CDIO工程教育理念下《計算機導(dǎo)論》課程建設(shè)研究

李靜 馮素琴

摘 要：以《計算機導(dǎo)論》課程為研究對象，結(jié)合地方院校建設(shè)及學(xué)習(xí)者特點，分別從CDIO工程教育的4個能力層面分析目前教學(xué)中存在的問題，并圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法及評價方式提出相應(yīng)課程建設(shè)措施。通過CDIO工程教育理念下的課程建設(shè)優(yōu)化課堂教學(xué)，可使畢業(yè)生更好地適應(yīng)新形勢下社會對工程人才的需求，也可為其它專業(yè)課程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：CDIO工程教育;《計算機導(dǎo)論》;教學(xué)改革

DOI：10. 11907/rjdk. 182619

中圖分類號：G436

文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2019）006-0207-04

Abstract：Taking The Introduction to Computer as the research object， combining the construction of local colleges and the characteristics of learners， we analyze the problems existing in the current teaching from four abilities aspects of CDIO engineering education. And the corresponding curriculum construction measures are put forward around teaching content， teaching mode， teaching methods and evaluation methods. Classroom teaching is optimized through the curriculum construction under the new concept. Thus engineering graduates can better adapt to the professional needs under the new situation， which will provide reference for other professional courses.

Key Words：CDIO engineering education;The Introduction to Computer Science;teaching reform

0 引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO分別代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）與運作（Operate），其以工程項目從研發(fā)到運行整個生命周期為載體，通過項目設(shè)計將整個課程體系有機結(jié)合起來，將教育過程與工程領(lǐng)域具體情境相結(jié)合，讓學(xué)生以主動、實踐的方式參與教學(xué)各個環(huán)節(jié)，強調(diào)課程學(xué)習(xí)與項目設(shè)計相聯(lián)系，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力[1]。

《計算機導(dǎo)論》課程是計算機專業(yè)一年級開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，可引導(dǎo)大學(xué)新生對計算機學(xué)科基礎(chǔ)知識及學(xué)科體系有一個概括了解，從而為系統(tǒng)學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打下堅實基礎(chǔ)，并為計算機學(xué)科的課程學(xué)習(xí)提供方法指引。目前在《計算機導(dǎo)論》教學(xué)過程中，面臨著培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的社會需求與自身課程建設(shè)進展緩慢的矛盾，因此亟待進行課程教學(xué)改革。

作為一種先進的工程教育理念，CDIO自2004年提出以來，受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。國內(nèi)外各本科院校、高職院校也開始逐步認(rèn)識到CDIO工程教育理念的重要性，因此圍繞工程畢業(yè)生綜合能力提升，相繼針對計算機專業(yè)相關(guān)課程進行了有效的教學(xué)改革嘗試。2015年，姚旭東[2]在《基于CDIO 模式的計算機導(dǎo)論課程教學(xué)改革》中，介紹了以 CDIO 模式為指導(dǎo)的《計算機導(dǎo)論》課程教學(xué)改革經(jīng)驗;2017年，趙軍[3]發(fā)表論文《從CDIO 工程教育探討WEB 應(yīng)用開發(fā)技術(shù)課程的教學(xué)改進》，探討CDIO 工程教育理念，強調(diào)“三位一體”教學(xué)模式的應(yīng)用，并采用項目教學(xué)法作為主要教學(xué)手段;林葉郁、林文如[4]在《基于CDIO理論的軟件體系結(jié)構(gòu)課程教改實踐》中，提出以CDIO教學(xué)理論為指導(dǎo)，以如何構(gòu)建一個大型軟件系統(tǒng)的全套流程為主線，開展案例式與項目驅(qū)動方式相結(jié)合的教學(xué)。在“新工科”培養(yǎng)應(yīng)用型人才的背景下，本文結(jié)合CDIO工程教育理念，對課程教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、實踐活動及評價體系構(gòu)建等方面進行研究，以期探索出一條適合學(xué)科發(fā)展的道路。

1 CDIO工程教育模式

從2000年起，麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2 000萬美元的巨額資助，經(jīng)過4年的探索研究，創(chuàng)立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織[5-6]。CDIO工程教育理念不僅繼承與發(fā)展了歐美20多年來的工程教育改革理念，更重要的是其系統(tǒng)提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)及檢驗測評的12條標(biāo)準(zhǔn)，是近年來國際工程教育改革的最新成果。

截至2013年，已有幾十所世界著名大學(xué)加入CDIO組織，其機械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念與教學(xué)大綱，取得了良好效果，按照CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生深受企業(yè)歡迎。截至2017年4月，共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育聯(lián)盟”。

在我國，2005 年汕頭大學(xué)工學(xué)院開始學(xué)習(xí)探索CDIO 工程教育模式并加以實施，現(xiàn)已取得明顯成效[7-8]，之后CDIO在全國開始以驚人速度傳播與發(fā)展。與CDIO有關(guān)的教學(xué)研究單位包括從“985工程”院校到一般本科學(xué)校，以及高職高專等高校;研究內(nèi)容包括從CDIO理論到課程體系建設(shè)，從課堂教學(xué)到CDIO實踐環(huán)境建設(shè)等相關(guān)內(nèi)容;涉及專業(yè)從“全國CDIO工程教育模式試點工作組”確定的4個工科大類專業(yè)，到目前的許多人文社科類專業(yè)如英語、思想政治教育等[9]。

CDIO理念倡導(dǎo)以主動、實踐、課程之間有機聯(lián)系的方式進行學(xué)習(xí)，在項目構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運作過程中，不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力與實踐能力[10-11]，完全符合計算機類工科專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。因此，將這種開放式人才培養(yǎng)理念應(yīng)用于《計算機導(dǎo)論》課程建設(shè)中具有可行性。

2 CDIO工程教育視角下的教學(xué)問題分析

CDIO 工程教育模式將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力與工程系統(tǒng)能力4個層面（見圖1）[12-13]，大綱要求采用綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在該4個層面達到預(yù)定目標(biāo)。

2.1 工程基礎(chǔ)知識層面

根據(jù)CDIO理論要求，合格的工程畢業(yè)生需要具備牢固的技術(shù)知識與較強的推理能力，具體包括基礎(chǔ)科學(xué)知識、核心工程基礎(chǔ)知識及高級工程基礎(chǔ)知識。但以筆者所在的忻州師范學(xué)院為例，基于地方院校建設(shè)及生源特點，導(dǎo)致課程教學(xué)內(nèi)容僅局限于計算機基礎(chǔ)知識及辦公軟件使用，課程變成了“狹義工具論”和計算機學(xué)科所涉及內(nèi)容的“濃縮版”課程簡介?，F(xiàn)有自編教材雖然涉及范圍廣、基本概念多，但缺少諸如云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等學(xué)科前沿動態(tài)，不能突出應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)特點。目前雖然有線上教學(xué)資源《計算機導(dǎo)論》課程網(wǎng)站，但其內(nèi)容仍局限于紙質(zhì)版教材的濃縮與精選，如傳統(tǒng)的教學(xué)課件、教案和習(xí)題等靜態(tài)資源，是按照教學(xué)大綱要求預(yù)先設(shè)定好的凝固不變的知識。學(xué)生可以在網(wǎng)頁上留言，但教師無法實時反饋，信息回復(fù)的延遲往往使學(xué)生對疑難點的興趣度降低。

2.2 個人能力層面

CDIO教育理念要求學(xué)生具備工程技術(shù)崗位所需的個人職業(yè)技能與職業(yè)道德，以該思想為導(dǎo)向，《計算機導(dǎo)論》課程在培養(yǎng)學(xué)生個人能力層面應(yīng)注重兩點：①計算思維及創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng);②專業(yè)知識綜合應(yīng)用能力，尤其是動手實踐能力培養(yǎng)。

通過對本校學(xué)生的考查，發(fā)現(xiàn)其在以上兩方面的能力均有待提高，主要是由于學(xué)生在課程學(xué)習(xí)上缺乏針對性，不能很快進入思維能力培養(yǎng)模式，而是將過多時間和精力放在對課本抽象理論及其解釋說明的死記硬背上。這從另一方面也反映了課程教學(xué)模式及考核方式存在一定弊端，考核方式有待進一步改進。

2.3 人際團隊能力層面

人際團隊能力培養(yǎng)要求在課程項目實施過程中以團隊合作方式進行，從而提升學(xué)生的團隊合作能力與交流能力。但從本課程教學(xué)過程來看，由于教學(xué)形式較為單一，學(xué)生無法在項目驅(qū)動的任務(wù)中體會其任務(wù)關(guān)聯(lián)性，也難以體會到團隊成員思想碰撞、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、和諧相處的重要性。同時，對學(xué)生的評價側(cè)重于形成性評價，而忽略了過程性評價，團隊工作在課程學(xué)習(xí)與考核中所占比重較低，導(dǎo)致學(xué)生在團隊中的優(yōu)秀表現(xiàn)不能得到有效激勵，因而無法提升學(xué)生的自我效能感，學(xué)習(xí)需求與學(xué)習(xí)欲望逐漸下降。

2.4 工程系統(tǒng)能力層面

應(yīng)用型本科院校承擔(dān)著培養(yǎng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)等一線急需的綜合型工程人才的任務(wù)。在“新工科”建設(shè)背景下，結(jié)合現(xiàn)有人才培養(yǎng)理念與卓越工程師培養(yǎng)需求，本課程應(yīng)著重于實踐環(huán)節(jié)，為學(xué)生灌輸工程系統(tǒng)理念。但從課程授課計劃來看，實驗課程更多地只是涉及辦公軟件的使用，學(xué)生缺乏有效的工程實踐經(jīng)驗。

3 教學(xué)改進思路與具體措施

3.1 基于計算思維與實踐能力培養(yǎng)的教學(xué)模式改革

針對CDIO模式確定的個人能力培養(yǎng)目標(biāo)，形成課堂教學(xué)、課內(nèi)實驗及課外實踐相結(jié)合的三級教學(xué)模式。課堂教學(xué)部分以培養(yǎng)學(xué)生計算思維與創(chuàng)造性思維為導(dǎo)向，注重完整的知識體系建設(shè)，以科研工作為依托，及時將學(xué)科最新研究成果引入教學(xué)中;實驗與實踐教學(xué)部分需要結(jié)合工程化應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)定位與目標(biāo)，深刻研究工程技術(shù)崗位人才所需的復(fù)雜能力和技能需求，將其分解為單項能力與技能，并貫穿于課內(nèi)實驗與課外實踐過程中，最終使學(xué)生具備適應(yīng)復(fù)雜工程情境的能力。因此，課內(nèi)實驗內(nèi)容需側(cè)重于計算機基本操作能力訓(xùn)練，課外實踐需側(cè)重于工程系統(tǒng)能力培養(yǎng)[14-16]。

3.2 基于工程基礎(chǔ)知識層面的教學(xué)內(nèi)容擴展與教材建設(shè)

《計算機導(dǎo)論》教學(xué)既要通過課堂講授讓學(xué)生獲得系統(tǒng)、完整的學(xué)科知識，又要通過課內(nèi)實驗使所學(xué)知識產(chǎn)生遷移，培養(yǎng)學(xué)生具備適應(yīng)工程技術(shù)崗位的職業(yè)技能。更重要的是，通過課外實踐營造有效的職業(yè)情境，使學(xué)生在實踐中積累經(jīng)驗，從而能夠勝任未來的工作。因此，要求教學(xué)過程中除需要具有良好知識結(jié)構(gòu)的靜態(tài)教學(xué)資源——教材外，還要有配套的教學(xué)資源庫，并能夠依托互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、增強現(xiàn)實等技術(shù)打造各種在線平臺，形成完備的線上線下、課內(nèi)課外相結(jié)合的教學(xué)生態(tài)圈。

《計算機導(dǎo)論》課程在靜態(tài)教材資源建設(shè)過程中，在全面、系統(tǒng)地介紹計算機學(xué)科基本知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合計算機領(lǐng)域各種新技術(shù)與新應(yīng)用，加入了諸如物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等學(xué)科前沿動態(tài)，以進一步開闊學(xué)生視野。同時，以原有課程網(wǎng)站為出發(fā)點，運用現(xiàn)代信息技術(shù)不斷完善平臺功能，實現(xiàn)師生互動與生生互動。無論在課堂教學(xué)、實驗還是課外實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生們都可以隨時分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗，并讓其在平臺設(shè)置的模擬工作任務(wù)中，親身感受所學(xué)知識的作用和價值，從而提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)協(xié)作精神[17]。

3.3 基于團隊能力訓(xùn)練的項目驅(qū)動式教學(xué)方法應(yīng)用

CDIO理念的實質(zhì)是一種項目驅(qū)動的工程教育模式，要求以項目研發(fā)完整過程為主線，對學(xué)生進行從產(chǎn)品構(gòu)思到運作全過程的系統(tǒng)訓(xùn)練。《計算機導(dǎo)論》課程采用分級項目設(shè)置方式，有的項目甚至可以貫穿整個學(xué)期的學(xué)習(xí)過程。

以《計算機導(dǎo)論》課程的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)為例，課前以每一講內(nèi)容為依據(jù)提煉出小項目，并以編制導(dǎo)學(xué)案的方式通過在線平臺發(fā)放給學(xué)生，學(xué)生以小組為單位，查找相關(guān)資料進行調(diào)研準(zhǔn)備;課堂采用研討、啟發(fā)等方式完成項目，教師負(fù)責(zé)課堂組織與答疑，真正使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí);最后各小組成員撰寫小組報告，總結(jié)學(xué)習(xí)過程與收獲。該方式不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更能調(diào)動其課下學(xué)習(xí)的主動性，也培養(yǎng)了學(xué)生的組織能力與團隊協(xié)作能力[18-20]。

3.4 基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的模塊化混合評價體系建設(shè)

以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，增加實驗與實踐課程在評分體系中的比重，讓學(xué)生充分意識到實踐的重要性，構(gòu)建基于應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)的模塊化混合評價體系。對學(xué)生的評價可根據(jù)理論知識模塊、課內(nèi)實驗?zāi)K與課外實踐模塊3部分進行評價[21]。

（1）理論知識模塊按照每一講的導(dǎo)學(xué)案進行教學(xué)檢查與評定。主要檢查學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，學(xué)生能夠把知識點涉及的問題清晰、準(zhǔn)確地表達出來為考核合格，對內(nèi)容理解有偏差的學(xué)生則需要進行重點輔導(dǎo)。

（2）課內(nèi)實驗部分每一模塊的成績由在線考試系統(tǒng)進行檢查與評定。課外實踐部分要求學(xué)生以團隊方式完成每一模塊中的綜合項目，并在平臺上進行階段性成果展示。平臺會準(zhǔn)確記錄諸如作品發(fā)布次數(shù)等項目狀態(tài)，并以此為依據(jù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格等作出評價，教師則可以在平臺上給予及時點評或輔導(dǎo)，學(xué)生如能按時按量完成項目則考核合格。

（3）評價體系模塊內(nèi)容及評分比例如表1所示。

在課程建設(shè)過程中，通過對CDIO工程教育模式及國內(nèi)外應(yīng)用情況的研究，結(jié)合《計算機導(dǎo)論》課程教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)習(xí)者特點，分析得出目前教學(xué)中存在的問題，進而對照CDIO培養(yǎng)4個能力層面的要求進行課程建設(shè)研究。《計算機導(dǎo)論》課程建設(shè)步驟如圖2所示。

4 結(jié)語

本文在CDIO工程教育理念下，對計算機類工科專業(yè)開設(shè)的《計算機導(dǎo)論》課程進行探索，結(jié)合地方高校建設(shè)實際與學(xué)習(xí)者特點，分別從CDIO模式要求畢業(yè)生具備的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、工程系統(tǒng)能力、人際團隊能力4個層面出發(fā)，對目前課程建設(shè)中存在的問題進行分析，并提出相應(yīng)課程建設(shè)思路與具體實踐方法。該新型教學(xué)方式不僅能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，還能提升學(xué)生的課堂參與度與自我效能感。同時，通過良好的在線反饋激勵機制可隨時了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，為教師進行針對性教學(xué)提供了依據(jù)。

基于CDIO工程教育理念，本文在理論與實踐方面都進行了探索，但還存在一些不足之處，下一步將對以下兩方面進行深入研究：

（1）課程移動教學(xué)平臺建設(shè)。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，智能手機等移動設(shè)備得到普及。因此，可采用移動教學(xué)方式如在手機中安裝移動教學(xué)APP，充分利用云課堂等線上平臺開展混合式教學(xué)，實現(xiàn)人機互動、師生互動與生生互動，以有效提升教學(xué)效果。

（2）校企合作實踐環(huán)節(jié)建設(shè)。以“卓越工程師培養(yǎng)教育計劃”與CDIO工程教育理念為引導(dǎo)，推進課外實踐中的校企合作環(huán)節(jié)建設(shè)，并進一步提升合作的規(guī)范性及實用性，使學(xué)生能夠通過實踐更好地理解所學(xué)知識，并將知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

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（責(zé)任編輯：黃 ?。?/p>