基于CDIO理念的兴趣启蒙式教学模式实践研究

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　　摘 要：在“聚焦实战化教学，推进信息化教学改革”的大趋势下，针对计算机程序设计课程，提出基于CDIO理念的兴趣启蒙式教学模式。从模式体系结构、教学内容组织、教学过程设计及课程考核方式4个方面探讨模式的具体实施。课程考核成绩和学员问卷调查结果充分证明了该教学模式的有效性和可行性。
　　关键词：CDIO;兴趣启蒙;程序设计;教学模式
　　DOI：10. 11907/rjdk. 191989 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2020）002-0222-04
　　英标：Practice of Enlightenment Teaching Model Based on CDIO Concept
　　英作：XING Cui-fang，ZHAO Hai-bing，DU Jing
　　英单：（Aeronautical Basic College，Naval Aeronautical University，Yantai 264000，China）
　　Abstract：Under the general trend of “focusing on practical teaching and promoting information-based teaching reform”， an interest-based enlightenment teaching model based on CDIO concept is proposed for computer programming courses. The specific implementation of the model is discussed from four aspects： model architecture， teaching content organization， teaching process design and course assessment methods. The results of the comprehensive course assessment and the questionnaire survey results of the participants fully demonstrate the validity and feasibility of the teaching model.
　　Key Words：CDIO; enlightenment; computer programming; teaching model
　　0 引言
　　计算机程序设计课程是各高校面向学校各专业一年级新生开设的一门公共必修课[1]。课程实践性很强，整个课程体系遵循素质教育和创新教育理念，旨在培养学员的科学思维与程序设计意识，提升他们自主学习、理论联系实际、交流协作，以及独立获取知识并加以综合应用的能力，使他们能够应用现代信息技术解决专业领域中的问题。传统教学方式已完全不能满足该课程教学需求，各高等院校也尝试通过不同手段和方法对该课程实施教学改革[2-4]。海军航空大学近年来实施小班化分级教学，但是教学效果不够理想，学员对计算机语言的综合应用能力与最终培养目标还有一定距离。已有部分大学开展CDIO教改试点，例如，东南大学在计算机系本科生中试点《C#课程》，发现学生学习主动性明显提高、课堂气氛更为活跃、学生参与度高、程序设计能力增强，90%的学生能独立完成课程实验，创新能力、团队意识有所提高[5]，因此将CDIO理念引入计算机程序设计课堂，有助于应用型人才培养。兴趣是最好的老师，学员对课程本身兴趣缺失是导致教学效果不理想的一个最重要原因[6]。计算机程序设计课题组按照“聚焦实战化教学，推进信息化教学改革”的要求，深入研究信息化条件下计算机程序设计课程内容标准、方法手段及组织管理重难点问题，以CDIO理念为指导，从提升学员兴趣和培养其工程实践能力入手，以“启蒙”为概念，从教学内容、教学设计、课程考核等多个角度出发，变换传统程序设计课堂教学实施视角，精心设计教学过程，培养学员综合实践能力，满足部队对应用型人才的需求，对推动计算机基础教学向实战化靠拢具有积极意义。基于CDIO理念的兴趣启蒙式教学模式强调在课程设计过程中，以兴趣启蒙为前提，以任务案例为驱动，以贴近学员学习、生活以及未来任职岗位的项目为依托，给学员亲切感，激发学员学习兴趣。
　　1 模式体系结构
　　在现有教学资源下，结合计算机程序设计课程教学取得的一系列科研成果，根据学员实际情况，构建基于CDIO的兴趣启蒙式教学模式体系如图1所示。
　　以计算机程序设计基础知识体系为基础，合理设置融合专业需求的多层次、可延展的項目，创建系统规范的微课、MOOC资源库，使用基于CDIO理念的兴趣启蒙式教学方法，使学生通过理论学习、项目实践、自主研学三维学习模式，在面向全过程的多元化课程考核形式支撑下，实现对学员专业知识、应用创新能力、工程实践能力的综合培养，以适应军队对应用型人才的需求。
　　2 教学内容组织
　　以现有教材为基础，对整个知识框架进行梳理，自上而下地组织教学内容，对知识点进行整合划分，将计算机程序设计课程教学分为基础能力培养、综合系统能力提升和开放项目创新3个阶段，采用阶梯式设置项目，先易后难，循序渐进地将相关知识点融入项目任务中，完成任务的同时，实现知识点的掌握[7]。在此过程中，学员通过实战演练，身临其境，始终带着兴趣和热情去进行实践-总结-反思，将琐碎的知识点串联起来，逐步培养学生综合能力。以海军航空大学2018级本科某专业为例，计算机程序设计课程主要模块、项目设置以及相关知识点如表1所示。 　　（1）基础能力培养阶段。本阶段的主要任务是基础知识点的领会与理解、程序调试、开发环境使用等基本操作能力培养，对计算机程序设计课程的所有知识点分模块内聚，每个模块选用一个具有一定特色和意义的小型开发项目，将知识点融入项目各任务/子任务中，以学员操作为主，讲授为辅，每一个项目融合CDIO工程理念，按照“课前自主学习绘制概念图—课中提出具体任务，分解任务需求（构思）—搭建项目开发框架（设计）—使用知识点解决问题（实现）—调试完善程序功能（运行）—归纳总结知识点—细化概念图构建知识脉络”的方式进行。这种从小到大、循序渐进的螺旋式程序设计方式可以降低程序设计难度，有助于学员把握各章节知识之间的前后联系，自然而然地调动学员的学习积极性，树立学员自信心。
　　（2）综合系统提升阶段。本阶段是对前一阶段所学知识点的巩固提升过程。通过几个简单项目实践，学员已经掌握了基本知识点，同时也收获了满满的自信心和成就感，此时也愿意接受更高的挑战。在此基础上，教员给出综合性较强的新项目，更能提升学员的学习兴趣，激发探索欲望。
　　（3）开放项目创新阶段。本阶段项目集C语言知识应用、团队协作能力、工程思维能力、综合实践能力于一体[8]。开放项目设计要求紧跟新技术、新应用的发展，由教员精心挑选，也可以由学员和教员商讨决定，亦或者由学员提出一些感兴趣的课题，由教员审核，保证题目的科学性和可行性;选好题目后，组内进行任务分工，结合个人兴趣和特长认领任务。项目实施过程中，教员必须采取相应措施和手段，激发所有组员的集体荣誉感，充分调动组员的最大潜能;项目结束，通过提交报告、程序代码、设计说明报告和现场答辩的形式对项目进行验收。受课时限制，一般会将开放项目安排在课后完成。
　　3 教学过程设计
　　整个课堂教学活动实施前应该让学员明确教学目标和教学内容[9]。以基础能力培养阶段中级应用模块中的军械仓储物资管理系统项目为例，基于CDIO理念的兴趣启蒙式教学模式的教学目标和内容安排如表2所示。
　　（1）提出任务，分解需求。设计军械仓储物资管理系统，对仓储物资进行信息化管理，主要功能有：仓储物资日常登记和物资出入库管理。物资信息主要包含以下字段：名称、数量、单价、金额、规格型号、计量单位、出厂日期;最终在运行环境中显示输出结果时，需显示物资的全部属性。根据任务描述，小组进行探讨，每组结合给定功能对仓储物资管理系统进行功能建模。按照“自顶向下、逐步求精”的原则，将系统划分为：物资增加、编辑、列表显示、保存、删除、查询等子任务，每个子任务对应系统的一个子功能，每个子功能最终抽象为一个函数实现。
　　（2）搭建框架，组内分工。每组根据任务划分情况，利用已有知识结构和实践技能，搭建系统开发框架，探讨任务实施方案。由于组内成员的基础和认知水平不一，组长结合成员平时完成任务的情况，并考虑个人意愿完成组内成员的任务认领。难度稍大的任务，如编写函数实现物资的查询、编辑等，需交给基础好的学员完成;难度适中的任务，如结构体类型设计、编写函数实现物资显示等，可以分配给基础相对薄弱的学员。
　　（3）督促引导，讲授指导。对复杂的知识点，教员应有针对性地集中讲授。相对简单的知识点均通过自主学习加以掌握，适时进行个别指导。例如，“仓储物资的显示”任务可以分解为物资结构体类型的定义和引用、物资显示函数的定义和调用两个子任务，函数是已经学习过的内容，学员已经能很好地掌握，而在新任务中需要使用结构体数组作为函数参数，这一功能的实现相对复杂。因此，在函数定义这一任务完成的同时，教员要引导学员思考几个问题：①基本类型变量和基本类型数组分别作为函数参数有什么区别;②结构体变量和结构体数组分别作为函数参数的区别;③结构体数组和基本类型数组分别作为函数参数的区别。这些问题的解答可对后续程序设计发挥引导作用。
　　（4）解决问题，调试完善。学员通过课前自主学习，对知识点有一定程度的理解，结合掌握情况，对现有任务进行算法设计和数据结构定义，算法设计可以通过流程图、伪代码等形式展现。每个组最终版设计方案确定之前，组内成员要相互切磋交流，深入探究思路的可行性，反复补充、修正、完善算法。最后，算法用C语言程序实现，通过不断地测试和调试获得最终正确结果。
　　（5）归纳总结，细化概念图。学习成果集体展示阶段，每组选一名代表讲解，组内成员要轮流上台，保证每个人都有发言机会，同时也锻炼每个人的表达能力。教员对整个过程进行总结性评价，一是对项目中涉及的知识点进行总结性概括（可结合出现的问题进行），二是对各组任务完成情况、组内成员学习过程、任务实施过程中出现的问题及解决方案进行总结性评价。学员结合自身实际情况，首先要对教员的评价进行消化吸收，再进行组内互评、交流心得，并对自己的整个学习过程和学习方法进行综合归纳、反思评价。同时，将自主学习阶段构建的概念图进一步细化，从而形成完整的知识脉络。
　　（6）启发思考，巩固拓展。通过启发式思考预留课后作业，加深学员对课堂知识点的理解與巩固，作业如下：①利用指针对现有任务进行重构，如何实现？②如何实现物资按名称模糊查找并显示输出？③将查找结果用两种不同的排序算法进行排序，试比较两种算法的效率。附加作业：如果将文本文件转换成二进制文件，对其进行读写操作将如何实现？
　　4 课程考核方式
　　结合CDIO 评价标准，建立面向全过程的多元化课程考核形式，除期末考试外，将体现自主探究过程的课堂和课后表现、项目实践等纳入课程综合考评体系，合理设置权重系数。成绩采用百分制，每人每阶段的成绩应及时登记在课程实施情况记录表中以便于最后汇总统计[10]。多元化考核体系基本构成如表3所示。
　　5 教学效果分析
　　应用基于CDIO理念的计算机程序设计课程兴趣启蒙式教学模式后，2018级某专业大一学员计算机程序设计课程的综合考核成绩如图2所示。可以看出，25%的学员综合考核成绩达到了90分以上，92%的学员达到了70分以上，及格率为100%。 　　课程结束后对学员进行问卷调查，结果如图3所示。综合上述课程考核成绩和学员调查结果，充分证明了模式的有效性和可行性。
　　6 结语
　　在“聚焦实战化教学，推进信息化教学改革”的大趋势下，基于CDIO理念的计算机程序设计课程兴趣启蒙式教学模式，激发了学员学习兴趣，提高了其学习主动性，以及自主学习能力、问题解决能力、人际交往能力、团队合作能力，教学效果明显提升。教学实践结果证明，这种教学改革尝试非常成功，也给教员和学员带来了新的挑战。有些学员不太适应这种自主学习方式，时间观念淡薄、计划性不强，导致所在小组在规定时间内不能完成项目，在新的教学模式下，学员要明确学习目标，制定学习计划，避免这种完全自由学习模式导致的迷茫懒散;在该模式下，教员需要加大时间和精力投入，一要通过调研等形式了解学员任职能力需求，利用理论教学和岗位实际工作经验，尽可能地搜集恰当的贴近学员学习、生活以及未来任职岗位的应用项目，补充完善教学案例库;二要对每堂课的任务精心挑选，仔细斟酌，确保项目设计因材施教，难易程度适中;三要提高课堂驾驭能力。
　　参考文献：
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　　[6] 衷璐洁，吴敏华. 营造兴趣启蒙式学习氛围的编译原理授课设计[J]. 计算机教育，2016（7）：114-119.
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　　（责任编辑：孙 娟）
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