基于CDIO理念的C语言教学改革实践

钟金明，张慧文

(1.深圳大学 机电与控制工程学院，深圳 518060;2.深圳市翠园中学初中部，深圳 518021)

基于CDIO理念的C语言教学改革实践

钟金明1，张慧文2

(1.深圳大学 机电与控制工程学院，深圳 518060;2.深圳市翠园中学初中部，深圳 518021)

针对目前高校工程教育与产业相背离、大学生普遍缺乏工程实践经验的问题，根据CDIO工程教育模式，提出按自动化专业要求整合C语言程序设计相关的教学内容，采用项目驱动的教学方式，加强专题研究实践进行教学改革。实践结果表明，该教改模式符合学生专业特点，能够满足专业基本需求；教学效果较为理想；教学实践方法与措施切实可行，对学生分析问题、解决问题、实践及团队合作等能力的培养能起到积极作用。

工程教育；C语言程序设计；项目实践；教学改革

1 C语言教学现状及问题

对于未来想从事工程师职业的学生而言，学习某门课程不仅仅是学习某一个知识体系，而是应该更进一步获得如何利用这些知识去解决生产实际问题的能力，也就是动手能力。传统的C语言教学方案，基本上都是为了给学生建立知识体系，沿用以往的以教师为中心的教学模式，这种理论知识讲授多、工程项目实践少的教学模式使工科学生很少有机会接触实际的项目开发环境，另外师资队伍往往也缺乏工程背景，因此学生在学习过程中缺失系统的工程化概念和实践教育机会，最后的结果是不仅知识体系建立不起来，动手能力就更不用提了。这种理论脱离实际、实践环节薄弱、产学脱节现象在我们高等工程教育领域普遍存在，根据“2012～ 2013全球竞争力报告”，美国81的工程专业毕业生可以立刻胜任工作，印度有25的毕业生可以做到这一点，中国的比例只有10。因此，能否解决好上述问题，成为我国高等工程教育培养未来产业发展人才的关键。工程是为了解决问题，这种解决问题的能力只有从实践中才能获得。当然，单纯的实践也无法获得真正的能力，关键是如何从实践的经验和体会中，归纳出共性的知识，建立起知识体系，然后再将这些知识重新应用到新的实践当中去。这也是我们的工科毕业生在未来实际工作中所必须采取的学习和工作方法。因此，如何在大学学习中，掌握这种自我学习和提高的方法，是工程教育改革的根本目的。而相应的基于工程对象的C语言程序设计项目实践教学方案的构建，也是按照这种学习和工作的方法进行深入研究。做到了这一点，才真正实践了工作导向的哲学理念：实践、归纳、推理和再实践[1]。

2 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)。CDIO工程教育模式主张以从产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，培养学生的工程基础知识、个人素质和发展能力、人际团队能力和工程系统能力等四个层面的能力。CDIO工程教育模式倡导问题驱动，注重实践性教学，培养学生实际动手能力。主张课程实验教学从具体实践出发，然后上升至理论，最后再回到实际操作中来，以创作最终产品为教学目标[2]。

与传统教学模式相比较，CDIO模式更加强调扎实的工程基础知识和实践动手能力的培养，能够更好地满足现代工程技术人员的培养要求。CDIO工程教育模式的一个重要特征，就是实现了学校教育与工程实践关系的重构，在基础理论学习的基础上，向关注生产实践回归[3]。该教育理念比较适合指导工科人才的培养。而作为自动化专业开设的核心专业基础课程——C语言程序设计课程，传统的教学模式难以激发学生的学习兴趣，教学效果不甚理想，因此该课程教学改革势在必行。针对C语言教学存在的问题和面临的困境，基于CDIO的工程教育理念对我们有较好的启迪作用。

3 应用CDIO理念调整教学目标

传统的C语言程序设计课程，教学中重知识传授，轻实践能力培养，少量上机课也往往是对理论的验证，较少涉及实际项目，与产业界要求相去甚远。因此，期望在相关的教学过程中培养学生的工程实践能力，能用C编程解决实际问题，必须调整教学目标。

按照CDIO教育理念，深圳大学机电与控制工程学院将C程序设计教学内容融合在适当的实践项目中，以培养学生的应用能力为教学目标。同时在基于项目的案例教学中培养学生创新实践、交流沟通、团队合作及系统开发的能力，尽早与自动化专业相关的技术(譬如：单片机、检测、控制技术等)相结合，学会解决与专业相关的问题。

因此，将C语言课程的教学目标设定为具有熟练编写C程序的能力，最基本的要求是面对实际问题能够编程解决，不追求理论完整，但求会用。教学中淡化语法细节，选择案例驱动的方式，把基本知识、单片机与接口技术和机器人控制技术作为应用实例组织案例，以开发项目为目标，专题研究与实践作为手段，把知识融入课程体系中。

4 参照CDIO理念进行教学模式改革

CDIO是具有创新教育理念的系统的人才培养模式，使知识、能力、素质培养紧密结合，理论、实践、创新融为一体，在培养学生的分析、实践、创造力以及沟通能力方面效果尤为突出。

在C语言教改实践中，根据CDIO工程教育理念，形成以学生未来职业需求为核心，以工程应用为导向，兼顾基础理论与实践技术的具有综合性、系统性、实践性及创新性的教学方案。以应用为导向的个性化、开放式教学方法，将共性与个性培养有机结合，课内教学与课外科技活动融为一体，把理论教学、实践教学、学术讲座和科技竞赛等系统结合，着重培养学生的综合素质，形成课内理论教学和课外科技活动良性互动、互相促进，以学生为主的因材施教的开放式教学模式及形式多样的学生考核评价制度。

4.1 按照自动化专业需求调整教学内容

自动化专业C语言常要处理计算机硬件接口问题，实现实时控制目标，那么课程的实践环节应增加相应的实际案例或项目，以适应该专业学生的需求。以CDIO教育理念整合C语言相关课程，做到兼顾经典内容和现代技术，强调基本理论，重视方法而不是内容，重点强调工程应用的实践，在完成项目的过程中有效提高学生的动手能力和运用C语言知识解决专业问题的能力。

考虑到我院学习C语言课程学生已在前面参加过机器人制作与编程的工程实践项目，通过该活动，学生已基本掌握编程的基本思路和方法，并了解单片机的输入和输出接口特性。因此，利用该项目重复同样的学习过程，通过类比与分析，就可以归纳出单片机和C编程的核心知识和技能。同时，因为对于同样的项目和课题，采用了不同的单片机和编程语言去实现，也让学生能够从中掌握和理解分析问题和解决问题的根本方法。因此，采用机器人作为项目实践对象，寓教于乐，兴趣为先，可以较好地激发学生的兴趣和学习热情。

在整个项目完成的过程中，涉及软硬件的问题，需要应用单片机接口、计算机控制技术以及传感器技术相关的知识与理论，需要小组成员分工合作，才能较好地锻炼学生的交流、沟通、合作及创新能力。学生完成项目不是在学习某门课程，而是在学习如何解决实际问题，在解决问题的过程中自然地学会了相关课程要求的知识。

4.2 开设相关的工程专题实践，多渠道鼓励学生参加实践

高等工程教育目标就是要为国家和社会培养能解决工程问题能力的高素质的工程技术人才。我们学院的CDIO培养模式通过工程专题实践将整个课程体系有机而系统地结合起来，所有需要学习和掌握的内容都围绕工程专题实践这个核心进行。实践证明工程专题实践是对学生工程实践能力培养、提高的有效途径。我们在自动化专业开设了一系列智能车工程专题、移动机器人工程专题、自动控制系统工程专题实践课程，让学生自主选题，自行讨论方案，自己组织实施。项目内容结合学科的发展，贯穿课程始终，使学生能体会到学科发展的动态，边学边做，边做边学;难度适中，适合学生的实际水平，在方法上直接面向社会，面向工程[4]。该做法很好地将《C语言程序设计》《自动控制原理》《微机原理与接口技术》《检测技术》等自动化专业核心课程通过工程专题实践项目整合在一起，达到让学生将相关知识融会贯通的目的。这些专题实践项目给学生自我发挥的余地，充分激发学生对工程项目的热情和兴趣，可以从多方面培养学生的能力。通过项目形式的选择和完成的全过程培养学生掌控项目实施全过程的能力，通过小组成员间的通力协作培养学生的合作与沟通交流能力，在实践中强化团队精神。通过小组间的竞争激发学生的创新潜能，培养学生的创新实践，最重要的是通过工程实践融合相关的知识，提高学生的自主学习能力。

要实现工程能力教育，教学方法的改革是必需的，现在是要冲破课堂教学的界限，要在工厂企业、实验室和研究室中进行工程能力教育;要为学生创造进行工程实践的场所，包括课内及课外场所。我们鼓励学有余力的同学及早进入实验室，加入到老师的科研工作或企业的技术开发工作中来。同时，积极鼓励学生组团申报学校开放实验基金、创新实验计划项目，大力组织学生参加智能车大赛、教育机器人大赛，丰富学生业余工程实践活动，开拓实践教学新领地。这样很能较好地做到因材施教，让部分将来立志从事工程的学生较快较好地通过实践从中提高自己C语言程序设计能力。

4.3 产学研合作，加强教师工程实践能力

CDIO要求教师更新教育观念，改变重理论知识轻实践能力的传统观念，建立“以教师为主导，学生为主体”的教学方式。学院可邀请富有经验的企业界技术骨干到学校开设相关C语言应用讲座;优先选派有实践经验和工程背景的老师为学生授课;同时组织任课教师到企业参观学习，鼓励教师到相关企业兼职，鼓励教师与企业合作开展工程项目。通过这种走出去、请进来方式既能锻炼任课教师的工程实践能力，开阔了学生视野，为培养学生工程实践能力奠定基础。

4.4 建立科学的考核体系

科学的考核体系对提高C语言课程教学的质量至关重要。改革以往考核模式，重视实践过程，采取多样化的考核方式，使之能够综合体现学生的知识、能力和素质水平。因此，在考核时我们必须通盘考虑学生平时表现、上机实验、项目的创新、合作、沟通和分享知识的能力以及积极参加与C课程相关的专题实践项目、科技竞赛情况综合评定成绩，有意识引导学生积极参加工程实践，鼓励有创造性的学生脱颖而出。

5 结束语

我们应用CDIO教学模式改革C语言程序设计课程，经过一个学期的教学实践，收到较为理想的教学效果。学生学习兴趣有所提高，形成了良好的学习氛围，对项目的运作过程有了亲身实践机会，学生间的合作意识、交流沟通能力都得到了培养。今后我们还将不断探索、完善相关课程的教学改革方案，推动教学改革的深入，进一步提高工程教育质量。

[1]秦志强.C51单片机应用与C语言程序设计[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]顾佩华，李癉平，沈民奋，等.以设计为导向的EIP _CDIO创新型工程人才培养模式[J].中国高等教育，2009(3)：47_49.

[3]吴雅娟，衣治安，王跃萍.CDIO教育模式在计算机基础教学中的应用研究[J].计算机教育，2010(14)：141_143.

[4]钟金明，李苑玲.基于CDIO理念的工程教育实践教学改革初探[J].实验科学与技术，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

深圳大学2012年青年教师教学改革研究项目（803）。

钟金明（1973_），男，硕士，副教授，主要从事自动化专业教学、科研工作。