CDIO工程教育理念下《计算机导论》课程建设研究

李静 冯素琴

摘 要：以《计算机导论》课程为研究对象，结合地方院校建设及学习者特点，分别从CDIO工程教育的4个能力层面分析目前教学中存在的问题，并围绕教学内容、教学模式、教学方法及评价方式提出相应课程建设措施。通过CDIO工程教育理念下的课程建设优化课堂教学，可使毕业生更好地适应新形势下社会对工程人才的需求，也可为其它专业课程建设提供参考。

关键词：CDIO工程教育;《计算机导论》;教学改革

DOI：10. 11907/rjdk. 182619

中图分类号：G436

文献标识码：A文章编号：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来国际工程教育改革的最新成果。CDIO分别代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）与运作（Operate），其以工程项目从研发到运行整个生命周期为载体，通过项目设计将整个课程体系有机结合起来，将教育过程与工程领域具体情境相结合，让学生以主动、实践的方式参与教学各个环节，强调课程学习与项目设计相联系，以培养学生的综合实践能力[1]。

《计算机导论》课程是计算机专业一年级开设的一门专业基础课，可引导大学新生对计算机学科基础知识及学科体系有一个概括了解，从而为系统学习后续专业课程打下坚实基础，并为计算机学科的课程学习提供方法指引。目前在《计算机导论》教学过程中，面临着培养学生工程实践能力的社会需求与自身课程建设进展缓慢的矛盾，因此亟待进行课程教学改革。

作为一种先进的工程教育理念，CDIO自2004年提出以来，受到了学者们的广泛关注。国内外各本科院校、高职院校也开始逐步认识到CDIO工程教育理念的重要性，因此围绕工程毕业生综合能力提升，相继针对计算机专业相关课程进行了有效的教学改革尝试。2015年，姚旭东[2]在《基于CDIO 模式的计算机导论课程教学改革》中，介绍了以 CDIO 模式为指导的《计算机导论》课程教学改革经验;2017年，赵军[3]发表论文《从CDIO 工程教育探讨WEB 应用开发技术课程的教学改进》，探讨CDIO 工程教育理念，强调“三位一体”教学模式的应用，并采用项目教学法作为主要教学手段;林叶郁、林文如[4]在《基于CDIO理论的软件体系结构课程教改實践》中，提出以CDIO教学理论为指导，以如何构建一个大型软件系统的全套流程为主线，开展案例式与项目驱动方式相结合的教学。在“新工科”培养应用型人才的背景下，本文结合CDIO工程教育理念，对课程教学模式、教学内容、实践活动及评价体系构建等方面进行研究，以期探索出一条适合学科发展的道路。

1 CDIO工程教育模式

从2000年起，麻省理工学院、瑞典皇家工学院等4所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2 000万美元的巨额资助，经过4年的探索研究，创立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的国际合作组织[5-6]。CDIO工程教育理念不仅继承与发展了欧美20多年来的工程教育改革理念，更重要的是其系统提出了具有可操作性的能力培养及检验测评的12条标准，是近年来国际工程教育改革的最新成果。

截至2013年，已有几十所世界著名大学加入CDIO组织，其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念与教学大纲，取得了良好效果，按照CDIO模式培养的学生深受企业欢迎。截至2017年4月，共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育联盟”。

在我国，2005 年汕头大学工学院开始学习探索CDIO 工程教育模式并加以实施，现已取得明显成效[7-8]，之后CDIO在全国开始以惊人速度传播与发展。与CDIO有关的教学研究单位包括从“985工程”院校到一般本科学校，以及高职高专等高校;研究内容包括从CDIO理论到课程体系建设，从课堂教学到CDIO实践环境建设等相关内容;涉及专业从“全国CDIO工程教育模式试点工作组”确定的4个工科大类专业，到目前的许多人文社科类专业如英语、思想政治教育等[9]。

CDIO理念倡导以主动、实践、课程之间有机联系的方式进行学习，在项目构思—设计—实现—运作过程中，不断提高学生的创新思维能力与实践能力[10-11]，完全符合计算机类工科专业应用型人才培养目标。因此，将这种开放式人才培养理念应用于《计算机导论》课程建设中具有可行性。

2 CDIO工程教育视角下的教学问题分析

CDIO 工程教育模式将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力与工程系统能力4个层面（见图1）[12-13]，大纲要求采用综合培养方式使学生在该4个层面达到预定目标。

2.1 工程基础知识层面

根据CDIO理论要求，合格的工程毕业生需要具备牢固的技术知识与较强的推理能力，具体包括基础科学知识、核心工程基础知识及高级工程基础知识。但以笔者所在的忻州师范学院为例，基于地方院校建设及生源特点，导致课程教学内容仅局限于计算机基础知识及办公软件使用，课程变成了“狭义工具论”和计算机学科所涉及内容的“浓缩版”课程简介。现有自编教材虽然涉及范围广、基本概念多，但缺少诸如云计算、大数据、人工智能、区块链等学科前沿动态，不能突出应用型、复合型人才培养特点。目前虽然有线上教学资源《计算机导论》课程网站，但其内容仍局限于纸质版教材的浓缩与精选，如传统的教学课件、教案和习题等静态资源，是按照教学大纲要求预先设定好的凝固不变的知识。学生可以在网页上留言，但教师无法实时反馈，信息回复的延迟往往使学生对疑难点的兴趣度降低。

2.2 个人能力层面

CDIO教育理念要求学生具备工程技术岗位所需的个人职业技能与职业道德，以该思想为导向，《计算机导论》课程在培养学生个人能力层面应注重两点：①计算思维及创造性思维能力培养;②专业知识综合应用能力，尤其是动手实践能力培养。

通过对本校学生的考查，发现其在以上两方面的能力均有待提高，主要是由于学生在课程学习上缺乏针对性，不能很快进入思维能力培养模式，而是将过多时间和精力放在对课本抽象理论及其解释说明的死记硬背上。这从另一方面也反映了课程教学模式及考核方式存在一定弊端，考核方式有待进一步改进。

2.3 人际团队能力层面

人际团队能力培养要求在课程项目实施过程中以团队合作方式进行，从而提升学生的团队合作能力与交流能力。但从本课程教学过程来看，由于教学形式较为单一，学生无法在项目驱动的任务中体会其任务关联性，也难以体会到团队成员思想碰撞、责任担当、和谐相处的重要性。同时，对学生的评价侧重于形成性评价，而忽略了过程性评价，团队工作在课程学习与考核中所占比重较低，导致学生在团队中的优秀表现不能得到有效激励，因而无法提升学生的自我效能感，学习需求与学习欲望逐渐下降。

2.4 工程系统能力层面

应用型本科院校承担着培养生产、建设、管理、服务等一线急需的综合型工程人才的任务。在“新工科”建设背景下，结合现有人才培养理念与卓越工程师培养需求，本课程应着重于实践环节，为学生灌输工程系统理念。但从课程授课计划来看，实验课程更多地只是涉及办公软件的使用，学生缺乏有效的工程实践经验。

3 教学改进思路与具体措施

3.1 基于计算思维与实践能力培养的教学模式改革

针对CDIO模式确定的个人能力培养目标，形成课堂教学、课内实验及课外实践相结合的三级教学模式。课堂教学部分以培养学生计算思维与创造性思维为导向，注重完整的知识体系建设，以科研工作为依托，及时将学科最新研究成果引入教学中;实验与实践教学部分需要结合工程化应用型技术人才培养定位与目标，深刻研究工程技术岗位人才所需的复杂能力和技能需求，将其分解为单项能力与技能，并贯穿于课内实验与课外实践过程中，最终使学生具备适应复杂工程情境的能力。因此，课内实验内容需侧重于计算机基本操作能力训练，课外实践需侧重于工程系统能力培养[14-16]。

3.2 基于工程基础知识层面的教学内容扩展与教材建设

《计算机导论》教学既要通过课堂讲授让学生获得系统、完整的学科知识，又要通过课内实验使所学知识产生迁移，培养学生具备适应工程技术崗位的职业技能。更重要的是，通过课外实践营造有效的职业情境，使学生在实践中积累经验，从而能够胜任未来的工作。因此，要求教学过程中除需要具有良好知识结构的静态教学资源——教材外，还要有配套的教学资源库，并能够依托互联网、人工智能、增强现实等技术打造各种在线平台，形成完备的线上线下、课内课外相结合的教学生态圈。

《计算机导论》课程在静态教材资源建设过程中，在全面、系统地介绍计算机学科基本知识的基础上，结合计算机领域各种新技术与新应用，加入了诸如物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等学科前沿动态，以进一步开阔学生视野。同时，以原有课程网站为出发点，运用现代信息技术不断完善平台功能，实现师生互动与生生互动。无论在课堂教学、实验还是课外实践环节，学生们都可以随时分享学习经验，并让其在平台设置的模拟工作任务中，亲身感受所学知识的作用和价值，从而提高学习兴趣，培养协作精神[17]。

3.3 基于团队能力训练的项目驱动式教学方法应用

CDIO理念的实质是一种项目驱动的工程教育模式，要求以项目研发完整过程为主线，对学生进行从产品构思到运作全过程的系统训练。《计算机导论》课程采用分级项目设置方式，有的项目甚至可以贯穿整个学期的学习过程。

以《计算机导论》课程的课堂教学环节为例，课前以每一讲内容为依据提炼出小项目，并以编制导学案的方式通过在线平台发放给学生，学生以小组为单位，查找相关资料进行调研准备;课堂采用研讨、启发等方式完成项目，教师负责课堂组织与答疑，真正使学生变被动学习为主动学习;最后各小组成员撰写小组报告，总结学习过程与收获。该方式不仅提升了学生的学习积极性，更能调动其课下学习的主动性，也培养了学生的组织能力与团队协作能力[18-20]。

3.4 基于应用型人才培养的模块化混合评价体系建设

以应用型人才培养为目标，增加实验与实践课程在评分体系中的比重，让学生充分意识到实践的重要性，构建基于应用型工程人才培养的模块化混合评价体系。对学生的评价可根据理论知识模块、课内实验模块与课外实践模块3部分进行评价[21]。

（1）理论知识模块按照每一讲的導学案进行教学检查与评定。主要检查学生对课程内容的理解，学生能够把知识点涉及的问题清晰、准确地表达出来为考核合格，对内容理解有偏差的学生则需要进行重点辅导。

（2）课内实验部分每一模块的成绩由在线考试系统进行检查与评定。课外实践部分要求学生以团队方式完成每一模块中的综合项目，并在平台上进行阶段性成果展示。平台会准确记录诸如作品发布次数等项目状态，并以此为依据对学生的学习状态、学习能力、学习风格等作出评价，教师则可以在平台上给予及时点评或辅导，学生如能按时按量完成项目则考核合格。

（3）评价体系模块内容及评分比例如表1所示。

在课程建设过程中，通过对CDIO工程教育模式及国内外应用情况的研究，结合《计算机导论》课程教学现状及学习者特点，分析得出目前教学中存在的问题，进而对照CDIO培养4个能力层面的要求进行课程建设研究。《计算机导论》课程建设步骤如图2所示。

4 结语

本文在CDIO工程教育理念下，对计算机类工科专业开设的《计算机导论》课程进行探索，结合地方高校建设实际与学习者特点，分别从CDIO模式要求毕业生具备的工程基础知识、个人能力、工程系统能力、人际团队能力4个层面出发，对目前课程建设中存在的问题进行分析，并提出相应课程建设思路与具体实践方法。该新型教学方式不仅能够提升学生学习效率，还能提升学生的课堂参与度与自我效能感。同时，通过良好的在线反馈激励机制可随时了解学生学习状态，为教师进行针对性教学提供了依据。

基于CDIO工程教育理念，本文在理论与实践方面都进行了探索，但还存在一些不足之处，下一步将对以下两方面进行深入研究：

（1）课程移动教学平台建设。在网络技术飞速发展的今天，智能手机等移动设备得到普及。因此，可采用移动教学方式如在手机中安装移动教学APP，充分利用云课堂等线上平台开展混合式教学，实现人机互动、师生互动与生生互动，以有效提升教学效果。

（2）校企合作实践环节建设。以“卓越工程师培养教育计划”与CDIO工程教育理念为引导，推进课外实践中的校企合作环节建设，并进一步提升合作的规范性及实用性，使学生能够通过实践更好地理解所学知识，并将知识转化为生产力。

参考文献：

[1] 郭威. 软件工程专业课程体系的重构与度量[J]. 实验科学与技术，2015，13（2）：169-172.

[2] 姚旭东. 基于 CDIO 模式的计算机导论课程教学改革[J]. 科技风，2015（5）：216-216.

[3] 赵军. 从CDIO 工程教育探讨WEB 应用开发技术课程的教学改进[C]. 2017年全国高校计算机网络教学暨网络工程专业建设研讨会，2017.

[4] 林叶郁，林文如. 基于CDIO理论的软件体系结构课程教改实践[J]. 黑龙江工业学院学报，2018（18）：14-18.

[5] 孔维宾，高原，丁健云，等. 基于CDIO的电子科学与技术专业实践教学体系的探索[J]. 软件导刊·教育技术，2018，17（7）：77-79.

[6] 汪蕾. 基于CDIO工程教育模式的传感器课程教学改革研究[J]. 焦作大学学报，2018（3）：102-104.

[7] 顾佩华，包能胜，康全礼. CDIO在中国[J]. 高等工程教育研究，2012（3）：24-40.

[8] 王鹤琴. 基于CDIO模式的案例教学法研究[J]. 菏泽学院学报，2018，40（4）：90-93.

[9] 严凌峰. CDIO理念下的市场营销专业教学方法改革研究[J]. 长春大学学报，2018，28（8）：94-97.

[10] 奎晓燕，郭克华，刘卫国，等. 新工科背景下《物联网基础及应用》课程建设研究[J]. 软件导刊，2018，17（8）：1-3.

[11] 武婷婷，唐加山. 新工科背景下“线上-线下”混合教学框架设计与实践[J]. 软件导刊，2018，17（7）：18-20.

[12] 王剑宇，郭强，阚媛，等. 基于CDIO的程序设计课程项目牵引式教学方法研究[J]. 软件工程，2018，21（9）：54-56.

[13] 杜博. 基于CDIO的C语言程序设计课程教学的改革与探索[J]. 微型电脑应用，2018（3）：67-68.

[14] 蔡美玲. 培养计算思维能力的计算机基础课程教学内容设计[J]. 吉林省教育学院学报，2018，34（10）：79-82.

[15] 何啸峰，李海燕，鹿江春. 计算机基础教学中计算思维能力培养研究[J]. 实验技术与管理，2018，35（9）：214-216.

[16] 朱晓东，顾榕蓉，吴立保. 基于CDIO理念的创新创业教育与专业教育融合发展研究[J]. 创新创业教育，2018（2）：77-80.

[17] 赵清梅. 从教学取向变革看职业教育课程教材形态的发展趋势[J]. 中国职业技术教育，2018（26），40-45.

[18] 彭智朝，陈代武，贺文华，等. 基于 CDIO 工程教育理念的应用型本科人才培养模式研究与探索——以网络工程专业为例[C]. 2017年全国高校计算机网络教学暨网络工程专业建设研讨会，2017.

[19] 黄涛. 基于Android的任务驱动式在线课程学习系统设计与实现[J]. 武汉职业技术学院学报，2018，17（2），93-96.

[20] YUE J，RUI H. Application of MOOC in CDIO integrated teaching pattern：a case study of software engineering major[C]. 2017 12th International Conference on IEEE Computer Science Education，2017：324-327.

[21] 钱宇华，魏磊，田嵩，等. 基于混合式学习的教学设计与学习评价体系构建[J]. 中国大学教学，2018（12）：60-62.

（责任编辑：黄 健）