CDIO教學模式在編程類課程中的改革與評價探索

曾曉輝 文展 付琳

摘要：本文以CDIO工程教學模式為指導，針對編程類課程體系中目前的教學現狀，從幾個方面著手改革，結合學生的實際情況，提升課程教學的質量，并重點著眼于實驗教學改革和考核方式等方面，提出了編程類課程體系改革的一些實現方法及探索，以期望滿足工程類人才質量的新要求。

關鍵詞：CDIO工程教學模式；教學質量；實驗教學；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）31-0123-03

新型的工程化教育理念CDIO，即將構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）四個環節移植到教學過程中，集中體現“基于項目的教育和學習”（Project based education and learning）的教育本質和“做中學”原則。然而，它并沒有一個適合各專業教學的標準，僅僅提供的是一種方法論，引進CDIO的專業必須根據專業不同來重新設計以順應專業要求[1]。因此，我們的CDIO教學必須結合院校的實際情況及編程類基礎課程教學的特點，充分利用高校豐富的學科資源，以接近工程實際、涵蓋專業技能的團隊綜合設計項目為載體，使學生逐漸掌握現代工程師的必備技能與素質。

編程類課程是學生從事計算機學科的理論研究、軟件應用開發、技術管理工作的理論基礎。目前，本學院通信專業的編程類課程基本上都是以大量的理論課程再輔以少部分的實驗課程來進行的，學生在學習過程中往往反映學習理論基礎比較吃力，而最終的教學效果及學生的編程實踐能力也差強人意。在CDIO工程化教育理念的指導下，我們的教學改革包括了四個方面主題[2]：一是以需求為導向的課程體系改革；二是提高教與學的質量；三是提供更良好的上機實驗環境；四是完善評估體系，科學考查學生能力。

一、問卷調查體現需求

以《數據結構與算法設計》課程為例，它是本校通信工程學院面向通信、微電子、電子等各專業學生開設的公共基礎必修課。每周4個學時的理論課，加2個學時的上機課程，共計10周。該課程包含了數據與數據之間的關系，如何在計算機中進行表示、組織和處理，以及對應結構設計、語言實現和算法性能分析等技術內容。

為了了解學生在課程學習開始方面的狀況和意見等，筆者通過問卷在學期開始的第二周進行了調查，共202份，有效問卷共191份，回收率100%，有效率94.5%?？偨Y問題大致如下：（1）約31%的學生認為很重要，能掌握并且很感興趣，約45%的學生對C語言的學習能掌握，考試能過關，但是不感興趣，約19%的學生認為考試能過關，但是認為課程不重要，剩下的少部分學生認為課程很難，無法理解和掌握知識。（2）在編程過程中，學生認為最大的難點在于：能聽懂概念，能掌握例題，但是上機的實際能力較差，調試經驗較少。因此，約60%的學生認為課程重點難點應該是上機編程的學習。（3）經過兩周的數據結構課程學習，對課程產生濃厚興趣的學生約33%，認為課程教學效果一般，想聽就聽的學生約36%，認為學習課程主要就是應付考試的學生約27%，剩下的少部分學生認為課程無聊。（4）在課程的考核方面，學生的意見主要集中在“編程及理論均采用上機考核”和“上機編程考核加理論筆試考核”兩個大類，其中“上機編程考核加理論筆試考核”占42%，另一類則占39%，而傳統的理論筆試考核被大部分學生所詬病，僅占19%。因此，我們對課程的改革考試方式也是非常必要且符合學生主體情況的。

二、提高教與學的質量

教師指導的重要性是教育工作者的共識，在此我們不再探討教師指導的比例問題。我們在CDIO的教育理念下，需要把原編程類的學科化知識體系按“項目化和任務導向”理念重新進行整合[3]，結合教學規范，轉化為學習性工作任務或項目[4]，把知識的被動學習轉化為面向具體問題的解決訓練，輸出可展示、可測量的學習成果[5]。

因此，我們旨在通過分層教學法實現因材施教，根據學生的情況準備基礎任務（驗證型）、較高任務（設計型）、終極任務（綜合型）三個層次。課堂教學設計照顧到絕大多數學生水平；基本教學任務完成后，給先完成的學生提出進一步的課堂要求；在教學過程中鼓勵學生合作完成，并自己尋求完成方法。課堂上教師會給出啟發學生解決問題的不同思路，讓學生自己嘗試解決，從而鍛煉學生克服困難的意志和進取的決心。

還應該在以下兩個方面有所加強：（1）教師們要加強對學習和教學心理的研究，多花精力探討如何在課堂教學中應用教育學的研究成果，并把已有的教育心理學成果應該用到課堂教學中時；同時要充分考慮到本身編程類課堂教學的特殊性，尋找探討有效的實戰型教學方式來努力發展自己特色的教學理論。（2）教學大綱中教育改革創新和教育政策的制訂實施需要有嚴謹和充分的科學研究基礎，因為理論研究往往只關注某些方面的成果，片面的教育理論指導下的改革會造成嚴重的后果，比如：過分強調動手及實驗任務的成果，而忽略基礎理論知識的理解及掌握。

三、提倡教學與實驗相輔相長

要讓學生積極參與課堂，即要充分理解課堂內容，因此學生參與課堂環境應該在課程主要內容講完后進行?？梢宰寣W生自己或者由教師選擇一個微型實驗，從選題依據、實驗設計、實驗實施、數據分析到最終結論，要求學生通過小組合作，完成一個完整的實驗過程。由于合作學習被人們譽為“最重要和最成功的教學改革”[6]，發達國家普遍采用這樣的教學方式來引導學生參與學習的過程。在小組合作過程中，學生可以充分體驗學習過程，使參與面達到最大化，從而加深學生對所學知識的理解[7]。最后，讓每個合作小組派出學生代表，以PPT的形式宣講自己的實驗設計，讓同學和老師提建議，一方面鍛煉學生的科學表述能力，另一方面可根據大家的建議進一步完善實驗方案。其中，改革前后的實驗內容及項目設置對比如下：

最后，要求學生形成一份完整的數據分析和實驗報告，教師通過對報告的檢查，及時指導結論中的問題和疑點。通過這些步驟，讓學生既掌握了理論知識，又能在實踐中合理鍛煉和充分表達，必然會取得良好的教學效果。

四、成績分析

如前所述，學生成績的考核改變了以往紙筆測試單一的測試方式，最終的總評成績由平時成績和期末成績兩個部分組成。平時成績和期末成績均采用百分制，最終按相等的權重進行計算。其中，平時成績由出勤、個人上機作業和小組匯報三個部分組成，期末考試則包括理論測試和實驗操作兩個部分。理論測試部分采用試卷的形式進行測試，所有測試部分的題目抽自課后題庫；實驗操作部分按實驗要求臨時抽題，完成實驗任務。本研究在期末對4個班學生的各項成績進行了對比分析（班級1和2為改革實驗班，班級3和4為傳統教學班），其結果見表2。

從表2看出，其中班級3和4是未完全按照改革的實驗題目進行的，可以看出無論理論測試、實驗操作還是總評成績的標準差都大于班級1和班級2。表明學生在幾個方面的表現都存在很大的兩極分化現象，運用CDIO理念組織《數據結構與算法設計》課程對于教學學生的理論知識和傳統授課，有顯著的提高。

五、下一步改革評價體系

由于學生存在個體差異，未來的編程類課程的評價應實現評價內容的綜合化，更看重學生在項目進行過程中，各方面的知識和技能在已有水平上的成長。因此，評價內容除了靜態關注項目任務完成結果外，還應動態關注學生在過程中各方面能力的提高以及學習過程的評價[8]。從能力評價方面來說，按照CDIO培養學生工程能力的目標，應側重從實際編程能力、資料搜集處理能力、合作交流能力及創造性這幾方面來確定考核內容[7]。從過程評價方面來說，則主要包括：學生的參與狀態即是否全體全身心地參與了學習或實驗全過程；學生的交往狀態即師生、學生之間的信息交流和團隊合作精神；學生的學習狀態即是否敢于提出質疑并動手驗證及實現；學生的學習生成狀態即是否能達到學習目標。所以，在保證評價科學性的基礎上，構建一個評價指標體系簡單明了，評價方案切實可行的模糊綜合評價法模型，對實驗教學質量進行多角度的考核評估。

●該體系首先包括建立一個因素集合U：{日常參與U1、編程能力U2、實驗報告及討論U3、課堂表現U4、團隊合作U5}等5項。

●若確定權重向量W=（0.2，0.35，0.2，0.1，0.15），利用評判矩陣R和權重向量W，求出模糊綜合評定向量B=W？莓R。之后，將該向量計算得到一個歸一化的結果。

●根據評價決策的需要，將學生的課程考核判定等級劃分為：“優秀”、“良好”、“合格”、“未通過”，即V={v1，v2，v3，v4}。只有當學生的決策因素均同時滿足4項中的v3以上，達到均衡考核目標，才滿足課程教學目標而結束課程。

希望從單純的“打分”或“劃分等級”轉向定性評價與定量評價相結合的多種方式，包括書面測評、觀測操作、任務答辯、學生自評等，從而實現一個模糊綜合的科學評價體系。

因此，教育工作者要加強新的CDIO理論建設，尤其要注重如何綜合各方觀點來取長補短；并結合我校學生實際的教育情況，同時要輔以科學嚴謹的方法來評價和分析改革的實際成效，從而確保學生能受益于科學的教育改革創新。我們當前的教育改革是嚴肅和敏感的步驟，未來的探索教育規律更是一個漫長又未知的過程。

參考文獻：

[1]李曼麗.用歷史解讀CDIO及其應用前景[J].清華大學教育研究，2008，29（5）：78-87.

[2]曾曉輝，文展，付琳.CDIO模式下的數據結構教學體系探索[J].計算機教育，2015，（2）.

[3]郭建鵬.基礎教育課程改革理念的反思與建構——基于學習心理學的視角[J].教育科學，2015，31（4）：36-40.

[4]吳文利，李茜妹.高職院校計算機基礎課教學的探討[J].教育理論與實踐，2006，（20）：58-59.

[5]魯立，劉楨.對高職院校計算機基礎課程教學改革的探討[J].教育與職業，2015，（9）：92-94.

[6]邱德雄，謝武紀.“學”為中心：高校課程實踐變革的核心要義——以課程項目化實踐為例[J].大學教育科學，2015，1（1）：48-53.

[7]王麗芬，胡曉紅，張景峰.以培養職業能力為核心的信息技術基礎課程教學改革[J].教育與職業，2015，（36）：136-137.

[8]王改霞.CDIO理念在高職院?！队嬎銠C應用基礎》課程教學中的應用研究[D].陜西師范大學，2013.