基于CDIO的程序設計課程體系建設探索

摘要：社會經濟的發展要求高校要積極吸收國外先進的工程教育理念，以期培養出具有扎實的基礎理論知識和良好的工程實踐技能的應用型人才。在深入學習與借鑒國外工程教育理念CDIO的基礎上，針對目前程序設計類課程在教學實踐中出現的一些問題，從課程間的合理分工與銜接、工程實踐內容的集成、項目的組織、學生創新意識的培養以及考核方式等方面，探討建立科學規范的高級程序設計類課程體系。

關鍵詞：CDIO；高級程序設計；課程體系

作者簡介：侯振杰（1973-），男，內蒙古呼和浩特人，常州大學信息科學與工程學院，教授；林逸峰（1983-），男，江蘇常州人，常州大學信息科學與工程學院，講師。（江蘇#8194;常州#8194;213164）

基金項目：本文系常州大學教學研究項目（項目編號：GJY2012047）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2014）14-0097-02

近年來，中國經濟飛速發展，正在迅速融入世界經濟，導致中國眾多行業領域國際化的特征越來越明顯。信息技術領域尤其如此，目前的發展形勢要求人們要積極吸收國外先進的工程教育理念，以期培養出具有扎實的基礎理論知識和良好的工程實踐技能的應用型人才。這些變化為程序設計類課程的教學提出了更高的要求，為了加快推動高等學校的信息科學和技術相關專業的程序設計類教學工作，通過結合國內外先進教學理念和教學計劃，在深入學習國外工程教育理念CDIO、IEEE-CS/ACM Computing Curricula以及高等學校計算機科學與技術專業發展戰略報告暨專業規范的基礎上，以培養綜合素質高的創造性人才為目標，深入研究程序設計類課程設置及課程教學內容與方法等，以適應社會對人才的需求。

一、目前高級程序設計類課程存在的問題

盡管一直在強調要加大學生的工程實踐能力的訓練，也對高級程序設計類課程進行了較大的調整，但從目前取得的效果來看，仍然還存在著一定的問題。主要表現在以下幾個方面：

1.各課程之間銜接體制還未完全理順

一般情況下，對高級程序類課程會按如下方式進行設置：大一開設C（或JAVA）程序設計，之后開設面向對象程序設計，然后開設1～2門面向企業級的軟件開發技術方面的選修課程。從目前的教學情況來看，各層級課程之間缺乏一體化的設計思想，未能很好地完成各門課程之間的無縫銜接。例如，開設面向對象程序設計課程的教師總是在抱怨基礎性的程序設計課程某一知識點或者某一章節的教學有缺失，致使其授課過程中不得不拿出專門時間進行相關缺失內容的講解，影響了正常的教學進度，而開設選修課程的教師又會認為學生的面向對象程序設計思想沒有很好地建立，基本訓練不到位，使得學生掌握企業級軟件開發技術的過程變得更加困難。

2.實踐教學環節更多地流于形式

由于眾多條件的限制，實踐環節還主要是側重于驗證性試驗，假題假做，與工程實際脫節比較大。大多數普通高等學校的助教制度還不完善，通常的情況是一個老師一個學期要帶2門以上的課程，每門課程的學生數不會少于30人，所有教學活動均由任課教師一人完成，沒有相應的助教輔助，因此任課教師很難有精力對學生的實踐教學進行認真指導，很多實踐教學環節流于形式。

3.程序類設計課程缺乏綜合性實驗，實驗設計相對簡單

教師的教學很大程度上還是側重于老師的“教”與學生的“學”，特別是側重于理論的講解。各類實驗的設計一般還是拘泥于教材中的某一知識點，更多地強調了程序設計語言語法的正確應用，對工程實踐中的設計理念、思維過程等方面的綜合運用能力培養嚴重不足。特別是以團隊合作的形式開展工程項目綜合實訓機會就更少，對實踐中遇到的實際問題、非標準化的問題很難組織學生開展以項目為中心的分析與解決問題的討論，驗證性實驗占了很大比例。這類實踐教學很難發揮學生的積極性、主動性和創造性，難以讓學生將理論知識以及自己在學習中激發的創新想法運用到實際中去。

4.校外實踐教學基地形式大于內容，未能發揮重要作用

盡管各個學校與眾多企業進行合作，建立了很多實踐教學基地，但真正發揮作用的基地還是少之又少。一方面，學生人數眾多，企業難以承受如此多的學生入駐學習，另一方面，企業也難以得到國家的相關政策支持和合作院校的經費資助，致使校外實習很多情況下都流于形式，并未發揮真正的效能。

5.具有較強的工程實踐能力的教師嚴重缺乏

高校一直以來就是重理論輕實踐，因此，具有良好工程實踐能力的教師嚴重缺乏。新進入的年輕教師，一般情況下均要求具有博士學位，而博士群體從其培養目標來說，就是培養理論型創新人才，因此，絕大多數的青年教師缺乏實踐教學環節的鍛煉和工程經驗的積累，參與的工程實踐項目也不夠多，無形中也影響了學生工程實踐能力的培養。對于在企業中的高學歷人員，高校的薪酬待遇等一般情況下無法與企業相比，因此，很難將此類人員全職地吸納進來。

6.實踐教學的評價體系有待進一步規范

目前，實踐教學評價體系建設大都處于探索階段，現成經驗不多，考核方式較單一。學生的實踐能力考核大都是由各專業老師對學生的設計或操作給出一個綜合分或等級就完事了，沒有注重實踐過程，對階段性成果的考核評價體系建立不夠完善；特別是學生在實踐過程中的情感、態度、工程意識、工程精神或工程倫理等工程素養缺少考核評價模式，老師也因教學任務繁重沒時間能主動與學生了解、交流與探討。況且，大多數工程專業衡量學生“應知”和“應會”的標準或沒有建立，或沒成體系，對學生成果評價的主觀隨意性較大，這種簡單的考核評價方式，無法較全面地衡量學生的工程實踐能力。[1]

二、CDIO工程教育理念與研究價值

CDIO（構思Conceive、設計Design、實現Implement、運作Operate）工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果之一。美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成研究團隊在獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元資助的條件下，從2000年開始，經過四年的探索研究，創立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。[2]

CDIO 的理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。瑞典國家高教署2005年采用這12條標準對本國100個工程學位計劃進行評估，結果表明，新標準比原標準適應面更寬，更利于提高質量，尤為重要的是新標準為工程教育的系統化發展提供了基礎。迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織，按CDIO模式培養的學生深受社會與企業歡迎。

我國在此方面也開展了有益的研究和探索。2005年首先由汕頭大學引入該模式并予以實施，[3]2008年，教育部高教司和汕頭大學聯合主辦了CDIO工程教育模式試點工作會議，會議確定了第一批18所CDIO試點高校名單，并成立了CDIO試點工作組。2010年4月，第二批21所CDIO試點高校產生，這種規模還在繼續擴大。[4]國內外各高校的經驗表明，CDIO完全適合工科教學過程的各個環節的改革。

基于CDIO的工程實踐能力培養是一項綜合性的任務，在實踐教學培養中，一方面，在基礎科學知識、程序設計工程實踐基礎知識等方面融入更多的實踐知識，培養學生的創造、創新能力，能進行工程系統的構思、設計、實現和運作，注重工程綜合能力的培養；另一方面，要求程序設計類課程體系基于“工程實際問題”的解決、基于“團隊合作”的形式而開展，采用探究式的學習方法，更好地增強學生的工程實踐能力。

三、建立并優化基于CDIO的程序設計類課程體系

結合CDIO工程教育的教學理念，結合筆者近幾年的教學實踐，探討如何建立并優化高級程序設計類課程體系。

依據美國卡內基梅隆大學計算機專業課程體系的設定來看，高級程序設計類課程貫穿四個層次，如圖1所示。

從圖1可以看出，程序設計類課程涉及層次多，各課程間的合理分工與銜接、工程實踐內容的集成、項目的組織、學生創新意識的培養以及考核方式等方面成為能否科學有效地建立基于CDIO理念的課程體系必須要解決的關鍵問題。

1.以工程教育理念為指導，協調各課程知識點，建立良好的銜接體系

在課程體系的設置方面，不僅要注重各門課程的開設順序，更要從微觀處著手，對各個階段課程授課內容做細致安排，特別要注意每門課程之間的銜接問題，并且要將工程教育理念貫穿始終。例如，從第一門基礎性的程序設計課程入手，從講授最基本的語法開始，教師就應該選擇一個合適的案例作為學生的實踐訓練項目，此案例將貫穿全部課程的始終。從課程開始，學生就依照教學進度的安排，逐步完善逐步深化該訓練項目，至課程結束，應該能夠提交一個較為完善的軟件系統。做這種安排，一方面可以將極為瑣碎的知識點整個串合起來，最終形成一個較為完備的系統，另一方面會讓學生在課程結束后心理上有一定的成就感，并且在潛移默化之中逐步適應并掌握工程教育的思想。在之后的面向對象程序設計中，依舊可以將此案例拿過來，通過分析該案例的種種缺陷，逐步引導學生理解并接受面向對象程序設計的思想，并將該案例利用面向對象的程序設計思想進行改造，通過這樣的訓練，學生的掌握程度必將有極大的提升。在之后更高級的軟件技術講授中，依舊可以使用該案例，不斷進行改造，不斷進行提升，最終使得學生較好地掌握企業級的軟件開發技術。每門課程的教學、實驗等方面均應按照CDIO工程教育理念進行組織。

2.以團隊合作的形式訓練工程實踐能力

軟件開發是一個系統工程，必須以團伙合作的方式才能完成。目前，筆者更側重于學生技能的提升，對培養學生的團隊合作精神和能力方面還存在著很大的不足。因此，在筆者的教學中應盡可能地組織以團隊合作的形式開展工程實踐項目，以深化學生實踐能力的培養。綜合性實踐項目應該以組建項目組的方式進行，要求項目組的學生從選題、需求分析、方案設計，詳細設計、優化與測試、方案實施、問題決策處理、權衡、綜合分析報告的形成以及組織協調管理等全方位、全過程進行考查與訓練，引導學生掌握工程推理技能，利用系統思維理解并設計實現方案，通過團隊協作溝通鍛煉協調能力，讓學生在企業與社會環境下更多地體驗工程的構思、設計、實現和運作等綜合實踐過程，提高學生的系統意識、創新意識、責任意識、團隊意識、經濟意識、倫理意識等。

3.通過參加學科競賽以及各類興趣小組激發學生的創新意識

學科競賽或各類興趣小組具有一定的科學性、創新性和實用性。競賽或興趣小組參與者需要獨立完成文獻檢索、構思、設計、成果匯報以及論文的創作等，這些環節既能訓練學生的工程實踐能力，又能嘗試工程創新活動的開展。通過開展ACM競賽、大學生挑戰杯、各類程序設計大賽、數學建模競賽等，加強學生科學素質的培養，開闊學生的視野，增強學生的求知欲望和創新意識，激發學生對科技和創新活動參與的興趣和熱情。

4.增強考核方式的科學性和有效性

目前，“一紙定結論”的考試方式仍然是評價學生學習效果的基本形式。隨著工程教育理念的在教學中的不斷滲透，大量的實踐型、拓展型教學內容需要教師對考核方式進行改革。對于工程實踐能力的考核應注重過程考核，課程的評價須以表現式、任務式的評價方式分別對待。對基礎的程序設計課程，可通過對設計流程、設計結果、功能的實現程度等方面進行考查，再輔以理論考試的形式對學生進行考核。更高級的程序設計課程可以通過項目組的分工與協作、分析問題與搜索資料的能力、項目演示、匯報與答辯等各階段完成情況，分別記錄，作為考核依據，理論考試所占最終考核的比重要降低，應側重于過程的考核。[5]

利用CDIO工程教育理念建立并優化程序設計類課程體系，是一個系統的工程，現實要求教師必須以對學生負責的高度責任感來完成這一工作，以期培養出能夠適應社會和企業需求的高層次專業技術人才。

參考文獻：

[1]楊琳.大工程背景下大學生科技創新與工程素質的培養[J].江蘇高教，2006，(6):33-36.

[2]克勞雷.重新認識工程教育——國際CDIO培養模式與方法[M].北京:高等教育出版社，2009.

[3]顧佩華，沈民奮.從CDIO到EIP2CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008，(1):12-20.

[4]焦冬莉，李晉生.應用型通信人才培養的實踐教學體系改革[J].實驗室研究與探索，2012，31(9):128-130.

[5]李秋蓮.以CDIO工程教育理念優化實踐能力培養的質量保障體系[J].西安建筑科技大學學報，2013，32(3):95-100.

（責任編輯：王意琴）