基于CDIO的程序设计类课程案例的设计与实施.docx

          基于CDIO的程序设计类课程案例的设计与实施                    曹莹莹，朱立才，蔡长安(盐城师范学院信息科学与技术学院，江苏盐城224002)摘要：传统的程序设计类课程教学与实验案例不利于计算机专业学生工程能力的培养基于CDIO教学模式的框架，提出程序设计类课程教学与实验案例的设计原则，并结合盐城师范学院课程体系的具体情况，设计相应的实施方案实践结果表明，基于CDIO的教学与实验案例的实施，激发了学生学习主动性，训练了学生的工程思维，帮助学生积累了必要的开发经验，从而培养了工程能力关键词：CDIO;教学改革；程序设计类课程；案例设计长期以来，程序设计类课程教学强调语法知识，轻视设计、编码以及团队协作能力的培养，忽视工程经验的积累大部分程序设计类[来自wWw.lw5u.coM]课程相关教材、实验指导书以及教学参考书中的案例设计以辅助讲解语法规则为目的，案例虽简单易理解，但无益于学生工程能力的培养从我院几年的程序设计类课程教学效果反馈以及跟踪调查结果可以看出，大部分学生虽然系统地掌握了程序设计语言基础知识，但不能很好地完成后续实践课程与各级软件竞赛中原型系统的开发。

因此，我院以CDIO工程教育模式为指导思想，以C++程序设计课程为龙头，改革程序设计类课程的教学模式，探索教学环节与实践环节案例的设置策略与方案，实践结果表明，在具有较强工程背景与应用价值的案例的学习与实践中，学生增强了主动学习的意识与能力，积累了必要的开发经验，培养了工程能力1 CDIO工程教育模式上世纪90年代末，MIT(Massachusetts Institute ofTechnology，麻省理工学院)航空航天系教师着手在小范围内探讨如何能把理论知识的传授和实践能力的培养结合起来，开始推动CDIO(Conceive构思、Design设计、Implement实施、Operate运作)教育改革计划1999-2000学年，MIT开展了小型的预研究2000年10月，MIT联合瑞典3所大学，合作组成跨国研究组，启动CDIO工程教育改进计划近年来，国内包括清华大学、中南大学等在内多所高校关注CDIO教学模式，并结合自身专业与课程的特点，进行了一系列有益的探索CDIO的观点是教师在构思一设计一实施一运作真实世界中的系统与产品过程中教授工程原理[4]课程改革是CDIO四大主题之一，也是学生学习构思与设计复杂系统相关知识、技能的重要保证。

CDIO的课程改革必须解决两个问题：什么是工程类学科学生应该掌握的完整的知识、技能以及意识体系：如何改革才有助于学生更好地掌握这些技能为了解决这两个问题，CDIO提出了包括一体化课程设计(Integrated Curriculum Design)、设计一实施经验(Design-Implement Experiences)、建立工程工作区(Engineering Workspace)等一系列措施其中设计一实施经验是CDIO计划的主要特点，也是实现一体化课程的最重要措施本文借鉴设计一实施经验的基本思想，结合程序设计类课程的特点，提出了程序设计类课程教学与实验案例设计原则与方案2教学与实验案例的设计原则2.1 案例的真实性与实用性长期以来，程序设计类课程的教师以帮助学生熟练掌握语法规则为指导思想进行教学与实验案例的设计，案例虽能够清晰地描述相关语言的语法规则，且简单易实现，但无益于学生工程能力的培养这种状况一定程度上造成了学生的能力、经验和钻研精神相对不足同时，随着社会信息化程度的不断提高，计算机应用软件已经深入到各个行业与领域，这为教师进行教学与实验案例的选取提供了大量的资源选取真实的并正在得到广泛使用的软件应用系统作为案例有助于学生了解计算机软件的应用现状，也有助于激发学生的学习兴趣与积累领域经验。

需要说明的是，为了避免学生浪费大量时间学习相关领域知识，教师应尽量选取学生比较熟悉的领域及其应用系统2.2案例的难度适中选取难度适中的案例是教学有效性的重要保证如果案例太难，结果很可能是教师成为设计者与重要环节的实施者，学生只能完成一些简单的实施工作相反，如果案例太简单，很难激发学生的积极性，也无法帮助学生建立面对挑战的自信因此，教师应根据学生专业、学科基础、学习能力等具体情况，适当调整案例难度2.3案例应用的多样性为了巩固学习效果，在教学与实验环节，学生需要接触到多个的应用系统的设计与开发教师应注意尽量选取不同类型的应用系统，可以帮助学生开拓视野，积累不同类型应用的设计与开发经验以CH程序设计课程为例，我院同学在学习该课程前已经修完数据结构，并同时在学习计算机网络、操作系统、数据库原理与应用等课程因此，在案例选择时，我们在网络应用、图像处理、管理系统等领域都有涉及这种方式既契合了CDIO强调的多门课程内容与能力的交织，又在平时训练中帮助学生融合贯通学科知识2.4案例的可扩展性教师选取与设计的案例应该是有生命力的，能够不断地改进与扩展功能以C++程序设计课程为例，我院在低年级同学中开设这门课程。

学习这门课程时，学生的专业知识比较有限，能够完成的原型系统功能比较简单，但随着专业知识与工程能力的不断积累，学生可以在后继的多个实践课程环节中不断完善原型系统，优秀的作品可以参加各类软件设计竞赛以及申请软件著作权保护2.5案例设计开发过程的完整性与规范性现代软件开发是一个有标准可依的规范的过程，在平时的教学与实践中，教师应注意对学生规范意识与习惯的培养，增强他们的职业素养因此在案例的选取与设计过程中，应尽量选取各类文档齐全、编码规范的案例在教学环节中，教师应按照软件工程的规范过程开展案例的分析与讲解，并借助于目前软件业主流工具软件完成包括需求分析、设计、测试等阶段的任务在实验环节中，教师应指导与监督学生按照规范流程完成系统设计开发，并将规范性作为重要的考核指标3教学与实验案例的实施方案基于上文提出的基本原则，我院制定了一套程序设计类课程教学与实验案例实施方案，对程序设计类课程改革进行探索我院的程序设计类课程基本包括：课堂教学、课程实验、课程设计、开放实验项目等多个环节课堂教学、课程实验、课程设计一般在低年级开设，开放实验项目一般设置在三年级时间上的跨度为案例设计、开发、改进的延续性提供了条件。

3.1 课堂教学环节以案例贯穿基础知识，训练工程思维由于学生是在课堂教学中首次接触相关程序设计语言及其开发的应用，为了帮助学生更好地体验软件设计开发的过程，课堂教学环节中选取的案例是几个环节中相对简单的需要说明的是，课堂教学中选用2～3个案例同时展开，以便于学生有更多的机会理解与掌握相关知识课堂教学按照需求分析、系统概要设计、详细设计、编码、测试的软件开发流程展开除集成开发环境外，课程还借助于Rational Rose等软件业主流工具完成案例的设计与测试，在课程展开过程中，补充必要的UML、测试等知识，这种基于问题的课程组织形式已经在丹麦奥尔堡大学‘61等多所院校得到成功的运用以C++程序设计课程为例，我们在案例的设计与编码过程中穿插讲解面向对象的基本原理、C++语言的语法规则与编程规范，并以提纲的方式引导学生总结相关的规则与规范，该提纲也是学生在设计与编码过程中查询的技术手册之一在案例的展开过程中，我们引导学生积极思考，允许学生提出不同的设计方案；当一个功能模块具有多种实现方案时，我们采用课内讨论，课后分组讨论等方式分析各种方案的优劣，并借机向学生介绍典型的编程模式以及相关参考资料对于一些经典的编程模式与常见编程错误，教师会主动引导学生思考、讨论、查阅资料。

实践表明，这种教学方式激发了学生主动学习的意识，其效果远好于传统“填鸭式”的知识点传授3.2课程实验与课程设计环节中[来自www.lw5u.Com]引导与鼓励学生“模仿”工程设计开发过程课程实验环节是学生将知识转化为能力的第一个环节在实验环节中，我们将同学分为5人一组的团队，团队内的同学需要充分交流，协作完成各阶段工作与相关文档每个班给出3个实验选题以供选择，在案例完成后，我们安排在全班范围内对相同选题的团队作品从规范性、有效性、实用性等多个方面讨论评估，这种方式充分发挥学生的创造性，也加深了学生对工程规范、设计方法的理解课程设计一般安排在课程结束后，集中一周时间完成一个选题的设计与实现与实验环节不同的是，课程设计选题难度、广度高于课堂教学与实验环节，团队之间的选题不能相同团队内分工协作更为规范，小组长充当项目经理的角色，制定项目进度，分配与协调组员工作课程设计环节培养了学生对学科知识的综合运用能力，也加深了学生对于项目开发过程的认识3.3通过开放实验项目激发学生创造性开放实验项目的案例设计要求紧跟新技术、新应用的发展，开放实验项目同样以团队方式完成，人数不限，时间控制在2个月内在项目开展中，激发学生发挥创新精神，开发已有应用的新功能、改进已有算法或设计模式等。

对于比较好的作品，鼓励学生参加各种软件设计比赛4结语我院的程序设计类课程教学与实验案例的改革已开展了一段时间，从问卷调查的反馈情况看，90%的同学给予了肯定意见，80%同学认为调动了学习主动性，90%同学认为有助于工程能力的培养，80%同学认为程序设计能力有明显提高另一方面，也存在一些不足首先，由于学生在实验过程中需要熟悉使用多种工具，学生的实验选题多样，这无疑增加了教师的工作负担，实验过程中容易出现无法兼顾全部同学的情况其次，团队的实验容易造成部分惰性较大、程序设计能力差的同学“坐享其成”的情况最后，现有的成绩评估体系不能完成适用于新教学模式的考核下一步，我们将着力于改进实验指导方案，保证实践环节的学习效果，并探索新的成绩评价体系  -全文完-。