CDIO模式運(yùn)用于《Windows應(yīng)用設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)方法探討

陳海珠 鄭 卉

(重慶電子工程職業(yè)學(xué)院軟件學(xué)院 重慶 401331)

0 前言

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。自2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國(guó)研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會(huì)近2000萬(wàn)美元巨額資助，經(jīng)過(guò)四年的探索創(chuàng)立了CDIO工程教育理念。CDIO分別代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。CDIO以完整的項(xiàng)目研發(fā)為載體，系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)、創(chuàng)新思考能力、職業(yè)能力和態(tài)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。

CDIO具體目標(biāo)就是為工程教育創(chuàng)造出一個(gè)合理的、完整的、通用的、可概括的教學(xué)目標(biāo)，重點(diǎn)將個(gè)人的、社會(huì)的和系統(tǒng)的制造技術(shù)和基本原理相結(jié)合，使之適合工程學(xué)的所有領(lǐng)域。大綱的最大價(jià)值就是其基本原理簡(jiǎn)單，有很強(qiáng)的可操作性和廣泛的適應(yīng)性等特征，而且可被任何工程教育項(xiàng)目所采用。CDIO的應(yīng)用將有助于工程教育課程的設(shè)置及教育方法的研究，而且還可以推動(dòng)考核標(biāo)準(zhǔn)的制定，為我們現(xiàn)行的高等工科教育提供一定的借鑒。CDIO大綱上說(shuō)明，主要分為三個(gè)大塊：技術(shù)知識(shí)與推理、個(gè)人與職業(yè)的技能和人際技能。CDIO大綱的內(nèi)容可以概述為培養(yǎng)工程師的工程，明確了工程師的培養(yǎng)目標(biāo)是為了人類(lèi)生活的美好而制造出更多方便于大眾的產(chǎn)品和系統(tǒng)。據(jù)此，大綱要求工程院系的畢業(yè)生要能掌握工程原理，能致力于工程產(chǎn)品的改進(jìn)，能夠發(fā)展成為一個(gè)適應(yīng)現(xiàn)代化工程需要的合格工程師。

CDIO的理念提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實(shí)施指導(dǎo)、完整的實(shí)施過(guò)程和嚴(yán)格的結(jié)果檢驗(yàn)的12條標(biāo)準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的可操作性。在CDIO的12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，有7項(xiàng)體現(xiàn)了CDIO方法論區(qū)別于其它教育改革計(jì)劃的基本特點(diǎn)，它們最為關(guān)鍵，而另5項(xiàng)則為補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)。

本文就CDIO中與具體課程教學(xué)相關(guān)的幾項(xiàng)，通過(guò)過(guò)程觀察法，來(lái)進(jìn)行課程教學(xué)方法的探討。

1 CDIO在課堂教學(xué)中的運(yùn)用

將CDIO的理念運(yùn)用到軟件開(kāi)發(fā)的人才培養(yǎng)，可以幫助我們明確人才培養(yǎng)的目標(biāo)，并對(duì)整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程提供了理論依據(jù)，并且目前已有許多高校成功實(shí)施的范例可供學(xué)習(xí)，培養(yǎng)出能夠適應(yīng)我國(guó)信息化發(fā)展的軟件開(kāi)發(fā)工程師。

新加坡理工學(xué)院基于CDIO模式對(duì)項(xiàng)目教學(xué)進(jìn)行改革，以項(xiàng)目為主線，把應(yīng)達(dá)到的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)融入到項(xiàng)目教學(xué)中。其項(xiàng)目分為三級(jí)，一級(jí)以介紹本專(zhuān)業(yè)核心內(nèi)容、調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣為主，二級(jí)旨在加強(qiáng)核心課程的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，三級(jí)為單門(mén)課程內(nèi)為增強(qiáng)該課程能力與理解而設(shè)。

汕頭大學(xué)在CDIO的基礎(chǔ)上提出了EIP-CDIO，即是一種以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的工程教育模式。通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)將整個(gè)課程體系有機(jī)而系統(tǒng)地結(jié)合起來(lái)。其特點(diǎn)是：所有需要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容都圍繞項(xiàng)目設(shè)計(jì)為核心，形成有機(jī)的整體。通過(guò)導(dǎo)論性的基礎(chǔ)課程，從開(kāi)始階段就將工程實(shí)踐引導(dǎo)入門(mén)，在教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)實(shí)踐中圍繞項(xiàng)目設(shè)計(jì)將相關(guān)課程有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)貫穿專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)全過(guò)程的CDIO項(xiàng)目，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)直接體驗(yàn)高級(jí)設(shè)計(jì)過(guò)程，在知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用之間形成良性互動(dòng)。

清華大學(xué)結(jié)合CDIO理念，進(jìn)行了創(chuàng)新性工程教育的探索。通過(guò)對(duì)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法》和《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理》兩門(mén)課程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提煉出一個(gè)以科系整體為單位進(jìn)行考量的知識(shí)傳播和創(chuàng)造模式。其模式分為三層：首先，根據(jù)相關(guān)理念來(lái)構(gòu)思教學(xué)大綱并確定學(xué)生分組規(guī)則；其次，使用開(kāi)發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)工具，加強(qiáng)師生互動(dòng)學(xué)習(xí)；最后，課程環(huán)境演化為知識(shí)交換市場(chǎng)，分享學(xué)生的共同學(xué)習(xí)成果，并展示設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性。

2 CDIO運(yùn)用于《Windows應(yīng)用設(shè)計(jì)》課程

《Windows應(yīng)用設(shè)計(jì)》課程是軟件技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課程，對(duì)軟件開(kāi)發(fā)工程師的培養(yǎng)具有十分重要的意義，本課主要使用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)Windows應(yīng)用程序，即要求學(xué)生熟練地掌握系統(tǒng)所提供的控件的使用方法，開(kāi)發(fā)窗體應(yīng)用程序，并能根據(jù)實(shí)際要求開(kāi)發(fā)自定義控件和組件。

傳統(tǒng)的課程教學(xué)過(guò)程一般采用以下幾個(gè)步驟：（1）課堂講授理論；（2）實(shí)驗(yàn)課程驗(yàn)證程序；（3）課后布置簡(jiǎn)單習(xí)題，加強(qiáng)練習(xí)；（4）期末紙質(zhì)試卷統(tǒng)一考核。傳統(tǒng)課程的教學(xué)優(yōu)點(diǎn)在于：符合學(xué)生一貫學(xué)習(xí)的習(xí)慣，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程駕輕就熟；其缺點(diǎn)在于：并不能培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，學(xué)生不能清楚的領(lǐng)會(huì)該門(mén)課程在整個(gè)課程學(xué)習(xí)中的地位，知識(shí)點(diǎn)間相互割裂，課程間不能有機(jī)聯(lián)系，不能理解工程項(xiàng)目的過(guò)程，最直接的體現(xiàn)是不能將該門(mén)課程中學(xué)習(xí)的技能應(yīng)用靈活的運(yùn)用到解決實(shí)際問(wèn)題中。

為解決這個(gè)問(wèn)題，我們將CDIO模式應(yīng)用于《Windows應(yīng)用設(shè)計(jì)》這門(mén)課程的教學(xué)活動(dòng)，在整個(gè)課堂設(shè)計(jì)中，我們以12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，進(jìn)行了如下實(shí)踐。

首先，明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)，突出學(xué)習(xí)重點(diǎn)，培養(yǎng)面向?qū)ο缶幊痰乃季S方式。該門(mén)課程不同于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言這樣的基礎(chǔ)語(yǔ)言課程，其重點(diǎn)并不在基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)的三大結(jié)構(gòu)（順序、選擇和循環(huán)），和掌握理解面向?qū)ο缶幊痰母拍詈退季S方式，明確了這一點(diǎn)，在課程的教學(xué)之初，首先要強(qiáng)調(diào)類(lèi)的概念，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生之前學(xué)習(xí)到的內(nèi)容，讓學(xué)生試著用面向?qū)ο蟮乃季S去考慮問(wèn)題，解決問(wèn)題。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們使用了“角色扮演”的方法。具體做法是這樣的，首先由學(xué)生自由組隊(duì)（最多三人一組），成立虛擬的工作室，并選出相應(yīng)的“組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)人”等角色，然后進(jìn)行調(diào)研，選擇想要開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，此時(shí)教師根據(jù)學(xué)生選擇的項(xiàng)目，扮演“用戶”，提出軟件需求，并協(xié)助學(xué)生完成功能設(shè)計(jì)。整個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)周報(bào)制，即一周一報(bào)，內(nèi)容包含組員的一周工作目標(biāo)和工作任務(wù)完成情況，并由組長(zhǎng)簽字確認(rèn)周報(bào)的有效性。

其次，體現(xiàn)“設(shè)計(jì)”，具備了面向?qū)ο缶幊痰乃季S方式后，應(yīng)該通過(guò)一些工具，簡(jiǎn)單的如紙、筆，復(fù)雜一點(diǎn)的如一些軟件工具VISIO等，讓學(xué)生將設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的問(wèn)題盡可能實(shí)例出來(lái)，例如用例圖、時(shí)序圖、系統(tǒng)類(lèi)等畫(huà)出來(lái)，在這個(gè)過(guò)程中，將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中理解較為困難的一部分用圖形化的方法呈現(xiàn)，而傳統(tǒng)教育，通常將該課程和VISIO、UML等相關(guān)課程完全割裂開(kāi)來(lái)，采用CDIO模式，將課程有機(jī)融合，做到“你中有我，我中有你”。而實(shí)踐也證明了，這樣融合的教學(xué)方式，在有限課堂中給學(xué)生傳遞了比較大的信息量，但由于課程的互補(bǔ)，在其他相關(guān)課程上，學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力明顯減小，而且也能夠自然地理解課程間的相關(guān)性。

再次，重點(diǎn)“實(shí)現(xiàn)”。有了前兩個(gè)過(guò)程的鋪墊，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣已經(jīng)被提升，迫不及待地想將自己的項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)，此時(shí)再介紹具體的實(shí)現(xiàn)方法，無(wú)疑是“雪中送炭”，學(xué)生興趣高昂，且有具體的項(xiàng)目作為依托，變傳統(tǒng)的灌輸為自動(dòng)的“我要學(xué)”，課堂中集中介紹實(shí)現(xiàn)方法，課后學(xué)生主動(dòng)上網(wǎng)、去圖書(shū)館、查論文解決自己項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題。例如：傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中的“文件讀寫(xiě)”內(nèi)容一般在比較靠后介紹，介紹過(guò)程也是舉一些簡(jiǎn)單讀寫(xiě)的例子，學(xué)生學(xué)習(xí)效果并不好，在CDIO模式下，學(xué)生的項(xiàng)目中一般都會(huì)希望將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，此時(shí)介紹“文件讀寫(xiě)”的時(shí)間提前，且學(xué)生活學(xué)活用，運(yùn)用到了自己的項(xiàng)目中。在這個(gè)階段中，要對(duì)學(xué)生的階段性代碼提出修改意見(jiàn)，例如：出現(xiàn)了大量的類(lèi)似代碼時(shí)，再帶領(lǐng)學(xué)生回顧“封裝”概念，出現(xiàn)代碼的復(fù)用時(shí)，集中回顧“繼承”概念，再延伸出“多態(tài)”概念，并要求學(xué)生運(yùn)用解決問(wèn)題。

最后，進(jìn)入運(yùn)作階段。經(jīng)過(guò)了前一階段的實(shí)現(xiàn)，大部分的學(xué)生項(xiàng)目還處于“閉門(mén)造車(chē)”階段，這個(gè)時(shí)候，給學(xué)生提供一個(gè)集中展示的機(jī)會(huì)，也是一個(gè)交流的機(jī)會(huì)，將學(xué)生們寫(xiě)的代碼展現(xiàn)在他們自己的面前，通過(guò)對(duì)比找差距、找問(wèn)題，并要求學(xué)生對(duì)代碼進(jìn)行再優(yōu)化。此時(shí)，整個(gè)過(guò)程的文檔化材料也已經(jīng)形成，考核有了依據(jù)和資料，同時(shí)學(xué)生通過(guò)文檔的回顧，總結(jié)整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，為后期課程中項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供了第一手的學(xué)習(xí)資料。

3 結(jié)束語(yǔ)

CDIO模式下的Windows應(yīng)用設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法的改革實(shí)踐，通過(guò)系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實(shí)施指導(dǎo)、完整的實(shí)施過(guò)程和嚴(yán)格的結(jié)果檢驗(yàn)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性增加，學(xué)習(xí)態(tài)度也有了比較大的改觀，對(duì)比傳統(tǒng)的教學(xué)，取得了比較好的教學(xué)效果。

[1]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式.高等工程教育研究.2008.3: 1-6

[2]陳文杰，任立軍等.新加坡理工學(xué)院基于CDIO模式的項(xiàng)目教學(xué)改革.職業(yè)技術(shù)教育.2009, 35: 91-93

[3]顧佩華，沈民奮等.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索.高等工程教育研究.2008, 1: 12-20

[4]顧學(xué)雍.聯(lián)結(jié)理論與實(shí)踐的CDIO——清華大學(xué)創(chuàng)新性工程教育的探索.高等工程教育研究.2009, 1: 11-23