摘要：傳統(tǒng)的程序設(shè)計類課程教學與實驗案例不利于計算機專業(yè)學生工程能力的培養(yǎng)?；贑DIO教學模式的框架，提出程序設(shè)計類課程教學與實驗案例的設(shè)計原則，并結(jié)合鹽城師范學院課程體系的具體情況，設(shè)計相應(yīng)的實施方案。實踐結(jié)果表明，基于CDIO的教學與實驗案例的實施，激發(fā)了學生學習主動性，訓練了學生的工程思維，幫助學生積累了必要的開發(fā)經(jīng)驗，從而培養(yǎng)了工程能力。
　　關(guān)鍵詞：CDIO；教學改革；程序設(shè)計類課程；案例設(shè)計
　　
　　長期以來，程序設(shè)計類課程教學強調(diào)語法知識，輕視設(shè)計、編碼以及團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，忽視工程經(jīng)驗的積累。大部分程序設(shè)計類課程相關(guān)教材、實驗指導(dǎo)書以及教學參考書中的案例設(shè)計以輔助講解語法規(guī)則為目的，案例雖簡單易理解，但無益于學生工程能力的培養(yǎng)。從我院幾年的程序設(shè)計類課程教學效果反饋以及跟蹤調(diào)查結(jié)果可以看出，大部分學生雖然系統(tǒng)地掌握了程序設(shè)計語言基礎(chǔ)知識，但不能很好地完成后續(xù)實踐課程與各級軟件競賽中原型系統(tǒng)的開發(fā)。因此，我院以CDIO工程教育模式為指導(dǎo)思想，以C++程序設(shè)計課程為龍頭，改革程序設(shè)計類課程的教學模式，探索教學環(huán)節(jié)與實踐環(huán)節(jié)案例的設(shè)置策略與方案，實踐結(jié)果表明，在具有較強工程背景與應(yīng)用價值的案例的學習與實踐中，學生增強了主動學習的意識與能力，積累了必要的開發(fā)經(jīng)驗，培養(yǎng)了工程能力。
　　
　　1CDIO工程教育模式
　　
　　上世紀90年代末，MIT(Massachusetts Institute of Technology，麻省理工學院)航空航天系教師著手在小范圍內(nèi)探討如何能把理論知識的傳授和實踐能力的培養(yǎng)結(jié)合起來，開始推動CDIO(Conceive構(gòu)思、Design設(shè)計、Implement實施、Operate運作)教育改革計劃。1999—2000學年，MIT開展了小型的預(yù)研究。2000年10月，MIT聯(lián)合瑞典3所大學，合作組成跨國研究組，啟動CDIO工程教育改進計劃[1]。近年來，國內(nèi)包括清華大學[2]、中南大學[3]等在內(nèi)多所高校關(guān)注CDIO教學模式，并結(jié)合自身專業(yè)與課程的特點，進行了一系列有益的探索。CDIO的觀點是教師在構(gòu)思—設(shè)計—實施—運作真實世界中的系統(tǒng)與產(chǎn)品過程中教授工程原理[4]。
　　課程改革是CDIO四大主題之一[5]，也是學生學習構(gòu)思與設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)相關(guān)知識、技能的重要保證。CDIO的課程改革必須解決兩個問題：什么是工程類學科學生應(yīng)該掌握的完整的知識、技能以及意識體系；如何改革才有助于學生更好地掌握這些技能。為了解決這兩個問題，CDIO提出了包括一體化課程設(shè)計(Integrated Curriculum Design)、設(shè)計—實施經(jīng)驗(Design-Implement Experiences)、建立工程工作區(qū)(Engineering Workspace)等一系列措施[6]。其中設(shè)計—實施經(jīng)驗是CDIO計劃的主要特點，也是實現(xiàn)一體化課程的最重要措施[5]。本文借鑒設(shè)計—實施經(jīng)驗的基本思想，結(jié)合程序設(shè)計類課程的特點，提出了程序設(shè)計類課程教學與實驗案例設(shè)計原則與方案。
　　
　　2教學與實驗案例的設(shè)計原則
　　
　　2.1案例的真實性與實用性
　　長期以來，程序設(shè)計類課程的教師以幫助學生熟練掌握語法規(guī)則為指導(dǎo)思想進行教學與實驗案例的設(shè)計，案例雖能夠清晰地描述相關(guān)語言的語法規(guī)則，且簡單易實現(xiàn)，但無益于學生工程能力的培養(yǎng)。這種狀況一定程度上造成了學生的能力、經(jīng)驗和鉆研精神相對不足。
　　同時，隨著社會信息化程度的不斷提高，計算機應(yīng)用軟件已經(jīng)深入到各個行業(yè)與領(lǐng)域，這為教師進行教學與實驗案例的選取提供了大量的資源。選取真實的并正在得到廣泛使用的軟件應(yīng)用系統(tǒng)作為案例有助于學生了解計算機軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀，也有助于激發(fā)學生的學習興趣與積累領(lǐng)域經(jīng)驗。需要說明的是，為了避免學生浪費大量時間學習相關(guān)領(lǐng)域知識，教師應(yīng)盡量選取學生比較熟悉的領(lǐng)域及其應(yīng)用系統(tǒng)。
　　2.2案例的難度適中
　　選取難度適中的案例是教學有效性的重要保證。如果案例太難，結(jié)果很可能是教師成為設(shè)計者與重要環(huán)節(jié)的實施者，學生只能完成一些簡單的實施工作。相反，如果案例太簡單，很難激發(fā)學生的積極性，也無法幫助學生建立面對挑戰(zhàn)的自信。因此，教師應(yīng)根據(jù)學生專業(yè)、學科基礎(chǔ)、學習能力等具體情況，適當調(diào)整案例難度。
　　2.3案例應(yīng)用的多樣性
　　為了鞏固學習效果，在教學與實驗環(huán)節(jié)，學生需要接觸到多個的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。教師應(yīng)注意盡量選取不同類型的應(yīng)用系統(tǒng)，可以幫助學生開拓視野，積累不同類型應(yīng)用的設(shè)計與開發(fā)經(jīng)驗。以C++程序設(shè)計課程為例，我院同學在學習該課程前已經(jīng)修完數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并同時在學習計算機網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用等課程。因此，在案例選擇時，我們在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、圖像處理、管理系統(tǒng)等領(lǐng)域都有涉及。這種方式既契合了CDIO強調(diào)的多門課程內(nèi)容與能力的交織[6]，又在平時訓練中幫助學生融合貫通學科知識。
　　2.4案例的可擴展性
　　教師選取與設(shè)計的案例應(yīng)該是有生命力的，能夠不斷地改進與擴展功能。以C++程序設(shè)計課程為例，我院在低年級同學中開設(shè)這門課程。學習這門課程時，學生的專業(yè)知識比較有限，能夠完成的原型系統(tǒng)功能比較簡單，但隨著專業(yè)知識與工程能力的不斷積累，學生可以在后繼的多個實踐課程環(huán)節(jié)中不斷完善原型系統(tǒng)，優(yōu)秀的作品可以參加各類軟件設(shè)計競賽以及申請軟件著作權(quán)保護。
　　2.5案例設(shè)計開發(fā)過程的完整性與規(guī)范性
　　現(xiàn)代軟件開發(fā)是一個有標準可依的規(guī)范的過程，在平時的教學與實踐中，教師應(yīng)注意對學生規(guī)范意識與習慣的培養(yǎng)，增強他們的職業(yè)素養(yǎng)。因此在案例的選取與設(shè)計過程中，應(yīng)盡量選取各類文檔齊全、編碼規(guī)范的案例。在教學環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)按照軟件工程的規(guī)范過程開展案例的分析與講解，并借助于目前軟件業(yè)主流工具軟件完成包括需求分析、設(shè)計、測試等階段的任務(wù)。在實驗環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)指導(dǎo)與監(jiān)督學生按照規(guī)范流程完成系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，并將規(guī)范性作為重要的考核指標。
　　
　　3教學與實驗案例的實施方案
　　
　　基于上文提出的基本原則，我院制定了一套程序設(shè)計類課程教學與實驗案例實施方案，對程序設(shè)計類課程改革進行探索。
　　我院的程序設(shè)計類課程基本包括：課堂教學、課程實驗、課程設(shè)計、開放實驗項目等多個環(huán)節(jié)。課堂教學、課程實驗、課程設(shè)計一般在低年級開設(shè)，開放實驗項目一般設(shè)置在三年級。時間上的跨度為案例設(shè)計、開發(fā)、改進的延續(xù)性提供了條件。
　　3.1課堂教學環(huán)節(jié)以案例貫穿基礎(chǔ)知識，訓練工程思維
　　由于學生是在課堂教學中首次接觸相關(guān)程序設(shè)計語言及其開發(fā)的應(yīng)用，為了幫助學生更好地體驗軟件設(shè)計開發(fā)的過程，課堂教學環(huán)節(jié)中選取的案例是幾個環(huán)節(jié)中相對簡單的。需要說明的是，課堂教學中選用2～3個案例同時展開，以便于學生有更多的機會理解與掌握相關(guān)知識。課堂教學按照需求分析、系統(tǒng)概要設(shè)計、詳細設(shè)計、編碼、測試的軟件開發(fā)流程展開。除集成開發(fā)環(huán)境外，課程還借助于Rational Rose等軟件業(yè)主流工具完成案例的設(shè)計與測試，在課程展開過程中，補充必要的UML、測試等知識，這種基于問題的課程組織形式已經(jīng)在丹麥奧爾堡大學[6]等多所院校得到成功的運用。
　　以C++程序設(shè)計課程為例，我們在案例的設(shè)計與編碼過程中穿插講解面向?qū)ο蟮幕驹?、C++語言的語法規(guī)則與編程規(guī)范，并以提綱的方式引導(dǎo)學生總結(jié)相關(guān)的規(guī)則與規(guī)范，該提綱也是學生在設(shè)計與編碼過程中查詢的技術(shù)手冊之一。在案例的展開過程中，我們引導(dǎo)學生積極思考，允許學生提出不同的設(shè)計方案；當一個功能模塊具有多種實現(xiàn)方案時，我們采用課內(nèi)討論，課后分組討論等方式分析各種方案的優(yōu)劣，并借機向?qū)W生介紹典型的編程模式以及相關(guān)參考資料。對于一些經(jīng)典的編程模式與常見編程錯誤，教師會主動引導(dǎo)學生思考、討論、查閱資料。實踐表明，這種教學方式激發(fā)了學生主動學習的意識，其效果遠好于傳統(tǒng)“填鴨式”的知識點傳授。
　　
　　3.2課程實驗與課程設(shè)計環(huán)節(jié)中引導(dǎo)與鼓勵學生“模仿”工程設(shè)計開發(fā)過程
　　課程實驗環(huán)節(jié)是學生將知識轉(zhuǎn)化為能力的第一個環(huán)節(jié)。在實驗環(huán)節(jié)中，我們將同學分為5人一組的團隊，團隊內(nèi)的同學需要充分交流，協(xié)作完成各階段工作與相關(guān)文檔。每個班給出3個實驗選題以供選擇，在案例完成后，我們安排在全班范圍內(nèi)對相同選題的團隊作品從規(guī)范性、有效性、實用性等多個方面討論評估，這種方式充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造性，也加深了學生對工程規(guī)范、設(shè)計方法的理解。
　　課程設(shè)計一般安排在課程結(jié)束后，集中一周時間完成一個選題的設(shè)計與實現(xiàn)。與實驗環(huán)節(jié)不同的是，課程設(shè)計選題難度、廣度高于課堂教學與實驗環(huán)節(jié)，團隊之間的選題不能相同。團隊內(nèi)分工協(xié)作更為規(guī)范，小組長充當項目經(jīng)理的角色，制定項目進度，分配與協(xié)調(diào)組員工作。課程設(shè)計環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學生對學科知識的綜合運用能力，也加深了學生對于項目開發(fā)過程的認識。
　　3.3通過開放實驗項目激發(fā)學生創(chuàng)造性
　　開放實驗項目的案例設(shè)計要求緊跟新技術(shù)、新應(yīng)用的發(fā)展，開放實驗項目同樣以團隊方式完成，人數(shù)不限，時間控制在2個月內(nèi)。在項目開展中，激發(fā)學生發(fā)揮創(chuàng)新精神，開發(fā)已有應(yīng)用的新功能、改進已有算法或設(shè)計模式等。對于比較好的作品，鼓勵學生參加各種軟件設(shè)計比賽。
　　
　　4結(jié)語
　　
　　我院的程序設(shè)計類課程教學與實驗案例的改革已開展了一段時間，從問卷調(diào)查的反饋情況看，90%的同學給予了肯定意見，80%同學認為調(diào)動了學習主動性，90%同學認為有助于工程能力的培養(yǎng)，80%同學認為程序設(shè)計能力有明顯提高。另一方面，也存在一些不足。首先，由于學生在實驗過程中需要熟悉使用多種工具，學生的實驗選題多樣，這無疑增加了教師的工作負擔，實驗過程中容易出現(xiàn)無法兼顧全部同學的情況。其次，團隊的實驗容易造成部分惰性較大、程序設(shè)計能力差的同學“坐享其成”的情況。最后，現(xiàn)有的成績評估體系不能完成適用于新教學模式的考核。下一步，我們將著力于改進實驗指導(dǎo)方案，保證實踐環(huán)節(jié)的學習效果，并探索新的成績評價體系。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 王剛. CDIO工程教育模式的解讀與思考[J]. 中國高