融入CDIO理念的《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》實(shí)踐課程改革探索

童端

摘 要：隨著微課、翻轉(zhuǎn)課堂等本科教學(xué)改革的不斷深入和人才培養(yǎng)目標(biāo)的不斷提高，傳統(tǒng)的課程教學(xué)弊端日益顯著。通過分析傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的問題，融入CDIO教育理念，提出新型教學(xué)模式下的幾種提高學(xué)生實(shí)踐能力的方法，探索通過引入創(chuàng)新性和個(gè)性化的教學(xué)模式，提高學(xué)生自己動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ);課程改革;CDIO教育理念;多元化考核

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.28.073

1 前言

《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是一門重要的計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課程，教學(xué)內(nèi)容包括了程序設(shè)計(jì)語言語法基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想，不僅需要學(xué)生掌握語法規(guī)則，更要學(xué)會(huì)用程序解決實(shí)際問題的思維方法。如何在有限的課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生系統(tǒng)的掌握該課程的基本原理進(jìn)而提高學(xué)生解決問題的能力，是這門課程一個(gè)主要目標(biāo)和挑戰(zhàn)。為了讓學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生興趣并能主動(dòng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題，本文探討了通過融入CDIO教育理念的實(shí)踐課程改革方法。

2 傳統(tǒng)課程模式存在的問題探索

2.1 被動(dòng)填鴨式的理論教學(xué)的弊端

《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程要求學(xué)生的動(dòng)手能力較強(qiáng)。傳統(tǒng)的課堂根據(jù)課本內(nèi)容從C語言的語法、語句書寫、模塊化程序設(shè)計(jì)思想著手，教給學(xué)生編寫一些簡(jiǎn)單程序來解決一些常見的數(shù)學(xué)或物理問題。根據(jù)學(xué)生的反饋情況，這種教學(xué)模式會(huì)使得課堂氛圍比較沉悶，教師為了完成教學(xué)大綱的任務(wù)，急于填鴨式灌輸，導(dǎo)致互動(dòng)太少。大部分學(xué)生雖然能掌握課程的語法知識(shí)，但并不能靈活運(yùn)用。

2.2 與企業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上是教材實(shí)例或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書中的題目，沒有來源于實(shí)際市場(chǎng)，這就導(dǎo)致上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與企業(yè)實(shí)際需求相脫節(jié)的情況比較突出，學(xué)生按部就班的做實(shí)驗(yàn)，缺乏主動(dòng)思考的能力和創(chuàng)新性。而且實(shí)驗(yàn)的形式也比較單一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)枯燥。當(dāng)實(shí)驗(yàn)程序出了語法語義問題時(shí)，學(xué)生容易被動(dòng)的對(duì)照原始程序進(jìn)行檢查，而不是主動(dòng)思考的本身。部分學(xué)生雖然知道程序調(diào)試的常用方法，但是他們不愿意主動(dòng)使用工具去查找出錯(cuò)原因，導(dǎo)致同樣的錯(cuò)誤會(huì)在不同的程序里出現(xiàn)，學(xué)生不會(huì)去歸納總結(jié)。所以學(xué)生解決問題的能力普遍較弱，學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性都很欠缺。

因此，如何通過融入CDIO教育理念來加強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新性思維能力和主動(dòng)式應(yīng)用能力的培養(yǎng)成為提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵問題。本文通過創(chuàng)新性思維模式和啟發(fā)式實(shí)踐教學(xué)改革來解決這些問題，從而取得比傳統(tǒng)教學(xué)方法更好的教學(xué)效果。

3 融入CDIO教育理念的創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)探索

3.1 CDIO教育理念解析

CDIO工程教育理念，是由麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究機(jī)構(gòu)，經(jīng)過四年的探索研究而創(chuàng)立的。CDIO代表的是Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計(jì)）、Implement（實(shí)現(xiàn)）和Operate（運(yùn)作）這四者的整合，主要思想是讓學(xué)生能主動(dòng)的參與到實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)，并研究探索課程之間的聯(lián)系。因此，CDIO是“做中學(xué)”原則和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)。

3.2 建立以真實(shí)項(xiàng)目和算法為中心的程序設(shè)計(jì)思維模式

為了讓學(xué)生不要形成單一的思維定式，在實(shí)際教學(xué)中，以企業(yè)項(xiàng)目為主線和目標(biāo)，精心設(shè)置一系列與之相關(guān)的子問題和小算法引導(dǎo)學(xué)生去思考。讓學(xué)生自由討論如何建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，把學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)或算法整合成某一個(gè)大項(xiàng)目，比較不同解題思路的優(yōu)劣，從而拓寬學(xué)生的思維，讓他們主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，設(shè)計(jì)解決方案并最終解決問題。

真實(shí)項(xiàng)目來自企業(yè)，或是學(xué)生感興趣的游戲，比如：簡(jiǎn)易計(jì)算器、電子萬年歷等。實(shí)驗(yàn)過程中，把大的項(xiàng)目細(xì)化成一個(gè)個(gè)學(xué)生學(xué)過的語法知識(shí)點(diǎn)或小算法，比如簡(jiǎn)易計(jì)算器主要用到switch…case語句和若干函數(shù)調(diào)用;萬年歷程序則要用到閏年的算法和循環(huán)程序設(shè)計(jì)思想等。

算法是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，一個(gè)好的算法能達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)實(shí)踐效果。在課堂討論中，適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生討論算法的特點(diǎn)和改進(jìn)方法，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。在實(shí)踐改革中，讓每一個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)自己劃分子問題，約定好模塊接口，遵循“構(gòu)思->設(shè)計(jì)->實(shí)現(xiàn)->完善”的思維方式進(jìn)行分析，忽略程序設(shè)計(jì)語言自身的細(xì)節(jié)問題，著重培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)構(gòu)思和自主設(shè)計(jì)程序的思維模式。其中，成熟算法的熟練掌握和靈活運(yùn)用，有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，提高解題效率。比如常用的閏年的算法、素?cái)?shù)的算法、進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換算法的熟練掌握，有助于學(xué)生解決實(shí)際的萬年歷程序或貪吃蛇游戲里面的細(xì)節(jié)問題。

3.3 啟發(fā)式教學(xué)和引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，采取以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主的啟發(fā)式和引導(dǎo)式的實(shí)踐方法，加強(qiáng)綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比例?？紤]到學(xué)生的個(gè)性化培養(yǎng)，循序漸進(jìn)的推進(jìn)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和企業(yè)項(xiàng)目這四個(gè)層次的實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在潛移默化中接受CDIO教育理念中的培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行這四方面能力的要求。初期先從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開始，但它必須是某個(gè)真實(shí)項(xiàng)目中的一個(gè)子問題，比如閏年的算法等，幫助部分學(xué)生克服編程的心理障礙。隨后逐步加大實(shí)驗(yàn)難度，讓學(xué)生自己寫算法，在老師和團(tuán)隊(duì)的幫助下合力完成復(fù)雜程序代碼的書寫和調(diào)試。大部分學(xué)生完成一個(gè)項(xiàng)目的具體實(shí)施過程如下：

第一步：把算法轉(zhuǎn)化為C語言程序。在這個(gè)階段，絕大部分學(xué)生會(huì)因?yàn)榛镜恼Z法錯(cuò)誤導(dǎo)致程序不能運(yùn)行，通過進(jìn)一步掌握語法知識(shí)和簡(jiǎn)單的程序調(diào)試方法，讓學(xué)生自己檢查和發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單的問題，進(jìn)而積累編程經(jīng)驗(yàn)。

第二步：檢查語義錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)典型問題是：程序運(yùn)行得不到正確的結(jié)果。因此，這個(gè)階段的重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)使用系統(tǒng)自帶的調(diào)試工具，比如Debug工具，或單步跟蹤每條語句的方法，了解程序執(zhí)行過程，體會(huì)關(guān)鍵變量值的變化過程對(duì)項(xiàng)目的影響，初值的設(shè)計(jì)對(duì)多次循環(huán)結(jié)果的影響等，進(jìn)一步理解程序執(zhí)行的步驟，從而深刻領(lǐng)會(huì)課程中的基本概念和基本原理。

第三步：教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生找到錯(cuò)誤所在的位置及原因，這個(gè)過程有時(shí)可能會(huì)直接推翻前面的流程思路，但是學(xué)生很快能想出新的解決辦法并進(jìn)行嘗試。

通過這三步的鍛煉和啟發(fā)，大多數(shù)學(xué)生都能踴躍提出自己的看法，有時(shí)還能引起熱烈的討論，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自主解決問題的能力有很大程度的提高。

3.4 多元化的課程考核方式和團(tuán)隊(duì)精神

課程改革中的考核方式采取以“上機(jī)實(shí)驗(yàn)+期中機(jī)考+期末閉卷筆試”為主，“項(xiàng)目設(shè)計(jì)及答辯+期末閉卷筆試”為輔的方式，讓教師站在IT企業(yè)或用人單位的角度去設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析和自主學(xué)習(xí)，必要的時(shí)候進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，使其具備工程人員必備的素質(zhì)和能力。

在實(shí)際教學(xué)過程中，根據(jù)項(xiàng)目的難易程度，讓學(xué)生自由組合成一個(gè)小團(tuán)隊(duì)，兩到三人為一組。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人分配好每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐任務(wù)，約定好函數(shù)接口等細(xì)節(jié)問題，小組成員各自設(shè)計(jì)完成自己的模塊。相同項(xiàng)目組的成員之間可以進(jìn)行溝通，協(xié)力完成共同的學(xué)習(xí)任務(wù)。這既是CDIO教育理念中對(duì)團(tuán)隊(duì)精神的要求，還能讓學(xué)生提前適應(yīng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，為以后的工程學(xué)習(xí)和實(shí)際工作提供良好而扎實(shí)的工程基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，如何在有限的課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握課程精髓并靈活應(yīng)用，是該課程改革面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。為此，本文在CDIO工程教育模式的指導(dǎo)下進(jìn)行了創(chuàng)新性課程實(shí)踐改革探索，提出了以真實(shí)項(xiàng)目和算法為中心的程序設(shè)計(jì)思維模式，拓寬學(xué)生的創(chuàng)新思維，進(jìn)而提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)并解決問題的能力。通過嘗試多元化的考核方式，解決了學(xué)生個(gè)體差異性的問題，注重團(tuán)隊(duì)合作精神。在實(shí)驗(yàn)過程中，采取循序漸進(jìn)、逐層推進(jìn)的方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實(shí)際問題的能力。本文提出的教學(xué)改革與嘗試有利于實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)類課程的系統(tǒng)化教學(xué)，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。

參考文獻(xiàn)

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