基于CDIO模式的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程群建設(shè)

張靖

摘 要：程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程群為后續(xù)專業(yè)課程的教學(xué)構(gòu)建知識、技術(shù)和思維的基礎(chǔ)。本文從CDIO工程教育模式的理念出發(fā)，梳理了程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程群的培養(yǎng)目標(biāo)所要求的能力體系，構(gòu)建了與之相適應(yīng)的教學(xué)模式，并提出了該教學(xué)模式相對應(yīng)的評價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì);課程群;CDIO;教學(xué)改革

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類課程是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心技術(shù)的專業(yè)領(lǐng)域（如數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)）的基礎(chǔ)課程。典型的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程群通常循序漸進(jìn)的設(shè)置以下三類課程：

（1）編程基礎(chǔ)：通過學(xué)習(xí)一門編程語言培養(yǎng)學(xué)生基本的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行能力。

（2）面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)：培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)實(shí)世界的抽象能力。

（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法：培養(yǎng)學(xué)生針對問題進(jìn)行建模并運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)進(jìn)行求解的能力。

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類課程的教學(xué)目標(biāo)是為后續(xù)的高階開發(fā)、管理、運(yùn)營類課程構(gòu)建知識、技術(shù)和思維的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)扎實(shí)則使后續(xù)課程的教學(xué)具有較高的效率;基礎(chǔ)不牢則后續(xù)課程的教學(xué)事倍功半。

課程群的教學(xué)目標(biāo)通過教學(xué)活動(dòng)作用于學(xué)生而得以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，偏重課堂講解和知識點(diǎn)剖析，對編程實(shí)踐重視不足;在有限的實(shí)踐操作中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多而與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的綜合性課題少。這種情況下，一方面導(dǎo)致學(xué)生難以認(rèn)識到相關(guān)課程的價(jià)值，另一方面也使學(xué)生的學(xué)習(xí)視野受到局限。學(xué)生學(xué)習(xí)的目的蛻化為通過考試、獲取學(xué)分，往往在學(xué)期結(jié)束后迅速將知識遺忘，無法達(dá)到為后續(xù)課程提供知識、技能和思維支撐的目的。

CDIO（構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與運(yùn)作）工程教育模式提出了一個(gè)涵蓋12條標(biāo)準(zhǔn)的教育指導(dǎo)原則，集中體現(xiàn)了“做中學(xué)”和基于項(xiàng)目教學(xué)的工程教育理念。從CDIO的指導(dǎo)思想出發(fā)，本文提出一種程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程群的教育改革方案，以提升相關(guān)課程的教學(xué)、推動(dòng)專業(yè)教育的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

1 能力體系

將CDIO工程教育模式所提出的各方面能力考慮在內(nèi)，將課程群能力體系歸納為以下6個(gè)項(xiàng)目：

（1）理論知識：概念、規(guī)則等，作為基于項(xiàng)目應(yīng)用的程序設(shè)計(jì)實(shí)踐的認(rèn)知基礎(chǔ)。

（2）程序設(shè)計(jì)技能：理論知識的最終作用點(diǎn)，運(yùn)用所學(xué)的知識編寫程序?qū)崿F(xiàn)功能并解決問題。

（3）自主學(xué)習(xí)能力：在已經(jīng)具有的理論知識和實(shí)踐技能的基礎(chǔ)上，能動(dòng)的學(xué)習(xí)新的知識、技能，同時(shí)基于自己的思考和探索解決問題的能力。

（4）系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的能力：在具有一定理論知識、編程技能的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行定義描述、總體和詳細(xì)設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)以及模塊集成運(yùn)行的能力。

（5）交流、表達(dá)能力：在程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域進(jìn)行問題陳述、觀點(diǎn)表達(dá)以及討論交流的能力。

（6）團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力：在系統(tǒng)開發(fā)中進(jìn)行基本的模塊劃分、分別實(shí)現(xiàn)并最終集成運(yùn)行的能力。

2 教學(xué)模式

圍繞“做中學(xué)”和基于項(xiàng)目教學(xué)的核心思想，從課程和課程群兩個(gè)層面出發(fā)綜合考量以對教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì)，可以構(gòu)建包含3個(gè)層次級別的項(xiàng)目體系：

（1）面向課程內(nèi)知識單元的驗(yàn)證型項(xiàng)目。

（2）面向單門課程、橫向涵蓋大部分知識單元的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

（3）面向課程群的綜合項(xiàng)目。

2.1 驗(yàn)證型項(xiàng)目

驗(yàn)證型項(xiàng)目以教師課堂教學(xué)為基礎(chǔ)。以每周4學(xué)時(shí)的教學(xué)安排為例，將2個(gè)學(xué)時(shí)用于教師講解知識點(diǎn)，2個(gè)學(xué)時(shí)用于進(jìn)行驗(yàn)證型項(xiàng)目實(shí)踐。

在2個(gè)學(xué)時(shí)的教師教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師要首先提出基于現(xiàn)實(shí)的問題，自然而然的推導(dǎo)出本次課程的核心知識點(diǎn)。這實(shí)質(zhì)上是對知識的產(chǎn)生過程進(jìn)行推演、繼而建立邏輯鏈條、最終使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)該知識的合理性，提高學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。隨后教師講解知識單元的細(xì)節(jié)內(nèi)容。講解完畢后進(jìn)行總結(jié)，并布置書面作業(yè)。在這2個(gè)學(xué)時(shí)的末尾，教師還要發(fā)布一組驗(yàn)證型項(xiàng)目選題，并規(guī)定每個(gè)選題人數(shù)上限以防止學(xué)生抄襲。

驗(yàn)證型項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)以及文檔的撰寫要求學(xué)生在課下完成。這一過程不應(yīng)當(dāng)侵占后續(xù)2課時(shí)的時(shí)間。后者的作用是讓學(xué)生集中起來對教師進(jìn)行演示，回答教師提出的問題，在教師指導(dǎo)下解決遺留問題。在最后提交文檔和代碼。

2.2 課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目

課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目橫跨課程教學(xué)大綱所涵蓋的多個(gè)知識點(diǎn)。隨著教學(xué)進(jìn)度的延伸，學(xué)生逐步運(yùn)用當(dāng)前所學(xué)習(xí)到的課程知識與技能對項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)現(xiàn)、完善和改進(jìn)，最終產(chǎn)出一個(gè)功能完整的應(yīng)用程序。

課程項(xiàng)目由教師提供一組適當(dāng)?shù)倪x題。學(xué)生每2～3人一組進(jìn)行選題。小組成員對項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)并劃分模塊、分解任務(wù)，并輪流在項(xiàng)目進(jìn)展過程中擔(dān)任負(fù)責(zé)人、開發(fā)人員或測試人員。學(xué)生每周填寫一份包含工作進(jìn)度及工作量表。每組選題每周形成一個(gè)可演示的版本（可運(yùn)行但不要求具有完整的功能）。最終在學(xué)期末尾完成整體項(xiàng)目的開發(fā)。每個(gè)項(xiàng)目組進(jìn)行演示和答辯。

2.3 課程群綜合項(xiàng)目

在完成課程群中全部課程的教學(xué)之后，學(xué)生理論上應(yīng)當(dāng)具備了開發(fā)完整軟件產(chǎn)品的基本素養(yǎng)。這個(gè)過程持續(xù)2～3個(gè)學(xué)期。在這個(gè)基礎(chǔ)上，組織一次綜合項(xiàng)目實(shí)踐以作為一門單獨(dú)的實(shí)踐課程。該實(shí)踐項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)滿足以下幾點(diǎn)：

（1）項(xiàng)目選題由教師擬定（可以參考學(xué)生興趣）

（2）學(xué)生自愿結(jié)成4人左右的團(tuán)隊(duì)。

（3）使用文件系統(tǒng)而非數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

（4）有教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行指導(dǎo)。

項(xiàng)目過程按照軟件工程生命周期形式進(jìn)行組織，可以包含以下幾個(gè)階段：

（1）問題調(diào)研和需求分析。

（2）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。

（3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和測試。

項(xiàng)目在結(jié)束時(shí)由教師團(tuán)隊(duì)組織驗(yàn)收，學(xué)生全體到場。驗(yàn)收流程如下：

（1）項(xiàng)目組長介紹項(xiàng)目總體功能和設(shè)計(jì)并演示。

（2）小組成員各自介紹和演示自己承擔(dān)的任務(wù)、遇到的問題、解決方法等。

（3）回答教師團(tuán)隊(duì)提出的問題。

（4）評定成績。

3 評價(jià)體系

評價(jià)體系用以客觀反映學(xué)習(xí)成果并督促學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)。結(jié)合課程及課程群的教學(xué)特點(diǎn)，在評價(jià)體系中對課程教學(xué)和課程群綜合項(xiàng)目分別進(jìn)行評估。

3.1 課程評價(jià)

3.1.1 紀(jì)律評價(jià)

為了維持教學(xué)秩序，需要將考勤和課堂紀(jì)律納入評估范疇，在總成績中占比為20%。

3.1.2 理論知識評價(jià)

對于理論知識掌握情況的考查，一方面跟隨教學(xué)進(jìn)度，考查隨堂作業(yè)或測驗(yàn)的情況，另一方面在學(xué)期末進(jìn)行一次期末考試以考查學(xué)生對該門課程的全局掌握情況。兩項(xiàng)一共占比為40%。

3.1.3 驗(yàn)證型項(xiàng)目評價(jià)

驗(yàn)證型項(xiàng)目主要體現(xiàn)學(xué)生若干方面的個(gè)人能力。學(xué)生在每次單元項(xiàng)提交項(xiàng)目報(bào)告和源程序，并向指導(dǎo)教師演示項(xiàng)目成果。占比20%。

3.1.4 課程項(xiàng)目評價(jià)

課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目由一組學(xué)生協(xié)作進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)并迭代維護(hù)。學(xué)生隨項(xiàng)目進(jìn)度階段提交相關(guān)文檔、報(bào)表并演示，并在項(xiàng)目完成之后提交最終的報(bào)告、產(chǎn)品。此項(xiàng)考查占比20%。其中，系統(tǒng)源代碼和程序運(yùn)行結(jié)果占20%，項(xiàng)目開發(fā)周期中各要素占20%，小組項(xiàng)目報(bào)告占15%，個(gè)人項(xiàng)目報(bào)告占20%，答辯占15%，小組成員工作量占10%。

3.2 課程群綜合項(xiàng)目評價(jià)

課程群綜合項(xiàng)目評價(jià)，一方面考慮對其過程進(jìn)行監(jiān)控和評估，一方面考慮其最終完成情況的評價(jià)，還要考慮項(xiàng)目組成員各自的工作情況。

各項(xiàng)目組最終提交所需的文檔和成果：

歷次項(xiàng)目會(huì)議討論的議程和記錄：

（1）各階段工作安排和工作量表。

（2）項(xiàng)目組報(bào)告。

（3）個(gè)人項(xiàng)目報(bào)告。

（4）項(xiàng)目源代碼以及能夠部署運(yùn)行的軟件產(chǎn)品。

從以下方面評定實(shí)習(xí)項(xiàng)目成績：

（1）各次議程和記錄（15%）。

（2）源代碼及項(xiàng)目產(chǎn)品運(yùn)行結(jié)果（20%）。

（3）小組成員工作量（10%）。

（4）項(xiàng)目組報(bào)告（15%）。

（5）個(gè)人報(bào)告（20%）。

（6）答辯情況（20%）。

4 結(jié)語

本文從程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程群的教學(xué)目標(biāo)和能力體系出發(fā)，基于CDIO工程教育模式的理念構(gòu)建了新的教學(xué)模式和評價(jià)體系，幫助教師和學(xué)生雙方提高教學(xué)質(zhì)量、達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。另一方面，本文構(gòu)建的教學(xué)體系的具體實(shí)施還依賴于教學(xué)資源、師資力量以及學(xué)生素養(yǎng)等因素，需要在具體的教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行優(yōu)化和修正。

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