淺析“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程的CDIO工程教育模式

曹羅生+李寧

摘 要：推進(jìn)高職院校CDIO工程教育模式改革的一個(gè)重要舉措是基于校企合作的CDIO專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)模式的改革，結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)歷，對(duì)高職院?！癈語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的CDIO模式的建立進(jìn)行了分析探討，以期為同類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程CDIO教育模式的改革提供參考思路。

關(guān)鍵詞：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) CDIO 做中學(xué) 工程教育改革戰(zhàn)略 課程模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（b）-0184-03

“做中學(xué)”成為工科教育改革的戰(zhàn)略之一。CDIO是基于工程項(xiàng)目全過(guò)程的學(xué)習(xí)，是“做中學(xué)”的一種模式，它是對(duì)以課堂講課為主的教學(xué)模式的革命[1]。CDIO模式從2000年起在以美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）為首的世界幾十所大學(xué)操作、實(shí)施，至今，已取得了顯著的成效，深受學(xué)生歡迎

設(shè)計(jì)“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”CDIO課程教育模式，旨在從專(zhuān)業(yè)教學(xué)的角度培養(yǎng)學(xué)生作為一名工程師的職業(yè)道德和知識(shí)技能的基本素養(yǎng)，課程模式設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是利用校企合作平臺(tái)引進(jìn)了一個(gè)實(shí)際成型的產(chǎn)品，然后根據(jù)教學(xué)環(huán)境實(shí)際狀況進(jìn)行物理抽象后衍生出教學(xué)過(guò)程中所需的課程大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織與考核方法等。

1 課程模式設(shè)計(jì)

“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)設(shè)計(jì)課程模式，將校企合作基地作為設(shè)計(jì)課程平臺(tái)，特別是通過(guò)校企合作平臺(tái)所采用的“走出去，請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的技術(shù)交流形式，充分利用社會(huì)、企業(yè)資源使學(xué)生比較深入地了解企業(yè)的商業(yè)、文化氛圍和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程方面的知識(shí)，提升作為一個(gè)工程師的職業(yè)道德和知識(shí)技能的基本素養(yǎng)[2]。在此基礎(chǔ)上引進(jìn)一個(gè)實(shí)際成型的產(chǎn)品，并加以抽象而成為課程項(xiàng)目。考慮到課程項(xiàng)目的復(fù)雜度較高，實(shí)施過(guò)程中對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神要求較高，所以有必要循序漸進(jìn)，將課程項(xiàng)目拆分成8個(gè)實(shí)踐任務(wù)（子項(xiàng)目），課程所有專(zhuān)業(yè)知識(shí)通過(guò)構(gòu)思分布在8個(gè)任務(wù)中。

教學(xué)模式的重點(diǎn)在于依據(jù)CDIO工程教育理念設(shè)計(jì)、布局課程教學(xué)大綱、課程項(xiàng)目實(shí)踐部分的內(nèi)容與要求以及教學(xué)的手段與方法[3]。

2 課程教學(xué)大綱設(shè)計(jì)

基于“做中學(xué)”CDIO工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生能力的培養(yǎng)目標(biāo)，“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程大綱的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐計(jì)算機(jī)硬件與軟件系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、程序設(shè)計(jì)的基本方法。在此基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)能力、素質(zhì)的提升，訓(xùn)練學(xué)生從創(chuàng)新思維角度探究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部分之間的聯(lián)系與融合，例如將硬件結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì)融合在一個(gè)任務(wù)中作為一個(gè)完整的學(xué)習(xí)單元，注重學(xué)習(xí)硬件與軟件知識(shí)的關(guān)聯(lián)性[4]。

3 教學(xué)方法設(shè)計(jì)

首先引入1個(gè)課程項(xiàng)目，該項(xiàng)目涵蓋課程的所有專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，然后將課程項(xiàng)目拆分成8個(gè)任務(wù)，教學(xué)活動(dòng)圍繞8個(gè)任務(wù)設(shè)計(jì)展開(kāi)。項(xiàng)目式、任務(wù)式教學(xué)活動(dòng)耗時(shí)較大，在總學(xué)時(shí)維持基本不變的情況下保證教學(xué)質(zhì)量，非常有必要提高教學(xué)效率，豐富教學(xué)手段、培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、開(kāi)展多種靈活的教學(xué)形式[5]。

（1）以課外興趣小組為平臺(tái)組織學(xué)生定期的專(zhuān)業(yè)活動(dòng)。一方面彌補(bǔ)了課堂學(xué)習(xí)時(shí)間的不足、拓展了專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)空間，另一方面在學(xué)生中培訓(xùn)了一批專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)帶頭人，為項(xiàng)目實(shí)施打下了一個(gè)基礎(chǔ)。

（2）實(shí)施教學(xué)任務(wù)時(shí)，根據(jù)企業(yè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建要求將學(xué)生分組，每組5～7人。每個(gè)小組明確一名專(zhuān)業(yè)能力較強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任項(xiàng)目組長(zhǎng)（學(xué)習(xí)帶頭人）承擔(dān)任務(wù)的分工組合、師生之間溝通、項(xiàng)目相關(guān)資料匯總和課堂討論小組主持等角色。

（3）充分利用各種資源和手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新思維能力。

（4）適當(dāng)?shù)恼n外作業(yè)和課余學(xué)習(xí)是保證教學(xué)質(zhì)量、提高教學(xué)效率的一種重要途徑。

（5）成績(jī)?cè)u(píng)定以學(xué)生的工作表現(xiàn)和項(xiàng)目成果作為主要依據(jù)。重在考量學(xué)生合理運(yùn)用知識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流和工程系統(tǒng)等方面的能力?？己朔譃槿齻€(gè)方面，課程項(xiàng)目占50%，其中包括系統(tǒng)構(gòu)思的合理性、系統(tǒng)的運(yùn)行性能和項(xiàng)目文檔資料；8個(gè)實(shí)踐任務(wù)的完成情況占20%，其中包括主動(dòng)學(xué)習(xí)、提問(wèn)與交流；理論考試占30%。

4 教學(xué)內(nèi)容與要求設(shè)計(jì)

為達(dá)到“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”CDIO課程教育培養(yǎng)大綱的要求，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)基于要求完成一項(xiàng)包括構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作全過(guò)程的團(tuán)隊(duì)研發(fā)項(xiàng)目。根據(jù)課程內(nèi)容豐富、工程特質(zhì)強(qiáng)的特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容分為兩個(gè)階段實(shí)施，其中第一階段和第二階段的教學(xué)時(shí)數(shù)分別占總學(xué)時(shí)的60%和40%。

第一階段教學(xué)內(nèi)容由設(shè)置的8個(gè)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，課程大綱要求的技術(shù)知識(shí)和推理方法涵蓋其中，而這8個(gè)任務(wù)是由課程項(xiàng)目分解而成的子模塊。設(shè)置任務(wù)時(shí)注重任務(wù)內(nèi)容之間知識(shí)的關(guān)聯(lián)性，特別關(guān)注系統(tǒng)中硬件與軟件的融合，熟悉相關(guān)元件和芯片的檢測(cè)方法，積累任務(wù)實(shí)施所需的技術(shù)資料，為第二階段的教學(xué)，即課程團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目研發(fā)建立良好的基礎(chǔ)。

第二階段教學(xué)內(nèi)容和要求如表1所示，教學(xué)過(guò)程中使學(xué)生置身于社會(huì)——工程大系統(tǒng)中完成單片機(jī)C語(yǔ)言程序控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，教學(xué)內(nèi)容就是一個(gè)包含CDIO全過(guò)程的課程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)的工程復(fù)雜性將激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，促使學(xué)生提高動(dòng)手能力、自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，真正實(shí)現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，在探究學(xué)習(xí)中尋求團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流[6]。

5 課程項(xiàng)目CDIO實(shí)施過(guò)程

課程項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)際上分為實(shí)施準(zhǔn)備和實(shí)施兩個(gè)階段，實(shí)施準(zhǔn)備工作從第一階段（第1周至第10周）的第一教學(xué)周開(kāi)始。第一階段教學(xué)活動(dòng)以8個(gè)教學(xué)任務(wù)作平臺(tái)，圍繞CDIO課程教育培養(yǎng)大綱的培養(yǎng)目標(biāo)展開(kāi)，即培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識(shí)和推理能力，例如系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)基本知識(shí)，硬件與軟件的融合方法。第二階段的主要任務(wù)是強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的探求式學(xué)習(xí)方式，促使學(xué)生完成一次構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作[6]（展示與修改）的 CDIO全過(guò)程。

（1）構(gòu)思階段（1.5周），在小組協(xié)商討論的基礎(chǔ)上明確團(tuán)隊(duì)人員的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，形成對(duì)項(xiàng)目的整體構(gòu)思，抽象出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。

（2）設(shè)計(jì)階段（2.5周），將第一階段教學(xué)活動(dòng)中的5個(gè)教學(xué)任務(wù)加以整合，包括硬件系統(tǒng)中元件、芯片的選擇與布局、軟件系統(tǒng)中各程序模塊的設(shè)計(jì)，形成系統(tǒng)方案即建立數(shù)學(xué)模型。

（3）實(shí)施階段（2周），這一階段重在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，也是個(gè)人職業(yè)技能與素養(yǎng)的培養(yǎng)鍛煉，第一階段教學(xué)活動(dòng)（第1周至第10周）中的8個(gè)任務(wù)的實(shí)踐為此打下了基礎(chǔ)，實(shí)施階段的教學(xué)將進(jìn)一步將其規(guī)范、強(qiáng)調(diào)。

（4）運(yùn)作階段（2周），這一階段的主要任務(wù)是項(xiàng)目的展示與修改完善，培養(yǎng)學(xué)生工程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。首先組長(zhǎng)召集小組成員開(kāi)展討論交流，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行狀況相互點(diǎn)評(píng)，各成員據(jù)此改正系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計(jì)中存在的缺陷。然后每位同學(xué)在課堂上展示自己的項(xiàng)目并進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，并根據(jù)老師、同學(xué)的點(diǎn)評(píng)、建議作出必要的改進(jìn)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的性能。

6 結(jié)語(yǔ)

“做中學(xué)”CDIO課程教育模式引發(fā)了學(xué)生探求知識(shí)的興趣和激情，一體化教學(xué)形式增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，密切了理論與實(shí)踐的聯(lián)系，項(xiàng)目小組的構(gòu)建培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流能力，提升了學(xué)生的職業(yè)技術(shù)能力與適應(yīng)社會(huì)大系統(tǒng)的能力。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)不僅要保證系統(tǒng)的當(dāng)前性能，而且要考慮一些實(shí)際環(huán)境的因素。其中一個(gè)項(xiàng)目小組設(shè)計(jì)的控制電路采用了硬件與軟件抗干擾措施，提升了系統(tǒng)的工作可靠性。另外一個(gè)小組為了提高系統(tǒng)顯示分辨率，通過(guò)請(qǐng)教企業(yè)研發(fā)工程師，采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的總線驅(qū)動(dòng)與接口編程技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] CDIO initiative， CDIO initiative Homepage，http//www.cdio.org/index15.html.

[2] 馬曉梅，張劍飛，喬付.CDIO模式下高等工程教育的改革與探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2010（12）：34-35.

[3] 楊敏.工程教育改革中教師的角色轉(zhuǎn)換和重新定位[J].中國(guó)成人教育，2010（2）：12-13.

[4] 劉蓉.高等教育課程教學(xué)改革探索——以工程管理專(zhuān)業(yè)為例[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（5）：128-130.

[5] Bloom B.S：Taxonomy of Eduacational Objectives，Handbook1，Newyork：David Makay Co Inc，1996：321-336.

[6] 閻守華.CDIO模式下電路與電子技術(shù)課程教改的探討[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（5）：234-236.