淺論基于CDIO理念的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

金 豪 肖夢(mèng)瓊 劉曉華

（1.武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 武漢湖北 430205；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)教務(wù)處 武漢湖北 430074）

淺論基于CDIO理念的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

金 豪1肖夢(mèng)瓊2劉曉華1

（1.武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 武漢湖北 430205；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)教務(wù)處 武漢湖北 430074）

本文主要探討今年來國(guó)際上通行的CDIO教育理念在高校程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中的引入和實(shí)踐，通過分析傳統(tǒng)教學(xué)方法的利弊和針對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)目標(biāo)，探討了以項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)為核心的一系列教改措施，使學(xué)生能通過一系列專業(yè)實(shí)踐更好地掌握和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的一般方法學(xué)。

CDIO 程序設(shè)計(jì) 工程能力 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng) 評(píng)價(jià)體系

一、引言

IT業(yè)一直是國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè)，也是國(guó)內(nèi)人才需求量最大的行業(yè)之一，而軟件開發(fā)在其中占據(jù)了相當(dāng)大的比例?？陀^來說，高等教育在計(jì)算機(jī)專業(yè)傳統(tǒng)的教育理論型、研究型人才培養(yǎng)上有較大的優(yōu)勢(shì)，但在應(yīng)用型人才的培養(yǎng)上存在層次單一，理論與實(shí)踐脫節(jié)的情況，使得不少畢業(yè)生理論有余，而在專業(yè)應(yīng)用和編程綜合能力方面存在著明顯不足。[1]

CDIO工程教育模式是由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等大學(xué)通過多年研究、探索與教學(xué)實(shí)踐建立起的一種基于工程教育的先進(jìn)教學(xué)模式[2，3]，其核心理念是以“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”為基礎(chǔ)的教學(xué)模式。筆者在多年教學(xué)實(shí)踐和分析本校程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合CDIO教學(xué)理念和工程教育標(biāo)準(zhǔn)，以培養(yǎng)學(xué)生的編程綜合能力為目標(biāo)，探討了一種針對(duì)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課的教學(xué)改革方案。

二、程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

程序設(shè)計(jì)綜合能力的評(píng)判并沒有統(tǒng)一的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為以下幾種能力是必須的：①自頂向下分析問題的能力；②編碼實(shí)現(xiàn)問題求解的能力；③良好的代碼編寫習(xí)慣；④調(diào)試錯(cuò)誤的能力；⑤閱讀、理解和優(yōu)化別人代碼的能力。

這些能力的培養(yǎng)需要經(jīng)過大量的編程和項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐，是一個(gè)需要長(zhǎng)期投入時(shí)間和精力的過程。目前一般高校的培養(yǎng)計(jì)劃中對(duì)于低年級(jí)本科生編程能力的培養(yǎng)主要是通過開設(shè)一兩門C語(yǔ)言相關(guān)課程。這些課程的開設(shè)對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入程序設(shè)計(jì)這種領(lǐng)域和培養(yǎng)基本的編程技能是必要的，但傳統(tǒng)的“課堂+實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中也存在不少問題：[2]

1.C語(yǔ)言本身的特點(diǎn)是比較靈活，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)比較多。部分學(xué)生只是機(jī)械地學(xué)習(xí)語(yǔ)法，對(duì)很多知識(shí)點(diǎn)的掌握采取死記硬背的方法，缺乏對(duì)程序設(shè)計(jì)基本思想方法的理解和掌握。

2.一些教師的理論教學(xué)采用填鴨式教學(xué)方法，依次講解教材中的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)課上讓學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)教材進(jìn)行實(shí)踐。導(dǎo)致的一個(gè)典型問題是學(xué)生聽課時(shí)往往覺得枯燥。

3.學(xué)生忽視對(duì)于一些重要的基礎(chǔ)性算法的理解和掌握，而這些算法是編寫更復(fù)雜程序的一個(gè)基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《算法分析》等后續(xù)課程的基礎(chǔ)。

4.做習(xí)題的方式對(duì)于加深局部知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握是必要的，但對(duì)于程序設(shè)計(jì)整體思維和綜合能力的培養(yǎng)是不夠的。不少同學(xué)僅僅滿足于掌握作業(yè)中的習(xí)題，忽視自己在編程實(shí)踐方面的訓(xùn)練，導(dǎo)致的一個(gè)嚴(yán)重問題是筆試往往能通過甚至得高分，但實(shí)際編程能力很弱，尤其是對(duì)于應(yīng)用型問題的處理，反映出對(duì)于程序設(shè)計(jì)一般方法學(xué)尚未掌握。這樣培養(yǎng)出的學(xué)生往往會(huì)考試不會(huì)編程。

綜合上述情況，可以知道傳統(tǒng)的課堂教學(xué)對(duì)于學(xué)生程序設(shè)計(jì)綜合能力的培養(yǎng)是有所欠缺的。這其中最主要的原因是學(xué)生在“分析問題→構(gòu)思→設(shè)計(jì)→編碼實(shí)現(xiàn)”這整個(gè)環(huán)節(jié)上的訓(xùn)練不夠。

三、基于CDIO理念的教學(xué)改革

針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方式對(duì)學(xué)生編程綜合能力的培養(yǎng)效果不明顯的情況，我們結(jié)合CDIO工程教育模式 “做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”兩個(gè)核心理念，施行了一系列教改措施。其目的是進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生編程綜合能力的培養(yǎng)，而不僅僅滿足于語(yǔ)法和知識(shí)點(diǎn)的講授。具體課程的培養(yǎng)能力指標(biāo)結(jié)合CDIO工程模式和理念對(duì)已有的教學(xué)大綱進(jìn)行了修改，圍繞學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，給出了各項(xiàng)能力培養(yǎng)指標(biāo)。

1.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式

在課程的設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)以項(xiàng)目為導(dǎo)向的方式。在課堂教學(xué)方面，主要圍繞程序設(shè)計(jì)方法學(xué)講授最基本的知識(shí)點(diǎn)，淡化一些應(yīng)用場(chǎng)合不多又較為細(xì)枝末節(jié)的知識(shí)點(diǎn)；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，以一個(gè)個(gè)具體的小型項(xiàng)目為依托來強(qiáng)化從問題分析到編碼實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程中的程序思維培養(yǎng)，并在其中融入相關(guān)的重要知識(shí)點(diǎn)。在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生通過項(xiàng)目開發(fā)將各項(xiàng)瑣碎的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來來深化理解和應(yīng)用。

2.多維度評(píng)價(jià)體系

在課程成績(jī)?cè)u(píng)定上，采用多維度考核的方式：

（1）傳統(tǒng)的筆試成績(jī)僅占據(jù)40%。這部分主要考核學(xué)生對(duì)于基本語(yǔ)法和各項(xiàng)重要的局部知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

（2）實(shí)驗(yàn)方面采用項(xiàng)目考核的方式，占40%。在課程結(jié)束之際，由教師給出一系列難度適中的小型項(xiàng)目由學(xué)生選題進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，最終以小組答辯的形式來進(jìn)行考核。教師會(huì)綜合以下幾方面來進(jìn)行評(píng)判給分：①設(shè)計(jì)構(gòu)思的可行性；②代碼風(fēng)格和友好性；③運(yùn)行結(jié)果的正確性；④代碼健壯性；⑤算法的效率。

（3）平時(shí)成績(jī)占20%，主要由兩部分組成：①平時(shí)的作業(yè)情況；②學(xué)生對(duì)案例項(xiàng)目的分析講解，教師以分組形式組織學(xué)生討論并發(fā)言。

3.教學(xué)效果的延續(xù)性

以往的教學(xué)計(jì)劃編排，課程與課程之間獨(dú)立性較強(qiáng)，導(dǎo)致很多同學(xué)學(xué)完程序設(shè)計(jì)課程后就再不接觸編程相關(guān)的內(nèi)容。這帶來的問題是課堂教學(xué)效果再好，課程后續(xù)的加強(qiáng)、鞏固和深入仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，使得四年期間的整體培養(yǎng)效果大打折扣。

因此，將相關(guān)性較強(qiáng)的多門講授和實(shí)踐類課程組成相互關(guān)聯(lián)的課程群，從整體上考慮課程的后繼學(xué)習(xí)，以保證教學(xué)效果有較好的延續(xù)性。例如，本專業(yè)學(xué)生在《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程之后設(shè)置有“基礎(chǔ)軟件綜合設(shè)計(jì)”和“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件綜合設(shè)計(jì)”兩個(gè)課程設(shè)計(jì)。這兩個(gè)課程設(shè)計(jì)圍繞C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)，在項(xiàng)目?jī)?nèi)容的深度和廣度上加以一定的擴(kuò)展，要求學(xué)生自己查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和教師講解所需專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，自己從零開始進(jìn)行整個(gè)項(xiàng)目的規(guī)劃、構(gòu)思、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，從而對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行鞏固加強(qiáng)，并進(jìn)一步激發(fā)課余編程的興趣。

[1]顧佩華，沈民奮，陸小華，譯. 重新認(rèn)識(shí)工程教育—國(guó)際CDIO 培養(yǎng)模式與方法[M].北京:高等教育出版社，2009.

[2]顧佩華，沈民奮，李升平等.從CDIO到EIP-CDIO汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J]. 高等工程教育研究，2008（ 1） : 12-20.