基于CDIO模式的C語言實驗教學改革

汪忠國++高超

【摘要】針對C語言課程的實驗項目設計多是簡單圍繞章節進行，設計零散，缺乏系統化和工程化的考慮，分析CDIO模式的能力框架，從實驗體系、實驗內容、教學方法和考核方式等四個方面結合CDIO模型進行了探索，對基于CDIO模式的C語言實驗教學的深化改革具有一定的意義。

【關鍵詞】CDIO模式 C語言 教學改革

【基金項目】2013年安徽省質量工程重點教學研究項目（2013jyxm549）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）26-0254-02

C語言課程是工科學生進入大學后必修的，且后續課程打下基礎的一門重要基礎課程。傳統的C語言課程教學雖然也重視實踐能力的培養，但是教學實驗多是圍繞的章節內容進行，設計較為零散，缺乏設計的體系化和工程化考慮，導致學生僅僅會編寫一些簡單的數值計算、簡單應用模擬的程序，缺乏對C語言在專業應用上的工程認知和實踐能力。本文將CDIO工程教育理念引入到C語言的實驗教學改革中，提出了基礎CDIO模式的實驗項目設計理念并以通信專業為例，構建了適合CDIO理念和專業特征的實踐項目庫，對進一步啟發探索其他專業基于CDIO模式的C語言實驗教學改革具有一定積極意義。

1.CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是指由Conceive、Design、Implement、 Operate 四個階段所構成的結合體。[1]CDIO模式以產業、行業、企業、職業等“四業”對學生的知識、能力、素質為出發點，以工程項目從研發到運行的生命周期為載體[2]，針對課程教學環節進行設計，讓學生能夠“做中學”，深刻的從“基于項目和學習”的學習模式中既獲得學術知識、工程能力，也在如何解決問題、終身學習、團隊協助與交流等各方面實現能力提升，從而培養既有過硬的專業技能，又有良好的職業道德的國際化工程師。[3]

2.基于CDIO的C語言整體課程框架設計

傳統的C語言課程過于強調課程基礎知識的教育，部分重視學生個體在動手實踐能力方面的培養，但大部分忽略了學生的發現和解決問題能力、工程項目實踐能力、團隊協作能力的培養，從而導致學生僅僅能夠掌握知識和簡單的實踐能力，對于稍大的項目無從下手，不會協作，更談不上具備較高的工程實踐能力。為解決上述問題，本文設計了基于CDIO模式的C語言課程結構框架，如圖1所示。

圖1 基于CDIO的C語言課程框架

上述框架將課程目標分為知識目標和能力目標兩個部分，結合全程機房的實訓教學，通過項目驅動、“做中學”、問題導向、過程考核、工程要求等教學方法，力求使培養的學生符合CDIO能力大綱要求。

3.基于CDIO的C語言實驗課程改革

3.1 實驗課程體系設計

傳統的C語言課程教學雖然也重視實踐能力的培養，但是教學實驗多是圍繞章節內容進行，設計較為零散，缺乏設計的體系化和工程化考慮，導致學生僅僅會編寫一些簡單的數值計算、簡單應用模擬的程序，缺乏對C語言在專業應用上的工程認知和實踐能力。CDIO模式要求基于項目的教育和學習。為此，我們將基于CDIO理念的C語言實驗體系分為三類：

（1）基礎類實驗：重點是培養學生對C語言基礎定義、語法知識的基本實驗技能、規范，由單個學生獨立完成，以提高學生的基礎實踐能力，培養和提升實踐意識，加深對基礎理論知識的理解。

（2）綜合類實驗：將一個章節或多個章節的核心知識、技能要求結合專業的特點設計成獨立的小項目，由學生組成小型團隊合作，重在培養學生的知識、技能點的綜合理解，加強綜合應用的意識，培養學生的團隊合作精神。

（3）課程項目實驗：將C語言整個課程要求的核心知識、技能結合專業特點設計成一個大型項目，由3-4個學生組成團隊分工進行，共同完成，分別演示匯報。

以上三個類型的實驗項目從教學順序上是依次遞進的，但是在課堂教學中，首先對學生進行項目實驗的介紹，讓其對課程整體的知識、技能要求有個大致的理解并在后續（1）（2）類實驗過程中不斷的進行知識、技能點關聯提示，強化學生的實驗學習目標。

這三類實驗項目可以的實驗體系，促進理論向應用的轉化，知識向技能的轉化，單項技能向綜合素質的轉化[4]，較好地體現了CDlO大綱中對學生4類能力培養的要求

3.2 項目的實驗內容設計

CDIO強調基于項目的教育和學習，因此在進行實驗設計時必須要結合CDIO的能力框架進行設計。以上文中的課程項目實驗為例，通信專業的C語言課程項目實驗我們設計C語言串行通信項目為例，實驗指導內容共分為五個部分：項目的意義、項目的背景知識（包括串行接口的概念、串行口的位置及引腳功能、串口通信的原理與過程、串口通信用介紹）、項目要求，項目考核方式四個部分。其中項目意義用于介紹此實驗項目在專業中的應用，用于激發學生的學習興趣；項目背景知識用于介紹項目的背景概念，用于學生進行自主學習；項目要求是結合項目背景知識進行提煉，形成與項目場景上下文無關的實驗要求，由學生團隊合作進行開發；項目考核方式明確諸如過程考核、團隊合作、匯報、程序準確性和健壯性等考核分項。項目拓展是指在項目要求的基礎上，結合項目背景知識，由學生課后自主設計出基于某個項目應用場景的程序，以培養其自主學習和創新能力。

3.3 教學方法改進

實驗必須牢固樹立CDIO倡導的“做中學”的教學方法，引導學生進行主動學習。一方面通過上面的實驗課程內容設計方面做好功夫，同時應在課前提前分配下次實驗內容，由學生主動搜索、自主學習，做好充分準備。實驗教學中，應強調（1）（2）類實驗所涵蓋的知識、技能點及其和最后的（3）類課程項目實驗的關聯，促進學生從單點到全面的實踐能力提升；應有針對性地進行實驗內容復習，并通過提問、短時間學生匯報及解答等多種方式了解學生對新實驗的準備情況。