基于CDIO模式的“计算机软件技术基础”课程教学改革实践

李建奇, 李晓峰, 伍宗福, 邵湘怡, 王 立



基于CDIO模式的“计算机软件技术基础”课程教学改革实践

李建奇*, 李晓峰, 伍宗福, 邵湘怡, 王 立

(湖南文理学院 电气与信息工程学院, 湖南 常德, 415000)

《计算机软件技术基础》是高等学校非计算机专业普遍开设的一门基础课程.随着计算机技术的广泛应用, 传统教学模式无法满足教育部关于卓越工程师人才培养的需要. 本教学组从学生软件设计能力培养着眼, 采用CDIO模式改造课程教学设计, 全面引入问题驱动与案例教学法, 指导学生参与工程项目实践, 探索了地方本科院校工程教育课程改革的途径. 实践结果表明, 教学改革提高了学生学习自主性, 工程能力得到了提高, 取得了比较明显的成效.

CDIO; 课程; 教学改革

为了提升我国高等院校工科教学水平, 培养出创新能力强、适应性强的高层次工程师人才, 教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”. 该计划是未来较长时期内工程教育改革和创新的重点突破口. 其主要目标是促进高等教育以社会需求为导向来调整人才培养模式, 提高人才培养质量[1]. 工程科技是我国建设创新型国家发展战略的一个重点, 当前我国已拥有全球最大规模的高等工程教育体系.全国普通高等院校中, 工科类招生数、在校生数以及毕业生数均已占1/3强. 如此大的培养规模既反映了当前社会经济发展对工程科技人才的需求, 也反映了国家新型工业化道路发展战略的迫切需求. 中国工程院院长周济如此说: “中国每年培养的工程师的数量, 相当于美国、欧洲、日本和印度培养出来的工程师的总数. 规模很大, 关键是提高质量, 提高创新能力”. 当前, 计算机软件技术已大量渗入到各个工科领域, 对于大学非计算机的电类专业(尤其是通信工程、自动化、电子信息、智能建筑等), 计算机软件应用与开发技术越来越显示出重要性[2—3].

《计算机软件技术基础》是为非计算机专业学生开设的一门专业基础课, 主要内容涵盖数据结构、操作系统、数据库系统、软件工程,包括了计算机科学专业的主要内容.按照卓越工程师的培养要求, 传统的《计算机软件技术基础》教学模式不利于学生软件工程能力的培养. 因此本课程教学组决定借助CDIO工程教育理念对该门课程的教学进行改革与探索, 主要目标是激发学生学习积极性, 提高学生团队合作素质, 加强学生软件编程能力,提升创新意识, 为实现卓越工程师的培养目标打下坚实基础.

1 CDIO工程教育模式

从2000年起, Knut and Alice Wallenberg基金会资助麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所知名大学组成的跨国研究组织进行工程教育改革探索，该组织经过4年的研究, 提出了CDIO工程教育模式, 这是近年来工程教育领域内取得的最新研究成果. CDIO四个字母分别代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate), 该模式贯穿从产品研发到产品运行的整个生命周期, 让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习. 其培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面, 要求大学以综合培养方式使学生在这四个层面都达到预定目标[4—5]. 从2005年起, 汕头大学率先将CDIO工程教育模式引入我国, 对其进行学习研讨并加以实施, 现己取得一定成效. 随后, 国内各大知名高校也分别在各个领域进行了有效的探索[5—8].

2 课程现状分析

《计算机软件技术基础》要求学生对计算机专业基础知识综合掌握, 建立起较完整的理论体系, 具备较强的综合分析与解决问题的能力. 教学难点在于如何掌握软件设计与操作系统、数据库等运行平台之间的关联, 如何提升学生结合多学科综合工程开发能力以及创新能力. 目前该课程教学中主要存在以下困难:

课程内容繁多、知识点分散, 学生难以掌握. 本课程包含数据结构、操作系统、数据库技术和软件工程四门课程的基本内容和应用技术. 在计算机科学专业中是作为4门核心课程开设的.对于非计算机的电类专业, 考虑到以实际应用为主, 将这些内容集中.因此, 如何提炼主线, 让学生掌握软件基本技能, 具备一定的工程开发能力, 对教师和学生都是一个巨大的挑战.

课程教学内容更新快. 软件技术的发展日新月异, 教材内容往往落后于工程实践, 各个领域中最新的软件技术应用与研究成果难以在课程中体现, 使得教学与实际应用脱节.

课程实验与工程实际脱节. 常规的软件实验以软件技术原理和实现方法模拟验证为主, 要求学生掌握所学的基础理论知识. 虽然也开设了设计性、综合性等类型的实验, 但这些实验针对性不强, 不便于非计算机专业的学生掌握和理解, 特别对学生创新能力和工程实践能力的培养方面强调不足.

包含较多枯燥难懂的概念和原理.在大多数教材中，所涉及的概念、原理与电类专业中的实际应用联系不够紧密, 学生学习过程中往往觉得抽象费解, 不知道该部分内容与本专业有何关联, 导致缺乏学习兴趣和动力.

3 课程教学与实践改革

CDIO是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习”的集中体现[3]. 《计算机软件技术基础》作为一门实践性很强的课程, 学生须通过大量实践才能达到CDIO教育理念的实施要求. 我校作为新办地方本科院校, 主要是为地方经济和沿海区域经济的发展输送人才, 在教学环节中特别强调学生“工程方法”和“团队合作”素质的培养. 进行教学改革主要就是结合电类专业人才计算机软件能力的培养规律和特点, 以CDIO工程教育理念和CDIO教育大纲内容为改革的指导思想, 将课程计划、工程引导和设计实践一体化, 使得理论教学、实践教学和考评三个环节紧密结合.

3.1 理论课程教学改革

CDIO大纲中要求以企业和社会的现实条件为背景, 以产品的构思、设计、实施和运行的生命周期为载体, 全面培养学生的专业知识、专业能力和交往能力[2, 4]. 在课程教学过程中, 实验和项目设计占有重要位置，一体化的培养思想应该全程贯彻[7—8].

教师团队对CDIO理念的理解与深化. 教学改革的关键是教师团队, 这是教学改革实施成功的根本保证.只有教师对CDIO有了准确把握, 才能将其应用于教学过程中.课堂教学注重将CDIO的要求和启发式教学相结合, 适当采用双语教学方式, 同时利用网络教学互动平台,加强师生之间的交流和研讨, 理清课程基本原理之间的脉络. 创设一种良好的环境和模式, 将一体化教学设计和多样化的教学手段结合起来, 为学生架设从接受性学习向自主性学习过渡的桥梁,帮助学生实现学习方式的转变, 提高学生对本课程学习的兴趣以及自主学习的意识.

实施案例化教学. 在课程教学过程中, 注重实验和项目设计的作用[9—10]. 教学组针对主要教学内容构建了教学案例库. 案例库由教师科研相关课题项目, 企业提供的相关实例和历届学生设计的优秀作品组成，并滚动更新. 根据教学进度和安排, 教师可从案例库中选择具有代表性的案例,讲述计算机软件应用所需的关键技术和应用实践方法.首先介绍案例涉及的基本知识, 再分析其设计思想和特点, 同时注意使用课程网站平台作为课堂教学的延续和反馈渠道.学生被要求定期提交针对性的分析报告, 并鼓励优秀学生在课堂上介绍其个人采用的算法和技巧, 教师进行相应的点评和答疑.

网络互动教学. 学校的校园网通过有线和无线方式覆盖了全校, 为课程CDIO工程教育的实施提供了良好基础条件. 课题组将网络作为学生自学和师生交流互动平台. 提供电子教案、课后练习、实验辅导和教学录像等资源协助学生完成课前预习、知识拓展等自主学习.

3.2 实践课程教学改革

在CDIO大纲指导下, 我们采用团队教学小组的形式来组织教学实践, 以实验(包括基础性实验、设计性实验和综合性实验)和工程项目为核心, 采取宽基础、重实践、鼓励探索的立体实践教学模式.仿照实际软件项目开发的形式, 根据学生特点组成开发团队, 采用里程碑管理方式, 强化实践教学的过程管理[11].

重组实践教学环节. 学生自由组合, 每组3～4人,实验前开展小组式的讨论和交流, 提高学习积极性, 加深对知识点的理解, 拓宽学习思路. 实验教学中, 要详细记录具体的教学情况, 通过对学生实验操作表现的考察和教学过程的交流, 掌握学生技能特点. 进行综合实践教学之前, 适当调整小组成员, 组建项目开发团队, 进行任务分工, 对综合实践教学过程进行全面质量把控, 提高实践教学水平.

加强实践教学环节的管理. 目前,教师对实践教学的管理不严格的问题普遍存在, 导致实践教学效果不理想. 学生由于课前准备不足, 过程管理松散, 实验课收效甚微, 造成问题积累并最终导致综合实践教学目标不能实现, 影响学生的学习积极性和主动性. 我们对实践报告的撰写进行了规范, 分小组答辩考评, 促进学生间学习交流, 增强成员的责任感和团队合作意识. 实践环节结束后,指导教师需从学生报告、教师讲评和师生交流讨论三方面总结实践教学过程, 完善实践教学过程.

产学研与“做中学”融合. 工程能力也只能通过参与工程实践才有可能获得, 而培养创新型的工程人才, 除了要求学生具备基本设计能力外, 还要具备较强的工程管理和协调能力. 课题组尝试通过改善教学过程, 积极引导学生参与实际工程项目, 帮助学生打下较好的基础.

建设虚拟实验室平台. 由于实验室条件和空间的限制, 无法完全实现CDIO的全过程培养计划, 教师组以虚拟实验平台为依托, 给学生提供一个交互、开放和自主的实验环境. 组织学生以小组为单位, 从调研、规划、设计、实现和部署5个环节着手, 通过实践某个企业项目设计的全过程, 培养学生团队协作、系统分析、设计和实践的能力. 使理论教学和实践环节形成一个互相融合、互相影响的有机整体, 达到CDIO大纲的教育要求.

3.3 能力成熟度评价

考试是学生学习过程的一个重要环节. 传统考试重视笔试, 主要是对理论知识的考核, 实验环节虽然会被计入总评分数, 但核心还是理论基础, 不能有效地将CDIO工程教育人才培养要求落实. 现在我们紧抓教学质量, 改重结果为重过程. 能力成熟度模型CMM是目前流行的能力评价模型,由美国Carnegie Mellon 大学软件工程研究所SEI提出. 其中面向本科生的能力成熟度模型, 不仅包含对学生基本知识、基本技能的考核, 同时注重对动手能力、综合运用能力、社会实践能力、团队协作以及创新能力的考核, 对学生能力进行了综合评价[12].

合理考核有可能更好激发学生学习的主动性, 促使学生端正学习态度.加强对各个环节考核结果的分析, 促进学生正确有效地学习. 教学组在考核过程中, 将平时作业、小型测验、期中测试、调查报告、论文等按一定比重计算在课程的总成绩里, 对学生所表现出来的具有创新的、探讨性的思考成果予以鼓励, 力图建立多元的、综合性的考核体系, 降低期末考试的分数在课程总成绩中的比重. 通过这样改革考核机制, 推动学生重视实践环节.

4 结束语

在CDIO理念的指导下, 我们以实验和项目设计为核心, 通过宽基础、重过程和工程化的立体教学方法, 对课程教学进行了改革与探索. 教学过程中, 我们综合考虑专业基础知识、职业技能以及团队协作与沟通的人际技能等多个方面, 提高了教学质量, 为电类专业学生的计算机应用能力打下了坚实基础. 现在，学生的主动学习意识和实践动手能力得到了提升; 教师的教学技能和工程实践能力也能持续改进. 总之, 采用CDIO模式对该课程进行改革, 教学组在理论和实践两个层面探索了地方本科院校的CDIO模式本土化之路,为培养具有创新能力、多层次和专业化的工程科技人才打下了坚实基础.

[1] 中华人民共和国教育部. 教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[EB/OL]. http://www.moe.edu.cn/ publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3860/201102/115066.html, 2011-01-08/2012-11-01.

[2] 佘远富, 刘超. 论大众化背景下高等教育的社会适应性[J]. 高等教育研究, 2010, 31(1): 4—48.

[3] 顾佩华, 沈民奋, 陆小华.重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009.

[4] 顾佩华, 陆小华, 沈民奋. CDIO大纲与标准[M]. 汕头: 汕头大学出版社, 2008.

[5] 赵薇, 王建雅, 李凤华. 基于工程教育理念的化工原理实践教学改革探索[J]. 高等职业教育——天津职业大学学报2012, 21(3): 37—39.

[6] 郭小勤, 王鑫, 李漓. 基于CDIO工程教育理念的实验教学设备研制[J]. 实验技术与管理, 2010, 6 (6): 64—67.

[7] 李坚强, 王志强, 薛丽萍. 基于CDIO模式的嵌入式系统教学研究与探讨[J]. 计算机教育, 2010 (12): 122—123, 126.

[8] 王桂梅, 王庆东, 刘杰辉. 基于行业特色背景的测控技术与仪器专业-CDIO教学模式研究[J]. 河北工程大学学报: 社会科学版, 2010, 6(2): 55—56.

[9] 张利青. 浅谈任务驱动式教学法在信息技术课教学中的应用[J]. 计算机光盘与应用, 2011(9): 225—226.

[10] 李珍香, 陈维兴. CDIO模式在微机原理与应用技术课程中的应用[J]. 中国民航大学学报, 2012, 30(4): 53—56.

[11] 杨春. CDIO工程教育模式下的文献检索课教学探索与实践[J]. 图书馆建设, 2010(1): 107—108.

[12] 胡志刚, 江林, 任胜兵. 基于CMM的教师CDIO能力评估与提升[J]. 高等工程教育研究 , 2010(3): 26—31.

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

湖南文理学院芙蓉学院教研教改项目( FRjg1206); 湖南文理学院教研教改项目( JGZC1115)

(责任编校: 谭长贵)