基于CDIO工程教育模式下的程序設(shè)計(jì)類課程改革

張胤 韓艷

【摘要】針對(duì)高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必修的公共基礎(chǔ)課之程序設(shè)計(jì)類課程的現(xiàn)狀及存在的問題，引入CDIO教學(xué)理念改革現(xiàn)有課程，取得了良好的教學(xué)效果，進(jìn)一步明確“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，過程考核，學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)”的改革思路，并介紹了CDIO工程教育模式下程序設(shè)計(jì)類課程改革的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】CDIO ?程序設(shè)計(jì)類課程 ?項(xiàng)目

【基金項(xiàng)目】本文研究課題受內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校教學(xué)改革科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2017NMGJ034）。

【中圖分類號(hào)】G64 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）27-0222-02

1.程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)現(xiàn)狀

程序設(shè)計(jì)類課程是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)系列課程中的重要組成部分，作為高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必修的公共基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力方面起著舉足輕重的作用。但是，多年來，程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革都是在課程內(nèi)容和教學(xué)模式方面進(jìn)行小的修補(bǔ)，并沒有改變以教師傳授為主的教學(xué)形式，也沒有改變理論知識(shí)傳授多、工程實(shí)踐訓(xùn)練少的教學(xué)方式，學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能并沒有顯著提高，解決實(shí)際問題能力較差。主要存在的問題具體體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1.1理論教學(xué)與工程實(shí)踐相脫節(jié)

傳統(tǒng)方法講授程序設(shè)計(jì)語言，注重語法知識(shí)的傳授，按章節(jié)授課，以教師傳授為主，導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確、學(xué)習(xí)無興趣，扼殺了學(xué)生主動(dòng)探究問題、解決問題的積極性和創(chuàng)造力。以《Visual Basic語言程序設(shè)計(jì)》課程為例，在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，一般按照數(shù)據(jù)類型及表示、運(yùn)算符與表達(dá)式、三種基本控制結(jié)構(gòu)及控制語句、常用控件、數(shù)組、過程、鼠標(biāo)和鍵盤事件、菜單與對(duì)話框、多重窗體、文件操作的順序教學(xué)。這種教學(xué)過程周期較長，而且實(shí)驗(yàn)課程難以安排，尤其課堂教學(xué)效果較差。

1.2 教學(xué)案例以驗(yàn)證性為主

課堂教學(xué)案例一般也是為配合講解語法知識(shí)而設(shè)計(jì)，程序規(guī)模較小，涉及知識(shí)點(diǎn)少，這些驗(yàn)證性案例不具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，學(xué)生不感興趣;其次，課程重要知識(shí)點(diǎn)間相互獨(dú)立，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系理解不深刻，學(xué)生學(xué)完課程之后，只會(huì)做考題，針對(duì)某一具體實(shí)際問題，并不具備運(yùn)用計(jì)算思維編程解決問題的能力。

1.3考核方式單一

考核結(jié)果以期末機(jī)試為主要考核方式，主要題型為單選題和程序題，為方便系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)評(píng)判，程序題出題內(nèi)容往往受限，且僅僅是考查知識(shí)點(diǎn)，不具備實(shí)際意義。此外，針對(duì)學(xué)習(xí)過程的考核只體現(xiàn)在平時(shí)成績上，且所占分值比例較小?？己藢?dǎo)向使得學(xué)生只注重理論知識(shí)點(diǎn)和模式化的試題，實(shí)踐能力根本不能得到有效的訓(xùn)練和提高。

1.4 團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神缺失

傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核都是針對(duì)個(gè)人而設(shè)計(jì)的小程序，學(xué)生之間互相學(xué)習(xí)溝通機(jī)會(huì)較少，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神得不到培養(yǎng)，而實(shí)際項(xiàng)目都是需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作才能完成的。

綜上，如何讓課程教學(xué)與課程實(shí)踐緊密結(jié)合，真正提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，如何從“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)”的教學(xué)模式，以及如何以更公平合理的考核機(jī)制來評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，這些都是程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中亟需解決的問題，而CDIO工程教育模式提供了很好的解決方案。

2.CDIO工程教育模式

CDIO（Conceive—Design—Implement—Operate，構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—操作）是近年來以麻省理工學(xué)院（MIT）為首的幾十所大學(xué)國際工程教育改革的最新成果。CDIO是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達(dá)，與教育部推進(jìn)的國際工程專業(yè)認(rèn)證、質(zhì)量工程等的目標(biāo)上是一致的，目的是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)。

CDIO工程教育模式能很好地處理理論知識(shí)傳授與學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力間的關(guān)系。教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，在教師的引導(dǎo)下完成項(xiàng)目的全部開發(fā)過程，包括資料收集、方案設(shè)計(jì)、具體實(shí)施及結(jié)果評(píng)審。教師則是學(xué)習(xí)的組織者和引導(dǎo)者，主要負(fù)責(zé)項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計(jì)選取、教學(xué)活動(dòng)的組織、教學(xué)過程的引導(dǎo)和輔導(dǎo)以及最終對(duì)學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)情況的考核與評(píng)價(jià)。

3.按照CDIO工程教育模式重新設(shè)計(jì)教學(xué)方案

按照CDIO工程教育理念，我們將程序設(shè)計(jì)類課程（C語言、VB程序設(shè)計(jì)、VFP程序設(shè)計(jì)）教學(xué)內(nèi)容融入在適當(dāng)?shù)膶?shí)踐項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)綜合項(xiàng)目，把主要知識(shí)點(diǎn)通過課堂教學(xué)綜合開發(fā)項(xiàng)目串聯(lián)起來，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，最后通過學(xué)生綜合項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，以綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生基本技能、實(shí)際操作能力的培養(yǎng)。

3.1 課堂教學(xué)實(shí)施

合理設(shè)計(jì)課堂教學(xué)綜合開發(fā)項(xiàng)目是關(guān)鍵，也是難點(diǎn)，根據(jù)項(xiàng)目需要重新編排和整合教學(xué)內(nèi)容。項(xiàng)目既要符合教學(xué)規(guī)律，由簡入繁，循序漸進(jìn);又要盡可能覆蓋整個(gè)課程的重要知識(shí)點(diǎn)，體現(xiàn)課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)。以項(xiàng)目為主線，把基本語法知識(shí)和常用算法嵌入到應(yīng)用實(shí)例中，按系統(tǒng)功能需求分解任務(wù)，劃分模塊，層層推進(jìn)。教師作為引導(dǎo)者展開教學(xué)活動(dòng)，以實(shí)際任務(wù)需求去激發(fā)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，主動(dòng)獲取知識(shí)，所學(xué)知識(shí)也更加系統(tǒng)、完整，讓理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合。

例如在《C語言程序設(shè)計(jì)》課程中，通過課堂教學(xué)綜合案例的演示講解（如下圖），引入項(xiàng)目相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，講解項(xiàng)目工作中涉及的課程重點(diǎn)、難點(diǎn)，如：表1中模塊4用函數(shù)改善學(xué)生成績管理系統(tǒng)中用到了函數(shù)，通過對(duì)函數(shù)的定義、調(diào)用及參數(shù)傳遞的講解，引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)的同時(shí)，也加深了學(xué)生對(duì)模塊化程序設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)和理解。

3.2 實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在跟隨教師完成課堂教學(xué)項(xiàng)目、了解軟件開發(fā)的基本工作流程之后，設(shè)計(jì)若干不同綜合項(xiàng)目任務(wù)書，讓學(xué)生獨(dú)立完成。項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計(jì)既要涵蓋知識(shí)點(diǎn)又要具有邏輯性、實(shí)用性，難易度上既不能讓學(xué)生畏難，又不能過易，保證學(xué)生在限定時(shí)間內(nèi)有能力完成的同時(shí)，能夠充分發(fā)揮個(gè)人的學(xué)習(xí)潛能與創(chuàng)造力。

CDIO工程教育理念之一就是提高學(xué)生工程系統(tǒng)的開發(fā)能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)及溝通協(xié)作能力。項(xiàng)目實(shí)施前，教師應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)規(guī)模和難易度進(jìn)行分組，每組成員4-6人為宜，學(xué)生可以自選組合，以宿舍為單位更便于交流和溝通，每小組推選一名項(xiàng)目小組長，用以協(xié)調(diào)小組成員的分工、管理督促項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)度。學(xué)生在項(xiàng)目小組分工協(xié)作的過程中真實(shí)體驗(yàn)了項(xiàng)目開發(fā)流程，通過對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃、相互的交流合作，深刻體驗(yàn)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作互信互助精神，既提高了計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力又培養(yǎng)了自身職業(yè)素養(yǎng)。最后，教師推選優(yōu)秀作品參加學(xué)生學(xué)習(xí)成果大賽，讓學(xué)生從學(xué)習(xí)中得到認(rèn)可，有成就感。

3.3 評(píng)價(jià)機(jī)制

與傳統(tǒng)課程考核方式不同，項(xiàng)目化課程教學(xué)注重過程評(píng)價(jià)，關(guān)注學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)過程各環(huán)節(jié)中知識(shí)與技能的掌握與應(yīng)用情況。項(xiàng)目任務(wù)完成后，學(xué)生應(yīng)以小組為單位按要求提交項(xiàng)目任務(wù)相關(guān)的C程序源代碼及相關(guān)說明性文檔，并錄制操作視頻，講解系統(tǒng)基本功能，即對(duì)項(xiàng)目完成情況進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)。教師與各小組成員則根據(jù)項(xiàng)目的完成情況，予以總結(jié)與評(píng)價(jià)。

采用面向過程的考核方式，考核結(jié)果可按4：6比例給出，其中60%的考核成績來自于項(xiàng)目化課程設(shè)計(jì)綜合測評(píng)，用以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目化教學(xué)的過程考核，重點(diǎn)考核學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)各環(huán)節(jié)中的工程應(yīng)用能力;其他40%為基礎(chǔ)理論階段測試部分，考核方式為機(jī)考，主要用于對(duì)項(xiàng)目化課程教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充、完善和加強(qiáng)。

4.總結(jié)

綜上所述，以完成具體項(xiàng)目任務(wù)為主要學(xué)習(xí)方式的課程教學(xué)方法，充分發(fā)掘了學(xué)生的創(chuàng)造潛能，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下做中學(xué)，學(xué)中做，通過項(xiàng)目任務(wù)的具體實(shí)踐，完善所學(xué)知識(shí)，提高了用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的工程實(shí)踐能力。與傳統(tǒng)課程教學(xué)模式相比較，CDIO工程教育模式下的項(xiàng)目化課程教學(xué)的優(yōu)勢在于：

（1）項(xiàng)目開發(fā)過程基于工作過程，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)明確、學(xué)習(xí)更具趣味性、主動(dòng)性，課程基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用能力同步提高;

（2）項(xiàng)目進(jìn)程模塊化管理，個(gè)人職業(yè)技能和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力同步培養(yǎng);

（3）項(xiàng)目成果過程化評(píng)測，使得課程考核評(píng)價(jià)體系更加合理;

（4）項(xiàng)目開發(fā)過程師生共同參與，教師與學(xué)生互相促進(jìn)，共同提高。

以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果，但也發(fā)現(xiàn)了一些問題。本次教學(xué)改革雖然注重了實(shí)際能力的培養(yǎng)，卻未關(guān)注學(xué)科間的差異。例如C語言課程面向信息、機(jī)械、材冶等多個(gè)工科專業(yè)開設(shè)，所以，如何將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育與專業(yè)技術(shù)融合，以解決本專業(yè)問題為導(dǎo)向的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)是下一步的改革方向。

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作者簡介：

張胤（1969.12-），男，博士，教授，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心，研究方向模擬計(jì)算。

韓艷（1981.05-），女，碩士，副教授，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心。