CDIO理念下程序設計類課程的立體化教學策略探析

李純蓮，楊麗萍

(長春大學 計算機科學技術學院，長春 130022)

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CDIO理念下程序設計類課程的立體化教學策略探析

李純蓮，楊麗萍

(長春大學 計算機科學技術學院，長春 130022)

摘要：借鑒國外CDIO工程教育模式與教學體系，針對我國軟件工程技術人才培養過程中涉及的程序設計類課程，研究設計一套切實可行的立體化教學策略。首先簡要分析了相關研究的現狀，接著介紹了CDIO與程序設計類課程培養目標對應模型，最后提出了構建符合CDIO理念的立體化教學模式和環境的改革思路，以期在一定程度上彌補我國當前計算機教育中的不足，實現提高軟件工程技術人才培養質量的目標。

關鍵詞：CDIO；程序設計類課程；立體化教學

近年我國軟件行業呈現了前所未有的“人才饑荒”，許多軟件企業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生找不到合適的工作。究其原因，主要是各類高等院校培養出的計算機專業人才不能很好地滿足企業的實際需求。信息技術企業的國內畢業生，無論是否為計算機專業，都表現出一些突出的缺點，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現，但不能從調研材料出發給出產品或系統的完善的功能定義；等等。在這種背景下，各大高校都在進行著各種教學改革，改革軟件工程技術人才培養體系，改進人才培養模式，強化實踐環節，加強校企合作等。一些學者研究了課程立體化教學的策略，如C語言課程的多維立體教學、C++語言課程立體化教學模式研究與實踐、VB程序設計課程的立體化教學平臺、WEB開發課程的立體化教學等，其主要觀點或者強調立體化教學資源(紙質教材+媒體教材+網絡平臺)，或者強調立體化教學(課堂+實踐+實習基地)，或者強調多元學習(正常學習課+學習輔導課+主題沙龍課)與實例分析、成功激勵相結合，進行理論與實踐方面的立體化評價與考核等。他們都在不同程度上解決了一定的問題，但似乎缺乏較系統的、細節方面的設計，而且對于解決軟件工程技術人才(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。本文將探討程序設計類課程(Courses on Program Design，以下簡稱CPD)的立體化教學策略。

1CPD教學及PSET現狀分析

1.1CPD教學效果分析

當前構建CPD教學環境的目標是最大限度地解決學生學習此類課程難的問題。縱觀當前高校的CPD，沒有達到較為理想的教學效果，主要表現有[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象的發生，但總體上不及格人數仍不少；

(2)第一門程序設計課程的不良教學效果產生連鎖反應，影響到后續課程的教學進度與效果；

(3)雖然后續CPD的教學中，學生已基本具備編程思想，但多數不能活學活用，編程實踐中表現的創新性思維及解決問題的主觀能動性不強。

1.2CDIO及PSET現狀分析

CDIO是2001年由美國麻省理工學院聯合瑞典的林克平大學、查爾姆斯技術大學以及皇家技術學院共同開發的一種全新工程教育理念和實施體系[3]。CDIO包括構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)與運行(Operate)四個環節，提出了如圖1 所示的以能力培養為目標的CDIO大綱，涵蓋了產品(或系統)從構思、研發、應用到反復改進的完整生命周期，在整個生命周期環境中，學生的個人技能、協作精神和創新能力都將獲得全面的進步，對發揮其主觀能動性具有非常重要的意義[4]。

國外PSET的培養起步較早，有較成熟的經驗可以借鑒。美國麻省理工的CDIO工程教育模式已經得到我國大批教育機構的重視，盡管軟件工程并不屬于該國際組織明確宣布的專業，然而從軟件工程專業的特性分析完全適用CDIO模式。卡內基梅隆大學的課程教學體系就采取了類似CDIO的教育模式。此外，世界先進的NIIT課程體系與教學理念，也較好地實踐了CDIO的各個環節。現有的軟件工程專業教育中，考核的只是CDIO的D和I環節，由于C和O環節的不足或缺失，導致學生在實施D和I時沒有明確的學習目標，無法充分發揮主觀能動性。學校教育只有重視C和O環節才有可能突破應試教育的束縛，實現對學生主觀能動性與創新能力的培養。

2CDIO與CPD培養目標的對應模型

CPD的教學目標是通過理論教學和實踐訓練，使學生能夠利用程序設計語言進行面向對象的分析與設計。知識教學目標是理解程序設計類的基本概念，掌握程序設計類的基本語法，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等程序設計方法；能力教學目標是學會使用如VC++、記事本、VC#、JDK、Eclipses和JBuilder等開發工具進行簡單軟件的開發；素質教育目標是養成良好的編程習慣和風格，提高學生個人技能，培養團隊合作能力和協作精神；職業技能素養目標是提高學生分析解決問題的能力，培養學生對軟件系統的分析與設計能力[5]。

綜上，CDIO的工程基礎知識與CPD的知識教育目標相對應，CDIO的個人能力與CPD能力培養目標相對應，CDIO的人際團隊能力與CPD素質教育目標相對應，CDIO的工程系統能力與CPD的職業技能素養培養目標相對應。由此建立了如圖2所示的CDIO能力與CPD培養目標間的對應模型。

3符合CDIO 理念的立體化教學策略的探析

本文旨在借鑒歐美CDIO理念和模式，針對我國目前PSET培養過程中所表現出的問題，從教學目標、教學方法、教學內容、教學形式、教材建設、整體教學環境、教學資源、理論教學、實踐教學、評價考核等方面出發，提出一種能夠培養出具有主觀能動性的PSET的立體化教學模式與環境。

3.1立體化教學模式

根據CPD教學目標，結合CDIO理念，立體化教學模式可以包括立體化教學資源、立體化理論教學、立體化實踐教學及立體化評價考核四個方面。

立體化教學模式=立體化教學資源+立體化理論教學+立體化實踐教學+立體化評價考核；

(1)立體化教學資源=紙質教材+媒體教材+網絡資源平臺(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=課堂教學(課前備課+課堂教學+課后復習)+網絡教學(輔導答疑+專題討論+知識拓展)+企業教學;

(3)立體化實踐教學=校內實踐(實驗課教學+課程設計+小組協作+創新性實驗項目)+校外實訓(團隊合作+經理指導+實際項目+競賽項目)；

(4)立體化評價考核=理論知識考核(學生練習+課后作業+學生自測+期末考試)+實踐能力考核+創新能力考核+團隊協作能力考核+教師評價考核。

整個立體化教學模式體現了教學資源的多態性，理論教學的靈活多樣性和互動性，實踐教學的多層次性和多形式性，評價考核的最優性。

3.2立體化教學環境

根據CPD的立體化教學模式，結合CDIO標準與能力大綱，立體化教學環境的構建應該堅持課堂教學與網絡教學相結合、面授與課后輔導相結合、校內教學與校外訓練相結合、虛擬案例與實際項目相結合、教師授課與經理指導相結合的原則，同時注重與立體化教學環境相適應的教材建設。

(1)立體化教學資源。教學資源是教學系統中的基本要素，也是教學內容的主要載體，更是完成教學目標的重要保證。在充分借鑒現代教育理念和網絡技術的基礎上，以傳統紙質教材為基礎，以CPD為中心，以計算機網絡作為交流平臺，構建具有多用途、多形態、多層次、多媒介的立體化教學資源。立體化教學資源主要包括紙質教材、媒體教材和網絡資源平臺三方面。教材一般均選用國家級規劃教材，網絡資源平臺分為靜態資源和動態資源。靜態資源主要包括課程概況和課程內容；動態資源主要包括在線答疑和作業提交等，具體結構如圖4所示。立體化教學資源不僅是實現教育信息化和網絡化，也是優化教育資源諸要素的重要途徑，這樣不僅方便教師授課，也可以為學生提供了學習資源搜索的便利。有效教學資源利用率的提高，課為師生提供立體化、數字化的教與學空間。

(2)立體化理論教學。教師可以在立體化的教學資源體系中，以教材的知識體系為綱要，以學生的“學”為根本出發點，開展多種形式的理論教學，包括課堂教學(課前備課+課堂教學+課后復習)、網絡教學(輔導答疑+專題討論+知識拓展)和企業教學。教學內容涵蓋整個教學過程中所涉及的各類資料(如教學計劃、專業培養目標、課程體系、教學大綱、電子課件和習題等)，在授課時盡可能選擇經典案例、企業實際項目或企業成熟項目實例作為案例，將教學內容隱含在每個精心設計項目的CDIO中，使學生真正明白學以致用的含義，引導學生對CPD產生濃厚的學習興趣，將學習融入有意義的項目實施過程中，有效地改善軟件工程專業學生的學習效果，達到學生個人能力培養和綜合發展的目的，也是CDIO大綱要求的第二種能力。

(3)立體化實踐教學。教師可以在校內和校外實驗室環境中，以理論教學為基礎，以培養學生自主學習和實踐開發能力為目標，開展多層次和多形式的教學實踐，包括校內實踐(實驗課教學+課程設計+小組協作+創新性實驗項目)和校外實訓(團隊合作+經理指導+實際項目+競賽項目)。校內實踐時可通過增加實驗課和課程設計所占的比重，以教師科研項目或企業實際項目為題，選擇參與過實際項目的教師或者企業資深工程技術人員進行指導，學生采取分組模式完成實踐任務。校外實訓時以校企合作平臺為基礎，將企業優質資源引入程序設計課程教學，使學生能夠更好的接觸企業和社會的工作環境，通過構思和設計來實現運作系統，以展示一個系統或產品完整的開發過程。采用團隊合作或小組協作模式，通過面向大學生的注重自主性、協作性和探索性的實際項目、創新性實驗項目、競賽項目的實施，學生能夠全面培養人際交流、團隊協作能力、創新實踐能力，很好地完成CDIO大綱要求的第三種能力的培養。

(4)立體化評價考核。借鑒CDIO理念下由Edward F.Crawley等人創立的教師對學生學習效果評估模式，如圖5所示，該模式的評估過程主要由指定學習效果、使學習效果與評估方法相一致、采用多種方法收集和分析數據、通過學習效果改進教與學四部分構成，是一個集過程性評估與終結性評估為一體的評估體系，教師可以藉此開發一些新的評估和考核工具。在CPD的考核形式上，應注重多元化、全方位地考核學生的程序設計課的CDIO能力。因此，CPD的立體化評價考核可分為理論知識考核(學生練習+課后作業+學生自測+期末考試)、實踐能力考核、創新能力考核、團隊協作能力考核和教師評價考核等幾方面，通過各個環節的全面考核，綜合評價學生成績。該評價考核方式注重學生實現項目過程中CPD的四個層面(基礎知識、個人能力、人際團隊能力及工程系統能力)的訓練和積累，按照CDIO培養大綱對學生素質進行全面的評價考核。

4結語

CPD是許多高校計算機專業學生的主要課程，是PSET核心能力培養的重要載體。根據CDIO工程教育模式的標準和能力大綱，將CDIO理念融合到學生的理論和實踐學習中，不僅取得了良好的教學效果，也培養了學生項目開發的CDIO能力。通過立體化教學環境的搭建、立體化教學模式的設計，CPD將真正發揮其在人才培養中的應有作用。

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責任編輯：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

文獻標志碼：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應用軟件研究。

基金項目：吉林省教育科學“十二五”規劃重點課題(ZD14077)

收稿日期：2016-01-14