CDIO理念下程序設(shè)計(jì)類課程的立體化教學(xué)策略探析

李純蓮，楊麗萍

(長春大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長春 130022)

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CDIO理念下程序設(shè)計(jì)類課程的立體化教學(xué)策略探析

李純蓮，楊麗萍

(長春大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長春 130022)

摘要：借鑒國外CDIO工程教育模式與教學(xué)體系，針對我國軟件工程技術(shù)人才培養(yǎng)過程中涉及的程序設(shè)計(jì)類課程，研究設(shè)計(jì)一套切實(shí)可行的立體化教學(xué)策略。首先簡要分析了相關(guān)研究的現(xiàn)狀，接著介紹了CDIO與程序設(shè)計(jì)類課程培養(yǎng)目標(biāo)對應(yīng)模型，最后提出了構(gòu)建符合CDIO理念的立體化教學(xué)模式和環(huán)境的改革思路，以期在一定程度上彌補(bǔ)我國當(dāng)前計(jì)算機(jī)教育中的不足，實(shí)現(xiàn)提高軟件工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：CDIO；程序設(shè)計(jì)類課程；立體化教學(xué)

近年我國軟件行業(yè)呈現(xiàn)了前所未有的“人才饑荒”，許多軟件企業(yè)苦于招不到合適的人，但另一方面，每年都有眾多的高校畢業(yè)生找不到合適的工作。究其原因，主要是各類高等院校培養(yǎng)出的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才不能很好地滿足企業(yè)的實(shí)際需求。信息技術(shù)企業(yè)的國內(nèi)畢業(yè)生，無論是否為計(jì)算機(jī)專業(yè)，都表現(xiàn)出一些突出的缺點(diǎn)，如解決問題的能力逐漸下降，特別是在問題面前欠缺“主觀能動性”[1]；他們很重視軟件編程和功能的實(shí)現(xiàn)，但不能從調(diào)研材料出發(fā)給出產(chǎn)品或系統(tǒng)的完善的功能定義；等等。在這種背景下，各大高校都在進(jìn)行著各種教學(xué)改革，改革軟件工程技術(shù)人才培養(yǎng)體系，改進(jìn)人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)校企合作等。一些學(xué)者研究了課程立體化教學(xué)的策略，如C語言課程的多維立體教學(xué)、C++語言課程立體化教學(xué)模式研究與實(shí)踐、VB程序設(shè)計(jì)課程的立體化教學(xué)平臺、WEB開發(fā)課程的立體化教學(xué)等，其主要觀點(diǎn)或者強(qiáng)調(diào)立體化教學(xué)資源(紙質(zhì)教材+媒體教材+網(wǎng)絡(luò)平臺)，或者強(qiáng)調(diào)立體化教學(xué)(課堂+實(shí)踐+實(shí)習(xí)基地)，或者強(qiáng)調(diào)多元學(xué)習(xí)(正常學(xué)習(xí)課+學(xué)習(xí)輔導(dǎo)課+主題沙龍課)與實(shí)例分析、成功激勵(lì)相結(jié)合，進(jìn)行理論與實(shí)踐方面的立體化評價(jià)與考核等。他們都在不同程度上解決了一定的問題，但似乎缺乏較系統(tǒng)的、細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)，而且對于解決軟件工程技術(shù)人才(Personnel of Software Engineering Technology，以下簡稱PSET)所缺失的核心能力“主觀能動性和對軟件周期的整體把握能力”似乎力度不夠或無所涉及。本文將探討程序設(shè)計(jì)類課程(Courses on Program Design，以下簡稱CPD)的立體化教學(xué)策略。

1CPD教學(xué)及PSET現(xiàn)狀分析

1.1CPD教學(xué)效果分析

當(dāng)前構(gòu)建CPD教學(xué)環(huán)境的目標(biāo)是最大限度地解決學(xué)生學(xué)習(xí)此類課程難的問題?？v觀當(dāng)前高校的CPD，沒有達(dá)到較為理想的教學(xué)效果，主要表現(xiàn)有[2]：

(1)第一門CPD掛科率偏高(有資料顯示某高校C語言課程在2013年掛科率高達(dá)78%)，雖然一些高校采取了各種措施減少這種大面積不及格現(xiàn)象的發(fā)生，但總體上不及格人數(shù)仍不少；

(2)第一門程序設(shè)計(jì)課程的不良教學(xué)效果產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，影響到后續(xù)課程的教學(xué)進(jìn)度與效果；

(3)雖然后續(xù)CPD的教學(xué)中，學(xué)生已基本具備編程思想，但多數(shù)不能活學(xué)活用，編程實(shí)踐中表現(xiàn)的創(chuàng)新性思維及解決問題的主觀能動性不強(qiáng)。

1.2CDIO及PSET現(xiàn)狀分析

CDIO是2001年由美國麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典的林克平大學(xué)、查爾姆斯技術(shù)大學(xué)以及皇家技術(shù)學(xué)院共同開發(fā)的一種全新工程教育理念和實(shí)施體系[3]。CDIO包括構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)與運(yùn)行(Operate)四個(gè)環(huán)節(jié)，提出了如圖1 所示的以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的CDIO大綱，涵蓋了產(chǎn)品(或系統(tǒng))從構(gòu)思、研發(fā)、應(yīng)用到反復(fù)改進(jìn)的完整生命周期，在整個(gè)生命周期環(huán)境中，學(xué)生的個(gè)人技能、協(xié)作精神和創(chuàng)新能力都將獲得全面的進(jìn)步，對發(fā)揮其主觀能動性具有非常重要的意義[4]。

國外PSET的培養(yǎng)起步較早，有較成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。美國麻省理工的CDIO工程教育模式已經(jīng)得到我國大批教育機(jī)構(gòu)的重視，盡管軟件工程并不屬于該國際組織明確宣布的專業(yè)，然而從軟件工程專業(yè)的特性分析完全適用CDIO模式?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的課程教學(xué)體系就采取了類似CDIO的教育模式。此外，世界先進(jìn)的NIIT課程體系與教學(xué)理念，也較好地實(shí)踐了CDIO的各個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的軟件工程專業(yè)教育中，考核的只是CDIO的D和I環(huán)節(jié)，由于C和O環(huán)節(jié)的不足或缺失，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)施D和I時(shí)沒有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，無法充分發(fā)揮主觀能動性。學(xué)校教育只有重視C和O環(huán)節(jié)才有可能突破應(yīng)試教育的束縛，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生主觀能動性與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2CDIO與CPD培養(yǎng)目標(biāo)的對應(yīng)模型

CPD的教學(xué)目標(biāo)是通過理論教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練，使學(xué)生能夠利用程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)。知識教學(xué)目標(biāo)是理解程序設(shè)計(jì)類的基本概念，掌握程序設(shè)計(jì)類的基本語法，掌握輸入輸出、多線程編程、異常處理、圖形用戶接口編程、常用API等程序設(shè)計(jì)方法；能力教學(xué)目標(biāo)是學(xué)會使用如VC++、記事本、VC#、JDK、Eclipses和JBuilder等開發(fā)工具進(jìn)行簡單軟件的開發(fā)；素質(zhì)教育目標(biāo)是養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣和風(fēng)格，提高學(xué)生個(gè)人技能，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力和協(xié)作精神；職業(yè)技能素養(yǎng)目標(biāo)是提高學(xué)生分析解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生對軟件系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)能力[5]。

綜上，CDIO的工程基礎(chǔ)知識與CPD的知識教育目標(biāo)相對應(yīng)，CDIO的個(gè)人能力與CPD能力培養(yǎng)目標(biāo)相對應(yīng)，CDIO的人際團(tuán)隊(duì)能力與CPD素質(zhì)教育目標(biāo)相對應(yīng)，CDIO的工程系統(tǒng)能力與CPD的職業(yè)技能素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)相對應(yīng)。由此建立了如圖2所示的CDIO能力與CPD培養(yǎng)目標(biāo)間的對應(yīng)模型。

3符合CDIO 理念的立體化教學(xué)策略的探析

本文旨在借鑒歐美CDIO理念和模式，針對我國目前PSET培養(yǎng)過程中所表現(xiàn)出的問題，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教材建設(shè)、整體教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、評價(jià)考核等方面出發(fā)，提出一種能夠培養(yǎng)出具有主觀能動性的PSET的立體化教學(xué)模式與環(huán)境。

3.1立體化教學(xué)模式

根據(jù)CPD教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合CDIO理念，立體化教學(xué)模式可以包括立體化教學(xué)資源、立體化理論教學(xué)、立體化實(shí)踐教學(xué)及立體化評價(jià)考核四個(gè)方面。

立體化教學(xué)模式=立體化教學(xué)資源+立體化理論教學(xué)+立體化實(shí)踐教學(xué)+立體化評價(jià)考核；

(1)立體化教學(xué)資源=紙質(zhì)教材+媒體教材+網(wǎng)絡(luò)資源平臺(課程簡介+電子教案+多媒體課件+視頻+模擬演示);

(2)立體化理論教學(xué)=課堂教學(xué)(課前備課+課堂教學(xué)+課后復(fù)習(xí))+網(wǎng)絡(luò)教學(xué)(輔導(dǎo)答疑+專題討論+知識拓展)+企業(yè)教學(xué);

(3)立體化實(shí)踐教學(xué)=校內(nèi)實(shí)踐(實(shí)驗(yàn)課教學(xué)+課程設(shè)計(jì)+小組協(xié)作+創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目)+校外實(shí)訓(xùn)(團(tuán)隊(duì)合作+經(jīng)理指導(dǎo)+實(shí)際項(xiàng)目+競賽項(xiàng)目)；

(4)立體化評價(jià)考核=理論知識考核(學(xué)生練習(xí)+課后作業(yè)+學(xué)生自測+期末考試)+實(shí)踐能力考核+創(chuàng)新能力考核+團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力考核+教師評價(jià)考核。

整個(gè)立體化教學(xué)模式體現(xiàn)了教學(xué)資源的多態(tài)性，理論教學(xué)的靈活多樣性和互動性，實(shí)踐教學(xué)的多層次性和多形式性，評價(jià)考核的最優(yōu)性。

3.2立體化教學(xué)環(huán)境

根據(jù)CPD的立體化教學(xué)模式，結(jié)合CDIO標(biāo)準(zhǔn)與能力大綱，立體化教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建應(yīng)該堅(jiān)持課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合、面授與課后輔導(dǎo)相結(jié)合、校內(nèi)教學(xué)與校外訓(xùn)練相結(jié)合、虛擬案例與實(shí)際項(xiàng)目相結(jié)合、教師授課與經(jīng)理指導(dǎo)相結(jié)合的原則，同時(shí)注重與立體化教學(xué)環(huán)境相適應(yīng)的教材建設(shè)。

(1)立體化教學(xué)資源。教學(xué)資源是教學(xué)系統(tǒng)中的基本要素，也是教學(xué)內(nèi)容的主要載體，更是完成教學(xué)目標(biāo)的重要保證。在充分借鑒現(xiàn)代教育理念和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以傳統(tǒng)紙質(zhì)教材為基礎(chǔ)，以CPD為中心，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為交流平臺，構(gòu)建具有多用途、多形態(tài)、多層次、多媒介的立體化教學(xué)資源。立體化教學(xué)資源主要包括紙質(zhì)教材、媒體教材和網(wǎng)絡(luò)資源平臺三方面。教材一般均選用國家級規(guī)劃教材，網(wǎng)絡(luò)資源平臺分為靜態(tài)資源和動態(tài)資源。靜態(tài)資源主要包括課程概況和課程內(nèi)容；動態(tài)資源主要包括在線答疑和作業(yè)提交等，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。立體化教學(xué)資源不僅是實(shí)現(xiàn)教育信息化和網(wǎng)絡(luò)化，也是優(yōu)化教育資源諸要素的重要途徑，這樣不僅方便教師授課，也可以為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)資源搜索的便利。有效教學(xué)資源利用率的提高，課為師生提供立體化、數(shù)字化的教與學(xué)空間。

(2)立體化理論教學(xué)。教師可以在立體化的教學(xué)資源體系中，以教材的知識體系為綱要，以學(xué)生的“學(xué)”為根本出發(fā)點(diǎn)，開展多種形式的理論教學(xué)，包括課堂教學(xué)(課前備課+課堂教學(xué)+課后復(fù)習(xí))、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)(輔導(dǎo)答疑+專題討論+知識拓展)和企業(yè)教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容涵蓋整個(gè)教學(xué)過程中所涉及的各類資料(如教學(xué)計(jì)劃、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)大綱、電子課件和習(xí)題等)，在授課時(shí)盡可能選擇經(jīng)典案例、企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目或企業(yè)成熟項(xiàng)目實(shí)例作為案例，將教學(xué)內(nèi)容隱含在每個(gè)精心設(shè)計(jì)項(xiàng)目的CDIO中，使學(xué)生真正明白學(xué)以致用的含義，引導(dǎo)學(xué)生對CPD產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，將學(xué)習(xí)融入有意義的項(xiàng)目實(shí)施過程中，有效地改善軟件工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，達(dá)到學(xué)生個(gè)人能力培養(yǎng)和綜合發(fā)展的目的，也是CDIO大綱要求的第二種能力。

(3)立體化實(shí)踐教學(xué)。教師可以在校內(nèi)和校外實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐開發(fā)能力為目標(biāo)，開展多層次和多形式的教學(xué)實(shí)踐，包括校內(nèi)實(shí)踐(實(shí)驗(yàn)課教學(xué)+課程設(shè)計(jì)+小組協(xié)作+創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目)和校外實(shí)訓(xùn)(團(tuán)隊(duì)合作+經(jīng)理指導(dǎo)+實(shí)際項(xiàng)目+競賽項(xiàng)目)。校內(nèi)實(shí)踐時(shí)可通過增加實(shí)驗(yàn)課和課程設(shè)計(jì)所占的比重，以教師科研項(xiàng)目或企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目為題，選擇參與過實(shí)際項(xiàng)目的教師或者企業(yè)資深工程技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生采取分組模式完成實(shí)踐任務(wù)。校外實(shí)訓(xùn)時(shí)以校企合作平臺為基礎(chǔ)，將企業(yè)優(yōu)質(zhì)資源引入程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)，使學(xué)生能夠更好的接觸企業(yè)和社會的工作環(huán)境，通過構(gòu)思和設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)作系統(tǒng)，以展示一個(gè)系統(tǒng)或產(chǎn)品完整的開發(fā)過程。采用團(tuán)隊(duì)合作或小組協(xié)作模式，通過面向大學(xué)生的注重自主性、協(xié)作性和探索性的實(shí)際項(xiàng)目、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、競賽項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生能夠全面培養(yǎng)人際交流、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力，很好地完成CDIO大綱要求的第三種能力的培養(yǎng)。

(4)立體化評價(jià)考核。借鑒CDIO理念下由Edward F.Crawley等人創(chuàng)立的教師對學(xué)生學(xué)習(xí)效果評估模式，如圖5所示，該模式的評估過程主要由指定學(xué)習(xí)效果、使學(xué)習(xí)效果與評估方法相一致、采用多種方法收集和分析數(shù)據(jù)、通過學(xué)習(xí)效果改進(jìn)教與學(xué)四部分構(gòu)成，是一個(gè)集過程性評估與終結(jié)性評估為一體的評估體系，教師可以藉此開發(fā)一些新的評估和考核工具。在CPD的考核形式上，應(yīng)注重多元化、全方位地考核學(xué)生的程序設(shè)計(jì)課的CDIO能力。因此，CPD的立體化評價(jià)考核可分為理論知識考核(學(xué)生練習(xí)+課后作業(yè)+學(xué)生自測+期末考試)、實(shí)踐能力考核、創(chuàng)新能力考核、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力考核和教師評價(jià)考核等幾方面，通過各個(gè)環(huán)節(jié)的全面考核，綜合評價(jià)學(xué)生成績。該評價(jià)考核方式注重學(xué)生實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目過程中CPD的四個(gè)層面(基礎(chǔ)知識、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力及工程系統(tǒng)能力)的訓(xùn)練和積累，按照CDIO培養(yǎng)大綱對學(xué)生素質(zhì)進(jìn)行全面的評價(jià)考核。

4結(jié)語

CPD是許多高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的主要課程，是PSET核心能力培養(yǎng)的重要載體。根據(jù)CDIO工程教育模式的標(biāo)準(zhǔn)和能力大綱，將CDIO理念融合到學(xué)生的理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)中，不僅取得了良好的教學(xué)效果，也培養(yǎng)了學(xué)生項(xiàng)目開發(fā)的CDIO能力。通過立體化教學(xué)環(huán)境的搭建、立體化教學(xué)模式的設(shè)計(jì)，CPD將真正發(fā)揮其在人才培養(yǎng)中的應(yīng)有作用。

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責(zé)任編輯：劉琳

Analysis on Stereoscopic Teaching Strategies of Program Design Courses under CDIO Concept

LI Chunlian, YANY Liping

(College of Computer Science and Technology, Changchun University, Changchun 130022, China)

Abstract：In view of program design courses involved in the process of software engineering technology personnel training in our country, this paper designs a set of feasible stereoscopic teaching strategies by drawing references from foreign CDIO engineering education model and teaching system, which briefly analyzes the status of the related research, then introduces CDIO and the corresponding model of program design courses, finally, puts forward the reform idea of stereoscopic teaching mode and the environment conforming to CDIO concept, hoping to essentially make up for deficiencies of current computer education in our country and achieve the goal of improving the personnel training quality of software engineering technology.

Keywords：CDIO; program design courses; stereoscopic teaching

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-3907(2016)04-0087-03

作者簡介：李純蓮(1973- )，女，遼寧錦州人，教授，博士，主要從事高等特殊教育及相關(guān)應(yīng)用軟件研究。

基金項(xiàng)目：吉林省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)課題(ZD14077)

收稿日期：2016-01-14