語言、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等相關(guān)的內(nèi)容。這使得學(xué)生可能只關(guān)注于硬件的細(xì)節(jié)，而忽略了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性和軟硬件之間的交互；其次，教學(xué)目標(biāo)中對(duì)課程實(shí)踐性和應(yīng)用性的要求不高，導(dǎo)致課程可能過于理論化，缺乏實(shí)際案例和應(yīng)用場(chǎng)景的引入。學(xué)生只是被廣泛地介紹了概念和理論，而缺乏實(shí)際動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致他們對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和應(yīng)用能力有所欠缺；最后，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)常常缺乏跨學(xué)科的視角。計(jì)算機(jī)組成原理課程通常是在計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)中進(jìn)行教學(xué)的，但計(jì)算機(jī)科學(xué)本身是一個(gè)與其他學(xué)科交叉融合的領(lǐng)域。教學(xué)目標(biāo)過于單一可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生缺乏對(duì)與計(jì)算機(jī)組成原理相關(guān)的其他學(xué)科的理解，如電子工程、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等，從而限制了他們的綜合能力和視野。

1.2 教學(xué)內(nèi)容較為枯燥

計(jì)算機(jī)組成原理是一門理論性偏強(qiáng)的課程，涉及大量的理論知識(shí)，如數(shù)字邏輯、CPU結(jié)構(gòu)、指令集體系結(jié)構(gòu)等，可能過于抽象，難以引起學(xué)生的興趣，難以與日常生活或個(gè)人興趣聯(lián)系起來；其次，缺乏生動(dòng)的案例和示例，可能阻礙學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的深入理解。例如，教學(xué)中沒有足夠的實(shí)際案例來說明理論知識(shí)在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的應(yīng)用，這使得學(xué)生難以將理論知識(shí)與實(shí)際場(chǎng)景聯(lián)系起來，從而降低了他們的學(xué)習(xí)積極性；再次，教學(xué)內(nèi)容往往只集中于本學(xué)科，而缺乏跨學(xué)科視角。計(jì)算機(jī)組成原理課程通常只涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容，而忽視了與其他學(xué)科的交叉融合。例如，計(jì)算機(jī)組成原理與電子工程、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科有著密切的關(guān)聯(lián)，但教學(xué)內(nèi)容缺乏對(duì)這些學(xué)科的引入和交叉應(yīng)用，使得學(xué)生無法從多學(xué)科的視角來理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；最后，課程中的知識(shí)點(diǎn)比較孤立。在教學(xué)內(nèi)容中，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)往往被孤立地呈現(xiàn)，缺乏連貫性和聯(lián)系性。學(xué)生可能只是在接收零散的知識(shí)點(diǎn)，而缺乏對(duì)知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)和整體性的理解，使得他們無法將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題。

1.3 教學(xué)模式略顯單一乏味

多數(shù)學(xué)校中計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)模式仍然比較單一。首先，傳統(tǒng)的講授模式占主導(dǎo)地位，主要靠教師在課堂上通過講解教材內(nèi)容來傳授知識(shí)。這種模式下，學(xué)生大多是被動(dòng)接受知識(shí)，缺乏主動(dòng)參與和互動(dòng)，導(dǎo)致課堂氛圍單調(diào)乏味[4-5]；其次，計(jì)算機(jī)組成原理課程中通常缺乏足夠的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生難以通過實(shí)際操作來鞏固理論知識(shí)，從而對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和應(yīng)用能力常常受到限制，無法將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際技能；再次，傳統(tǒng)的講授模式往往缺乏學(xué)生與教師之間的互動(dòng)和學(xué)生之間的討論環(huán)節(jié)，學(xué)生可能因?yàn)槿狈⑴c感而失去學(xué)習(xí)的興趣，導(dǎo)致課堂效果不佳；最后，教學(xué)模式單一還表現(xiàn)在課外延伸方面，教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用、行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)等聯(lián)系較少。學(xué)生只能在課堂上學(xué)習(xí)到一些基礎(chǔ)的理論知識(shí)，但缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用、前沿技術(shù)發(fā)展等方面的深入了解。

1.4 考核體系不夠科學(xué)全面

目前，大多數(shù)計(jì)算機(jī)組成原理課程的考核體系都是不太健全和先進(jìn)的[7-8]。首先，考核方式單一，許多計(jì)算機(jī)組成原理課程的考核方式主要依賴于傳統(tǒng)的筆試形式，如期末考試、小測(cè)驗(yàn)等。這種考核方式雖然能夠測(cè)試學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，但卻無法全面評(píng)估學(xué)生的綜合能力和實(shí)際應(yīng)用能力，存在較大的局限性；其次，考核缺乏實(shí)踐性評(píng)估。由于考核方式單一，學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問題的能力往往得不到充分的評(píng)價(jià)；再次，評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)片面。由于考核方式單一，教學(xué)評(píng)價(jià)往往偏重于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，而忽視了學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等綜合素質(zhì)。這導(dǎo)致了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不足，只追求應(yīng)試成績，而忽略了自我提升和全面發(fā)展；最后，考核的結(jié)果不能很好地適應(yīng)行業(yè)需求。考核方式單一、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)片面的現(xiàn)狀使得學(xué)生在畢業(yè)后面臨與行業(yè)需求脫節(jié)的情況。行業(yè)更加注重實(shí)際操作能力、解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力等綜合素質(zhì)，而傳統(tǒng)的考核方式無法全面評(píng)估學(xué)生的這些能力。

1.5 課程跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)建設(shè)不夠完善

計(jì)算機(jī)組成原理課程通常由計(jì)算機(jī)科學(xué)或者電子工程等專業(yè)的教師獨(dú)立負(fù)責(zé)教學(xué)，大多數(shù)高校缺乏跨學(xué)科的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。這導(dǎo)致了課程的教學(xué)內(nèi)容和方法可能局限于某一學(xué)科領(lǐng)域，缺乏多元化和全面性；其次，教師間可能缺乏深入的合作與交流，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容和方法單一化，無法充分借鑒和分享其他教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和資源；教師的培訓(xùn)和發(fā)展機(jī)會(huì)較少，導(dǎo)致教師的教學(xué)水平和教學(xué)能力無法得到有效提升；最后，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)中學(xué)生參與機(jī)會(huì)少，以學(xué)生代表的參與和反饋機(jī)制能夠促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)的優(yōu)化和改進(jìn)，提高教學(xué)的針對(duì)性和有效性。

2 基于OBE 理念的教學(xué)改革建議

2.1 設(shè)計(jì)更高階的教學(xué)目標(biāo)

1） 有機(jī)結(jié)合理解與應(yīng)用：將教學(xué)目標(biāo)從簡單的知識(shí)掌握提升到理解和應(yīng)用知識(shí)的水平，不僅要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)組成原理的基本概念，還需要理解這些概念如何應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)和問題解決中。

2） 強(qiáng)化分析與綜合的能力培養(yǎng)：強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生分析問題、整合知識(shí)的能力。通過案例分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題，并進(jìn)行深入的思考和分析。

3） 創(chuàng)新與設(shè)計(jì)的培養(yǎng)：提升學(xué)生的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)能力。鼓勵(lì)學(xué)生參與課程項(xiàng)目或者實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力和解決問題的能力，引導(dǎo)他們從設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)。

4） 引入跨學(xué)科的內(nèi)容和方法：拓寬學(xué)生的視野。將計(jì)算機(jī)組成原理與其他學(xué)科領(lǐng)域（如電子工程、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等）進(jìn)行結(jié)合，幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的綜合性和與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，并引導(dǎo)他們對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行反思和總結(jié)。通過實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，并幫助他們加深對(duì)知識(shí)的理解。

5） 強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力的培養(yǎng)：設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目或者合作實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)與同學(xué)合作，共同解決問題，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。

6） 培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)態(tài)度和自主學(xué)習(xí)能力：引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索和學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)他們利用各種資源和方法提升自己的學(xué)習(xí)能力，并將其作為一種終身習(xí)慣。

例如，在培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)CPU設(shè)計(jì)這一復(fù)雜工程問題時(shí)，通過將CPU分解成多類功能相對(duì)獨(dú)立的模塊（如圖1所示），每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與調(diào)試形成一個(gè)子任務(wù)，且都有明確的目標(biāo)。通過設(shè)計(jì)更高階的教學(xué)目標(biāo)，能夠有效地建設(shè)高階的教學(xué)目標(biāo)，在計(jì)算機(jī)組成原理課程中培養(yǎng)學(xué)生更深層次的理解和應(yīng)用能力，促進(jìn)其綜合發(fā)展和終身學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

2.2 注重教學(xué)內(nèi)容的延伸

跨學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的結(jié)合，有利于學(xué)生全方位掌握知識(shí)點(diǎn)全方位。比如，數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分涉及了數(shù)字電路的基本原理和設(shè)計(jì)方法，與電子工程學(xué)有密切聯(lián)系。在學(xué)習(xí)邏輯門的原理和設(shè)計(jì)方法時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生與電子工程學(xué)中的數(shù)字電路設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)相結(jié)合。再比如，計(jì)算機(jī)組成原理課程與數(shù)學(xué)之間的關(guān)系也是密不可分的，課程中所涉及的布爾代數(shù)和邏輯運(yùn)算等數(shù)學(xué)知識(shí)，與數(shù)學(xué)學(xué)科有密切聯(lián)系。在學(xué)習(xí)布爾代數(shù)的基本規(guī)則和定理時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生與數(shù)學(xué)學(xué)科中的邏輯推理和集合論相關(guān)知識(shí)相結(jié)合。

2.3 教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新

基于混合教學(xué)模式的基本思想，將教學(xué)基礎(chǔ)環(huán)境定位于SPOC或超星等平臺(tái)作為主要在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，騰訊會(huì)議和QQ群用于線上互動(dòng)和溝通，課堂和實(shí)驗(yàn)室作為線下學(xué)習(xí)和實(shí)踐的場(chǎng)所。教學(xué)方法改革著眼于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐應(yīng)用能力，以促進(jìn)他們的全面發(fā)展。

1） 學(xué)生將在課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，通過觀看教學(xué)視頻、閱讀教材、完成在線測(cè)驗(yàn)等方式預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，為線下課堂的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)（如圖2 所示）。這樣的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生在課堂上更加專注于問題討論和思維碰撞，提高了課堂教學(xué)的效率。

2） 在線下課堂中，我們采用師生互動(dòng)和生生互動(dòng)相結(jié)合的方式。教師不再是單向傳授知識(shí)的角色，而是引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論、提出問題，并給予及時(shí)的反饋和指導(dǎo)。同時(shí)，學(xué)生之間也能夠通過小組討論、案例分析等方式進(jìn)行交流和合作，共同解決問題，促進(jìn)彼此的學(xué)習(xí)。

3） 課后，我們鼓勵(lì)學(xué)生在SPOC 平臺(tái)上繼續(xù)學(xué)習(xí)，并進(jìn)行實(shí)踐任務(wù)的完成。學(xué)生可以通過在線實(shí)驗(yàn)、編程作業(yè)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等方式，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題解決中，并及時(shí)在QQ群等平臺(tái)上與同學(xué)和教師進(jìn)行交流和反饋。這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)不僅能夠鞏固所學(xué)知識(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新思維。

4） 將多教育平臺(tái)的資源有機(jī)整合，形成任務(wù)驅(qū)動(dòng)的遠(yuǎn)程混合教學(xué)模式。教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和任務(wù)要求，在不同的平臺(tái)上選擇合適的教學(xué)資源和工具，為學(xué)生提供更加豐富和多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.4 拓展多維度的教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)是OBE理念貫徹教學(xué)與否的重要方面，通過引入多樣化的評(píng)價(jià)方式，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目作業(yè)、小組討論、口頭展示等，可以更加全面評(píng)估學(xué)生的知識(shí)水平、實(shí)際應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)，其示意圖如圖3 所示。

1） 期末考試是必不可少的，考查學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理基本概念的理解程度，包括CPU結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)、指令集體系結(jié)構(gòu)等方面。

2） 增加小組討論和口頭報(bào)告，考查學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力，學(xué)生通過小組討論和口頭報(bào)告展示他們對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理的深入理解和綜合應(yīng)用能力。

3） 以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和項(xiàng)目作業(yè)的方式，來考查學(xué)生的實(shí)踐能力和問題解決能力，將實(shí)踐性評(píng)估納入課程考核體系，例如通過實(shí)驗(yàn)操作、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等方式，評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問題的能力。

2.5 加強(qiáng)課程跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)建設(shè)

第一，建立跨學(xué)科的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，吸引計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程等不同學(xué)科領(lǐng)域的專家共同參與課程設(shè)計(jì)和教學(xué)活動(dòng)；第二，提供教師培訓(xùn)和發(fā)展機(jī)會(huì)，支持教師參加教學(xué)方法和教學(xué)技術(shù)的培訓(xùn)，提高其教學(xué)水平和教學(xué)能力；第三，建立教師間的合作與交流機(jī)制，促進(jìn)教師之間的合作和交流，分享教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和資源；第四，設(shè)立教學(xué)團(tuán)隊(duì)的管理和組織機(jī)制，確保教學(xué)活動(dòng)的有序進(jìn)行和教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；第四，引入學(xué)生參與的機(jī)制，鼓勵(lì)學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和改進(jìn)，提高教學(xué)活動(dòng)的針對(duì)性和有效性。

3 結(jié)論

計(jì)算機(jī)組成原理課程的教學(xué)思考與探索應(yīng)致力于實(shí)現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展和提升學(xué)習(xí)效果的目標(biāo)。這一過程需要緊密結(jié)合時(shí)代發(fā)展和學(xué)科需求，不斷創(chuàng)新教學(xué)理念和方法，使教學(xué)更加生動(dòng)、貼近實(shí)際，從而有利于學(xué)生能力的全面培養(yǎng)。本文以O(shè)BE理念為抓手，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)考核體系以及跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)建設(shè)等多個(gè)維度，深入思考了現(xiàn)實(shí)教學(xué)中所面臨的挑戰(zhàn)和問題。以問題為導(dǎo)向，探索了相應(yīng)的教改思路，旨在構(gòu)建一套完整的教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，提高他們?cè)谟?jì)算機(jī)組成原理領(lǐng)域的實(shí)踐能力和應(yīng)用水平。

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【通聯(lián)編輯：王 力】

基金項(xiàng)目：江蘇大學(xué)高級(jí)人才基金資助項(xiàng)目（21JDG051）