CDIO教學(xué)模式在編程類課程中的改革與評(píng)價(jià)探索

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(duì)編程類課程體系中目前的教學(xué)現(xiàn)狀，從幾個(gè)方面著手改革，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，提升課程教學(xué)的質(zhì)量，并重點(diǎn)著眼于實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)；考核方式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate）四個(gè)環(huán)節(jié)移植到教學(xué)過(guò)程中，集中體現(xiàn)“基于項(xiàng)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(méi)有一個(gè)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(lái)重新設(shè)計(jì)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(shí)際情況及編程類基礎(chǔ)課程教學(xué)的特點(diǎn)，充分利用高校豐富的學(xué)科資源，以接近工程實(shí)際、涵蓋專業(yè)技能的團(tuán)隊(duì)綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)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(jì)算機(jī)學(xué)科的理論研究、軟件應(yīng)用開(kāi)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(shí)驗(yàn)課程來(lái)進(jìn)行的，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)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(shí)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(gè)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(shí)驗(yàn)環(huán)境；四是完善評(píng)估體系，科學(xué)考查學(xué)生能力。

一、問(wèn)卷調(diào)查體現(xiàn)需求

以《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》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(kāi)設(shè)的公共基礎(chǔ)必修課。每周4個(gè)學(xué)時(shí)的理論課，加2個(gè)學(xué)時(shí)的上機(jī)課程，共計(jì)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(jì)算機(jī)中進(jìn)行表示、組織和處理，以及對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、語(yǔ)言實(shí)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(kāi)始方面的狀況和意見(jiàn)等，筆者通過(guò)問(wèn)卷在學(xué)期開(kāi)始的第二周進(jìn)行了調(diào)查，共202份，有效問(wèn)卷共191份，回收率100%，有效率94.5%。總結(jié)問(wèn)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(duì)C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)能掌握，考試能過(guò)關(guān)，但是不感興趣，約19%的學(xué)生認(rèn)為考試能過(guò)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(wú)法理解和掌握知識(shí)。（2）在編程過(guò)程中，學(xué)生認(rèn)為最大的難點(diǎn)在于：能聽(tīng)懂概念，能掌握例題，但是上機(jī)的實(shí)際能力較差，調(diào)試經(jīng)驗(yàn)較少。因此，約60%的學(xué)生認(rèn)為課程重點(diǎn)難點(diǎn)應(yīng)該是上機(jī)編程的學(xué)習(xí)。（3）經(jīng)過(guò)兩周的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)，對(duì)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(tīng)就聽(tīng)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(wú)聊。（4）在課程的考核方面，學(xué)生的意見(jiàn)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(gè)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(duì)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(shí)，在此我們不再探討教師指導(dǎo)的比例問(wèn)題。我們?cè)贑DIO的教育理念下，需要把原編程類的學(xué)科化知識(shí)體系按“項(xiàng)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(xiàng)目[4]，把知識(shí)的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為面向具體問(wèn)題的解決訓(xùn)練，輸出可展示、可測(cè)量的學(xué)習(xí)成果[5]。

因此，我們旨在通過(guò)分層教學(xué)法實(shí)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(yàn)證型）、較高任務(wù)（設(shè)計(jì)型）、終極任務(wù)（綜合型）三個(gè)層次。課堂教學(xué)設(shè)計(jì)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(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生合作完成，并自己尋求完成方法。課堂上教師會(huì)給出啟發(fā)學(xué)生解決問(wèn)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(gè)方面有所加強(qiáng)：（1）教師們要加強(qiáng)對(duì)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(shí)；同時(shí)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(shí)戰(zhàn)型教學(xué)方式來(lái)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(shí)施需要有嚴(yán)謹(jǐn)和充分的科學(xué)研究基礎(chǔ)，因?yàn)槔碚撗芯客魂P(guān)注某些方面的成果，片面的教育理論指導(dǎo)下的改革會(huì)造成嚴(yán)重的后果，比如：過(guò)分強(qiáng)調(diào)動(dòng)手及實(shí)驗(yàn)任務(wù)的成果，而忽略基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解及掌握。

三、提倡教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相輔相長(zhǎng)

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。可以讓學(xué)生自己或者由教師選擇一個(gè)微型實(shí)驗(yàn)，從選題依據(jù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、數(shù)據(jù)分析到最終結(jié)論，要求學(xué)生通過(guò)小組合作，完成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。由于合作學(xué)習(xí)被人們譽(yù)為“最重要和最成功的教學(xué)改革”[6]，發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用這樣的教學(xué)方式來(lái)引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的過(guò)程。在小組合作過(guò)程中，學(xué)生可以充分體驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程，使參與面達(dá)到最大化，從而加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解[7]。最后，讓每個(gè)合作小組派出學(xué)生代表，以PPT的形式宣講自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，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(shí)驗(yàn)方案。其中，改革前后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及項(xiàng)目設(shè)置對(duì)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(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師通過(guò)對(duì)報(bào)告的檢查，及時(shí)指導(dǎo)結(jié)論中的問(wèn)題和疑點(diǎn)。通過(guò)這些步驟，讓學(xué)生既掌握了理論知識(shí)，又能在實(shí)踐中合理鍛煉和充分表達(dá)，必然會(huì)取得良好的教學(xué)效果。

四、成績(jī)分析

如前所述，學(xué)生成績(jī)的考核改變了以往紙筆測(cè)試單一的測(cè)試方式，最終的總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩個(gè)部分組成。平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)均采用百分制，最終按相等的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。其中，平時(shí)成績(jī)由出勤、個(gè)人上機(jī)作業(yè)和小組匯報(bào)三個(gè)部分組成，期末考試則包括理論測(cè)試和實(shí)驗(yàn)操作兩個(gè)部分。理論測(cè)試部分采用試卷的形式進(jìn)行測(cè)試，所有測(cè)試部分的題目抽自課后題庫(kù)；實(shí)驗(yàn)操作部分按實(shí)驗(yàn)要求臨時(shí)抽題，完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。本研究在期末對(duì)4個(gè)班學(xué)生的各項(xiàng)成績(jī)進(jìn)行了對(duì)比分析（班級(jí)1和2為改革實(shí)驗(yàn)班，班級(jí)3和4為傳統(tǒng)教學(xué)班），其結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2看出，其中班級(jí)3和4是未完全按照改革的實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行的，可以看出無(wú)論理論測(cè)試、實(shí)驗(yàn)操作還是總評(píng)成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)差都大于班級(jí)1和班級(jí)2。表明學(xué)生在幾個(gè)方面的表現(xiàn)都存在很大的兩極分化現(xiàn)象，運(yùn)用CDIO理念組織《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》課程對(duì)于教學(xué)學(xué)生的理論知識(shí)和傳統(tǒng)授課，有顯著的提高。

五、下一步改革評(píng)價(jià)體系

由于學(xué)生存在個(gè)體差異，未來(lái)的編程類課程的評(píng)價(jià)應(yīng)實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容的綜合化，更看重學(xué)生在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，各方面的知識(shí)和技能在已有水平上的成長(zhǎng)。因此，評(píng)價(jià)內(nèi)容除了靜態(tài)關(guān)注項(xiàng)目任務(wù)完成結(jié)果外，還應(yīng)動(dòng)態(tài)關(guān)注學(xué)生在過(guò)程中各方面能力的提高以及學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)[8]。從能力評(píng)價(jià)方面來(lái)說(shuō)，按照CDIO培養(yǎng)學(xué)生工程能力的目標(biāo)，應(yīng)側(cè)重從實(shí)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(lái)確定考核內(nèi)容[7]。從過(guò)程評(píng)價(jià)方面來(lái)說(shuō)，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?yàn)全過(guò)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(duì)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(dòng)手驗(yàn)證及實(shí)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(píng)價(jià)科學(xué)性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系簡(jiǎn)單明了，評(píng)價(jià)方案切實(shí)可行的模糊綜合評(píng)價(jià)法模型，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行多角度的考核評(píng)估。

●該體系首先包括建立一個(gè)因素集合U：{日常參與U1、編程能力U2、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及討論U3、課堂表現(xiàn)U4、團(tuán)隊(duì)合作U5}等5項(xiàng)。

●若確定權(quán)重向量W=（0.2，0.35，0.2，0.1，0.15），利用評(píng)判矩陣R和權(quán)重向量W，求出模糊綜合評(píng)定向量B=W？莓R。之后，將該向量計(jì)算得到一個(gè)歸一化的結(jié)果。

●根據(jù)評(píng)價(jià)決策的需要，將學(xué)生的課程考核判定等級(jí)劃分為：“優(yōu)秀”、“良好”、“合格”、“未通過(guò)”，即V={v1，v2，v3，v4}。只有當(dāng)學(xué)生的決策因素均同時(shí)滿足4項(xiàng)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(jí)”轉(zhuǎn)向定性評(píng)價(jià)與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的多種方式，包括書面測(cè)評(píng)、觀測(cè)操作、任務(wù)答辯、學(xué)生自評(píng)等，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)模糊綜合的科學(xué)評(píng)價(jià)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(diǎn)來(lái)取長(zhǎng)補(bǔ)短；并結(jié)合我校學(xué)生實(shí)際的教育情況，同時(shí)要輔以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒▉?lái)評(píng)價(jià)和分析改革的實(shí)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(lái)的探索教育規(guī)律更是一個(gè)漫長(zhǎng)又未知的過(guò)程。

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