基于CDIO的计算机专业实验教学体系改革探讨

2013-04-03马晓梅

中国现代教育装备 2013年5期

韩娜马晓梅

黑龙江科技学院黑龙江哈尔滨 150027

CDIO〔Conceive(构思)-Design(设计)-Implement(实现)-Operate(运作)〕理念起源于2000年麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学组成的跨国研究项目[1]，该项目继承和发展了欧美20多年来的工程教育改革理念，并系统地提出了操作性极强的12条标准[2]来衡量工程类毕业生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个方面的水平。我校于2010年确定计算机专业作为CDIO工程教育改革试点专业。到目前为止，计算机专业的理论教学改革初见成效，但是实验教学却仍没有形成完整的体系结构，极大地影响了学生实践能力的提高。所以，计算机专业实验教学改革迫在眉睫。

1 计算机专业实验教学存在的问题

传统的计算机专业实验教学大多依赖理论教学开展，而目前理论教学即使考虑到本课程与前导课、后续课的关系，但为了保证单一课程知识体系的完整性，在课程内容安排上仍会各自为政，课程间重复内容过多，无法在内容的广度和深度两个方面达到平衡。同样的问题延续到实验教学中，最终导致不同实验课程中那些重复的内容占用有限的学时，而课程间的依赖关系被忽视或弱化，学生只会解决当前课程涉及的问题，无法将知识融会贯通应用解决跨课程的问题或综合性较强的问题，更不用说解决实际问题了。既影响实验教学工作的有效开展，又影响实验教学的最终效果。因此只有从实验教学体系出发，从源头上找到解决问题的方法，才能真正将CDIO工程教育理念融入应用型人才培养的过程之中。

2 计算机专业实验教学体系改革

CDIO标准3明确指出必须有一体化教学体系，使多门课程共同支持专业目标。这就要求必须将相关课程关联，避免不必要的重复，使学生掌握各门课程知识之间的联系，用于解决综合的问题[3]。

2.1 建立一体化的实验教学体系

我专业通过市场调研，不断更新和调整人才培养方案，制定了以Java技术为主线的CDIO实验教学体系(如图1所示)。体系中突出三级项目划分，以一级项目为主线，二级项目为支撑(基于课程群开展)，三级项目为基础(与核心课程相关)，充分落实PBL(Problem-Based Learning，基于项目学习)和“做中学”的教学模式[3]，将项目贯穿于整个教学体系之中。

图1 CDIO实验教学体系结构

2.2 基于项目的实验内容设计

CDIO倡导“基于项目的学习”，所以在实验内容设计时，要以项目为载体。

三级项目是核心课程的完整案例，该项目可以将实验的主要内容贯穿起来，使实验内容分层次递进。例如网站开发应用(JSP)课程以学生报到系统为实验案例。第一次实验要求使用JSP完成页面设计。第二次实验要利用内置对象保存用户登录信息。随着理论知识的学习，实验内容逐步推进，完成标签调用JavaBean显示信息、访问数据库、Servlet作为流程控制跳转以及文件上传下载等实验内容，最终完成学生报到系统项目。每次实验内容都要在前次实验完成基础之上进行，激发学生的学习热情，并在潜移默化之间让学生体会到工程理念的实现过程。

为避免三级项目之间内容的重复性，在设计实验时要根据培养方案和开课计划时间表，根据课程的先后出现顺序，合并或调整实验内容。如面向对象程序设计课程中将以JDBC方式访问数据库列入实验内容；而JSP课程的访问数据库则要求用连接池的方式访问数据库。

二级项目通常以课程群中最后讲授的课程设计形式进行。二级项目综合性较强，为保证学生能够运用所学的知识完成该项目，三级项目设计时，要考虑到二级项目所需知识点。如以小型软件项目以B/S结构的学校教务管理系统为题目，需要贪心算法实现排课操作，则算法设计与分析课程中就需要有针对性地设计贪心算法的实验内容。

按上述方式进行基于项目的实验设计既保证了三级项目的独立性，又兼顾课程群的整体结构，在二级项目开展时做到有的放矢，真正从简到繁，从易到难进行构思、设计、实现、运行，巩固专业知识，进而解决实际问题。

3 实验教学方法改革

传统演绎式实验教学是由授课教师在课堂上演示实验内容，并针对实验内容进行分析，然后学生重复教师已完成的内容。为了能提高学生在实验过程中的参与度，最大程度调动学生积极性，教师可以提前布置任务，实验时由学生提出各自的解决方案，并集体谈论方案可行性和优劣性，形成头脑风暴，最后由教师总结、归纳，进行方案评判。这样的归纳式教学鼓励学生自己思考，培养学生分析问题、解决问题的能力，体现了构思和设计的思想。

综合性实验(二级项目或一级项目)将学生组成团队，按照“构思—设计—实施—运作”的指导思想，遵循企业实际的开发步骤和要求，把学生当做企业工程师进行项目开发[4]，提升分工协作、交流沟通能力。

除了在实验教学环节上进行教学方法改革外，应注重课下的素质培养。给学生提供创新基地，鼓励学生在课余时间参与素质教育活动，将知识转化为竞赛成果。如参加ACM国际大学生程序设计竞赛；可将二级项目进行改良或在此基础上进行创新，参加黑龙江省大学生应用程序设计大赛等。以竞赛促进学生的学习热情，让学生切身体会到学习成果的转化，不断自我激励。