基于CDIO教育模式的理工科计算机专业教学内容改革探讨

王海瑞 王建鹰 李亚 袁梅宇

摘要：通过分析当前理工科计算机专业教学内容的现状，深入剖析其中存在的问题，提出将CDIO教育模式应用到理工科计算机专业教学内容中来的几点切实可行的改进方法，以提高理工科计算机专业理论与实验的教学效果，推进我校计算机专业教学内容的改革。

关键词：CDIO；计算机专业教学内容；教学改革

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）09-0054-02

一、引言

近年来国家提出，教育是振兴民族的基础基石，我国目前把教育提高到以改善民生为重点的社会建设的高度。目前我国高等教育面临的现状是一方面大学生就业难；另一方面大用人单位普遍要求学生要具有系统的理论知识和较强的专业基础知识，要具备学科交叉的知识体系，要具有良好的个人价值取向。CDIO工程培养大纲将大学生的能力分为工程基础知识、个人能力、团队合作能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。高校的教育职能是要服务于社会，其重要的发展方向是要适合当前市场的需求，CDIO工程教育理念是培养具有时代特征人才的先进工程教育理念。理工科计算机专业作为工科院校的一个重要学科；在培养学生的科研素质和创新精神上承载着非常重要的责任，但基于CDIO工程教育理念的理工科计算机专业教学改革目前在国内仍是一个薄弱环节，于是，昆明理工大学计算机系尝试着在CDIO工程教育理念下对计算机专业的教学内容进行改革，以期在计算机专业教学改革中提供一种新思路。

二、教学内容的整合

1.对基础教学内容进行整合。教学内容的整合就是将原有计算机专业教学体系的各门课程中的相关内容通过新的组合方式进行删减、整理与合并，使相关课程能够形成内容冗余度少、结构性好、整体协调的新型计算机专业教学内容。目前需要的具有扎实基础、宽阔知识面和适应性强的复合型人才。以CDIO工程教育理念为基石，通过计算机专业各门课程内容的整合，使原有的教学内容容量扩大、内容更新、知识渗透力增强；同时也要将计算机学科发展的最新理论和新技术有机的组合在一起，形成符合当前时代发展的计算机专业学科内容的新体系。昆明理工大学计算机系对教学内容整合的具体要求主要表现为：经典计算机的重点是培养学生的数理思想，科学素质和分析、解决问题的能力。立足于传统教学手段，配以现代多媒体教学手段。通过经典计算机专业课程的学习使学生掌握专业基础课和专业课必备的基础知识，同时也为学生将来学习新知识、新技术打下扎实的基础。计算机的重点是硬件知识与软件知识的结合，注重创新意识和创新能力的培养。在教学中，教师应适当介绍计算机专业与其他相关专业的联系，或将其他专业中的计算机问题作为实例进行分析，这样有利于激发学生学习计算机的兴趣，增强应用计算机知识解决问题的意识和能力；以理论教学为主要形式，以实际应用为主要内容，以研究和分析为主要教学手段，将理论知识、实际应用、研究分析集于一体，创建“构思—设计—实现—运作”的良性思维模式。现代工程技术的计算机基础专题的重点是开拓学生的视野，侧重于人文教育，建立工程文化的概念。以讲座、讨论等方式作为学习方式，配以相关影音，影像，科技知识短片以获得学生的感性认识，且丰富了教学手段；加强计算机技术的发展演变过程的讲解，促进学生形成良好的科学品质和世界观。

2.科研与教学内容紧密结合。教师通过参加各种国家自然科学基金和企业委托的横向课题，不断更新知识，掌握目前最新的科研成果，不仅有利于提高自己的学术水平，而且有利于提高教师自己的整体教学水平。学生可以参加教师的科研工作，不仅可以了解教师从事计算机科学的最新动态，也可以掌握学科的最新成果，为学生今后的深造打下良好的基础。更加有利于增加教学深度的延深，教学效果的逐步提高，能进一步激发学生的学习兴趣，对提高学生分析问题和解决问题的能力都有不可替代的作用。学生参与教师的科研项目也同样具有培养学生思考能力和具体应用能力的良好效果，同样也能达到“做中学”的目的。例如，教师涉及的软件项目的具体代码的开发编写、嵌入式系统地硬件图纸设计和电路板制作、现实世界中的计算机应用需求等。

3.设计性实验与虚拟实验室。设计性实验是CDIO工程教育模式下对计算机专业教学的有力补充。它是指学生根据给定的实验目的和实验条件，通过查阅资料构思设计方案，选择实验器材设备，自行拟定实验程序，自行实施并对结果进行分析和处理。例如，算法分析试验：学生可以选择内部排序算法和外部排序算法进行比较、学生可以选择数据库相关的试验实现记录的冲突等试验的完成、也可以选择网络中的数据包拦截试验从网络中获得各种数据包的试验。另外，虚拟实验事也将是CDIO工程教育模式下计算机教学的有力补充。它是指用仿真技术、数字建模技术和多媒体应用技术等在微机上调制的可辅助或代替传统实验操作环境。通过进行虚拟实验，学生可以在不浪费任何硬件教学资源的前提下，进行各种实验尝试，大大提高了学生的逻辑思维能力，整体设计能力，实现设计运作能力，以及创新能力，这也恰恰符合CD10工程教育理念。

三、教学内容的模块化与教学大纲的制定

随着我们的教育逐步从“应试教育”向“素质教育”的转变，对教学模式的灵活性、针对性、现实性和经济性特点的要求也越来越高，而CDIO作为一种新的教学模式的应用和推广，必然要涉及到计算机专业教学内容的规划和建设，基于计算机专业基础知识的特点和CDIO工程教育理念，我们将计算机专业的基础知识进行了模块化分类。从知识的结构上进行模块化分类为：计算机硬件基础知识：电子基础、数字逻辑、计算机组成原理，计算机软件基础知识：程序设计语言、数据结构、汇编语言等几个模块，这种模块化的分类有利于CDIO工程教育模式的展开。

经过对计算机专业教学内容的整合与模块化处理后，基于CDIO教育理念要对教学大纲进行了系统的梳理和编写，使得计算机专业课程的教学目标既涵盖教育部计算机专业对计算机技术基础知识教学内容的要求，又符合CDIO强调能力提升的要求。对计算机专业知识进行三个层次的要求：掌握、理解和了解，以保证计算机专业知识体系的连贯性和系统性；同时注意到每个能力培养项目自身的特点，适当调整知识内容和结构，以确保项目顺利实施所需要的知识储备；在能力培养方面，基于学生主体性的考虑，我们也要充分贯彻“以生为本”和“因材施教”的教学理念，根据学生基础知识和基本技能的差异，学习方法、习惯、能力上的差异，学习目的和态度上的差异，可以分层次进行能力培养项目的实践，可以选择性地参与科研、教研、实验设计等。

四、教学内容的设计

以“简单微程序控制计算机的设计与制作”这个具体的能力培养项目为例来说明如何进行教学内容的设计。要求学生掌握微程序基本知识的基础上，完成整个处理器项目的构思、设计、实现与运作。具体过程为：（1）通过文献查阅和方法分析等掌握微程序控制计算机的基本工作原理并对其进行基本模型建立，然后将整个微程序控制计算机进行分解为几个部分，对各部分的功能进行分解和定义提出每个功能模块的具体设计要求和注意事项。（2）将上一步的构思过程提出的进行指标细化，规定相应的参数，如指令系统的指令集的大小，指令的长度，指令所采用的寻址方式、后续指令地址的确定方式等内容，通过选择和计算得到控制存储器的容量大小。（3）利用现有的电子原件，按照实施方案进行设计制作，以期达到设计要求；处理器完成后。对各部分进行单项功能测试。（4）通过实际指标完成情况的分析，找出影响性能的因素以及改善性能的方式，最后以报告或论文形式进行总结；同时准备对项目进行答辩。教师与其他非参与项目的小组组长作为项目答辩评委，答辩之后，按照CDIO教学大纲所提出的四个层面进行科学、合理地评价。

在项目实施的整个过程中，经常会出现一些难题，解决这些难题可以给学生在今后的学习过程中提供宝贵的经验和克服困难的激情和勇气。整个项目的完成不仅可以达到基础知识的教学要求，更能够让学生在实践学习中锻炼提高检索文献的能力、逻辑思维能力、实际操作能力、团队协作与沟通能力等。

五、结语

由于昆明理工大学计算机专业教学的要求有自己的侧重点，加上近年来我校扩招导致学生水平参差不齐，基于CDIO工程教育模式的计算机专业教学改革存在着一定的风险和难度。因此我们将在目前的情况下和我校的实际情况相结合，遵循因材施教，以人为本的理念，循序渐进地进行改革。同时将认真总结改革过程中可能出现的经验和不足，期望能够在我校计算机专业学生的知识、能力和素质培养上形成独具特色、切实可行的基于CDIO教育模式的工计算机教学新思路，提高我校计算机专业学生的就业率等，切实体现高校服务于社会的职能。

参考文献：

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基金项目：本文由云南省计算机特色专业项目（2010）；昆明理工大学研究生百门核心课程项目（2011）共同支持