李靜 馮素琴
摘 要:以《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程為研究對(duì)象,結(jié)合地方院校建設(shè)及學(xué)習(xí)者特點(diǎn),分別從CDIO工程教育的4個(gè)能力層面分析目前教學(xué)中存在的問題,并圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法及評(píng)價(jià)方式提出相應(yīng)課程建設(shè)措施。通過CDIO工程教育理念下的課程建設(shè)優(yōu)化課堂教學(xué),可使畢業(yè)生更好地適應(yīng)新形勢(shì)下社會(huì)對(duì)工程人才的需求,也可為其它專業(yè)課程建設(shè)提供參考。
關(guān)鍵詞:CDIO工程教育;《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》;教學(xué)改革
DOI:10. 11907/rjdk. 182619
中圖分類號(hào):G436
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-7800(2019)006-0207-04
Abstract:Taking The Introduction to Computer as the research object, combining the construction of local colleges and the characteristics of learners, we analyze the problems existing in the current teaching from four abilities aspects of CDIO engineering education. And the corresponding curriculum construction measures are put forward around teaching content, teaching mode, teaching methods and evaluation methods. Classroom teaching is optimized through the curriculum construction under the new concept. Thus engineering graduates can better adapt to the professional needs under the new situation, which will provide reference for other professional courses.
Key Words:CDIO engineering education;The Introduction to Computer Science;teaching reform
0 引言
CDIO工程教育模式是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO分別代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)與運(yùn)作(Operate),其以工程項(xiàng)目從研發(fā)到運(yùn)行整個(gè)生命周期為載體,通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)將整個(gè)課程體系有機(jī)結(jié)合起來,將教育過程與工程領(lǐng)域具體情境相結(jié)合,讓學(xué)生以主動(dòng)、實(shí)踐的方式參與教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié),強(qiáng)調(diào)課程學(xué)習(xí)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)相聯(lián)系,以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力[1]。
《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)一年級(jí)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,可引導(dǎo)大學(xué)新生對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)及學(xué)科體系有一個(gè)概括了解,從而為系統(tǒng)學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),并為計(jì)算機(jī)學(xué)科的課程學(xué)習(xí)提供方法指引。目前在《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》教學(xué)過程中,面臨著培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的社會(huì)需求與自身課程建設(shè)進(jìn)展緩慢的矛盾,因此亟待進(jìn)行課程教學(xué)改革。
作為一種先進(jìn)的工程教育理念,CDIO自2004年提出以來,受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外各本科院校、高職院校也開始逐步認(rèn)識(shí)到CDIO工程教育理念的重要性,因此圍繞工程畢業(yè)生綜合能力提升,相繼針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)課程進(jìn)行了有效的教學(xué)改革嘗試。2015年,姚旭東[2]在《基于CDIO 模式的計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程教學(xué)改革》中,介紹了以 CDIO 模式為指導(dǎo)的《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn);2017年,趙軍[3]發(fā)表論文《從CDIO 工程教育探討WEB 應(yīng)用開發(fā)技術(shù)課程的教學(xué)改進(jìn)》,探討CDIO 工程教育理念,強(qiáng)調(diào)“三位一體”教學(xué)模式的應(yīng)用,并采用項(xiàng)目教學(xué)法作為主要教學(xué)手段;林葉郁、林文如[4]在《基于CDIO理論的軟件體系結(jié)構(gòu)課程教改實(shí)踐》中,提出以CDIO教學(xué)理論為指導(dǎo),以如何構(gòu)建一個(gè)大型軟件系統(tǒng)的全套流程為主線,開展案例式與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式相結(jié)合的教學(xué)。在“新工科”培養(yǎng)應(yīng)用型人才的背景下,本文結(jié)合CDIO工程教育理念,對(duì)課程教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐活動(dòng)及評(píng)價(jià)體系構(gòu)建等方面進(jìn)行研究,以期探索出一條適合學(xué)科發(fā)展的道路。
1 CDIO工程教育模式
從2000年起,麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)組成的跨國(guó)研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會(huì)近2 000萬(wàn)美元的巨額資助,經(jīng)過4年的探索研究,創(chuàng)立了 CDIO 工程教育理念,并成立了以 CDIO命名的國(guó)際合作組織[5-6]。CDIO工程教育理念不僅繼承與發(fā)展了歐美20多年來的工程教育改革理念,更重要的是其系統(tǒng)提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的12條標(biāo)準(zhǔn),是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果。
截至2013年,已有幾十所世界著名大學(xué)加入CDIO組織,其機(jī)械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念與教學(xué)大綱,取得了良好效果,按照CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生深受企業(yè)歡迎。截至2017年4月,共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育聯(lián)盟”。
在我國(guó),2005 年汕頭大學(xué)工學(xué)院開始學(xué)習(xí)探索CDIO 工程教育模式并加以實(shí)施,現(xiàn)已取得明顯成效[7-8],之后CDIO在全國(guó)開始以驚人速度傳播與發(fā)展。與CDIO有關(guān)的教學(xué)研究單位包括從“985工程”院校到一般本科學(xué)校,以及高職高專等高校;研究?jī)?nèi)容包括從CDIO理論到課程體系建設(shè),從課堂教學(xué)到CDIO實(shí)踐環(huán)境建設(shè)等相關(guān)內(nèi)容;涉及專業(yè)從“全國(guó)CDIO工程教育模式試點(diǎn)工作組”確定的4個(gè)工科大類專業(yè),到目前的許多人文社科類專業(yè)如英語(yǔ)、思想政治教育等[9]。
CDIO理念倡導(dǎo)以主動(dòng)、實(shí)踐、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式進(jìn)行學(xué)習(xí),在項(xiàng)目構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作過程中,不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力與實(shí)踐能力[10-11],完全符合計(jì)算機(jī)類工科專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。因此,將這種開放式人才培養(yǎng)理念應(yīng)用于《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程建設(shè)中具有可行性。
2 CDIO工程教育視角下的教學(xué)問題分析
CDIO 工程教育模式將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力與工程系統(tǒng)能力4個(gè)層面(見圖1)[12-13],大綱要求采用綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在該4個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。
2.1 工程基礎(chǔ)知識(shí)層面
根據(jù)CDIO理論要求,合格的工程畢業(yè)生需要具備牢固的技術(shù)知識(shí)與較強(qiáng)的推理能力,具體包括基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)、核心工程基礎(chǔ)知識(shí)及高級(jí)工程基礎(chǔ)知識(shí)。但以筆者所在的忻州師范學(xué)院為例,基于地方院校建設(shè)及生源特點(diǎn),導(dǎo)致課程教學(xué)內(nèi)容僅局限于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)及辦公軟件使用,課程變成了“狹義工具論”和計(jì)算機(jī)學(xué)科所涉及內(nèi)容的“濃縮版”課程簡(jiǎn)介?,F(xiàn)有自編教材雖然涉及范圍廣、基本概念多,但缺少諸如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等學(xué)科前沿動(dòng)態(tài),不能突出應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)特點(diǎn)。目前雖然有線上教學(xué)資源《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程網(wǎng)站,但其內(nèi)容仍局限于紙質(zhì)版教材的濃縮與精選,如傳統(tǒng)的教學(xué)課件、教案和習(xí)題等靜態(tài)資源,是按照教學(xué)大綱要求預(yù)先設(shè)定好的凝固不變的知識(shí)。學(xué)生可以在網(wǎng)頁(yè)上留言,但教師無(wú)法實(shí)時(shí)反饋,信息回復(fù)的延遲往往使學(xué)生對(duì)疑難點(diǎn)的興趣度降低。
2.2 個(gè)人能力層面
CDIO教育理念要求學(xué)生具備工程技術(shù)崗位所需的個(gè)人職業(yè)技能與職業(yè)道德,以該思想為導(dǎo)向,《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程在培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人能力層面應(yīng)注重兩點(diǎn):①計(jì)算思維及創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng);②專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用能力,尤其是動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)。
通過對(duì)本校學(xué)生的考查,發(fā)現(xiàn)其在以上兩方面的能力均有待提高,主要是由于學(xué)生在課程學(xué)習(xí)上缺乏針對(duì)性,不能很快進(jìn)入思維能力培養(yǎng)模式,而是將過多時(shí)間和精力放在對(duì)課本抽象理論及其解釋說明的死記硬背上。這從另一方面也反映了課程教學(xué)模式及考核方式存在一定弊端,考核方式有待進(jìn)一步改進(jìn)。
2.3 人際團(tuán)隊(duì)能力層面
人際團(tuán)隊(duì)能力培養(yǎng)要求在課程項(xiàng)目實(shí)施過程中以團(tuán)隊(duì)合作方式進(jìn)行,從而提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力與交流能力。但從本課程教學(xué)過程來看,由于教學(xué)形式較為單一,學(xué)生無(wú)法在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的任務(wù)中體會(huì)其任務(wù)關(guān)聯(lián)性,也難以體會(huì)到團(tuán)隊(duì)成員思想碰撞、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、和諧相處的重要性。同時(shí),對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)側(cè)重于形成性評(píng)價(jià),而忽略了過程性評(píng)價(jià),團(tuán)隊(duì)工作在課程學(xué)習(xí)與考核中所占比重較低,導(dǎo)致學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中的優(yōu)秀表現(xiàn)不能得到有效激勵(lì),因而無(wú)法提升學(xué)生的自我效能感,學(xué)習(xí)需求與學(xué)習(xí)欲望逐漸下降。
2.4 工程系統(tǒng)能力層面
應(yīng)用型本科院校承擔(dān)著培養(yǎng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)等一線急需的綜合型工程人才的任務(wù)。在“新工科”建設(shè)背景下,結(jié)合現(xiàn)有人才培養(yǎng)理念與卓越工程師培養(yǎng)需求,本課程應(yīng)著重于實(shí)踐環(huán)節(jié),為學(xué)生灌輸工程系統(tǒng)理念。但從課程授課計(jì)劃來看,實(shí)驗(yàn)課程更多地只是涉及辦公軟件的使用,學(xué)生缺乏有效的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
3 教學(xué)改進(jìn)思路與具體措施
3.1 基于計(jì)算思維與實(shí)踐能力培養(yǎng)的教學(xué)模式改革
針對(duì)CDIO模式確定的個(gè)人能力培養(yǎng)目標(biāo),形成課堂教學(xué)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)及課外實(shí)踐相結(jié)合的三級(jí)教學(xué)模式。課堂教學(xué)部分以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維與創(chuàng)造性思維為導(dǎo)向,注重完整的知識(shí)體系建設(shè),以科研工作為依托,及時(shí)將學(xué)科最新研究成果引入教學(xué)中;實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)部分需要結(jié)合工程化應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)定位與目標(biāo),深刻研究工程技術(shù)崗位人才所需的復(fù)雜能力和技能需求,將其分解為單項(xiàng)能力與技能,并貫穿于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)踐過程中,最終使學(xué)生具備適應(yīng)復(fù)雜工程情境的能力。因此,課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需側(cè)重于計(jì)算機(jī)基本操作能力訓(xùn)練,課外實(shí)踐需側(cè)重于工程系統(tǒng)能力培養(yǎng)[14-16]。
3.2 基于工程基礎(chǔ)知識(shí)層面的教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展與教材建設(shè)
《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》教學(xué)既要通過課堂講授讓學(xué)生獲得系統(tǒng)、完整的學(xué)科知識(shí),又要通過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)使所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生遷移,培養(yǎng)學(xué)生具備適應(yīng)工程技術(shù)崗位的職業(yè)技能。更重要的是,通過課外實(shí)踐營(yíng)造有效的職業(yè)情境,使學(xué)生在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn),從而能夠勝任未來的工作。因此,要求教學(xué)過程中除需要具有良好知識(shí)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)教學(xué)資源——教材外,還要有配套的教學(xué)資源庫(kù),并能夠依托互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)打造各種在線平臺(tái),形成完備的線上線下、課內(nèi)課外相結(jié)合的教學(xué)生態(tài)圈。
《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程在靜態(tài)教材資源建設(shè)過程中,在全面、系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)學(xué)科基本知識(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合計(jì)算機(jī)領(lǐng)域各種新技術(shù)與新應(yīng)用,加入了諸如物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等學(xué)科前沿動(dòng)態(tài),以進(jìn)一步開闊學(xué)生視野。同時(shí),以原有課程網(wǎng)站為出發(fā)點(diǎn),運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)不斷完善平臺(tái)功能,實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)與生生互動(dòng)。無(wú)論在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)還是課外實(shí)踐環(huán)節(jié),學(xué)生們都可以隨時(shí)分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),并讓其在平臺(tái)設(shè)置的模擬工作任務(wù)中,親身感受所學(xué)知識(shí)的作用和價(jià)值,從而提高學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)協(xié)作精神[17]。
3.3 基于團(tuán)隊(duì)能力訓(xùn)練的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法應(yīng)用
CDIO理念的實(shí)質(zhì)是一種項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的工程教育模式,要求以項(xiàng)目研發(fā)完整過程為主線,對(duì)學(xué)生進(jìn)行從產(chǎn)品構(gòu)思到運(yùn)作全過程的系統(tǒng)訓(xùn)練。《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程采用分級(jí)項(xiàng)目設(shè)置方式,有的項(xiàng)目甚至可以貫穿整個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)過程。
以《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)為例,課前以每一講內(nèi)容為依據(jù)提煉出小項(xiàng)目,并以編制導(dǎo)學(xué)案的方式通過在線平臺(tái)發(fā)放給學(xué)生,學(xué)生以小組為單位,查找相關(guān)資料進(jìn)行調(diào)研準(zhǔn)備;課堂采用研討、啟發(fā)等方式完成項(xiàng)目,教師負(fù)責(zé)課堂組織與答疑,真正使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí);最后各小組成員撰寫小組報(bào)告,總結(jié)學(xué)習(xí)過程與收獲。該方式不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,更能調(diào)動(dòng)其課下學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,也培養(yǎng)了學(xué)生的組織能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[18-20]。
3.4 基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的模塊化混合評(píng)價(jià)體系建設(shè)
以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo),增加實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐課程在評(píng)分體系中的比重,讓學(xué)生充分意識(shí)到實(shí)踐的重要性,構(gòu)建基于應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)的模塊化混合評(píng)價(jià)體系。對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)可根據(jù)理論知識(shí)模塊、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)K與課外實(shí)踐模塊3部分進(jìn)行評(píng)價(jià)[21]。
(1)理論知識(shí)模塊按照每一講的導(dǎo)學(xué)案進(jìn)行教學(xué)檢查與評(píng)定。主要檢查學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解,學(xué)生能夠把知識(shí)點(diǎn)涉及的問題清晰、準(zhǔn)確地表達(dá)出來為考核合格,對(duì)內(nèi)容理解有偏差的學(xué)生則需要進(jìn)行重點(diǎn)輔導(dǎo)。
(2)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)部分每一模塊的成績(jī)由在線考試系統(tǒng)進(jìn)行檢查與評(píng)定。課外實(shí)踐部分要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)方式完成每一模塊中的綜合項(xiàng)目,并在平臺(tái)上進(jìn)行階段性成果展示。平臺(tái)會(huì)準(zhǔn)確記錄諸如作品發(fā)布次數(shù)等項(xiàng)目狀態(tài),并以此為依據(jù)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格等作出評(píng)價(jià),教師則可以在平臺(tái)上給予及時(shí)點(diǎn)評(píng)或輔導(dǎo),學(xué)生如能按時(shí)按量完成項(xiàng)目則考核合格。
(3)評(píng)價(jià)體系模塊內(nèi)容及評(píng)分比例如表1所示。
在課程建設(shè)過程中,通過對(duì)CDIO工程教育模式及國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況的研究,結(jié)合《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)習(xí)者特點(diǎn),分析得出目前教學(xué)中存在的問題,進(jìn)而對(duì)照CDIO培養(yǎng)4個(gè)能力層面的要求進(jìn)行課程建設(shè)研究?!队?jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程建設(shè)步驟如圖2所示。
4 結(jié)語(yǔ)
本文在CDIO工程教育理念下,對(duì)計(jì)算機(jī)類工科專業(yè)開設(shè)的《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課程進(jìn)行探索,結(jié)合地方高校建設(shè)實(shí)際與學(xué)習(xí)者特點(diǎn),分別從CDIO模式要求畢業(yè)生具備的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、工程系統(tǒng)能力、人際團(tuán)隊(duì)能力4個(gè)層面出發(fā),對(duì)目前課程建設(shè)中存在的問題進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)課程建設(shè)思路與具體實(shí)踐方法。該新型教學(xué)方式不僅能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率,還能提升學(xué)生的課堂參與度與自我效能感。同時(shí),通過良好的在線反饋激勵(lì)機(jī)制可隨時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài),為教師進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)提供了依據(jù)。
基于CDIO工程教育理念,本文在理論與實(shí)踐方面都進(jìn)行了探索,但還存在一些不足之處,下一步將對(duì)以下兩方面進(jìn)行深入研究:
(1)課程移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備得到普及。因此,可采用移動(dòng)教學(xué)方式如在手機(jī)中安裝移動(dòng)教學(xué)APP,充分利用云課堂等線上平臺(tái)開展混合式教學(xué),實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)、師生互動(dòng)與生生互動(dòng),以有效提升教學(xué)效果。
(2)校企合作實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)。以“卓越工程師培養(yǎng)教育計(jì)劃”與CDIO工程教育理念為引導(dǎo),推進(jìn)課外實(shí)踐中的校企合作環(huán)節(jié)建設(shè),并進(jìn)一步提升合作的規(guī)范性及實(shí)用性,使學(xué)生能夠通過實(shí)踐更好地理解所學(xué)知識(shí),并將知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。
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