朱紅梅 孫 未 張廣梅 李蔚妍 李 濱

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 山東泰安 271000

2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東泰安 271000

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、大數(shù)據(jù)、信息管理與信息系統(tǒng)等專業(yè)的必修課，課程設(shè)計作為集中實踐性環(huán)節(jié)之一，是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程學(xué)習(xí)完后進(jìn)行的綜合練習(xí)。以培養(yǎng)學(xué)生用面向?qū)ο蟮睦砟罱鉀Q實際問題的程序設(shè)計能力為目標(biāo)，加深對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計理論和基本知識的理解，提高綜合應(yīng)用能力。長期以來，程序設(shè)計類課程教學(xué)強(qiáng)調(diào)語法知識，輕視分析、設(shè)計和工程經(jīng)驗的積累，課程設(shè)計通常由教師給出多個選題供學(xué)生選擇實現(xiàn)，忽視團(tuán)隊合作能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計缺乏系統(tǒng)、科學(xué)的規(guī)劃[1]。因此，改進(jìn)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容，探索課程設(shè)計案例的設(shè)置原則與實施方案，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，成了當(dāng)前面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計教學(xué)改革中亟待解決的問題。

我校以CDIO工程教育模式[2]為指導(dǎo)思想，改革面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)模式，探索面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計案例的設(shè)置原則，構(gòu)建了三階段循序漸進(jìn)的項目體系教學(xué)模式，提出了全員參與的開放式考核方式。事實證明，在具有較強(qiáng)工程背景與應(yīng)用價值的實踐中，學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識與能力增強(qiáng)，邏輯思維能力、團(tuán)隊合作能力、創(chuàng)新能力提升，積累了必要的開發(fā)經(jīng)驗，提高了工程能力。

1 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。2000年，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究組經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，它以產(chǎn)品的研發(fā)、運(yùn)行生命周期—構(gòu)思Conceive、設(shè)計Design、實現(xiàn)Implement和運(yùn)作Operate為載體，讓學(xué)生以實踐的、主動的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[2]。國內(nèi)外的實踐證明，CDIO教學(xué)模式適合大學(xué)工科教育教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)。

運(yùn)用CDIO教學(xué)模式，結(jié)合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計的特點，教師對課程設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計、實施、運(yùn)作[3]；學(xué)生學(xué)習(xí)如何構(gòu)思、設(shè)計、實施、運(yùn)作一個相對復(fù)雜和完整的系統(tǒng)。CDIO創(chuàng)新工程教育模式的最大特點是倡導(dǎo)問題驅(qū)動，注重實踐性教學(xué)和實際動手能力[4]?；贑DIO的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計改革必須解決兩個問題：通過課程設(shè)計，學(xué)生應(yīng)該掌握哪些知識、技能以及意識體系？如何幫助學(xué)生更好地掌握這些技能？本文借鑒CDIO工程教育模式的基本思想，結(jié)合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計的特點，研究課程設(shè)計案例的設(shè)置原則，構(gòu)建適合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)模式和考核方式。

2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計案例的設(shè)計原則

2.1 應(yīng)用的真實有效性與多樣性

隨著社會信息化程度的提高，計算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各個行業(yè)與領(lǐng)域，選取真實的并得到廣泛使用的軟件應(yīng)用作為案例，有助于學(xué)生了解計算機(jī)軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，提高學(xué)習(xí)興趣，積累領(lǐng)域經(jīng)驗。為了避免浪費(fèi)時間學(xué)習(xí)相關(guān)的領(lǐng)域知識，盡量選取貼近學(xué)生水平和專業(yè)且易于理解的領(lǐng)域及其應(yīng)用。盡量選擇多種不同類型的應(yīng)用系統(tǒng)，讓學(xué)生了解它們的設(shè)計與開發(fā)過程，幫助開拓學(xué)生的視野，活躍思維，積累多種不同類型應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗[5]。

2.2 案例的清晰化與模塊化

案例要能夠清晰地、模塊化地描述功能，且能夠通過已掌握的知識及其擴(kuò)展實現(xiàn)，有益于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的分析綜合能力、積累程序設(shè)計和調(diào)試經(jīng)驗，培養(yǎng)鉆研精神。

2.3 案例難度適中 有遞進(jìn)層次

為保證教學(xué)的有效性，必須選取難度適中的案例，才能避免由于案例太難導(dǎo)致的教師精心設(shè)計而學(xué)生不明所以；或者反之，由于案例太簡單而無法激發(fā)學(xué)生的探索欲和求知欲，學(xué)生即使完成也會覺得索然無味。所以，必須選取難度適中易于理解的案例，讓學(xué)生有參與討論的熱情，點燃學(xué)生的求知欲望。在同一個案例中，兼顧學(xué)生專業(yè)和個體差異，既有基礎(chǔ)內(nèi)容，也有進(jìn)階內(nèi)容，使不同層次、不同水平的學(xué)生都可以根據(jù)自己的能力實現(xiàn)一部分功能，使學(xué)生都有不同程度的收獲，建立面對挑戰(zhàn)的自信。

2.4 案例的動態(tài)性

選取或設(shè)計的案例應(yīng)該是動態(tài)的，可以不斷地提出新問題，對功能進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化與擴(kuò)展。初學(xué)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程時，學(xué)生的專業(yè)知識有限，計算思維還沒有建立起來，對于原型系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的功能和實現(xiàn)方法了解比較少，隨著專業(yè)知識的不斷充實和計算思維的逐漸建立，工程能力有了提高，應(yīng)選取或設(shè)計一些在后續(xù)實踐環(huán)節(jié)中可以進(jìn)一步完善和擴(kuò)充的原型系統(tǒng)。

2.5 設(shè)計開發(fā)流程的規(guī)范化

軟件的開發(fā)過程具有嚴(yán)格的規(guī)范性和程序性。教師在教學(xué)實踐中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范意識與習(xí)慣，提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和能力。在選取與設(shè)計案例的過程中，應(yīng)選取各類文檔齊全、編碼規(guī)范的案例[6]，并按照軟件工程的規(guī)范過程分析與示范，雖然此時的大多數(shù)學(xué)生尚未學(xué)習(xí)軟件工程，但是也要引導(dǎo)學(xué)生有意識地進(jìn)行需求分析、設(shè)計、測試，充分理解項目的功能、性能、可靠性等具體要求，理解系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊設(shè)計，了解測試條件的設(shè)置，數(shù)據(jù)的選擇等。要求學(xué)生按照規(guī)范的流程進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，并在提交的文檔中體現(xiàn)這種規(guī)范性。

3 三階段循序漸進(jìn)的項目體系教學(xué)模式

遵循面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計案例的設(shè)計原則，整合教學(xué)方案與定位、實踐內(nèi)容和考核方式，構(gòu)建三階段循序漸進(jìn)的項目體系教學(xué)模式。

階段1：示范階段—教師示范設(shè)計開發(fā)分析過程

由于學(xué)生首次接觸面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的相對獨(dú)立、完整的應(yīng)用，為了幫助學(xué)生更好地體驗軟件設(shè)計開發(fā)的過程，便于學(xué)生進(jìn)一步理解與體驗相關(guān)知識，教師利用示范教學(xué)案例，按照軟件開發(fā)的規(guī)范流程，用清晰的、易于學(xué)生接受的語言表達(dá)出設(shè)計開發(fā)分析過程，考慮到學(xué)生的不同水平，對一些比較常用的功能，可以給予實現(xiàn)。除程序設(shè)計的集成開發(fā)環(huán)境外，還可以借助一些主流工具，如ProcessOn在線協(xié)作作圖工具，進(jìn)行案例的設(shè)計，為學(xué)生今后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和設(shè)計打下基礎(chǔ)。

階段2：模仿體驗階段—學(xué)生模仿體驗設(shè)計開發(fā)分析過程

教師提出幾個不同的案例要求，學(xué)生選擇其中的一個進(jìn)行詳細(xì)分析和實現(xiàn)，引導(dǎo)與鼓勵學(xué)生模仿教師的工程設(shè)計開發(fā)示范過程，按照前文的軟件開發(fā)流程展開，注意面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言的語法規(guī)則與編程規(guī)范，并在案例的展開過程中，引導(dǎo)學(xué)生主動探究，鼓勵學(xué)生站在不同的角度設(shè)計不同的方案；如果某功能模塊有多種不同的實現(xiàn)方案，允許多種形式的實現(xiàn)，并引入典型的編程模式，則應(yīng)分析比較不同實現(xiàn)方案的特點，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)缺點，分析各自適合的情況。及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的編程錯誤，及時總結(jié)，分析錯誤出現(xiàn)的原因，討論改正錯誤的方法。在案例完成后，根據(jù)選題對學(xué)生完成的設(shè)計分別分組，在組內(nèi)從功能實現(xiàn)、實用性、易用性、設(shè)計文檔的規(guī)范性等多方面展開討論評價，這種方式可保證全員參與，充分調(diào)動學(xué)生的主動性，使學(xué)生知己知彼，通過比較發(fā)現(xiàn)設(shè)計的優(yōu)、缺點，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)，加深對程序設(shè)計方法的理解，激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識和參與意識。

階段3：創(chuàng)造階段—開放案例激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性

經(jīng)過以上兩步的實踐，學(xué)生體驗到自己會做什么，能做什么。本步驟中，學(xué)生以小組為單位，組內(nèi)分工協(xié)作，組長充當(dāng)項目經(jīng)理，制訂項目進(jìn)度，分配與協(xié)調(diào)組員工作，團(tuán)隊內(nèi)的學(xué)生基于案例設(shè)計原則，結(jié)合教師示范設(shè)計，根據(jù)教師要求對已實現(xiàn)的案例進(jìn)行充分交流，提出問題，針對案例的新需求，展開設(shè)計、分析和實現(xiàn)。在這個過程中，要注重鼓勵學(xué)生獨(dú)立思考，發(fā)現(xiàn)問題，討論解決問題的方法，針對已有應(yīng)用實現(xiàn)新的功能。提高學(xué)生創(chuàng)造性地綜合運(yùn)用學(xué)科知識的能力，激發(fā)學(xué)生精益求精的學(xué)習(xí)精神。

4 全員參與的開放式課程考核方式

考核評價是教學(xué)過程的基本環(huán)節(jié)，是檢驗教學(xué)質(zhì)量的重要手段。以往面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計的考核方式主要采用的是教師隨堂檢查學(xué)生的實驗過程、運(yùn)行結(jié)果以及編寫的課程設(shè)計實驗報告。評分辦法一般為指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生完成任務(wù)的情況、課程設(shè)計報告的質(zhì)量和課程設(shè)計過程中的學(xué)習(xí)、工作態(tài)度綜合打分，多數(shù)學(xué)生只關(guān)心自己的得分結(jié)果，而對為什么有那樣的得分不感興趣。實際上，這與CDIO工程教育本質(zhì)并不完全吻合，在課程考核上也要體現(xiàn)CDIO模式所倡導(dǎo)的在工程基礎(chǔ)知識、個人能力、團(tuán)隊合作能力和工程系統(tǒng)能力四個層面上進(jìn)行綜合培養(yǎng)，提高學(xué)生在課程考核中的參與性和主動性，把學(xué)生由被評判變成主動評判，課程的考核也由教師主導(dǎo)的考核轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生和團(tuán)隊作品的展示和互相評判，在評判打分的過程中互相學(xué)習(xí)、比較、發(fā)現(xiàn)、借鑒和提高。學(xué)生的成績由兩部分構(gòu)成：個人成績和團(tuán)隊成績，從而把成績的評定也變成比較、學(xué)習(xí)、交流、改進(jìn)和提高的過程。

5 結(jié)語

表1是我校近三年來通過三階段循序漸進(jìn)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計進(jìn)行教學(xué)的效果反饋表，從中可以看出，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為課程對自己能力的培養(yǎng)有一定幫助，肯定了教學(xué)效果。

表1 三階段循序漸進(jìn)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計教學(xué)效果反饋表

改革后的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程設(shè)計能夠深層激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，多數(shù)學(xué)生通過課程設(shè)計可以將所學(xué)的知識點融會貫通，加深理解，提高知識的綜合運(yùn)用能力，學(xué)生在參與子項目的實踐過程中，可以獲得項目管理和小組合作等多方面的實踐經(jīng)驗。但這種形式也存在一些不足：第一，由于學(xué)生的創(chuàng)新性選題多樣，對教師的知識面和項目實踐經(jīng)驗也提出了更高的要求，增加了指導(dǎo)負(fù)擔(dān)，也增加了很多工作量；第二，分組實驗過程中，教師無法顧及全部學(xué)生，部分不善交流的學(xué)生易被忽略；第三，分組合作的實驗使一部分程序設(shè)計能力差、學(xué)習(xí)主動性不夠的學(xué)生參與度低。下一步，將著力于改進(jìn)和豐富案例，探索新的多因素加權(quán)的成績評價體系，使學(xué)生的應(yīng)用、實踐和創(chuàng)新能力得到符合職業(yè)需求的鍛煉。