基于CDIO理念的C語言教學(xué)改革實踐

鐘金明，張慧文

(1.深圳大學(xué) 機電與控制工程學(xué)院，深圳 518060;2.深圳市翠園中學(xué)初中部，深圳 518021)

基于CDIO理念的C語言教學(xué)改革實踐

鐘金明1，張慧文2

(1.深圳大學(xué) 機電與控制工程學(xué)院，深圳 518060;2.深圳市翠園中學(xué)初中部，深圳 518021)

針對目前高校工程教育與產(chǎn)業(yè)相背離、大學(xué)生普遍缺乏工程實踐經(jīng)驗的問題，根據(jù)CDIO工程教育模式，提出按自動化專業(yè)要求整合C語言程序設(shè)計相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，采用項目驅(qū)動的教學(xué)方式，加強專題研究實踐進行教學(xué)改革。實踐結(jié)果表明，該教改模式符合學(xué)生專業(yè)特點，能夠滿足專業(yè)基本需求；教學(xué)效果較為理想；教學(xué)實踐方法與措施切實可行，對學(xué)生分析問題、解決問題、實踐及團隊合作等能力的培養(yǎng)能起到積極作用。

工程教育；C語言程序設(shè)計；項目實踐；教學(xué)改革

1 C語言教學(xué)現(xiàn)狀及問題

對于未來想從事工程師職業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)某門課程不僅僅是學(xué)習(xí)某一個知識體系，而是應(yīng)該更進一步獲得如何利用這些知識去解決生產(chǎn)實際問題的能力，也就是動手能力。傳統(tǒng)的C語言教學(xué)方案，基本上都是為了給學(xué)生建立知識體系，沿用以往的以教師為中心的教學(xué)模式，這種理論知識講授多、工程項目實踐少的教學(xué)模式使工科學(xué)生很少有機會接觸實際的項目開發(fā)環(huán)境，另外師資隊伍往往也缺乏工程背景，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺失系統(tǒng)的工程化概念和實踐教育機會，最后的結(jié)果是不僅知識體系建立不起來，動手能力就更不用提了。這種理論脫離實際、實踐環(huán)節(jié)薄弱、產(chǎn)學(xué)脫節(jié)現(xiàn)象在我們高等工程教育領(lǐng)域普遍存在，根據(jù)“2012～ 2013全球競爭力報告”，美國81的工程專業(yè)畢業(yè)生可以立刻勝任工作，印度有25的畢業(yè)生可以做到這一點，中國的比例只有10。因此，能否解決好上述問題，成為我國高等工程教育培養(yǎng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展人才的關(guān)鍵。工程是為了解決問題，這種解決問題的能力只有從實踐中才能獲得。當然，單純的實踐也無法獲得真正的能力，關(guān)鍵是如何從實踐的經(jīng)驗和體會中，歸納出共性的知識，建立起知識體系，然后再將這些知識重新應(yīng)用到新的實踐當中去。這也是我們的工科畢業(yè)生在未來實際工作中所必須采取的學(xué)習(xí)和工作方法。因此，如何在大學(xué)學(xué)習(xí)中，掌握這種自我學(xué)習(xí)和提高的方法，是工程教育改革的根本目的。而相應(yīng)的基于工程對象的C語言程序設(shè)計項目實踐教學(xué)方案的構(gòu)建，也是按照這種學(xué)習(xí)和工作的方法進行深入研究。做到了這一點，才真正實踐了工作導(dǎo)向的哲學(xué)理念：實踐、歸納、推理和再實踐[1]。

2 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)、運作(Operate)。CDIO工程教育模式主張以從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人素質(zhì)和發(fā)展能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力等四個層面的能力。CDIO工程教育模式倡導(dǎo)問題驅(qū)動，注重實踐性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力。主張課程實驗教學(xué)從具體實踐出發(fā)，然后上升至理論，最后再回到實際操作中來，以創(chuàng)作最終產(chǎn)品為教學(xué)目標[2]。

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比較，CDIO模式更加強調(diào)扎實的工程基礎(chǔ)知識和實踐動手能力的培養(yǎng)，能夠更好地滿足現(xiàn)代工程技術(shù)人員的培養(yǎng)要求。CDIO工程教育模式的一個重要特征，就是實現(xiàn)了學(xué)校教育與工程實踐關(guān)系的重構(gòu)，在基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，向關(guān)注生產(chǎn)實踐回歸[3]。該教育理念比較適合指導(dǎo)工科人才的培養(yǎng)。而作為自動化專業(yè)開設(shè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程——C語言程序設(shè)計課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不甚理想，因此該課程教學(xué)改革勢在必行。針對C語言教學(xué)存在的問題和面臨的困境，基于CDIO的工程教育理念對我們有較好的啟迪作用。

3 應(yīng)用CDIO理念調(diào)整教學(xué)目標

傳統(tǒng)的C語言程序設(shè)計課程，教學(xué)中重知識傳授，輕實踐能力培養(yǎng)，少量上機課也往往是對理論的驗證，較少涉及實際項目，與產(chǎn)業(yè)界要求相去甚遠。因此，期望在相關(guān)的教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，能用C編程解決實際問題，必須調(diào)整教學(xué)目標。

按照CDIO教育理念，深圳大學(xué)機電與控制工程學(xué)院將C程序設(shè)計教學(xué)內(nèi)容融合在適當?shù)膶嵺`項目中，以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力為教學(xué)目標。同時在基于項目的案例教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐、交流溝通、團隊合作及系統(tǒng)開發(fā)的能力，盡早與自動化專業(yè)相關(guān)的技術(shù)(譬如：單片機、檢測、控制技術(shù)等)相結(jié)合，學(xué)會解決與專業(yè)相關(guān)的問題。

因此，將C語言課程的教學(xué)目標設(shè)定為具有熟練編寫C程序的能力，最基本的要求是面對實際問題能夠編程解決，不追求理論完整，但求會用。教學(xué)中淡化語法細節(jié)，選擇案例驅(qū)動的方式，把基本知識、單片機與接口技術(shù)和機器人控制技術(shù)作為應(yīng)用實例組織案例，以開發(fā)項目為目標，專題研究與實踐作為手段，把知識融入課程體系中。

4 參照CDIO理念進行教學(xué)模式改革

CDIO是具有創(chuàng)新教育理念的系統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，使知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)緊密結(jié)合，理論、實踐、創(chuàng)新融為一體，在培養(yǎng)學(xué)生的分析、實踐、創(chuàng)造力以及溝通能力方面效果尤為突出。

在C語言教改實踐中，根據(jù)CDIO工程教育理念，形成以學(xué)生未來職業(yè)需求為核心，以工程應(yīng)用為導(dǎo)向，兼顧基礎(chǔ)理論與實踐技術(shù)的具有綜合性、系統(tǒng)性、實踐性及創(chuàng)新性的教學(xué)方案。以應(yīng)用為導(dǎo)向的個性化、開放式教學(xué)方法，將共性與個性培養(yǎng)有機結(jié)合，課內(nèi)教學(xué)與課外科技活動融為一體，把理論教學(xué)、實踐教學(xué)、學(xué)術(shù)講座和科技競賽等系統(tǒng)結(jié)合，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，形成課內(nèi)理論教學(xué)和課外科技活動良性互動、互相促進，以學(xué)生為主的因材施教的開放式教學(xué)模式及形式多樣的學(xué)生考核評價制度。

4.1 按照自動化專業(yè)需求調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

自動化專業(yè)C語言常要處理計算機硬件接口問題，實現(xiàn)實時控制目標，那么課程的實踐環(huán)節(jié)應(yīng)增加相應(yīng)的實際案例或項目，以適應(yīng)該專業(yè)學(xué)生的需求。以CDIO教育理念整合C語言相關(guān)課程，做到兼顧經(jīng)典內(nèi)容和現(xiàn)代技術(shù)，強調(diào)基本理論，重視方法而不是內(nèi)容，重點強調(diào)工程應(yīng)用的實踐，在完成項目的過程中有效提高學(xué)生的動手能力和運用C語言知識解決專業(yè)問題的能力。

考慮到我院學(xué)習(xí)C語言課程學(xué)生已在前面參加過機器人制作與編程的工程實踐項目，通過該活動，學(xué)生已基本掌握編程的基本思路和方法，并了解單片機的輸入和輸出接口特性。因此，利用該項目重復(fù)同樣的學(xué)習(xí)過程，通過類比與分析，就可以歸納出單片機和C編程的核心知識和技能。同時，因為對于同樣的項目和課題，采用了不同的單片機和編程語言去實現(xiàn)，也讓學(xué)生能夠從中掌握和理解分析問題和解決問題的根本方法。因此，采用機器人作為項目實踐對象，寓教于樂，興趣為先，可以較好地激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情。

在整個項目完成的過程中，涉及軟硬件的問題，需要應(yīng)用單片機接口、計算機控制技術(shù)以及傳感器技術(shù)相關(guān)的知識與理論，需要小組成員分工合作，才能較好地鍛煉學(xué)生的交流、溝通、合作及創(chuàng)新能力。學(xué)生完成項目不是在學(xué)習(xí)某門課程，而是在學(xué)習(xí)如何解決實際問題，在解決問題的過程中自然地學(xué)會了相關(guān)課程要求的知識。

4.2 開設(shè)相關(guān)的工程專題實踐，多渠道鼓勵學(xué)生參加實踐

高等工程教育目標就是要為國家和社會培養(yǎng)能解決工程問題能力的高素質(zhì)的工程技術(shù)人才。我們學(xué)院的CDIO培養(yǎng)模式通過工程專題實踐將整個課程體系有機而系統(tǒng)地結(jié)合起來，所有需要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容都圍繞工程專題實踐這個核心進行。實踐證明工程專題實踐是對學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)、提高的有效途徑。我們在自動化專業(yè)開設(shè)了一系列智能車工程專題、移動機器人工程專題、自動控制系統(tǒng)工程專題實踐課程，讓學(xué)生自主選題，自行討論方案，自己組織實施。項目內(nèi)容結(jié)合學(xué)科的發(fā)展，貫穿課程始終，使學(xué)生能體會到學(xué)科發(fā)展的動態(tài)，邊學(xué)邊做，邊做邊學(xué);難度適中，適合學(xué)生的實際水平，在方法上直接面向社會，面向工程[4]。該做法很好地將《C語言程序設(shè)計》《自動控制原理》《微機原理與接口技術(shù)》《檢測技術(shù)》等自動化專業(yè)核心課程通過工程專題實踐項目整合在一起，達到讓學(xué)生將相關(guān)知識融會貫通的目的。這些專題實踐項目給學(xué)生自我發(fā)揮的余地，充分激發(fā)學(xué)生對工程項目的熱情和興趣，可以從多方面培養(yǎng)學(xué)生的能力。通過項目形式的選擇和完成的全過程培養(yǎng)學(xué)生掌控項目實施全過程的能力，通過小組成員間的通力協(xié)作培養(yǎng)學(xué)生的合作與溝通交流能力，在實踐中強化團隊精神。通過小組間的競爭激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐，最重要的是通過工程實踐融合相關(guān)的知識，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

要實現(xiàn)工程能力教育，教學(xué)方法的改革是必需的，現(xiàn)在是要沖破課堂教學(xué)的界限，要在工廠企業(yè)、實驗室和研究室中進行工程能力教育;要為學(xué)生創(chuàng)造進行工程實踐的場所，包括課內(nèi)及課外場所。我們鼓勵學(xué)有余力的同學(xué)及早進入實驗室，加入到老師的科研工作或企業(yè)的技術(shù)開發(fā)工作中來。同時，積極鼓勵學(xué)生組團申報學(xué)校開放實驗基金、創(chuàng)新實驗計劃項目，大力組織學(xué)生參加智能車大賽、教育機器人大賽，豐富學(xué)生業(yè)余工程實踐活動，開拓實踐教學(xué)新領(lǐng)地。這樣很能較好地做到因材施教，讓部分將來立志從事工程的學(xué)生較快較好地通過實踐從中提高自己C語言程序設(shè)計能力。

4.3 產(chǎn)學(xué)研合作，加強教師工程實踐能力

CDIO要求教師更新教育觀念，改變重理論知識輕實踐能力的傳統(tǒng)觀念，建立“以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)方式。學(xué)院可邀請富有經(jīng)驗的企業(yè)界技術(shù)骨干到學(xué)校開設(shè)相關(guān)C語言應(yīng)用講座;優(yōu)先選派有實踐經(jīng)驗和工程背景的老師為學(xué)生授課;同時組織任課教師到企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，鼓勵教師到相關(guān)企業(yè)兼職，鼓勵教師與企業(yè)合作開展工程項目。通過這種走出去、請進來方式既能鍛煉任課教師的工程實踐能力，開闊了學(xué)生視野，為培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力奠定基礎(chǔ)。

4.4 建立科學(xué)的考核體系

科學(xué)的考核體系對提高C語言課程教學(xué)的質(zhì)量至關(guān)重要。改革以往考核模式，重視實踐過程，采取多樣化的考核方式，使之能夠綜合體現(xiàn)學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)水平。因此，在考核時我們必須通盤考慮學(xué)生平時表現(xiàn)、上機實驗、項目的創(chuàng)新、合作、溝通和分享知識的能力以及積極參加與C課程相關(guān)的專題實踐項目、科技競賽情況綜合評定成績，有意識引導(dǎo)學(xué)生積極參加工程實踐，鼓勵有創(chuàng)造性的學(xué)生脫穎而出。

5 結(jié)束語

我們應(yīng)用CDIO教學(xué)模式改革C語言程序設(shè)計課程，經(jīng)過一個學(xué)期的教學(xué)實踐，收到較為理想的教學(xué)效果。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有所提高，形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍，對項目的運作過程有了親身實踐機會，學(xué)生間的合作意識、交流溝通能力都得到了培養(yǎng)。今后我們還將不斷探索、完善相關(guān)課程的教學(xué)改革方案，推動教學(xué)改革的深入，進一步提高工程教育質(zhì)量。

[1]秦志強.C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]顧佩華，李癉平，沈民奮，等.以設(shè)計為導(dǎo)向的EIP _CDIO創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式[J].中國高等教育，2009(3)：47_49.

[3]吳雅娟，衣治安，王躍萍.CDIO教育模式在計算機基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].計算機教育，2010(14)：141_143.

[4]鐘金明，李苑玲.基于CDIO理念的工程教育實踐教學(xué)改革初探[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2009，7(6)：67_ 69.

Reform and Practice of C Language Programm ing Teaching Based CDIO Conception

ZHONG Jinming1，ZHANG Huiwen2
(1.College of Mechatroncis and Control Engineering，Shenzhen University，Shenzhen 518060，China; 2.Shenzhen Cuiyuan Middle School Middle School，Shenzhen 518021，China)

Aiming at the universal problem that engineering education couldn'tmeet the demand of enterprises，it presented a new teaching system of CDIO model.It involved how to integrate the C language programming course refer to automation specialty，use methods of learning by doing，enhance experimental process.The practice proved that the teachingmode accorded with the characteristics of students'major and can meet the basic requirements of students majoring，the teaching effect was improved obviously，the teaching practicemethod and measures were feasible，and can play a positive role in training students'abilities to analyze and solve problems，practice and cooperate with team.

engineering education;C language programming;project-based practice;teaching reform

G420；TP312；G642.3

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.031

2013_03_11；修改日期：2013_04_07

深圳大學(xué)2012年青年教師教學(xué)改革研究項目（803）。

鐘金明（1973_），男，碩士，副教授，主要從事自動化專業(yè)教學(xué)、科研工作。