基于CDIO理念的工科院校公共計算機基礎教學改革與實踐

　　摘要：針對目前高校大學計算機基礎教學存在的問題，以CDIO教育理念為指導，充分利用計算機基礎課程特點，黑龍江科技學院采用一種全新的“講、練、討論”相互滲透的互動教學模式。該模式以學生為中心、以“學習—構思—設計—實現—運作”為主線，培養學生的實踐能力、自學能力和團隊交流能力。教學實踐表明，該模式可較大提升學生的動手能力和自學能力，可促進教學質量的大幅度提高。
　　關鍵詞：CDIO 大學計算機基礎 教學改革
　　中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A
　　文章編號:1004-4914(2011)01-153-02
　　
　　新時期，我國確立了建設創新型國家的目標，提高高等學校自主創新能力，培養創新型人才是實現創新型國家的人力資源基礎。而長期以來，在傳統工程教育中，重理論輕實踐，過分強調知識的理論深度和系統性，而忽略了各學科知識間的聯系，特別是忽視理論知識的應用。如何把“知識型學生”轉化為“創造型學生”，CDIO教育模式為我們提供了一個重要途徑。
　　CDIO是由美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學共同倡導，集多國工程教育精英建立的一整套工程教育理念和實施體系。作為當今國際高等工程教育的一種創新模式，CDIO更加注重培養學生掌握工程基礎理論和專業知識的能力，旨在通過貫穿于整個人才培養過程的團隊設計和創新實踐環節的訓練，培養既有過硬的專業技能，又有良好職業道德的國際化工程師。
　　大學公共計算機基礎教學是高等學校計算機教學的重要組成部分。社會職業的多樣化和學生的就業需要，對高等教育的計算機基礎教育提出了更高的要求。然而，我國現行的教育模式和理念使學科教育與工業實踐脫節，學生在項目及團隊工作方面的實際訓練較少，已經不能滿足教學的需要。鑒于此，我校以CDIO工程教育模式為指導，對《大學公共計算機基礎》課程進行改革與實踐，以期在學生基礎技能和工程能力培養方面取得更好的效果。
　　一、CDIO工程教育模式
　　1.CDIO的基本思想。CDIO代表構思、設計、實施與運行，是“做中學”原則和“基于項目的教育和學習”理念的集中體現，重點培養學生四個層面的能力，如圖1所示。
　　2.CDIO人才培養模式。CDIO人才培養模式的理念主要體現在四個方面。（1）先進性。為應對全球化帶來的機遇和挑戰，CDIO國際組織匯集眾多教育專家制定全面的實施計劃和教學大綱，以能力培養為目標，以國際化的教育理念和框架培養具有國際競爭力的人才。（2）可操作性。CDIO繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，系統地提出“能力培養、全面的實施指導、完整的實施過程和嚴格的結果驗證”的12條標準，可操作性很強。（3）系統性。CDIO教學大綱以能力培養為目標，將學生能力總體劃分為四個層面，具體劃分為17種能力，細化為73條技能，力求以科學的培養模式全面系統地提高學生的綜合素質。（4）適應性。CDIO的具體目標是為工程教育創造合理、完整、通用、可概括性的教學目標，重點將個人、社會和系統的制造技術與基本原理相結合，使之適合工程學的各個領域。
　　二、大學公共計算機基礎教學的特點與現狀
　　公共計算機基礎是實踐性較強的課程，意在培養學生熟練運用計算機的能力。然而，計算機軟、硬件的更新速度給計算機基礎教學的內容更新提出了更大的挑戰，而且因教育、家庭和社會環境的差異，學生對計算機的掌握程度不盡相同。這在近三年表現尤為明顯。
　　目前，公共計算機基礎教學尚存在諸多問題。一方面，學生不重視理論學習，將精力全部放在操作上。這使其對計算機的基本理論知之甚少，嚴重影響了后續知識的深入學習和理解。另一方面，不正確的引導導致學生忽略理論學習，且主動學習意識與能力欠缺，沒有充分認識到大學教育的核心所在。大學教育正是通過基礎課程的學習，培養學生的良好學習習慣和方法以及主動學習的意識與能力。
　　當前，高校公共計算機基礎教學大綱大多采用多媒體理論教學和上機實踐相結合的教學方式。理論教學環節以教師為主，學生充當“聽眾”角色，按著教師的思路理解、記憶知識。這并沒有擺脫傳統的教學方式。實踐環節的多媒體課件，在不同程度上限制了教師和學生的思路，學生也只能在教師思路的引導下思考，無法滿足個性化的學習需求。
　　三、CDIO模式授課體系的建立
　　CDIO工程教育模式是“做中學”和“基于項目教育和學習”理念的集中概括和抽象表達。在教學方法上，教師首先要明確講授課程在專業知識結構中的地位和作用，并樹立“以學生為中心”的新觀念，引導學生主動學習。其次，教師要根據學生應該掌握的知識和能力，在教學中適當穿插綜合性實驗，促使學生自己動手并全身心投入，以增強概念性學習，重點培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。第三，教師要建立和加強學習反饋機制，及時把握學生的學習狀態和取得的實際效果。該教學模式下，學生是學習主體，教師是教學主導。學生在合作完成實際項目過程中學習必備知識、發揮創新潛能、鍛煉就業能力，不斷提高個人的綜合素質。鑒于此，我校采用一種全新的“講、練、討論”相互滲透結合的互動教學模式。課程依然設計為兩個部分：課堂教學和上機實驗。理論教學側重于課程的重點、難點講授，課時約占課堂教學的1/2，另外的1/2課時則組織學生討論。上機實驗按照課程的進度及學生的層次分類進行，逐步深入遞進。
　　（一）課堂教學改革
　　1.“任務驅動”的理論傳授。每節課開始，教師首先提出問題，指出本節課程需要完成的任務，并將完成任務所需的知識點一一列出。之后，請學生指出未知知識點，教師著重講解新的知識點、重點及難點。最后要求學生一起運用相關知識點參與案例，并最終給出示范案例。
　　整個課堂教學力求學生帶著問題去思考，利用知識點去分析解決問題，并熟練掌握知識點的應用。
　　2.自學為主的知識面擴展。每2~3名學生為一小組，布置討論題目或要求實現任務，督促其課下查閱資料，然后在課堂進行形式各異的討論。也可以讓學生根據能力選擇任務并提出各自的解決方案，集體討論方案的可行性或優劣性。
　　通過該方式組建學習型團隊，給學生搭建一個展示自己的舞臺，既能夠極大地提高學生的積極性，又可鼓勵學生利用各種方式自學，對交叉學科、前沿學科有所涉獵。
　　（二）動手實踐能力培養
　　1.基本知識點實驗。基本知識點的應用對于大多數同學需要經歷三個步驟：首先是“模仿”。完成與案例相似的例子，在模仿中鞏固和加深對新內容的理解，與此同時，老師可以一對一講解學生未理解或掌握的內容。之后是“修改”。在“模仿”的基礎上加工，激發學生自主學習的熱情，教師僅對關鍵點提供指導性意見。最后是“提高”。將有一定難度但未曾遇見的問題交給學生，培養學生獨立解決問題的能力，教師則給予啟發、引導，激活學生的創造性思維。
　　2.單元性實驗。某個章節學習完畢后，安排一次單元性實驗，將章節內容甚至前續內容加以綜合。該實驗題目相對稍大，并具有一定難度。設計過程要注意幾個問題。（1）題目要貼近學生生活，便于學生理解，使學生能夠通過實驗解決現實生活中的問題。（2）綜合運用關鍵知識點，培養學生綜合應用知識的能力。（3）工作量要適當。單元性實驗要求每個學生能基本獨立完成，根據學生的個體差異，提供多層次的題目供學生選擇。
　　
　　3.綜合創新性實驗。實踐的最后一個環節就是綜合創新性實驗。該項目必須使學生完整地得到構思、設計、實現、運作等方面的系統訓練。要求2~3名學生自由組合，從教師給定題目中選取感興趣并符合自身能力的題目進行設計。該階段的實驗應具有如下特點。（1）題目是真實項目的簡化，由教師給出總體要求。學生確定目標后可以不局限于給定的需求，以此充分調動學生的創新思維，培養創新能力。（2）學生分組后由組長負責分工，并制定工作量衡量標準，培養學生團隊合作的精神。（3）學生獨立完成工作。教師的作用僅為答疑和共性問題的總結與歸納。該過程將使學生分析問題、解決問題的能力得到有效鍛煉。（4）涉及課堂沒有的知識點時，鼓勵學生利用各種資源搜集資料，并通過分析資料尋找答案，以培養學生自主學習和解決問題的能力。
　　（三）評價方式
　　傳統的學業評價一般采取考試形式，將學生的成績作為評價教師教學質量和學生學習成效的依據。體現在思想觀念上則表現為評價主體不重視學生學習過程的評價，這不符合現代工程教育價值觀。引入CDIO模式理念后，學業評價以“過程”為基礎，更加注重知識、技能的學習過程以及實踐環節與工程應用能力，力求知識與能力的協調統一。在強調技術基礎的同時，注重探究式學習方法，通過團隊研究性學習模式和主題研究項目的實踐培養高素質工程應用型人才。
　　評價方式上，實踐環節由教師制定評價標準，并組織指導學生自評和互評。成績由“基本知識點實驗+單元性實驗+綜合創新性實驗”綜合得出，占期末總成績的60%。實驗完成后，結合學生和教師的評價，一般采用分組講解方式，由教師組織學生評價各小組的合作學習過程和效果，并引導學生反思、總結和改進自己的合作學習過程。整個開發小組的分數為學生和教師打分的和，學生的個人分數則是小組分數加上其在項目開發過程的得分，即項目參與程度、掌握新知識和新技能的能力以及綜合運用知識解決問題的能力得分。
　　（四）課堂教學的延伸
　　提高學生掌握、運用知識的能力，僅憑課堂教學還遠遠不夠，還需拓展多種渠道加強與學生的溝通。
　　1.搭建溝通平臺。教師博客開辟專門的版塊作為溝通的主要平臺，將課件、電子教案、參考資料或心得體會與學生分享，幫助學生擴展知識面，留言板可使學生間接與教師交流。
　　2.成立創新小組。組織學習興趣高、成績優良的學生成立創新小組，在教師指導下，關注學科新理論、新技術的發展動態，選擇感興趣的領域深入研究。通過備戰各類比賽、考取認證等方式，培養學生研究性和創新性學習能力。
　　3.營造學習氛圍。創建專業的QQ討論群，營造不間斷的學習答疑氛圍，學生既可通過網絡幫助他人，同時也可提升自我。
　　四、結束語
　　改變以往重理論輕實踐、重視專業知識而忽視創新能力培養的教育模式，是目前國內進行工程類本科教育改革的方向。在CDIO工程教育理念的指導下，經過改革實踐，我校大學計算機基礎課程“做中學”教學模式取得了良好的教學效果，越來越多的同學逐步適應并積極參與到知識能力的應用培養過程中來，動手能力和自學能力得到了較大提升，教學質量得到大幅度提高。
　　[本文為黑龍江科技學院校級重點課題]
　　
　　參考文獻：
　　1.