基于CDIO的“計算智能”課程教學改革探索

姜輝 周凱

摘 要 “計算智能”課程是面向計算機科學專業學生開設的專業課程。當前的教學中主要存在教師對學生缺乏啟發和引導、課程實驗效果不佳、學生缺乏主動解決問題能力等問題。為此，引入CDIO教學理念，對“計算智能”課程教學進行改革，重點探討課堂教學模式改革、實踐驅動式教學、教學資源平臺構建和課程考核機制改革。從而提升“計算智能”課程教學質量，培養具有創新實踐能力的高素質人才。

關鍵詞 計算智能 計算機 實踐教學 課程改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.06.053

Abstract The course "computation intelligence" is the course for the students of the computer science. Currently， there are some problems remaining in the teaching process of the course. For example， the lecturer can hardly arouse the interest of the students. The experiments of the course are usually not well done. The students lack the ability to solve the problems by themselves. To solve these problems， this paper applies the CDIO， a type of the teaching idea， to reform the course "computation intelligence". This paper discusses the revolution of the classroom teaching， practical learning， the building of the teaching resources platform and the revolution of the evaluation mechanism. As a result， the quality of the teaching of the course can be improved； the students can be well trained.

Keywords Computation Intelligence； computer； practice teaching； curriculum revolution

0 引言

CDIO是由MIT提出的教學理念，其代表的含義是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），即構思-設計-實現-運行。[1]它是一種以技能培養為目標的全新教學模式，將實現工程項目的目標貫穿于課程和專業學習的全生命周期。CDIO是基于項目的教育和學習的一種模式，這種教學方式具有較強的可操作性、適應性和實踐性。我國計算機教育中普遍存在重理論、輕實踐的問題，造成高校教育與社會需求的脫節。此外，學生缺乏團隊意識、難以開展有效合作。CDIO教育模式對上述問題均具有重要改革意義，其已經被應用于計算機應用技術、C語言程序設計、數據結構等課程的教學改革，取得了良好的效果。[2-5]

“計算智能”課程是面向計算機科學專業的學生開設的專業課程，主要面向本科生和研究生教學。課程中包含了神經網絡、模糊邏輯、遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法、免疫算法、分布估計算法和Memetic算法等教學內容，對學生從事科研工作或工程應用具有重要作用。課程內容廣泛，具有極強的理論性、應用性和實踐性。實際授課中，由于課時限制，教師重點在分析算法思想，無法對算法細節講解；其次，計算智能是一門動態發展的學科，不斷有新的算法出現，學生亦需結合所學創新。[6]

針對上述問題，本文提出基于CDIO的“計算智能”課程教學改革方法。通過CDIO教學模式對“計算智能”課程教學方法進行改革，著重培養學生的項目意識、實踐能力、團隊合作等綜合素質，啟發學生的創造性思維，提升學生的工程實踐能力和創新能力，以更好地適應“計算智能”學科進步的需要。

1 “計算智能”課程當前的主要問題

“計算智能”課程是計算機科學專業學生的重要課程，具有極強的理論性、應用性和實踐性。傳統教學中，學生對理論知識點缺乏充分理解和認知，導致理論與實踐脫節，學生在學習后往往無法將理論知識應用于工程實踐。傳統教學模式存在的問題主要包括：

（1）教師對學生缺乏啟發和引導。“計算智能”由于課程內容多、授課學時少，教師與學生在課堂上難以充分互動，授課普遍存在“填鴨式”的情況。在課程專業知識方面，教師對如何激發學生對“計算智能”相關算法的學習興趣，引導學生在課外主動學習更多相關知識方面存在顯著缺陷。另外，教師本身亦存在工程實踐經驗的可能，因而更難以對學生起到啟發和引導的作用。

（2）課程實驗設置流于形式。“計算智能”涉及神經網絡、模糊邏輯、遺傳算法等多種算法，內容豐富、理論性強，學生難以將理論內容的內涵與實踐項目相聯系，使學生將大量時間用于算法的演算上，弱化了課程的實踐性，且學生對相關內容難以產生興趣。與此同時，課程實驗內容主要是課程涉及算法的簡單驗證性實驗，來源于科研、工程項目的實驗內容較少，學生無法通過課程實驗環節對課程內容有更深刻的認識，難以將理論知識準確地運用到實踐之中。

（3）學生缺乏主動解決問題的能力。“計算智能”是一門需要多種計算機科學專業基礎課程相關知識的課程，主要運用到計算機基礎、C語言、數據結構等課程的基礎知識。如果學生對基礎課程掌握欠佳，且學生缺乏主動解決問題的能力，將影響課程的學習。此外，課程實驗環節亦需要學生全身心投入、充分調動主觀能動性，積極解決實驗中遇到的各種問題，才能對課程能容有更深刻的認識。然而，目前學生對“計算智能”課程學習中遇到的問題，缺乏主動解決問題的能力。

2 “計算智能”課程教學改革措施

2.1 課堂教學模式改革

改變傳統課堂以教師講授為主的教學模式，由學生自由組成實踐小組。由課程教師設計課程實踐項目的主要方向，學生根據相關方向擬定實踐項目內容，并實施實踐項目。各學生小組推選代表，以動畫、幻燈片、視頻等方式匯報，設課堂提問環節。從而通過互動教學引起學生對課程內容的興趣。同時，采取案例式教學，由教師將實際科學研究課題或工程項目中的成果提煉為案例，在科課程中講授。通過這種方式開闊學生視野、提高學生興趣、引導學生自主學習。

2.2 實踐驅動式教學

課程實踐項目設計需將CDIO的理念融入其中，主要可分為算法驗證實驗、算法設計實驗和創新型實驗三個層次。算法驗證實驗是對課堂教學內容的反饋，重點加深學生對相關理論知識的理解，掌握課程相關的基本技能；算法設計實驗要求學生綜合利用所學的理論知識解決簡單的應用問題；創新型實驗由學生實踐小組完成，使學生通過團隊合作，運用課程知識完成具體科學研究或工程應用問題。

在CDIO教學模式下，教師完成角色轉變，重點培養學生的實踐能力及專業綜合素質。教師成為設計者，設計出與工程實際相匹配的“計算智能”課程。課堂教學突破傳統填鴨式教學模式，變為引導學生主動參與的形式，讓學生均有機會參與課程實踐環節，培養學生的團隊合作和實踐能力。

2.3 教學資源平臺構建

由于“計算智能”課程內容豐富、需要大量基礎課程知識，課堂教學學時難以滿足實際教學需要。教學資源平臺的構建可以有效解決上述問題，其主要由課程介紹（課程概要、教學視頻、課堂講義、參考算法下載）、自主學習（課程提綱、在線測試、實驗項目）、討論答疑（留言板）等模塊組成。此外，教學資源平臺設置作業提交功能，實現學生在線提交算法驗證實驗、算法設計實驗和創新型實驗的相關材料。

通過教學資源平臺的構建，使教師對學生的學習狀態、進度有更好的掌握，并使學生有相對開放的環境進行課程學習，充分發揮主動能動性，提高學習效率。

2.4 課程考核機制改革

傳統課程考核方式主要是由平時成績（約占總分30%）和期末考試成績（約占總分70%）構成。對“計算智能”課程而言，通過試卷的形式難以反映學生對課程理論在實踐中運用能力的掌握水平，無法體現CDIO中基于項目學習的理念。為了突出課程實踐的重要性，并使學生對課程實踐環節充分重視，對現有的考核方式進行改革。課程的總分由算法驗證實驗（約占總分10%）、算法設計實驗（約占總分10%）、創新型實驗（約占總分50%）、期末考試成績（約占總分30%）組成。通過多樣化的考核方式促進學生不斷學習，同時避免填鴨式教學的學生。教師需要建立客觀的考核標準與制度，同時以教學督導、同行教師評價、學生座談等方式對教師工作形成監督。

3 結束語

目前，以“計算智能”課程為代表的計算機科學專業課程仍以理論教學為主，忽視實踐環節，學生的項目實施能力沒有得到很好的訓練。雖然各高校投入大量資源，以提高教學質量，但學生仍需通過企業實習才能得到相關實踐能力的訓練，這是高校計算機科學教學中亟待解決的重要課題。

本文針對上述問題，將CDIO教學理念引入“計算智能”課程教學。通過課堂教學模式改革、實踐驅動式教學、教學資源平臺構建和課程考核機制改革等方式對“計算智能”課程進行改革，強化課程的實踐能力培養，同時完成教師角色的轉變。從而，提升“計算智能”課程教學質量，培養具有創新實踐能力的高素質人才。本文的成果亦可作為計算機、機械工程等其他工程類學科課程改革的參考。

參考文獻

[1] 劉景云，李平，耿鈺.基于CDIO模式的《物流工程》課程架構體系設計[J].物流技術，2016.35（9）：177-180.

[2] 金敏.CDIO模式視閾下的軟件工程課程教學改革[J].電子測試，2016（24）：83-84.

[3] 黃玉蕾.CDIO模式下C語言程序設計課程教學改革探索[J].電子測試，2016（16）.

[4] 薛惠.CDIO模式下項目驅動教學法在《計算機應用基礎》課程中的應用[J].價值工程，2016.35（21）：176-177.

[5] 郭瑞波，王夢菊.基于CDIO理念的數據結構課程體系研究與實踐[J].實驗技術與管理，2016.33（10）：213-215.

[6] 黃國華.基于研討法的《計算智能》課程教學研究[J].考試周刊，2016（64）：115-115.