基于CDIO理念的興趣啟蒙式教學模式實踐研究

邢翠芳 趙海冰 杜晶

摘 要：在“聚焦實戰化教學，推進信息化教學改革”的大趨勢下，針對計算機程序設計課程，提出基于CDIO理念的興趣啟蒙式教學模式。從模式體系結構、教學內容組織、教學過程設計及課程考核方式4個方面探討模式的具體實施。課程考核成績和學員問卷調查結果充分證明了該教學模式的有效性和可行性。

關鍵詞：CDIO;興趣啟蒙;程序設計;教學模式

DOI：10. 11907/rjdk. 191989 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）002-0222-04

英標：Practice of Enlightenment Teaching Model Based on CDIO Concept

英作：XING Cui-fang，ZHAO Hai-bing，DU Jing

英單：（Aeronautical Basic College，Naval Aeronautical University，Yantai 264000，China）

Abstract：Under the general trend of “focusing on practical teaching and promoting information-based teaching reform”， an interest-based enlightenment teaching model based on CDIO concept is proposed for computer programming courses. The specific implementation of the model is discussed from four aspects： model architecture， teaching content organization， teaching process design and course assessment methods. The results of the comprehensive course assessment and the questionnaire survey results of the participants fully demonstrate the validity and feasibility of the teaching model.

Key Words：CDIO; enlightenment; computer programming; teaching model

0 引言

計算機程序設計課程是各高校面向學校各專業一年級新生開設的一門公共必修課[1]。課程實踐性很強，整個課程體系遵循素質教育和創新教育理念，旨在培養學員的科學思維與程序設計意識，提升他們自主學習、理論聯系實際、交流協作，以及獨立獲取知識并加以綜合應用的能力，使他們能夠應用現代信息技術解決專業領域中的問題。傳統教學方式已完全不能滿足該課程教學需求，各高等院校也嘗試通過不同手段和方法對該課程實施教學改革[2-4]。海軍航空大學近年來實施小班化分級教學，但是教學效果不夠理想，學員對計算機語言的綜合應用能力與最終培養目標還有一定距離。已有部分大學開展CDIO教改試點，例如，東南大學在計算機系本科生中試點《C#課程》，發現學生學習主動性明顯提高、課堂氣氛更為活躍、學生參與度高、程序設計能力增強，90%的學生能獨立完成課程實驗，創新能力、團隊意識有所提高[5]，因此將CDIO理念引入計算機程序設計課堂，有助于應用型人才培養。興趣是最好的老師，學員對課程本身興趣缺失是導致教學效果不理想的一個最重要原因[6]。計算機程序設計課題組按照“聚焦實戰化教學，推進信息化教學改革”的要求，深入研究信息化條件下計算機程序設計課程內容標準、方法手段及組織管理重難點問題，以CDIO理念為指導，從提升學員興趣和培養其工程實踐能力入手，以“啟蒙”為概念，從教學內容、教學設計、課程考核等多個角度出發，變換傳統程序設計課堂教學實施視角，精心設計教學過程，培養學員綜合實踐能力，滿足部隊對應用型人才的需求，對推動計算機基礎教學向實戰化靠攏具有積極意義。基于CDIO理念的興趣啟蒙式教學模式強調在課程設計過程中，以興趣啟蒙為前提，以任務案例為驅動，以貼近學員學習、生活以及未來任職崗位的項目為依托，給學員親切感，激發學員學習興趣。

1 模式體系結構

在現有教學資源下，結合計算機程序設計課程教學取得的一系列科研成果，根據學員實際情況，構建基于CDIO的興趣啟蒙式教學模式體系如圖1所示。

以計算機程序設計基礎知識體系為基礎，合理設置融合專業需求的多層次、可延展的項目，創建系統規范的微課、MOOC資源庫，使用基于CDIO理念的興趣啟蒙式教學方法，使學生通過理論學習、項目實踐、自主研學三維學習模式，在面向全過程的多元化課程考核形式支撐下，實現對學員專業知識、應用創新能力、工程實踐能力的綜合培養，以適應軍隊對應用型人才的需求。

2 教學內容組織

以現有教材為基礎，對整個知識框架進行梳理，自上而下地組織教學內容，對知識點進行整合劃分，將計算機程序設計課程教學分為基礎能力培養、綜合系統能力提升和開放項目創新3個階段，采用階梯式設置項目，先易后難，循序漸進地將相關知識點融入項目任務中，完成任務的同時，實現知識點的掌握[7]。在此過程中，學員通過實戰演練，身臨其境，始終帶著興趣和熱情去進行實踐-總結-反思，將瑣碎的知識點串聯起來，逐步培養學生綜合能力。以海軍航空大學2018級本科某專業為例，計算機程序設計課程主要模塊、項目設置以及相關知識點如表1所示。

（1）基礎能力培養階段。本階段的主要任務是基礎知識點的領會與理解、程序調試、開發環境使用等基本操作能力培養，對計算機程序設計課程的所有知識點分模塊內聚，每個模塊選用一個具有一定特色和意義的小型開發項目，將知識點融入項目各任務/子任務中，以學員操作為主，講授為輔，每一個項目融合CDIO工程理念，按照“課前自主學習繪制概念圖—課中提出具體任務，分解任務需求（構思）—搭建項目開發框架（設計）—使用知識點解決問題（實現）—調試完善程序功能（運行）—歸納總結知識點—細化概念圖構建知識脈絡”的方式進行。這種從小到大、循序漸進的螺旋式程序設計方式可以降低程序設計難度，有助于學員把握各章節知識之間的前后聯系，自然而然地調動學員的學習積極性，樹立學員自信心。

（2）綜合系統提升階段。本階段是對前一階段所學知識點的鞏固提升過程。通過幾個簡單項目實踐，學員已經掌握了基本知識點，同時也收獲了滿滿的自信心和成就感，此時也愿意接受更高的挑戰。在此基礎上，教員給出綜合性較強的新項目，更能提升學員的學習興趣，激發探索欲望。

（3）開放項目創新階段。本階段項目集C語言知識應用、團隊協作能力、工程思維能力、綜合實踐能力于一體[8]。開放項目設計要求緊跟新技術、新應用的發展，由教員精心挑選，也可以由學員和教員商討決定，亦或者由學員提出一些感興趣的課題，由教員審核，保證題目的科學性和可行性;選好題目后，組內進行任務分工，結合個人興趣和特長認領任務。項目實施過程中，教員必須采取相應措施和手段，激發所有組員的集體榮譽感，充分調動組員的最大潛能;項目結束，通過提交報告、程序代碼、設計說明報告和現場答辯的形式對項目進行驗收。受課時限制，一般會將開放項目安排在課后完成。

3 教學過程設計

整個課堂教學活動實施前應該讓學員明確教學目標和教學內容[9]。以基礎能力培養階段中級應用模塊中的軍械倉儲物資管理系統項目為例，基于CDIO理念的興趣啟蒙式教學模式的教學目標和內容安排如表2所示。

（1）提出任務，分解需求。設計軍械倉儲物資管理系統，對倉儲物資進行信息化管理，主要功能有：倉儲物資日常登記和物資出入庫管理。物資信息主要包含以下字段：名稱、數量、單價、金額、規格型號、計量單位、出廠日期;最終在運行環境中顯示輸出結果時，需顯示物資的全部屬性。根據任務描述，小組進行探討，每組結合給定功能對倉儲物資管理系統進行功能建模。按照“自頂向下、逐步求精”的原則，將系統劃分為：物資增加、編輯、列表顯示、保存、刪除、查詢等子任務，每個子任務對應系統的一個子功能，每個子功能最終抽象為一個函數實現。

（2）搭建框架，組內分工。每組根據任務劃分情況，利用已有知識結構和實踐技能，搭建系統開發框架，探討任務實施方案。由于組內成員的基礎和認知水平不一，組長結合成員平時完成任務的情況，并考慮個人意愿完成組內成員的任務認領。難度稍大的任務，如編寫函數實現物資的查詢、編輯等，需交給基礎好的學員完成;難度適中的任務，如結構體類型設計、編寫函數實現物資顯示等，可以分配給基礎相對薄弱的學員。

（3）督促引導，講授指導。對復雜的知識點，教員應有針對性地集中講授。相對簡單的知識點均通過自主學習加以掌握，適時進行個別指導。例如，“倉儲物資的顯示”任務可以分解為物資結構體類型的定義和引用、物資顯示函數的定義和調用兩個子任務，函數是已經學習過的內容，學員已經能很好地掌握，而在新任務中需要使用結構體數組作為函數參數，這一功能的實現相對復雜。因此，在函數定義這一任務完成的同時，教員要引導學員思考幾個問題：①基本類型變量和基本類型數組分別作為函數參數有什么區別;②結構體變量和結構體數組分別作為函數參數的區別;③結構體數組和基本類型數組分別作為函數參數的區別。這些問題的解答可對后續程序設計發揮引導作用。

（4）解決問題，調試完善。學員通過課前自主學習，對知識點有一定程度的理解，結合掌握情況，對現有任務進行算法設計和數據結構定義，算法設計可以通過流程圖、偽代碼等形式展現。每個組最終版設計方案確定之前，組內成員要相互切磋交流，深入探究思路的可行性，反復補充、修正、完善算法。最后，算法用C語言程序實現，通過不斷地測試和調試獲得最終正確結果。

（5）歸納總結，細化概念圖。學習成果集體展示階段，每組選一名代表講解，組內成員要輪流上臺，保證每個人都有發言機會，同時也鍛煉每個人的表達能力。教員對整個過程進行總結性評價，一是對項目中涉及的知識點進行總結性概括（可結合出現的問題進行），二是對各組任務完成情況、組內成員學習過程、任務實施過程中出現的問題及解決方案進行總結性評價。學員結合自身實際情況，首先要對教員的評價進行消化吸收，再進行組內互評、交流心得，并對自己的整個學習過程和學習方法進行綜合歸納、反思評價。同時，將自主學習階段構建的概念圖進一步細化，從而形成完整的知識脈絡。

（6）啟發思考，鞏固拓展。通過啟發式思考預留課后作業，加深學員對課堂知識點的理解與鞏固，作業如下：①利用指針對現有任務進行重構，如何實現？②如何實現物資按名稱模糊查找并顯示輸出？③將查找結果用兩種不同的排序算法進行排序，試比較兩種算法的效率。附加作業：如果將文本文件轉換成二進制文件，對其進行讀寫操作將如何實現？

4 課程考核方式

結合CDIO 評價標準，建立面向全過程的多元化課程考核形式，除期末考試外，將體現自主探究過程的課堂和課后表現、項目實踐等納入課程綜合考評體系，合理設置權重系數。成績采用百分制，每人每階段的成績應及時登記在課程實施情況記錄表中以便于最后匯總統計[10]。多元化考核體系基本構成如表3所示。

5 教學效果分析

應用基于CDIO理念的計算機程序設計課程興趣啟蒙式教學模式后，2018級某專業大一學員計算機程序設計課程的綜合考核成績如圖2所示。可以看出，25%的學員綜合考核成績達到了90分以上，92%的學員達到了70分以上，及格率為100%。

課程結束后對學員進行問卷調查，結果如圖3所示。綜合上述課程考核成績和學員調查結果，充分證明了模式的有效性和可行性。

6 結語

在“聚焦實戰化教學，推進信息化教學改革”的大趨勢下，基于CDIO理念的計算機程序設計課程興趣啟蒙式教學模式，激發了學員學習興趣，提高了其學習主動性，以及自主學習能力、問題解決能力、人際交往能力、團隊合作能力，教學效果明顯提升。教學實踐結果證明，這種教學改革嘗試非常成功，也給教員和學員帶來了新的挑戰。有些學員不太適應這種自主學習方式，時間觀念淡薄、計劃性不強，導致所在小組在規定時間內不能完成項目，在新的教學模式下，學員要明確學習目標，制定學習計劃，避免這種完全自由學習模式導致的迷茫懶散;在該模式下，教員需要加大時間和精力投入，一要通過調研等形式了解學員任職能力需求，利用理論教學和崗位實際工作經驗，盡可能地搜集恰當的貼近學員學習、生活以及未來任職崗位的應用項目，補充完善教學案例庫;二要對每堂課的任務精心挑選，仔細斟酌，確保項目設計因材施教，難易程度適中;三要提高課堂駕馭能力。

參考文獻：

[1] 曲寧，李瑛. “計算機程序設計”課程標準[D]. 煙臺：海軍航空大學，2017.

[2] 郭銀章，王麗芳. 基于項目任務驅動的C語言程序設計課程教學改革與實踐[J]. 計算機教育，2017（7）：41-11.

[3] 張志俊. 針對工程應用的C語言程序射界課程實踐探索[J]. 計算機教育，2018（8）：62-66.

[4] 于延，周國輝，李紅宇，等. CDIO模式下C語言程序設計實踐教學改革[J]. 計算機教育，2016（2）：122-126.

[5] 王洪發，于鋒. 基于CDIO理念的web程序設計教學改革探索[C]. 第三屆教學管理與課程建設學術會議論文集，2012.

[6] 衷璐潔，吳敏華. 營造興趣啟蒙式學習氛圍的編譯原理授課設計[J]. 計算機教育，2016（7）：114-119.

[7] 王秀珍，夏良，王歡. 面向任職需求的計算機技能培養與實訓方法研究[J]. 計算機教育，2019（2）：156-160.

[8] 王艷，馬佳琳. CDIO理念在《web程序設計》課程中的應用與實踐[J]. 軟件工程，2016（2）：50-51.

[9] 鄭貴省，馬文彬，郭強，等. 面向新工科的大學計算機CDIO教育模式及創客課堂案例[J]. 計算機教育，2019（2）：103-106.

[10] 邢翠芳，李瑛，呂潔. 多元化教學模式下面向全過程的課程考評方法[J]. 計算機教育，2016（2）：102-105.

（責任編輯：孫 娟）