鐘金明，張慧文

(1.深圳大學(xué) 機(jī)電與控制工程學(xué)院，深圳 518060;2.深圳市翠園中學(xué)初中部，深圳 518021)

基于CDIO理念的C語(yǔ)言教學(xué)改革實(shí)踐

鐘金明1，張慧文2

(1.深圳大學(xué) 機(jī)電與控制工程學(xué)院，深圳 518060;2.深圳市翠園中學(xué)初中部，深圳 518021)

針對(duì)目前高校工程教育與產(chǎn)業(yè)相背離、大學(xué)生普遍缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，根據(jù)CDIO工程教育模式，提出按自動(dòng)化專業(yè)要求整合C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，加強(qiáng)專題研究實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)改革。實(shí)踐結(jié)果表明，該教改模式符合學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，能夠滿足專業(yè)基本需求；教學(xué)效果較為理想；教學(xué)實(shí)踐方法與措施切實(shí)可行，對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、實(shí)踐及團(tuán)隊(duì)合作等能力的培養(yǎng)能起到積極作用。

工程教育；C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；項(xiàng)目實(shí)踐；教學(xué)改革

1 C語(yǔ)言教學(xué)現(xiàn)狀及問(wèn)題

對(duì)于未來(lái)想從事工程師職業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)某門(mén)課程不僅僅是學(xué)習(xí)某一個(gè)知識(shí)體系，而是應(yīng)該更進(jìn)一步獲得如何利用這些知識(shí)去解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力，也就是動(dòng)手能力。傳統(tǒng)的C語(yǔ)言教學(xué)方案，基本上都是為了給學(xué)生建立知識(shí)體系，沿用以往的以教師為中心的教學(xué)模式，這種理論知識(shí)講授多、工程項(xiàng)目實(shí)踐少的教學(xué)模式使工科學(xué)生很少有機(jī)會(huì)接觸實(shí)際的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)環(huán)境，另外師資隊(duì)伍往往也缺乏工程背景，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺失系統(tǒng)的工程化概念和實(shí)踐教育機(jī)會(huì)，最后的結(jié)果是不僅知識(shí)體系建立不起來(lái)，動(dòng)手能力就更不用提了。這種理論脫離實(shí)際、實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱、產(chǎn)學(xué)脫節(jié)現(xiàn)象在我們高等工程教育領(lǐng)域普遍存在，根據(jù)“2012～ 2013全球競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告”，美國(guó)81的工程專業(yè)畢業(yè)生可以立刻勝任工作，印度有25的畢業(yè)生可以做到這一點(diǎn)，中國(guó)的比例只有10。因此，能否解決好上述問(wèn)題，成為我國(guó)高等工程教育培養(yǎng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展人才的關(guān)鍵。工程是為了解決問(wèn)題，這種解決問(wèn)題的能力只有從實(shí)踐中才能獲得。當(dāng)然，單純的實(shí)踐也無(wú)法獲得真正的能力，關(guān)鍵是如何從實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)中，歸納出共性的知識(shí)，建立起知識(shí)體系，然后再將這些知識(shí)重新應(yīng)用到新的實(shí)踐當(dāng)中去。這也是我們的工科畢業(yè)生在未來(lái)實(shí)際工作中所必須采取的學(xué)習(xí)和工作方法。因此，如何在大學(xué)學(xué)習(xí)中，掌握這種自我學(xué)習(xí)和提高的方法，是工程教育改革的根本目的。而相應(yīng)的基于工程對(duì)象的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)方案的構(gòu)建，也是按照這種學(xué)習(xí)和工作的方法進(jìn)行深入研究。做到了這一點(diǎn)，才真正實(shí)踐了工作導(dǎo)向的哲學(xué)理念：實(shí)踐、歸納、推理和再實(shí)踐[1]。

2 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)、運(yùn)作(Operate)。CDIO工程教育模式主張以從產(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，培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人素質(zhì)和發(fā)展能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力等四個(gè)層面的能力。CDIO工程教育模式倡導(dǎo)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，注重實(shí)踐性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力。主張課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)從具體實(shí)踐出發(fā)，然后上升至理論，最后再回到實(shí)際操作中來(lái)，以創(chuàng)作最終產(chǎn)品為教學(xué)目標(biāo)[2]。

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比較，CDIO模式更加強(qiáng)調(diào)扎實(shí)的工程基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，能夠更好地滿足現(xiàn)代工程技術(shù)人員的培養(yǎng)要求。CDIO工程教育模式的一個(gè)重要特征，就是實(shí)現(xiàn)了學(xué)校教育與工程實(shí)踐關(guān)系的重構(gòu)，在基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，向關(guān)注生產(chǎn)實(shí)踐回歸[3]。該教育理念比較適合指導(dǎo)工科人才的培養(yǎng)。而作為自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)設(shè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程——C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不甚理想，因此該課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。針對(duì)C語(yǔ)言教學(xué)存在的問(wèn)題和面臨的困境，基于CDIO的工程教育理念對(duì)我們有較好的啟迪作用。

3 應(yīng)用CDIO理念調(diào)整教學(xué)目標(biāo)

傳統(tǒng)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程，教學(xué)中重知識(shí)傳授，輕實(shí)踐能力培養(yǎng)，少量上機(jī)課也往往是對(duì)理論的驗(yàn)證，較少涉及實(shí)際項(xiàng)目，與產(chǎn)業(yè)界要求相去甚遠(yuǎn)。因此，期望在相關(guān)的教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，能用C編程解決實(shí)際問(wèn)題，必須調(diào)整教學(xué)目標(biāo)。

按照CDIO教育理念，深圳大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院將C程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容融合在適當(dāng)?shù)膶?shí)踐項(xiàng)目中，以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力為教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)在基于項(xiàng)目的案例教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐、交流溝通、團(tuán)隊(duì)合作及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的能力，盡早與自動(dòng)化專業(yè)相關(guān)的技術(shù)(譬如：?jiǎn)纹瑱C(jī)、檢測(cè)、控制技術(shù)等)相結(jié)合，學(xué)會(huì)解決與專業(yè)相關(guān)的問(wèn)題。

因此，將C語(yǔ)言課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為具有熟練編寫(xiě)C程序的能力，最基本的要求是面對(duì)實(shí)際問(wèn)題能夠編程解決，不追求理論完整，但求會(huì)用。教學(xué)中淡化語(yǔ)法細(xì)節(jié)，選擇案例驅(qū)動(dòng)的方式，把基本知識(shí)、單片機(jī)與接口技術(shù)和機(jī)器人控制技術(shù)作為應(yīng)用實(shí)例組織案例，以開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為目標(biāo)，專題研究與實(shí)踐作為手段，把知識(shí)融入課程體系中。

4 參照CDIO理念進(jìn)行教學(xué)模式改革

CDIO是具有創(chuàng)新教育理念的系統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，使知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)緊密結(jié)合，理論、實(shí)踐、創(chuàng)新融為一體，在培養(yǎng)學(xué)生的分析、實(shí)踐、創(chuàng)造力以及溝通能力方面效果尤為突出。

在C語(yǔ)言教改實(shí)踐中，根據(jù)CDIO工程教育理念，形成以學(xué)生未來(lái)職業(yè)需求為核心，以工程應(yīng)用為導(dǎo)向，兼顧基礎(chǔ)理論與實(shí)踐技術(shù)的具有綜合性、系統(tǒng)性、實(shí)踐性及創(chuàng)新性的教學(xué)方案。以應(yīng)用為導(dǎo)向的個(gè)性化、開(kāi)放式教學(xué)方法，將共性與個(gè)性培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，課內(nèi)教學(xué)與課外科技活動(dòng)融為一體，把理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、學(xué)術(shù)講座和科技競(jìng)賽等系統(tǒng)結(jié)合，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，形成課內(nèi)理論教學(xué)和課外科技活動(dòng)良性互動(dòng)、互相促進(jìn)，以學(xué)生為主的因材施教的開(kāi)放式教學(xué)模式及形式多樣的學(xué)生考核評(píng)價(jià)制度。

4.1 按照自動(dòng)化專業(yè)需求調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

自動(dòng)化專業(yè)C語(yǔ)言常要處理計(jì)算機(jī)硬件接口問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制目標(biāo)，那么課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)增加相應(yīng)的實(shí)際案例或項(xiàng)目，以適應(yīng)該專業(yè)學(xué)生的需求。以CDIO教育理念整合C語(yǔ)言相關(guān)課程，做到兼顧經(jīng)典內(nèi)容和現(xiàn)代技術(shù)，強(qiáng)調(diào)基本理論，重視方法而不是內(nèi)容，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用的實(shí)踐，在完成項(xiàng)目的過(guò)程中有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力和運(yùn)用C語(yǔ)言知識(shí)解決專業(yè)問(wèn)題的能力。

考慮到我院學(xué)習(xí)C語(yǔ)言課程學(xué)生已在前面參加過(guò)機(jī)器人制作與編程的工程實(shí)踐項(xiàng)目，通過(guò)該活動(dòng)，學(xué)生已基本掌握編程的基本思路和方法，并了解單片機(jī)的輸入和輸出接口特性。因此，利用該項(xiàng)目重復(fù)同樣的學(xué)習(xí)過(guò)程，通過(guò)類比與分析，就可以歸納出單片機(jī)和C編程的核心知識(shí)和技能。同時(shí)，因?yàn)閷?duì)于同樣的項(xiàng)目和課題，采用了不同的單片機(jī)和編程語(yǔ)言去實(shí)現(xiàn)，也讓學(xué)生能夠從中掌握和理解分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的根本方法。因此，采用機(jī)器人作為項(xiàng)目實(shí)踐對(duì)象，寓教于樂(lè)，興趣為先，可以較好地激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情。

在整個(gè)項(xiàng)目完成的過(guò)程中，涉及軟硬件的問(wèn)題，需要應(yīng)用單片機(jī)接口、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及傳感器技術(shù)相關(guān)的知識(shí)與理論，需要小組成員分工合作，才能較好地鍛煉學(xué)生的交流、溝通、合作及創(chuàng)新能力。學(xué)生完成項(xiàng)目不是在學(xué)習(xí)某門(mén)課程，而是在學(xué)習(xí)如何解決實(shí)際問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中自然地學(xué)會(huì)了相關(guān)課程要求的知識(shí)。

4.2 開(kāi)設(shè)相關(guān)的工程專題實(shí)踐，多渠道鼓勵(lì)學(xué)生參加實(shí)踐

高等工程教育目標(biāo)就是要為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)能解決工程問(wèn)題能力的高素質(zhì)的工程技術(shù)人才。我們學(xué)院的CDIO培養(yǎng)模式通過(guò)工程專題實(shí)踐將整個(gè)課程體系有機(jī)而系統(tǒng)地結(jié)合起來(lái)，所有需要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容都圍繞工程專題實(shí)踐這個(gè)核心進(jìn)行。實(shí)踐證明工程專題實(shí)踐是對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)、提高的有效途徑。我們?cè)谧詣?dòng)化專業(yè)開(kāi)設(shè)了一系列智能車工程專題、移動(dòng)機(jī)器人工程專題、自動(dòng)控制系統(tǒng)工程專題實(shí)踐課程，讓學(xué)生自主選題，自行討論方案，自己組織實(shí)施。項(xiàng)目?jī)?nèi)容結(jié)合學(xué)科的發(fā)展，貫穿課程始終，使學(xué)生能體會(huì)到學(xué)科發(fā)展的動(dòng)態(tài)，邊學(xué)邊做，邊做邊學(xué);難度適中，適合學(xué)生的實(shí)際水平，在方法上直接面向社會(huì)，面向工程[4]。該做法很好地將《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》《自動(dòng)控制原理》《微機(jī)原理與接口技術(shù)》《檢測(cè)技術(shù)》等自動(dòng)化專業(yè)核心課程通過(guò)工程專題實(shí)踐項(xiàng)目整合在一起，達(dá)到讓學(xué)生將相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通的目的。這些專題實(shí)踐項(xiàng)目給學(xué)生自我發(fā)揮的余地，充分激發(fā)學(xué)生對(duì)工程項(xiàng)目的熱情和興趣，可以從多方面培養(yǎng)學(xué)生的能力。通過(guò)項(xiàng)目形式的選擇和完成的全過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生掌控項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程的能力，通過(guò)小組成員間的通力協(xié)作培養(yǎng)學(xué)生的合作與溝通交流能力，在實(shí)踐中強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)精神。通過(guò)小組間的競(jìng)爭(zhēng)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐，最重要的是通過(guò)工程實(shí)踐融合相關(guān)的知識(shí)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

要實(shí)現(xiàn)工程能力教育，教學(xué)方法的改革是必需的，現(xiàn)在是要沖破課堂教學(xué)的界限，要在工廠企業(yè)、實(shí)驗(yàn)室和研究室中進(jìn)行工程能力教育;要為學(xué)生創(chuàng)造進(jìn)行工程實(shí)踐的場(chǎng)所，包括課內(nèi)及課外場(chǎng)所。我們鼓勵(lì)學(xué)有余力的同學(xué)及早進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，加入到老師的科研工作或企業(yè)的技術(shù)開(kāi)發(fā)工作中來(lái)。同時(shí)，積極鼓勵(lì)學(xué)生組團(tuán)申報(bào)學(xué)校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)基金、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目，大力組織學(xué)生參加智能車大賽、教育機(jī)器人大賽，豐富學(xué)生業(yè)余工程實(shí)踐活動(dòng)，開(kāi)拓實(shí)踐教學(xué)新領(lǐng)地。這樣很能較好地做到因材施教，讓部分將來(lái)立志從事工程的學(xué)生較快較好地通過(guò)實(shí)踐從中提高自己C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)能力。

4.3 產(chǎn)學(xué)研合作，加強(qiáng)教師工程實(shí)踐能力

CDIO要求教師更新教育觀念，改變重理論知識(shí)輕實(shí)踐能力的傳統(tǒng)觀念，建立“以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)方式。學(xué)院可邀請(qǐng)富有經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)界技術(shù)骨干到學(xué)校開(kāi)設(shè)相關(guān)C語(yǔ)言應(yīng)用講座;優(yōu)先選派有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程背景的老師為學(xué)生授課;同時(shí)組織任課教師到企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)教師到相關(guān)企業(yè)兼職，鼓勵(lì)教師與企業(yè)合作開(kāi)展工程項(xiàng)目。通過(guò)這種走出去、請(qǐng)進(jìn)來(lái)方式既能鍛煉任課教師的工程實(shí)踐能力，開(kāi)闊了學(xué)生視野，為培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力奠定基礎(chǔ)。

4.4 建立科學(xué)的考核體系

科學(xué)的考核體系對(duì)提高C語(yǔ)言課程教學(xué)的質(zhì)量至關(guān)重要。改革以往考核模式，重視實(shí)踐過(guò)程，采取多樣化的考核方式，使之能夠綜合體現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)水平。因此，在考核時(shí)我們必須通盤(pán)考慮學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目的創(chuàng)新、合作、溝通和分享知識(shí)的能力以及積極參加與C課程相關(guān)的專題實(shí)踐項(xiàng)目、科技競(jìng)賽情況綜合評(píng)定成績(jī)，有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生積極參加工程實(shí)踐，鼓勵(lì)有創(chuàng)造性的學(xué)生脫穎而出。

5 結(jié)束語(yǔ)

我們應(yīng)用CDIO教學(xué)模式改革C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程，經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，收到較為理想的教學(xué)效果。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有所提高，形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍，對(duì)項(xiàng)目的運(yùn)作過(guò)程有了親身實(shí)踐機(jī)會(huì)，學(xué)生間的合作意識(shí)、交流溝通能力都得到了培養(yǎng)。今后我們還將不斷探索、完善相關(guān)課程的教學(xué)改革方案，推動(dòng)教學(xué)改革的深入，進(jìn)一步提高工程教育質(zhì)量。

[1]秦志強(qiáng).C51單片機(jī)應(yīng)用與C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]顧佩華，李癉平，沈民奮，等.以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的EIP _CDIO創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式[J].中國(guó)高等教育，2009(3)：47_49.

[3]吳雅娟，衣治安，王躍萍.CDIO教育模式在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2010(14)：141_143.

[4]鐘金明，李苑玲.基于CDIO理念的工程教育實(shí)踐教學(xué)改革初探[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009，7(6)：67_ 69.

Reform and Practice of C Language Programm ing Teaching Based CDIO Conception

ZHONG Jinming1，ZHANG Huiwen2
(1.College of Mechatroncis and Control Engineering，Shenzhen University，Shenzhen 518060，China; 2.Shenzhen Cuiyuan Middle School Middle School，Shenzhen 518021，China)

Aiming at the universal problem that engineering education couldn'tmeet the demand of enterprises，it presented a new teaching system of CDIO model.It involved how to integrate the C language programming course refer to automation specialty，use methods of learning by doing，enhance experimental process.The practice proved that the teachingmode accorded with the characteristics of students'major and can meet the basic requirements of students majoring，the teaching effect was improved obviously，the teaching practicemethod and measures were feasible，and can play a positive role in training students'abilities to analyze and solve problems，practice and cooperate with team.

engineering education;C language programming;project-based practice;teaching reform

G420；TP312；G642.3

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.031

2013_03_11；修改日期：2013_04_07

深圳大學(xué)2012年青年教師教學(xué)改革研究項(xiàng)目（803）。

鐘金明（1973_），男，碩士，副教授，主要從事自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)、科研工作。