曾曉輝 文展 付琳

摘要：本文以CDIO工程教學(xué)模式為指導(dǎo)，針對編程類課程體系中目前的教學(xué)現(xiàn)狀，從幾個方面著手改革，結(jié)合學(xué)生的實際情況，提升課程教學(xué)的質(zhì)量，并重點著眼于實驗教學(xué)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(xiàn)方法及探索，以期望滿足工程類人才質(zhì)量的新要求。

關(guān)鍵詞：CDIO工程教學(xué)模式；教學(xué)質(zhì)量；實驗教學(xué)；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)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(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）四個環(huán)節(jié)移植到教學(xué)過程中，集中體現(xiàn)“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”（Project based education and learning）的教育本質(zhì)和“做中學(xué)”原則。然而，它并沒有一個適合各專業(yè)教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，僅僅提供的是一種方法論，引進(jìn)CDIO的專業(yè)必須根據(jù)專業(yè)不同來重新設(shè)計以順應(yīng)專業(yè)要求[1]。因此，我們的CDIO教學(xué)必須結(jié)合院校的實際情況及編程類基礎(chǔ)課程教學(xué)的特點，充分利用高校豐富的學(xué)科資源，以接近工程實際、涵蓋專業(yè)技能的團(tuán)隊綜合設(shè)計項目為載體，使學(xué)生逐漸掌握現(xiàn)代工程師的必備技能與素質(zhì)。

編程類課程是學(xué)生從事計算機(jī)學(xué)科的理論研究、軟件應(yīng)用開發(fā)、技術(shù)管理工作的理論基礎(chǔ)。目前，本學(xué)院通信專業(yè)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(jìn)行的，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往反映學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)比較吃力，而最終的教學(xué)效果及學(xué)生的編程實踐能力也差強(qiáng)人意。在CDIO工程化教育理念的指導(dǎo)下，我們的教學(xué)改革包括了四個方面主題[2]：一是以需求為導(dǎo)向的課程體系改革；二是提高教與學(xué)的質(zhì)量；三是提供更良好的上機(jī)實驗環(huán)境；四是完善評估體系，科學(xué)考查學(xué)生能力。

一、問卷調(diào)查體現(xiàn)需求

以《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計》課程為例，它是本校通信工程學(xué)院面向通信、微電子、電子等各專業(yè)學(xué)生開設(shè)的公共基礎(chǔ)必修課。每周4個學(xué)時的理論課，加2個學(xué)時的上機(jī)課程，共計10周。該課程包含了數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，如何在計算機(jī)中進(jìn)行表示、組織和處理，以及對應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、語言實現(xiàn)和算法性能分析等技術(shù)內(nèi)容。

為了了解學(xué)生在課程學(xué)習(xí)開始方面的狀況和意見等，筆者通過問卷在學(xué)期開始的第二周進(jìn)行了調(diào)查，共202份，有效問卷共191份，回收率100%，有效率94.5%?？偨Y(jié)問題大致如下：（1）約31%的學(xué)生認(rèn)為很重要，能掌握并且很感興趣，約45%的學(xué)生對C語言的學(xué)習(xí)能掌握，考試能過關(guān)，但是不感興趣，約19%的學(xué)生認(rèn)為考試能過關(guān)，但是認(rèn)為課程不重要，剩下的少部分學(xué)生認(rèn)為課程很難，無法理解和掌握知識。（2）在編程過程中，學(xué)生認(rèn)為最大的難點在于：能聽懂概念，能掌握例題，但是上機(jī)的實際能力較差，調(diào)試經(jīng)驗較少。因此，約60%的學(xué)生認(rèn)為課程重點難點應(yīng)該是上機(jī)編程的學(xué)習(xí)。（3）經(jīng)過兩周的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)，對課程產(chǎn)生濃厚興趣的學(xué)生約33%，認(rèn)為課程教學(xué)效果一般，想聽就聽的學(xué)生約36%，認(rèn)為學(xué)習(xí)課程主要就是應(yīng)付考試的學(xué)生約27%，剩下的少部分學(xué)生認(rèn)為課程無聊。（4）在課程的考核方面，學(xué)生的意見主要集中在“編程及理論均采用上機(jī)考核”和“上機(jī)編程考核加理論筆試考核”兩個大類，其中“上機(jī)編程考核加理論筆試考核”占42%，另一類則占39%，而傳統(tǒng)的理論筆試考核被大部分學(xué)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(xué)生主體情況的。

二、提高教與學(xué)的質(zhì)量

教師指導(dǎo)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(dǎo)的比例問題。我們在CDIO的教育理念下，需要把原編程類的學(xué)科化知識體系按“項目化和任務(wù)導(dǎo)向”理念重新進(jìn)行整合[3]，結(jié)合教學(xué)規(guī)范，轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)性工作任務(wù)或項目[4]，把知識的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為面向具體問題的解決訓(xùn)練，輸出可展示、可測量的學(xué)習(xí)成果[5]。

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

還應(yīng)該在以下兩個方面有所加強(qiáng)：（1）教師們要加強(qiáng)對學(xué)習(xí)和教學(xué)心理的研究，多花精力探討如何在課堂教學(xué)中應(yīng)用教育學(xué)的研究成果，并把已有的教育心理學(xué)成果應(yīng)該用到課堂教學(xué)中時；同時要充分考慮到本身編程類課堂教學(xué)的特殊性，尋找探討有效的實戰(zhàn)型教學(xué)方式來努力發(fā)展自己特色的教學(xué)理論。（2）教學(xué)大綱中教育改革創(chuàng)新和教育政策的制訂實施需要有嚴(yán)謹(jǐn)和充分的科學(xué)研究基礎(chǔ)，因為理論研究往往只關(guān)注某些方面的成果，片面的教育理論指導(dǎo)下的改革會造成嚴(yán)重的后果，比如：過分強(qiáng)調(diào)動手及實驗任務(wù)的成果，而忽略基礎(chǔ)理論知識的理解及掌握。

三、提倡教學(xué)與實驗相輔相長

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

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

四、成績分析

如前所述，學(xué)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(quán)重進(jìn)行計算。其中，平時成績由出勤、個人上機(jī)作業(yè)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(jìn)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(wù)。本研究在期末對4個班學(xué)生的各項成績進(jìn)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(tǒng)教學(xué)班），其結(jié)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(jìn)行的，可以看出無論理論測試、實驗操作還是總評成績的標(biāo)準(zhǔn)差都大于班級1和班級2。表明學(xué)生在幾個方面的表現(xiàn)都存在很大的兩極分化現(xiàn)象，運用CDIO理念組織《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計》課程對于教學(xué)學(xué)生的理論知識和傳統(tǒng)授課，有顯著的提高。

五、下一步改革評價體系

由于學(xué)生存在個體差異，未來的編程類課程的評價應(yīng)實現(xiàn)評價內(nèi)容的綜合化，更看重學(xué)生在項目進(jìn)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(nèi)容除了靜態(tài)關(guān)注項目任務(wù)完成結(jié)果外，還應(yīng)動態(tài)關(guān)注學(xué)生在過程中各方面能力的提高以及學(xué)習(xí)過程的評價[8]。從能力評價方面來說，按照CDIO培養(yǎng)學(xué)生工程能力的目標(biāo)，應(yīng)側(cè)重從實際編程能力、資料搜集處理能力、合作交流能力及創(chuàng)造性這幾方面來確定考核內(nèi)容[7]。從過程評價方面來說，則主要包括：學(xué)生的參與狀態(tài)即是否全體全身心地參與了學(xué)習(xí)或?qū)嶒炄^程；學(xué)生的交往狀態(tài)即師生、學(xué)生之間的信息交流和團(tuán)隊合作精神；學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)即是否敢于提出質(zhì)疑并動手驗證及實現(xiàn)；學(xué)生的學(xué)習(xí)生成狀態(tài)即是否能達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。所以，在保證評價科學(xué)性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個評價指標(biāo)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(xué)質(zhì)量進(jìn)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(xiàn)U4、團(tuán)隊合作U5}等5項。

●若確定權(quán)重向量W=（0.2，0.35，0.2，0.1，0.15），利用評判矩陣R和權(quán)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(jié)果。

●根據(jù)評價決策的需要，將學(xué)生的課程考核判定等級劃分為：“優(yōu)秀”、“良好”、“合格”、“未通過”，即V={v1，v2，v3，v4}。只有當(dāng)學(xué)生的決策因素均同時滿足4項中的v3以上，達(dá)到均衡考核目標(biāo)，才滿足課程教學(xué)目標(biāo)而結(jié)束課程。

希望從單純的“打分”或“劃分等級”轉(zhuǎn)向定性評價與定量評價相結(jié)合的多種方式，包括書面測評、觀測操作、任務(wù)答辯、學(xué)生自評等，從而實現(xiàn)一個模糊綜合的科學(xué)評價體系。

因此，教育工作者要加強(qiáng)新的CDIO理論建設(shè)，尤其要注重如何綜合各方觀點來取長補(bǔ)短；并結(jié)合我校學(xué)生實際的教育情況，同時要輔以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒▉碓u價和分析改革的實際成效，從而確保學(xué)生能受益于科學(xué)的教育改革創(chuàng)新。我們當(dāng)前的教育改革是嚴(yán)肅和敏感的步驟，未來的探索教育規(guī)律更是一個漫長又未知的過程。

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