基于CDIO的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)改革

柴本成 劉玉英

摘要：程序設(shè)計基礎(chǔ)課程一直被認為是一門較難教學(xué)的課程。本文應(yīng)用了CDIO的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，設(shè)計適合程序設(shè)計教學(xué)的任務(wù)，將程序設(shè)計中的知識點融合在任務(wù)中，并采用在線評判的實踐教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計的興趣和積極性，從而取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計基礎(chǔ);CDIO;任務(wù)驅(qū)動

中圖分類號：TP312 ? 文獻標識碼：A ? 論文編號：1674-2117（2015）08-0101-03

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是浙江萬里學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、信息工程等相關(guān)專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生使用C語言編寫計算機高級語言程序的能力，掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法，培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計的思想、實際編程和調(diào)試程序的能力。[1][2]程序設(shè)計課程一直被認為是一門較難教學(xué)的課程，學(xué)生覺得難學(xué)，教師覺得難教。近年來我校采用了基于CDIO的理念對程序設(shè)計課程進行教學(xué)改革，強調(diào)實踐和興趣，使該課程的教學(xué)效果有了一定提升。

● IPR-CDIO教育理念

CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate，即構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行）是國外高等工科教育的一種創(chuàng)新模式。[3]它以產(chǎn)品從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間存在有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO因其具有與社會需要一致性、國際先進性、實踐可操作性、全面系統(tǒng)性和普遍適應(yīng)性等特點而被國際上多所院校所采納，其先進的教育理念已被中國高等工程教育界所接受，有近40所高校正在中國化試點，浙江萬里學(xué)院是其中之一。我們學(xué)習(xí)CDIO教育理念，結(jié)合多年的改革實踐，創(chuàng)新地提出了IPR（Interest、Perseverance、Responsibility，即興趣、毅力、責(zé)任）-CDIO教育思路，即將學(xué)生的探索熱情與興趣、持之以恒的精神和社會責(zé)任感的培養(yǎng)，融入到不同級別的項目研發(fā)過程。通過項目構(gòu)思和設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，通過項目的實現(xiàn)和測試運行，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，同時借助項目團隊的組織形式、角色化任務(wù)分工，激發(fā)學(xué)生的參與興趣，鍛煉其團隊合作和溝通交流能力，培養(yǎng)其責(zé)任感。IPR-CDIO教育宗旨與國家教育方針一致，與“十二五”高等教育重點工作、卓越人才培養(yǎng)計劃等是完全一致的。

課程是人才培養(yǎng)的基本單元，IPR-CDIO教育理念必須通過各門課程來實施，因此課程設(shè)計非常關(guān)鍵。根據(jù)課程地位和性質(zhì)整合知識點，設(shè)計出能集培養(yǎng)學(xué)生知識學(xué)習(xí)、技能訓(xùn)練、素質(zhì)成長于一體的小項目，設(shè)計為完成項目、訓(xùn)練IPR素質(zhì)而采用的教學(xué)方法，并使課程知識內(nèi)容、項目實施、教學(xué)方法、教材選擇有機融合，形成一體化的課程教學(xué)體系。程序設(shè)計基礎(chǔ)課程就是基于IPR-CDIO理念進行教學(xué)目標設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和教學(xué)方法設(shè)計。

● 教學(xué)目標設(shè)計

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程在我校計算機專業(yè)和軟件工程專業(yè)一年級的兩個學(xué)期都要開設(shè)。由于多數(shù)學(xué)生數(shù)學(xué)和計算機專業(yè)知識都比較薄弱，在第一學(xué)期的程序設(shè)計基礎(chǔ)學(xué)習(xí)中還能跟得上，但第二學(xué)期C語言程序設(shè)計的進階內(nèi)容，如字符串處理、指針、鏈表等內(nèi)容學(xué)生學(xué)得就比較吃力。這就需要在進行教學(xué)設(shè)計時，目標要體現(xiàn)重難點，要有針對性。教學(xué)目標設(shè)計得好，不但可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且對后續(xù)的實習(xí)、設(shè)計或就業(yè)都能產(chǎn)生積極的作用。

● 教學(xué)內(nèi)容改革

基于以上教學(xué)目標的要求，我們在教學(xué)內(nèi)容上從兩條線上進行設(shè)計，一是基本知識操作路線，二是CDIO工程項目實施路線。基本知識操作路線設(shè)計，其程序設(shè)計基礎(chǔ)的知識點比較繁雜，結(jié)合教學(xué)對象，我們抽取了基本的核心內(nèi)容，包括一維數(shù)組的定義和初始化、字符串的定義、常用字符串函數(shù)、函數(shù)的定義和調(diào)用、函數(shù)的參數(shù)傳遞、指針的定義和初始化、指針作為函數(shù)形參、結(jié)構(gòu)體的定義和初始化、文件的定義和初始化、文件的讀和寫，等等。對于比較復(fù)雜的內(nèi)容，如指向指針的指針、鏈表等將其內(nèi)容進行弱化，作為自主探索內(nèi)容。理論教學(xué)主線很清晰，以程序設(shè)計為核心，為后續(xù)課程奠定好基礎(chǔ)。實驗教學(xué)按照CDIO工程教育理念，將相關(guān)知識點分解為多個子任務(wù)循序漸進地實施。

1.知識內(nèi)容優(yōu)化

經(jīng)過多年的改革實踐，我們對程序設(shè)計基礎(chǔ)理論知識的教學(xué)模式以及教學(xué)課時都作了相應(yīng)調(diào)整，由原來的純理論教學(xué)變?yōu)楝F(xiàn)在的理論和討論相結(jié)合的教學(xué)。

2.實驗項目設(shè)計

根據(jù)課程教學(xué)初步設(shè)有10個實驗項目，部分實驗名稱和結(jié)果要求如表1所示。每個實驗的實驗環(huán)節(jié)都包括實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、相關(guān)函數(shù)、實驗結(jié)果和實驗總結(jié)。

3.小組研討項目設(shè)計

研討項目以小組為單位， 每4～5人一小組，選舉一名組長，由組長進行組內(nèi)分工，并負責(zé)考勤、合作學(xué)習(xí)的組織及管理。本課程設(shè)計了兩個一級討論題目：

①數(shù)組討論：一維數(shù)組、二維數(shù)組和字符數(shù)組的應(yīng)用，什么是數(shù)組越界？如何防止數(shù)組越界？要求每個小組通過實例分析，至少完成5個程序。

②函數(shù)討論：通過編寫由函數(shù)構(gòu)成的C語言程序，分析函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)傳遞，討論實參和形參的區(qū)別。數(shù)組作為函數(shù)與變量作為函數(shù)的區(qū)別、要求每個小組通過實例分析，至少完成5個程序。

③指針討論：地址和指針的關(guān)系，給出一些實例要求用指針實現(xiàn)并與數(shù)組運用進行比較，利用指針處理字符串。要求每個小組通過實例分析，至少完成5個程序。

以實現(xiàn)目標為主線，以基本知識操作技能遞進學(xué)習(xí)、軟件設(shè)計綜合能力提升培養(yǎng)為兩翼，將知識學(xué)習(xí)、項目訓(xùn)練、能力培養(yǎng)融為一體。項目設(shè)計是IPR-CDIO課程教學(xué)的核心，針對不同性質(zhì)和級別的課程，項目內(nèi)涵不一樣，前沿領(lǐng)域的研究、核心算法的分析與實現(xiàn)、模擬小項目實施、綜合課程知識的作品等，均可成為項目;課程級項目也要有研究的內(nèi)涵，具有啟發(fā)引導(dǎo)的目的和意義，而且要大小適中，太大了難以完成，會挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣;太小了又起不到訓(xùn)練的作用?？茖W(xué)合理的項目設(shè)計一定是經(jīng)過課程組精心研究、多輪實踐而逐漸形成的。

4.教學(xué)方法設(shè)計

IPR-CDIO強調(diào)以興趣為先，社會責(zé)任與工程能力訓(xùn)練為本。教學(xué)項目設(shè)計是激發(fā)興趣的根本，教學(xué)方法是激發(fā)興趣的手段。CDIO倡導(dǎo)“做中學(xué)”教學(xué)法，目的是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)新性。美國著名哲學(xué)家、教育學(xué)家和心理學(xué)家杜威指出：“從做中學(xué)是比從聽中學(xué)更好的學(xué)習(xí)方法。”“學(xué)與做相結(jié)合的教育將會取代傳授他人學(xué)問的被動的教育?！盋DIO項目設(shè)計的目的就是將學(xué)生分成小組置于“做項目”的情境中，為了完成課程學(xué)習(xí)任務(wù)，他們必須去做，去學(xué)習(xí)探索，去討論解決問題，在堅持完成整個項目生命周期的過程中，達到項目實施能力和IPR素養(yǎng)的鍛煉與提高。

在第一次課堂教學(xué)中教師要做好導(dǎo)學(xué)工作，要講述課程教學(xué)目標、布置項目任務(wù)、公布評價指標、設(shè)計學(xué)生分組等環(huán)節(jié)，充分展示課程學(xué)習(xí)藍圖，激發(fā)學(xué)生想“做”的愿望和興趣，抓住興奮點。該課程在項目實施過程中，設(shè)有幾次大討論：文獻綜述、需求分析、方案設(shè)計、作品預(yù)演、結(jié)果匯報等，使所有學(xué)生都有展示、表達的機會，特別是在最后的作品匯報中，完全模擬畢業(yè)設(shè)計答辯過程，全體課程組教師和部分學(xué)生代表作為評委，目的是鍛煉學(xué)生對問題的描述水平、口頭表達及應(yīng)變能力。

CDIO把“不求人人成功，但求人人進步”作為教學(xué)所追求的一種境界，同時也將之作為教學(xué)評價的目標和尺度。以各個小組在達成目標過程中的表現(xiàn)與效果作為評價與獎勵的標準，這種機制可以把個人之間的競爭轉(zhuǎn)化為小組之間的競爭，從而促使小組內(nèi)部的合作，增強成員的責(zé)任感。

5.教學(xué)評價設(shè)計

程序設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計了如表2所示的多元評價指標，即評價內(nèi)容、主體及方法都是多元化的。從表中可看出項目合作過程的成績占總成績的50%，這能促進學(xué)生增強團隊協(xié)作精神和集體榮譽意識。

這種多元評價方式，可以有效杜絕部分學(xué)生靠投機取巧獲取高分的現(xiàn)象，有利于促進學(xué)生自覺地參與小組項目合作過程，腳踏實地完成自己的任務(wù)，有利于增強學(xué)生的自信心和小組集體榮譽感，促進學(xué)生反思不足、認識差距，不斷進步與發(fā)展。

教師（或工程師）在課程項目實施過程中，主要起引導(dǎo)或指導(dǎo)作用。針對項目實現(xiàn)中涉及的數(shù)學(xué)知識、編程技巧、藝術(shù)修養(yǎng)等，教師應(yīng)先鼓勵學(xué)生用自主學(xué)習(xí)、小組討論，或與相關(guān)專業(yè)同學(xué)協(xié)作等方式去解決問題，通過做中學(xué)、在討論中成長的教學(xué)方法，鍛煉學(xué)生自主解決問題的能力，最后教師要給予評價、總結(jié)與后續(xù)提升的引導(dǎo)，促進學(xué)生向更高的目標邁進。

● 結(jié)語

綜上所述，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)評價的改革，是根據(jù)教學(xué)實踐過程中學(xué)生存在的問題提出的。以上改革已經(jīng)在程序設(shè)計課程教學(xué)實踐中運用，并取得了不錯的教學(xué)效果。當(dāng)然，面對不同的學(xué)生在使用與設(shè)計某種教學(xué)方法時，還需要學(xué)生的配合才行，也就是說教的方法與學(xué)的方法要有機統(tǒng)一。

參考文獻：

[1]劉玉英.C語言程序設(shè)計——案例驅(qū)動教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2]劉玉英.C程序設(shè)計實驗實踐教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[3]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008（3）：2.

基金項目：寧波市特色專業(yè)——計算機科學(xué)與技術(shù)。