基于CDIO模式的“計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革實(shí)踐

李建奇, 李曉峰, 伍宗福, 邵湘怡, 王 立

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基于CDIO模式的“計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革實(shí)踐

李建奇*, 李曉峰, 伍宗福, 邵湘怡, 王 立

(湖南文理學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院, 湖南 常德, 415000)

《計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)》是高等學(xué)校非計(jì)算機(jī)專業(yè)普遍開設(shè)的一門基礎(chǔ)課程.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用, 傳統(tǒng)教學(xué)模式無法滿足教育部關(guān)于卓越工程師人才培養(yǎng)的需要. 本教學(xué)組從學(xué)生軟件設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)著眼, 采用CDIO模式改造課程教學(xué)設(shè)計(jì), 全面引入問題驅(qū)動(dòng)與案例教學(xué)法, 指導(dǎo)學(xué)生參與工程項(xiàng)目實(shí)踐, 探索了地方本科院校工程教育課程改革的途徑. 實(shí)踐結(jié)果表明, 教學(xué)改革提高了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性, 工程能力得到了提高, 取得了比較明顯的成效.

CDIO; 課程; 教學(xué)改革

為了提升我國高等院校工科教學(xué)水平, 培養(yǎng)出創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的高層次工程師人才, 教育部啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”. 該計(jì)劃是未來較長時(shí)期內(nèi)工程教育改革和創(chuàng)新的重點(diǎn)突破口. 其主要目標(biāo)是促進(jìn)高等教育以社會(huì)需求為導(dǎo)向來調(diào)整人才培養(yǎng)模式, 提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]. 工程科技是我國建設(shè)創(chuàng)新型國家發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)重點(diǎn), 當(dāng)前我國已擁有全球最大規(guī)模的高等工程教育體系.全國普通高等院校中, 工科類招生數(shù)、在校生數(shù)以及畢業(yè)生數(shù)均已占1/3強(qiáng). 如此大的培養(yǎng)規(guī)模既反映了當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)工程科技人才的需求, 也反映了國家新型工業(yè)化道路發(fā)展戰(zhàn)略的迫切需求. 中國工程院院長周濟(jì)如此說: “中國每年培養(yǎng)的工程師的數(shù)量, 相當(dāng)于美國、歐洲、日本和印度培養(yǎng)出來的工程師的總數(shù). 規(guī)模很大, 關(guān)鍵是提高質(zhì)量, 提高創(chuàng)新能力”. 當(dāng)前, 計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)已大量滲入到各個(gè)工科領(lǐng)域, 對(duì)于大學(xué)非計(jì)算機(jī)的電類專業(yè)(尤其是通信工程、自動(dòng)化、電子信息、智能建筑等), 計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用與開發(fā)技術(shù)越來越顯示出重要性[2—3].

《計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)》是為非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課, 主要內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、軟件工程,包括了計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的主要內(nèi)容.按照卓越工程師的培養(yǎng)要求, 傳統(tǒng)的《計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)模式不利于學(xué)生軟件工程能力的培養(yǎng). 因此本課程教學(xué)組決定借助CDIO工程教育理念對(duì)該門課程的教學(xué)進(jìn)行改革與探索, 主要目標(biāo)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性, 提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作素質(zhì), 加強(qiáng)學(xué)生軟件編程能力,提升創(chuàng)新意識(shí), 為實(shí)現(xiàn)卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

1 CDIO工程教育模式

從2000年起, Knut and Alice Wallenberg基金會(huì)資助麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所知名大學(xué)組成的跨國研究組織進(jìn)行工程教育改革探索，該組織經(jīng)過4年的研究, 提出了CDIO工程教育模式, 這是近年來工程教育領(lǐng)域內(nèi)取得的最新研究成果. CDIO四個(gè)字母分別代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate), 該模式貫穿從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的整個(gè)生命周期, 讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí). 其培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力4個(gè)層面, 要求大學(xué)以綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面都達(dá)到預(yù)定目標(biāo)[4—5]. 從2005年起, 汕頭大學(xué)率先將CDIO工程教育模式引入我國, 對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)研討并加以實(shí)施, 現(xiàn)己取得一定成效. 隨后, 國內(nèi)各大知名高校也分別在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了有效的探索[5—8].

2 課程現(xiàn)狀分析

《計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)》要求學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)綜合掌握, 建立起較完整的理論體系, 具備較強(qiáng)的綜合分析與解決問題的能力. 教學(xué)難點(diǎn)在于如何掌握軟件設(shè)計(jì)與操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等運(yùn)行平臺(tái)之間的關(guān)聯(lián), 如何提升學(xué)生結(jié)合多學(xué)科綜合工程開發(fā)能力以及創(chuàng)新能力. 目前該課程教學(xué)中主要存在以下困難:

課程內(nèi)容繁多、知識(shí)點(diǎn)分散, 學(xué)生難以掌握. 本課程包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和軟件工程四門課程的基本內(nèi)容和應(yīng)用技術(shù). 在計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)中是作為4門核心課程開設(shè)的.對(duì)于非計(jì)算機(jī)的電類專業(yè), 考慮到以實(shí)際應(yīng)用為主, 將這些內(nèi)容集中.因此, 如何提煉主線, 讓學(xué)生掌握軟件基本技能, 具備一定的工程開發(fā)能力, 對(duì)教師和學(xué)生都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn).

課程教學(xué)內(nèi)容更新快. 軟件技術(shù)的發(fā)展日新月異, 教材內(nèi)容往往落后于工程實(shí)踐, 各個(gè)領(lǐng)域中最新的軟件技術(shù)應(yīng)用與研究成果難以在課程中體現(xiàn), 使得教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié).

課程實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)際脫節(jié). 常規(guī)的軟件實(shí)驗(yàn)以軟件技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方法模擬驗(yàn)證為主, 要求學(xué)生掌握所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí). 雖然也開設(shè)了設(shè)計(jì)性、綜合性等類型的實(shí)驗(yàn), 但這些實(shí)驗(yàn)針對(duì)性不強(qiáng), 不便于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生掌握和理解, 特別對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)方面強(qiáng)調(diào)不足.

包含較多枯燥難懂的概念和原理.在大多數(shù)教材中，所涉及的概念、原理與電類專業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系不夠緊密, 學(xué)生學(xué)習(xí)過程中往往覺得抽象費(fèi)解, 不知道該部分內(nèi)容與本專業(yè)有何關(guān)聯(lián), 導(dǎo)致缺乏學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力.

3 課程教學(xué)與實(shí)踐改革

CDIO是“做中學(xué)”原則和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)[3]. 《計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)》作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程, 學(xué)生須通過大量實(shí)踐才能達(dá)到CDIO教育理念的實(shí)施要求. 我校作為新辦地方本科院校, 主要是為地方經(jīng)濟(jì)和沿海區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展輸送人才, 在教學(xué)環(huán)節(jié)中特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生“工程方法”和“團(tuán)隊(duì)合作”素質(zhì)的培養(yǎng). 進(jìn)行教學(xué)改革主要就是結(jié)合電類專業(yè)人才計(jì)算機(jī)軟件能力的培養(yǎng)規(guī)律和特點(diǎn), 以CDIO工程教育理念和CDIO教育大綱內(nèi)容為改革的指導(dǎo)思想, 將課程計(jì)劃、工程引導(dǎo)和設(shè)計(jì)實(shí)踐一體化, 使得理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和考評(píng)三個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合.

3.1 理論課程教學(xué)改革

CDIO大綱中要求以企業(yè)和社會(huì)的現(xiàn)實(shí)條件為背景, 以產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行的生命周期為載體, 全面培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、專業(yè)能力和交往能力[2, 4]. 在課程教學(xué)過程中, 實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)占有重要位置，一體化的培養(yǎng)思想應(yīng)該全程貫徹[7—8].

教師團(tuán)隊(duì)對(duì)CDIO理念的理解與深化. 教學(xué)改革的關(guān)鍵是教師團(tuán)隊(duì), 這是教學(xué)改革實(shí)施成功的根本保證.只有教師對(duì)CDIO有了準(zhǔn)確把握, 才能將其應(yīng)用于教學(xué)過程中.課堂教學(xué)注重將CDIO的要求和啟發(fā)式教學(xué)相結(jié)合, 適當(dāng)采用雙語教學(xué)方式, 同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)互動(dòng)平臺(tái),加強(qiáng)師生之間的交流和研討, 理清課程基本原理之間的脈絡(luò). 創(chuàng)設(shè)一種良好的環(huán)境和模式, 將一體化教學(xué)設(shè)計(jì)和多樣化的教學(xué)手段結(jié)合起來, 為學(xué)生架設(shè)從接受性學(xué)習(xí)向自主性學(xué)習(xí)過渡的橋梁,幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變, 提高學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)的興趣以及自主學(xué)習(xí)的意識(shí).

實(shí)施案例化教學(xué). 在課程教學(xué)過程中, 注重實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)的作用[9—10]. 教學(xué)組針對(duì)主要教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建了教學(xué)案例庫. 案例庫由教師科研相關(guān)課題項(xiàng)目, 企業(yè)提供的相關(guān)實(shí)例和歷屆學(xué)生設(shè)計(jì)的優(yōu)秀作品組成，并滾動(dòng)更新. 根據(jù)教學(xué)進(jìn)度和安排, 教師可從案例庫中選擇具有代表性的案例,講述計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用所需的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐方法.首先介紹案例涉及的基本知識(shí), 再分析其設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn), 同時(shí)注意使用課程網(wǎng)站平臺(tái)作為課堂教學(xué)的延續(xù)和反饋渠道.學(xué)生被要求定期提交針對(duì)性的分析報(bào)告, 并鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生在課堂上介紹其個(gè)人采用的算法和技巧, 教師進(jìn)行相應(yīng)的點(diǎn)評(píng)和答疑.

網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué). 學(xué)校的校園網(wǎng)通過有線和無線方式覆蓋了全校, 為課程CDIO工程教育的實(shí)施提供了良好基礎(chǔ)條件. 課題組將網(wǎng)絡(luò)作為學(xué)生自學(xué)和師生交流互動(dòng)平臺(tái). 提供電子教案、課后練習(xí)、實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)和教學(xué)錄像等資源協(xié)助學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)、知識(shí)拓展等自主學(xué)習(xí).

3.2 實(shí)踐課程教學(xué)改革

在CDIO大綱指導(dǎo)下, 我們采用團(tuán)隊(duì)教學(xué)小組的形式來組織教學(xué)實(shí)踐, 以實(shí)驗(yàn)(包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn))和工程項(xiàng)目為核心, 采取寬基礎(chǔ)、重實(shí)踐、鼓勵(lì)探索的立體實(shí)踐教學(xué)模式.仿照實(shí)際軟件項(xiàng)目開發(fā)的形式, 根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)組成開發(fā)團(tuán)隊(duì), 采用里程碑管理方式, 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的過程管理[11].

重組實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié). 學(xué)生自由組合, 每組3～4人,實(shí)驗(yàn)前開展小組式的討論和交流, 提高學(xué)習(xí)積極性, 加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解, 拓寬學(xué)習(xí)思路. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中, 要詳細(xì)記錄具體的教學(xué)情況, 通過對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作表現(xiàn)的考察和教學(xué)過程的交流, 掌握學(xué)生技能特點(diǎn). 進(jìn)行綜合實(shí)踐教學(xué)之前, 適當(dāng)調(diào)整小組成員, 組建項(xiàng)目開發(fā)團(tuán)隊(duì), 進(jìn)行任務(wù)分工, 對(duì)綜合實(shí)踐教學(xué)過程進(jìn)行全面質(zhì)量把控, 提高實(shí)踐教學(xué)水平.

加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的管理. 目前,教師對(duì)實(shí)踐教學(xué)的管理不嚴(yán)格的問題普遍存在, 導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)效果不理想. 學(xué)生由于課前準(zhǔn)備不足, 過程管理松散, 實(shí)驗(yàn)課收效甚微, 造成問題積累并最終導(dǎo)致綜合實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)不能實(shí)現(xiàn), 影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性. 我們對(duì)實(shí)踐報(bào)告的撰寫進(jìn)行了規(guī)范, 分小組答辯考評(píng), 促進(jìn)學(xué)生間學(xué)習(xí)交流, 增強(qiáng)成員的責(zé)任感和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí). 實(shí)踐環(huán)節(jié)結(jié)束后,指導(dǎo)教師需從學(xué)生報(bào)告、教師講評(píng)和師生交流討論三方面總結(jié)實(shí)踐教學(xué)過程, 完善實(shí)踐教學(xué)過程.

產(chǎn)學(xué)研與“做中學(xué)”融合. 工程能力也只能通過參與工程實(shí)踐才有可能獲得, 而培養(yǎng)創(chuàng)新型的工程人才, 除了要求學(xué)生具備基本設(shè)計(jì)能力外, 還要具備較強(qiáng)的工程管理和協(xié)調(diào)能力. 課題組嘗試通過改善教學(xué)過程, 積極引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)際工程項(xiàng)目, 幫助學(xué)生打下較好的基礎(chǔ).

建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái). 由于實(shí)驗(yàn)室條件和空間的限制, 無法完全實(shí)現(xiàn)CDIO的全過程培養(yǎng)計(jì)劃, 教師組以虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為依托, 給學(xué)生提供一個(gè)交互、開放和自主的實(shí)驗(yàn)環(huán)境. 組織學(xué)生以小組為單位, 從調(diào)研、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和部署5個(gè)環(huán)節(jié)著手, 通過實(shí)踐某個(gè)企業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全過程, 培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和實(shí)踐的能力. 使理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)形成一個(gè)互相融合、互相影響的有機(jī)整體, 達(dá)到CDIO大綱的教育要求.

3.3 能力成熟度評(píng)價(jià)

考試是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié). 傳統(tǒng)考試重視筆試, 主要是對(duì)理論知識(shí)的考核, 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)雖然會(huì)被計(jì)入總評(píng)分?jǐn)?shù), 但核心還是理論基礎(chǔ), 不能有效地將CDIO工程教育人才培養(yǎng)要求落實(shí). 現(xiàn)在我們緊抓教學(xué)質(zhì)量, 改重結(jié)果為重過程. 能力成熟度模型CMM是目前流行的能力評(píng)價(jià)模型,由美國Carnegie Mellon 大學(xué)軟件工程研究所SEI提出. 其中面向本科生的能力成熟度模型, 不僅包含對(duì)學(xué)生基本知識(shí)、基本技能的考核, 同時(shí)注重對(duì)動(dòng)手能力、綜合運(yùn)用能力、社會(huì)實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及創(chuàng)新能力的考核, 對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[12].

合理考核有可能更好激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性, 促使學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度.加強(qiáng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)考核結(jié)果的分析, 促進(jìn)學(xué)生正確有效地學(xué)習(xí). 教學(xué)組在考核過程中, 將平時(shí)作業(yè)、小型測驗(yàn)、期中測試、調(diào)查報(bào)告、論文等按一定比重計(jì)算在課程的總成績里, 對(duì)學(xué)生所表現(xiàn)出來的具有創(chuàng)新的、探討性的思考成果予以鼓勵(lì), 力圖建立多元的、綜合性的考核體系, 降低期末考試的分?jǐn)?shù)在課程總成績中的比重. 通過這樣改革考核機(jī)制, 推動(dòng)學(xué)生重視實(shí)踐環(huán)節(jié).

4 結(jié)束語

在CDIO理念的指導(dǎo)下, 我們以實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)為核心, 通過寬基礎(chǔ)、重過程和工程化的立體教學(xué)方法, 對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行了改革與探索. 教學(xué)過程中, 我們綜合考慮專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、職業(yè)技能以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通的人際技能等多個(gè)方面, 提高了教學(xué)質(zhì)量, 為電類專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ). 現(xiàn)在，學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力得到了提升; 教師的教學(xué)技能和工程實(shí)踐能力也能持續(xù)改進(jìn). 總之, 采用CDIO模式對(duì)該課程進(jìn)行改革, 教學(xué)組在理論和實(shí)踐兩個(gè)層面探索了地方本科院校的CDIO模式本土化之路,為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、多層次和專業(yè)化的工程科技人才打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

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Teaching reform of “computer software technique foundation” based on CDIO

LI Jian-qi, LI Xiao-feng, WU Zong-fu, SHAO Xian-Yi, Wang Li

(Communication and Electric Engineering College, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

Electrical Specialized generally opened computer software technology base is an emphasis on courses combining theory and practice, the traditional mode of teaching and case does not meet the the excellent engineer personnel training requirements. CDIO concept to course design and teaching activities. Proceed culture characteristics from electrical class professional software design capabilities, combined with the CDIO the new teaching model, driven by problems with case teaching, the introduction of the practice of engineering projects. Explore the theoretical knowledge, learning in the process of teaching and practice of teaching theoretical knowledge to guide practice mode. The practice results indicate that the teaching reform and improve the learner autonomy, engineering capability has been improved, and received better results.

CDIO; computer software technique foundation; teaching reform

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.01.018

TP 391

1672-6146(2013)01-0074-04

email: li_jianqi@126.com.

2012-11-02

湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院教研教改項(xiàng)目( FRjg1206); 湖南文理學(xué)院教研教改項(xiàng)目( JGZC1115)

(責(zé)任編校: 譚長貴)