基于CDIO的“计算智能”课程教学改革探索

姜辉 周凯

摘 要 “计算智能”课程是面向计算机科学专业学生开设的专业课程。当前的教学中主要存在教师对学生缺乏启发和引导、课程实验效果不佳、学生缺乏主动解决问题能力等问题。为此，引入CDIO教学理念，对“计算智能”课程教学进行改革，重点探讨课堂教学模式改革、实践驱动式教学、教学资源平台构建和课程考核机制改革。从而提升“计算智能”课程教学质量，培养具有创新实践能力的高素质人才。

关键词 计算智能 计算机 实践教学 课程改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.06.053

Abstract The course "computation intelligence" is the course for the students of the computer science. Currently， there are some problems remaining in the teaching process of the course. For example， the lecturer can hardly arouse the interest of the students. The experiments of the course are usually not well done. The students lack the ability to solve the problems by themselves. To solve these problems， this paper applies the CDIO， a type of the teaching idea， to reform the course "computation intelligence". This paper discusses the revolution of the classroom teaching， practical learning， the building of the teaching resources platform and the revolution of the evaluation mechanism. As a result， the quality of the teaching of the course can be improved； the students can be well trained.

Keywords Computation Intelligence； computer； practice teaching； curriculum revolution

0 引言

CDIO是由MIT提出的教學理念，其代表的含义是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），即构思-设计-实现-运行。[1]它是一种以技能培养为目标的全新教学模式，将实现工程项目的目标贯穿于课程和专业学习的全生命周期。CDIO是基于项目的教育和学习的一种模式，这种教学方式具有较强的可操作性、适应性和实践性。我国计算机教育中普遍存在重理论、轻实践的问题，造成高校教育与社会需求的脱节。此外，学生缺乏团队意识、难以开展有效合作。CDIO教育模式对上述问题均具有重要改革意义，其已经被应用于计算机应用技术、C语言程序设计、数据结构等课程的教学改革，取得了良好的效果。[2-5]

“计算智能”课程是面向计算机科学专业的学生开设的专业课程，主要面向本科生和研究生教学。课程中包含了神经网络、模糊逻辑、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、免疫算法、分布估计算法和Memetic算法等教学内容，对学生从事科研工作或工程应用具有重要作用。课程内容广泛，具有极强的理论性、应用性和实践性。实际授课中，由于课时限制，教师重点在分析算法思想，无法对算法细节讲解；其次，计算智能是一门动态发展的学科，不断有新的算法出现，学生亦需结合所学创新。[6]

针对上述问题，本文提出基于CDIO的“计算智能”课程教学改革方法。通过CDIO教学模式对“计算智能”课程教学方法进行改革，着重培养学生的项目意识、实践能力、团队合作等综合素质，启发学生的创造性思维，提升学生的工程实践能力和创新能力，以更好地适应“计算智能”学科进步的需要。

1 “计算智能”课程当前的主要问题

“计算智能”课程是计算机科学专业学生的重要课程，具有极强的理论性、应用性和实践性。传统教学中，学生对理论知识点缺乏充分理解和认知，导致理论与实践脱节，学生在学习后往往无法将理论知识应用于工程实践。传统教学模式存在的问题主要包括：

（1）教师对学生缺乏启发和引导。“计算智能”由于课程内容多、授课学时少，教师与学生在课堂上难以充分互动，授课普遍存在“填鸭式”的情况。在课程专业知识方面，教师对如何激发学生对“计算智能”相关算法的学习兴趣，引导学生在课外主动学习更多相关知识方面存在显著缺陷。另外，教师本身亦存在工程实践经验的可能，因而更难以对学生起到启发和引导的作用。

（2）课程实验设置流于形式。“计算智能”涉及神经网络、模糊逻辑、遗传算法等多种算法，内容丰富、理论性强，学生难以将理论内容的内涵与实践项目相联系，使学生将大量时间用于算法的演算上，弱化了课程的实践性，且学生对相关内容难以产生兴趣。与此同时，课程实验内容主要是课程涉及算法的简单验证性实验，来源于科研、工程项目的实验内容较少，学生无法通过课程实验环节对课程内容有更深刻的认识，难以将理论知识准确地运用到实践之中。

（3）学生缺乏主动解决问题的能力。“计算智能”是一门需要多种计算机科学专业基础课程相关知识的课程，主要运用到计算机基础、C语言、数据结构等课程的基础知识。如果学生对基础课程掌握欠佳，且学生缺乏主动解决问题的能力，将影响课程的学习。此外，课程实验环节亦需要学生全身心投入、充分调动主观能动性，积极解决实验中遇到的各种问题，才能对课程能容有更深刻的认识。然而，目前学生对“计算智能”课程学习中遇到的问题，缺乏主动解决问题的能力。

2 “计算智能”课程教学改革措施

2.1 课堂教学模式改革

改变传统课堂以教师讲授为主的教学模式，由学生自由组成实践小组。由课程教师设计课程实践项目的主要方向，学生根据相关方向拟定实践项目内容，并实施实践项目。各学生小组推选代表，以动画、幻灯片、视频等方式汇报，设课堂提问环节。从而通过互动教学引起学生对课程内容的兴趣。同时，采取案例式教学，由教师将实际科学研究课题或工程项目中的成果提炼为案例，在科课程中讲授。通过这种方式开阔学生视野、提高学生兴趣、引导学生自主学习。

2.2 实践驱动式教学

课程实践项目设计需将CDIO的理念融入其中，主要可分为算法验证实验、算法设计实验和创新型实验三个层次。算法验证实验是对课堂教学内容的反馈，重点加深学生对相关理论知识的理解，掌握课程相关的基本技能；算法设计实验要求学生综合利用所学的理论知识解决简单的应用问题；创新型实验由学生实践小组完成，使學生通过团队合作，运用课程知识完成具体科学研究或工程应用问题。

在CDIO教学模式下，教师完成角色转变，重点培养学生的实践能力及专业综合素质。教师成为设计者，设计出与工程实际相匹配的“计算智能”课程。课堂教学突破传统填鸭式教学模式，变为引导学生主动参与的形式，让学生均有机会参与课程实践环节，培养学生的团队合作和实践能力。

2.3 教学资源平台构建

由于“计算智能”课程内容丰富、需要大量基础课程知识，课堂教学学时难以满足实际教学需要。教学资源平台的构建可以有效解决上述问题，其主要由课程介绍（课程概要、教学视频、课堂讲义、参考算法下载）、自主学习（课程提纲、在线测试、实验项目）、讨论答疑（留言板）等模块组成。此外，教学资源平台设置作业提交功能，实现学生在线提交算法验证实验、算法设计实验和创新型实验的相关材料。

通过教学资源平台的构建，使教师对学生的学习状态、进度有更好的掌握，并使学生有相对开放的环境进行课程学习，充分发挥主动能动性，提高学习效率。

2.4 课程考核机制改革

传统课程考核方式主要是由平时成绩（约占总分30%）和期末考试成绩（约占总分70%）构成。对“计算智能”课程而言，通过试卷的形式难以反映学生对课程理论在实践中运用能力的掌握水平，无法体现CDIO中基于项目学习的理念。为了突出课程实践的重要性，并使学生对课程实践环节充分重视，对现有的考核方式进行改革。课程的总分由算法验证实验（约占总分10%）、算法设计实验（约占总分10%）、创新型实验（约占总分50%）、期末考试成绩（约占总分30%）组成。通过多样化的考核方式促进学生不断学习，同时避免填鸭式教学的学生。教师需要建立客观的考核标准与制度，同时以教学督导、同行教师评价、学生座谈等方式对教师工作形成监督。

3 结束语

目前，以“计算智能”课程为代表的计算机科学专业课程仍以理论教学为主，忽视实践环节，学生的项目实施能力没有得到很好的训练。虽然各高校投入大量资源，以提高教学质量，但学生仍需通过企业实习才能得到相关实践能力的训练，这是高校计算机科学教学中亟待解决的重要课题。

本文针对上述问题，将CDIO教学理念引入“计算智能”课程教学。通过课堂教学模式改革、实践驱动式教学、教学资源平台构建和课程考核机制改革等方式对“计算智能”课程进行改革，强化课程的实践能力培养，同时完成教师角色的转变。从而，提升“计算智能”课程教学质量，培养具有创新实践能力的高素质人才。本文的成果亦可作为计算机、机械工程等其他工程类学科课程改革的参考。

参考文献

[1] 刘景云，李平，耿钰.基于CDIO模式的《物流工程》课程架构体系设计[J].物流技术，2016.35（9）：177-180.

[2] 金敏.CDIO模式视阈下的软件工程课程教学改革[J].电子测试，2016（24）：83-84.

[3] 黄玉蕾.CDIO模式下C语言程序设计课程教学改革探索[J].电子测试，2016（16）.

[4] 薛惠.CDIO模式下项目驱动教学法在《计算机应用基础》课程中的应用[J].价值工程，2016.35（21）：176-177.

[5] 郭瑞波，王梦菊.基于CDIO理念的数据结构课程体系研究与实践[J].实验技术与管理，2016.33（10）：213-215.

[6] 黄国华.基于研讨法的《计算智能》课程教学研究[J].考试周刊，2016（64）：115-115.