CDIO理念下程序设计类课程的立体化教学策略探析

李纯莲，杨丽萍

(长春大学 计算机科学技术学院，长春 130022)



CDIO理念下程序设计类课程的立体化教学策略探析

李纯莲，杨丽萍

(长春大学 计算机科学技术学院，长春 130022)

摘要：借鉴国外CDIO工程教育模式与教学体系，针对我国软件工程技术人才培养过程中涉及的程序设计类课程，研究设计一套切实可行的立体化教学策略。首先简要分析了相关研究的现状，接着介绍了CDIO与程序设计类课程培养目标对应模型，最后提出了构建符合CDIO理念的立体化教学模式和环境的改革思路，以期在一定程度上弥补我国当前计算机教育中的不足，实现提高软件工程技术人才培养质量的目标。

关键词：CDIO；程序设计类课程；立体化教学

近年我国软件行业呈现了前所未有的“人才饥荒”，许多软件企业苦于招不到合适的人，但另一方面，每年都有众多的高校毕业生找不到合适的工作。究其原因，主要是各类高等院校培养出的计算机专业人才不能很好地满足企业的实际需求。信息技术企业的国内毕业生，无论是否为计算机专业，都表现出一些突出的缺点，如解决问题的能力逐渐下降，特别是在问题面前欠缺“主观能动性”[1]；他们很重视软件编程和功能的实现，但不能从调研材料出发给出产品或系统的完善的功能定义；等等。在这种背景下，各大高校都在进行着各种教学改革，改革软件工程技术人才培养体系，改进人才培养模式，强化实践环节，加强校企合作等。一些学者研究了课程立体化教学的策略，如C语言课程的多维立体教学、C++语言课程立体化教学模式研究与实践、VB程序设计课程的立体化教学平台、WEB开发课程的立体化教学等，其主要观点或者强调立体化教学资源(纸质教材+媒体教材+网络平台)，或者强调立体化教学(课堂+实践+实习基地)，或者强调多元学习(正常学习课+学习辅导课+主题沙龙课)与实例分析、成功激励相结合，进行理论与实践方面的立体化评价与考核等。他们都在不同程度上解决了一定的问题，但似乎缺乏较系统的、细节方面的设计，而且对于解决软件工程技术人才(Personnel of Software Engineering Technology，以下简称PSET)所缺失的核心能力“主观能动性和对软件周期的整体把握能力”似乎力度不够或无所涉及。本文将探讨程序设计类课程(Courses on Program Design，以下简称CPD)的立体化教学策略。

1CPD教学及PSET现状分析

1.1CPD教学效果分析

当前构建CPD教学环境的目标是最大限度地解决学生学习此类课程难的问题。纵观当前高校的CPD，没有达到较为理想的教学效果，主要表现有[2]：

(1)第一门CPD挂科率偏高(有资料显示某高校C语言课程在2013年挂科率高达78%)，虽然一些高校采取了各种措施减少这种大面积不及格现象的发生，但总体上不及格人数仍不少；

(2)第一门程序设计课程的不良教学效果产生连锁反应，影响到后续课程的教学进度与效果；

(3)虽然后续CPD的教学中，学生已基本具备编程思想，但多数不能活学活用，编程实践中表现的创新性思维及解决问题的主观能动性不强。

1.2CDIO及PSET现状分析

CDIO是2001年由美国麻省理工学院联合瑞典的林克平大学、查尔姆斯技术大学以及皇家技术学院共同开发的一种全新工程教育理念和实施体系[3]。CDIO包括构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)与运行(Operate)四个环节，提出了如图1 所示的以能力培养为目标的CDIO大纲，涵盖了产品(或系统)从构思、研发、应用到反复改进的完整生命周期，在整个生命周期环境中，学生的个人技能、协作精神和创新能力都将获得全面的进步，对发挥其主观能动性具有非常重要的意义[4]。

国外PSET的培养起步较早，有较成熟的经验可以借鉴。美国麻省理工的CDIO工程教育模式已经得到我国大批教育机构的重视，尽管软件工程并不属于该国际组织明确宣布的专业，然而从软件工程专业的特性分析完全适用CDIO模式。卡内基梅隆大学的课程教学体系就采取了类似CDIO的教育模式。此外，世界先进的NIIT课程体系与教学理念，也较好地实践了CDIO的各个环节。现有的软件工程专业教育中，考核的只是CDIO的D和I环节，由于C和O环节的不足或缺失，导致学生在实施D和I时没有明确的学习目标，无法充分发挥主观能动性。学校教育只有重视C和O环节才有可能突破应试教育的束缚，实现对学生主观能动性与创新能力的培养。

2CDIO与CPD培养目标的对应模型

CPD的教学目标是通过理论教学和实践训练，使学生能够利用程序设计语言进行面向对象的分析与设计。知识教学目标是理解程序设计类的基本概念，掌握程序设计类的基本语法，掌握输入输出、多线程编程、异常处理、图形用户接口编程、常用API等程序设计方法；能力教学目标是学会使用如VC++、记事本、VC#、JDK、Eclipses和JBuilder等开发工具进行简单软件的开发；素质教育目标是养成良好的编程习惯和风格，提高学生个人技能，培养团队合作能力和协作精神；职业技能素养目标是提高学生分析解决问题的能力，培养学生对软件系统的分析与设计能力[5]。

综上，CDIO的工程基础知识与CPD的知识教育目标相对应，CDIO的个人能力与CPD能力培养目标相对应，CDIO的人际团队能力与CPD素质教育目标相对应，CDIO的工程系统能力与CPD的职业技能素养培养目标相对应。由此建立了如图2所示的CDIO能力与CPD培养目标间的对应模型。

3符合CDIO 理念的立体化教学策略的探析

本文旨在借鉴欧美CDIO理念和模式，针对我国目前PSET培养过程中所表现出的问题，从教学目标、教学方法、教学内容、教学形式、教材建设、整体教学环境、教学资源、理论教学、实践教学、评价考核等方面出发，提出一种能够培养出具有主观能动性的PSET的立体化教学模式与环境。

3.1立体化教学模式

根据CPD教学目标，结合CDIO理念，立体化教学模式可以包括立体化教学资源、立体化理论教学、立体化实践教学及立体化评价考核四个方面。

立体化教学模式=立体化教学资源+立体化理论教学+立体化实践教学+立体化评价考核；

(1)立体化教学资源=纸质教材+媒体教材+网络资源平台(课程简介+电子教案+多媒体课件+视频+模拟演示);

(2)立体化理论教学=课堂教学(课前备课+课堂教学+课后复习)+网络教学(辅导答疑+专题讨论+知识拓展)+企业教学;

(3)立体化实践教学=校内实践(实验课教学+课程设计+小组协作+创新性实验项目)+校外实训(团队合作+经理指导+实际项目+竞赛项目)；

(4)立体化评价考核=理论知识考核(学生练习+课后作业+学生自测+期末考试)+实践能力考核+创新能力考核+团队协作能力考核+教师评价考核。

整个立体化教学模式体现了教学资源的多态性，理论教学的灵活多样性和互动性，实践教学的多层次性和多形式性，评价考核的最优性。

3.2立体化教学环境

根据CPD的立体化教学模式，结合CDIO标准与能力大纲，立体化教学环境的构建应该坚持课堂教学与网络教学相结合、面授与课后辅导相结合、校内教学与校外训练相结合、虚拟案例与实际项目相结合、教师授课与经理指导相结合的原则，同时注重与立体化教学环境相适应的教材建设。

(1)立体化教学资源。教学资源是教学系统中的基本要素，也是教学内容的主要载体，更是完成教学目标的重要保证。在充分借鉴现代教育理念和网络技术的基础上，以传统纸质教材为基础，以CPD为中心，以计算机网络作为交流平台，构建具有多用途、多形态、多层次、多媒介的立体化教学资源。立体化教学资源主要包括纸质教材、媒体教材和网络资源平台三方面。教材一般均选用国家级规划教材，网络资源平台分为静态资源和动态资源。静态资源主要包括课程概况和课程内容；动态资源主要包括在线答疑和作业提交等，具体结构如图4所示。立体化教学资源不仅是实现教育信息化和网络化，也是优化教育资源诸要素的重要途径，这样不仅方便教师授课，也可以为学生提供了学习资源搜索的便利。有效教学资源利用率的提高，课为师生提供立体化、数字化的教与学空间。

(2)立体化理论教学。教师可以在立体化的教学资源体系中，以教材的知识体系为纲要，以学生的“学”为根本出发点，开展多种形式的理论教学，包括课堂教学(课前备课+课堂教学+课后复习)、网络教学(辅导答疑+专题讨论+知识拓展)和企业教学。教学内容涵盖整个教学过程中所涉及的各类资料(如教学计划、专业培养目标、课程体系、教学大纲、电子课件和习题等)，在授课时尽可能选择经典案例、企业实际项目或企业成熟项目实例作为案例，将教学内容隐含在每个精心设计项目的CDIO中，使学生真正明白学以致用的含义，引导学生对CPD产生浓厚的学习兴趣，将学习融入有意义的项目实施过程中，有效地改善软件工程专业学生的学习效果，达到学生个人能力培养和综合发展的目的，也是CDIO大纲要求的第二种能力。

(3)立体化实践教学。教师可以在校内和校外实验室环境中，以理论教学为基础，以培养学生自主学习和实践开发能力为目标，开展多层次和多形式的教学实践，包括校内实践(实验课教学+课程设计+小组协作+创新性实验项目)和校外实训(团队合作+经理指导+实际项目+竞赛项目)。校内实践时可通过增加实验课和课程设计所占的比重，以教师科研项目或企业实际项目为题，选择参与过实际项目的教师或者企业资深工程技术人员进行指导，学生采取分组模式完成实践任务。校外实训时以校企合作平台为基础，将企业优质资源引入程序设计课程教学，使学生能够更好的接触企业和社会的工作环境，通过构思和设计来实现运作系统，以展示一个系统或产品完整的开发过程。采用团队合作或小组协作模式，通过面向大学生的注重自主性、协作性和探索性的实际项目、创新性实验项目、竞赛项目的实施，学生能够全面培养人际交流、团队协作能力、创新实践能力，很好地完成CDIO大纲要求的第三种能力的培养。

(4)立体化评价考核。借鉴CDIO理念下由Edward F.Crawley等人创立的教师对学生学习效果评估模式，如图5所示，该模式的评估过程主要由指定学习效果、使学习效果与评估方法相一致、采用多种方法收集和分析数据、通过学习效果改进教与学四部分构成，是一个集过程性评估与终结性评估为一体的评估体系，教师可以藉此开发一些新的评估和考核工具。在CPD的考核形式上，应注重多元化、全方位地考核学生的程序设计课的CDIO能力。因此，CPD的立体化评价考核可分为理论知识考核(学生练习+课后作业+学生自测+期末考试)、实践能力考核、创新能力考核、团队协作能力考核和教师评价考核等几方面，通过各个环节的全面考核，综合评价学生成绩。该评价考核方式注重学生实现项目过程中CPD的四个层面(基础知识、个人能力、人际团队能力及工程系统能力)的训练和积累，按照CDIO培养大纲对学生素质进行全面的评价考核。

4结语

CPD是许多高校计算机专业学生的主要课程，是PSET核心能力培养的重要载体。根据CDIO工程教育模式的标准和能力大纲，将CDIO理念融合到学生的理论和实践学习中，不仅取得了良好的教学效果，也培养了学生项目开发的CDIO能力。通过立体化教学环境的搭建、立体化教学模式的设计，CPD将真正发挥其在人才培养中的应有作用。

参考文献：

[1]王庆人.我国计算机教育如何借鉴欧美CDIO模式[J].计算机教育,2010(11):8-11,34.

[2]任廷艳.高校Java程序设计课程教学改革研究[J].福建电脑,2013(2):200-201.

[3]赵爱华.基于CDIO理念的旅游管理专业五位一体实践教学体系构建的探索：以辽东学院旅游管理专业为例[J].大学教育,2013(18):11-12.

[4]尹春娇,沈桂芳.探析CDIO模式在应用型本科院校软件工程课程实践教学中的应用[J].科技信息,2012(31):15-16.

[5]覃遵跃 等.基于CDIO理念的软件工程专业Java语言教学改革[J].计算机教育,2012(19):77-81.

[6]齐美星.基于CDIO模式的高职院校电工基础课程教学改革[J].苏州市职业大学学报，2014，25(4)：96-98.

[7]王娜，高云丽，刘玲.基于WEB的毕业设计管理系统的设计与实现[J].黑龙江八一农垦大学学报，2013(2)：74-76.

[8]李丹丹，张志伟，韩伟.软件仿真平台在大学教学中的应用研究[J].内蒙古民族大学学报(自然科学版)，2015(6)：545-547.

[9]包奇金宝，李景龙，张智丰.高校计算机基础教学内容和教学方法改革的探索[J].内蒙古民族大学学报(自然科学版)，2013(6)：646-647.

责任编辑：刘琳

Analysis on Stereoscopic Teaching Strategies of Program Design Courses under CDIO Concept

LI Chunlian, YANY Liping

(College of Computer Science and Technology, Changchun University, Changchun 130022, China)

Abstract：In view of program design courses involved in the process of software engineering technology personnel training in our country, this paper designs a set of feasible stereoscopic teaching strategies by drawing references from foreign CDIO engineering education model and teaching system, which briefly analyzes the status of the related research, then introduces CDIO and the corresponding model of program design courses, finally, puts forward the reform idea of stereoscopic teaching mode and the environment conforming to CDIO concept, hoping to essentially make up for deficiencies of current computer education in our country and achieve the goal of improving the personnel training quality of software engineering technology.

Keywords：CDIO; program design courses; stereoscopic teaching

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：1009-3907(2016)04-0087-03

作者简介：李纯莲(1973- )，女，辽宁锦州人，教授，博士，主要从事高等特殊教育及相关应用软件研究。

基金项目：吉林省教育科学“十二五”规划重点课题(ZD14077)

收稿日期：2016-01-14