新工科背景下大學計算機CDIO教育模式創新研究

劉亞同

摘要：在新工科背景下，傳統的大學教育模式已經不合時宜，因此本文對新工科背景下大學計算機CDIO教育模式創新進行研究。重新確定教學目標，基于CDIO教育模式重構教學體系，并更新學生評價體系，使學生更具備實際動手能力，最后還需要增強教師隊伍的工程實踐能力。為判斷CDIO的教育模式是否能更好地培養符合新工科理念的學生，對某校計算機專業對比實驗，結果表明，本文介紹的方法在實踐教學領域的能力遠高于傳統教學模式。

關鍵詞：新工科;大學教育;計算機教育;CDIO教育模式;創新教育

中圖分類號：G647? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）19-0193-03

所謂新工科背景下的教育模式創新，就是在當前科技迅速發展的背景下為新時代的科技產業發展培養工科人才[1]。因此，設計新的教育模式是當前新工科建設的關鍵任務。本文以大學計算機專業為例，將CDIO教育模式與新工科背景相結合，創新探索新工科背景下大學計算機CDIO教育模式。CDIO教育是近年來國際教育學研究的最新成果，包含構思、設計、實施和運行。CDIO教育認為工科學生必須具備一定的工程基礎知識、設計工業產品的能力、團隊合作的理念以及動手操作的能力[2]，給工學院的學生們提供了一個強調產品和系統的教育理念。本文構建新的工科教學模式，將某校計算機專業兩個班級作為實驗組和對照組，分別運用CDIO的教育模式和傳統教育模式，測試結果表明，本文方法在實踐教學領域的能力遠高于傳統教學模式。

1 構建大學計算機課程CDIO教學模式

1.1 重新確定教學目標

創新教學模式，首先需要確定教學目標，在新工科背景下，大學計算機教學的發展目標是培養出德智體美全面發展，擁有實事求是、積極思考、勇于創新等良好品行的人才。在掌握本專業基本文化知識的同時，還需要擁有一定的實際操作能力，能夠滿足現代社會對于計算機人才的需求。因此基于CDIO教育模式，本文設計了新工科背景下的計算機專業的教育模式創新研究方案，并制定了人才的培養方案及與之對應的畢業標準。將新工科背景下的教育要求與CDIO教育模式相結合，可以得到如表1所示的教學目標。

1.2 重構課程體系

新工科的CDIO教育模式在課程體系方面跟傳統工科課程體系相比有很大的區別，新工科為了培養現代社會需要的工科人才，更注重實踐性課程，而在傳統的課程體系中，存在“重理論，輕實踐”的現象。因此，在新工科背景下，CDIO教育模式的創新必須重新構建與以往不同的教學體系。

構建新的教育模式課程體系最重要的就是實踐課程的建設。在新工科背景下，實踐課是必不可少的提升學生動手能力和工程實踐能力的重要課程，也是新工科背景下工科專業重構課程體系的主要改革方向。在當前計算機技術飛速發展的大背景下，大學生們基本都擁有一定的計算機應用能力，計算機專業的學生為了區別于非專業者，其實踐課程就必須更具備專業性，例如計算機組成原理、計算機語言、計算機系統設計等。同時，學校還應該加強與校外相關企業的聯系，在技術、科研、實習就業等方面合作，使學生能夠真正地接受實踐方面的培訓，提高學生在社會實踐環境下解決問題的能力。

新的教學體系還需要時刻關注新興產業的發展，并隨之增添新的教學培養方向。當今社會的計算機行業發展快如閃電，尤其是在人工智能、大數據等新理念扎根于互聯網的前提下，很多新興產業都需要大量的計算機相關人才。因此，學校需要不斷根據新興產業的發展改革學校教學課程。因此，可以將計算機專業的課程分為核心課程和分支課程，核心課程是所有計算機學科的基礎課程，而分支課程則是新的計算機發展方向所引進的課程。計算機專業的核心課程包括計算機組成原理、計算機系統結構、計算機網絡、編譯原理、數據庫、數據結構、C語言、操作系統等。核心課程的主要作用是使學生獲得新工科所需求的專業理論知識以及培養學生思維邏輯，這些課程是不能改變的。而分支課程就需要依據實際情況做出相應改變，例如在大數據時代，學校就應當開設相應的大數據原理及實現、大數據與云計算等分支課程。在人工智能時代，學校就需要開設智能系統實現、智能制造及機器人應用等相關分支課程。學校還應當妥善協調好核心課程與分支課程之間的關系，將核心課程定位為基礎必修課，設置大量學分，將分支課程定位為選擇必修課，學生在各分支課程之間選擇一個方向學習，學分的設置可以略低。

基于CDIO教育模式的課程體系應重點培養學生的創新能力和動手能力，使學生習慣于思考，并能夠將自己的靈感轉化為作品。所謂創新實際上就是在計算機工程方面的構思和設計，這些構思和設計并不是一蹴而就的，靈感也并不能等同于構思，這是需要對學生進行一定的知識積累和實踐培養的。因此學校需要鼓勵學生參加專業競賽，在專業競賽中培養學生的實際動手能力和團隊合作能力，并將創意轉換為現實作品。

1.3 更新學生評價體系

傳統的學生評價體系一般只局限在期末考試以及學分和績點的計算，而CDIO教育模式更注重對于學生綜合素質的培養，尤其是在創新、實踐、合作探究等方面的能力。因此，原本只從卷面判斷學生成績好壞的學生評價方法已經不適用了。此時，應盡量減小筆試成績對學生評價最終結果的影響，將評價內容拓展到日常教學活動以及學期末的綜合實踐中。將學生的成績分為三部分，平時成績、期末理論測試（筆試）、期末綜合實踐。其中平時成績分為兩部分，分別是上課表現以及課后作業，每隔一段時間，教師設置一個課外實踐作業，然后通過作業和上課時的具體表現確定本學期學生的平時成績，在期末時統一結算，占據總成績的30%。期末理論測試就是學生的筆試，占總成績的30%。期末綜合實踐是每學期期末的團隊（或個人）對于本學期學到的知識的一次總結實踐，相當于一次班級或學院內部的競賽，最終作品的分數占總成績的40%。利用多方面、高實踐性的評價體系評價學生的創新能力、實際動手能力以及團隊合作能力。