CDIO 模式下基于学生本位的高职程序设计教学改革

●邹银凤 杨晓宇

前言

2019 年高职扩招100 万人，国务院印发《国家职业教育改革实施方案》，职业教育再次引起社会和产业届的广泛关注，迎来新的发展。高等职业技术院校作为我国技术技能型人才培养的重要组成部分，有效提高人才培养质量适应产业的发展需求，专业课程的教学改革将是不可忽视的重要一环。

程序设计基础作为计算机类专业基础课程中的核心课程，在引导学生培养计算思维、抽象思维以及分析问题的能力方面具有重要的作用①②。Java 程序语言以其本身的语言优势，被大部分院校设为计算机程序设计的入门课程，在专业课程中具有重要的地位。本文以《Java 程序设计》教学为例，探索了一种适合高职学生的程序设计课程的有效教学方法。

一、高职程序设计课程的教学现状

（一）程序设计课程教学内容抽象繁杂

程序设计作为计算机专业的入门课程，其目的是通过课程学习使学生掌握一门程序设计语言的语法规则，理解计算机的运算逻辑，熟练程序设计的一般思维。程序设计课程的教学包含数理逻辑和语言学规律，课程内容抽象单调，涉及的概念和语法繁杂。在授课时长受限的基础上，增强学生对抽象繁杂的理论知识的吸收、理解和巩固，需要教师和学生之间的共同努力。高职教育对于学生而言学习时间少，学习任务大，增加学习课时解决不了根本问题，革新教学方法，转变教学思路才是提高教学质量关键。

（二）高职学生学习能力起点低，自律性差

大部分高职院校的学生成绩都不是很好，相对于本科院校学生，在接受知识能力、实践能力、自主学习能力都有欠缺③④。2019年《国家职业教育改革实施方案》提出了“三教”改革，任务之一就是“如何教”。“如何教”所有的高职院校和教师都需要先明确一个问题：学生是“三教”改革的直接影响对象。很多高职学生，从高中养成了很多不好的习惯，上课不认真听课，走神、玩手机，课后不总结已学知识，自控能力特别差。学习方法功耗大效率低是高职学生学情分析的重要事实之一。近年来高职扩招，来自不同领域和层次的高职新生更是加剧了高职学生学习能力参差不齐的现状。完善高职教学方法，提高教学质量无法避免高职授课对象接受能力有限、学习动力不足的事实。

（三）程序设计课程教学实践缺乏有效的交流互动

程序设计是介于理论和实践之间的计算机基础性课程，学生学习质量的高低决定着下一阶段的其专业课程的发展高度。程序设计需要培养学生清晰，严密的逻辑思维。高职学生学习能力有限，自主思考动力的不足，遇见难题时容易放弃。计算机编程语言、编程工具大部分都是基于英文环境，高职学生因英语学习的畏难心理对编程语言的学习产生抵触心理的人普遍存在⑤。大部分教师在教学过程中缺乏对学生的接受能力、课程授课内容和教学大纲的全面分析，容易忽视学生学习的自信心和受挫能力，难以把握好学生的实际学习情况⑥。在实际教学过程中，理论教学与实践教学之间缺乏合理有效的安排，导致课内容重点把握不对称，教学效果差强人意。

程序设计课程的授课目的，首先是为了培养学生的编程基础——让学生掌握一种程序设计语言，其次是培养学生的程序设计思维——学会编写程序解决问题。侧重编程语法规则讲解，学生只知编程不知为何编程；侧重编程思维训练和算法讲解，学生知编程却不知如何有效编写正确的程序解决问题。有效实施程序设计课程的教学改革，平衡好程序设计课程授课目的的两方面和学生的实际接受能力，需要构建教师和学生之间的双向互动，让枯燥繁杂的程序语法规则与抽象的程序设计思维被学生成功地吸收和接纳。

二、CDIO 模式下基于学生本位的教学改革

CDIO 工程教育模式是由麻省理工学院在内的4 所国际高等院校联合研究发布的最新国际工程教育改革研究成果。CDIO 工程教育模式由构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作(Operate)四部分构成，旨在以学生为中心，通过主动的、实践的、课程之间有机联动的方式学习工程理论、技术和经验⑦⑧。CDIO 工程教育理念主张“做中学”，以接近实际工程项目的综合性设计项目进行教学，培养学生的学习热情，增强综合理解和运用知识完成项目的工程实践能力。

本文以培养学生技能为重心，借鉴CDIO 工程教育模式的分阶段实践及综合运用的思路，提出基于CDIO 模式的学生能力本位教学方法。从教师和学生两个角度，充分构思和运用CDIO 教育理念，在教的过程中使用CDIO 理念促进教师不断完善和改进教学和课堂设计，在学的过程中不断引导学生正确规范的理解和掌握课程知识，形成教与学的循环有效反馈，保证教学的质量和学生学习兴趣。

（一）基于学生本位的课程开发

学生本位是教育教学改革中的重要命题。学生作为教学改革的直接影响对象，决定着教学改革的最终质量⑨。高职扩招，来自不同领域和层次的高职新生加剧了高职学生学习能力参差不齐的现状。为适应高职院校生源质量的变化，改善教学效果，在充分分析高职学生学情的基础上，设计并提出了基于学生本位的“3+2”课程设计思路，如表1 学生本位的教学设计。

基于学生本位的“3+2”课程设计是以学生为中心，充分考虑学生实际学习情况、接受能力与课程知识教授重点和难点之间的关系的课程设计方式。具体的课程设计流程如图1“3+2”课程设计流程。

表1 学生本位的教学设计

其中“3”是指三阶段案例设计，根据知识点的分布将授课案例和练习案例按难易程度分为3 个层次，对应知识点讲解的层层递进和深入，学生可根据自身学习难度相应地步步跟进与学习。

图1 “3+2”课程设计流程

“2”是指学生和教师之间循环的双向反馈。在程序设计学习和练习过程中学生会遇到各种程序异常与报错，极易打击学习积极性。基于师生双向反馈的模式下，学生在学习过程中遇见的问题可以被及时指导解决和定期整理；教师在收集和分析学生的反馈信息后，可以完善和改进后续授课过程中的着重点，具体过程如图2。

图2 基于学生本位的师生双向反馈过程

遵循学生本位的课程开发思路，以《Java 程序设计》的循环结构单元中的While 循环结构为例进行课程开发与设计，如表2 While 循环结构的课程设计。

表2 While 循环结构的课程设计

（二）基于CDIO 模式的教学过程

基于CDIO 模式的教学过程遵循知识传授规律，运用CDIO基于项目构思、设计、实施和运作的工程项目思路，将每一个教学单元理解程一个完整的教学项目⑨，从教师的角度完成和实现整个教学过程。具体实现过程如图3。

基于CDIO 模式的教学过程是一个有序递进的动态循环设计与实现的过程。其中构思环境需要教师根据教学大纲及学生的实际学习情况，准确定位和梳理教学内容的重点和难点，并在设计和实现环节通过思维导图帮助学理解和把握课堂中的重点。实现与运作环节在程序案例讲解过程需要熟练使用程序流程图进行程序算法分析和讲解；辅助学生答疑过程需要使用程序集成开发环境工具，实现Bug(程序异常)的准确定位。基于CDIO 模式的教学过程，每堂课程的结束即是下一次课程的开始，学生提交的BUG 管理清单以及当次课程中的新增程序关键字和语法结构，即成为下一次课程中“程序语法词识记和默写”的主要内容。

图3 基于CDIO 模式的教学过程

（三）基于CDIO 模式的案例实践

基于CDIO 模式的案例实践是以学生本位，引导学生自主学习和完成课程案例学习和练习的实践环节。学生在实际练习过程中，按照构思，设计，实现和运作四个基本步骤，通过团队合作相互学习和帮助，借助教师的课堂辅导，有效完成理论学习与实践练习的过程。具体实现流程如图4。

图4 基于CDIO 模式的案例实践

遵循CDIO 模式的案例实践过程，学生遵循答题的一般思路进行学习与实践，可以准确定位自身学习的不足，有效提问，实现与授课教师之间积极互动。长期的答题实践与授课训练，可以培养学生清晰的逻辑思维习惯，增强程序编写思维，提高学习热情，促进了教与学的共同发展。

（四）教学质量分析

2019 年度秋，使用CDIO 模式下基于学生本位的程序设计教学方法与传统教学方法，分别教授2019 级计算机应用技术专业4班和3 班的《Java 程序设计》课程。学期末组织了以《Java 程序设计》课程为主要考核内容的分专业兴趣意愿考核，此项考核由对计算机编程感兴趣的学生自愿报名参加。两个对比班级的实际报名情况，如图5。

4 班学生总数为44 人，3 班学生总数为45，总体报名情况由图5 可知，4 班报名参与考核的学生明显比3 班多，参与率也明显高于3 班。由此可知实施CDIO 模式下基于学生本位的程序设计教学方法可以有效提高学生学习程序设计的兴趣和热情，保障了学生的学习自信心。

《Java 程序设计》课程期末考试施行教考分离，授课教师不参与考核的整个过程，考核成绩可以客观地反映实际的教学效果。由图6 可知，无论从整体还是部分看，实施教学改革的4 班整体考核成绩优于使用传统教学方法的3 班。4 班学生成绩大部分居于70~100 分的中等偏上的分数段，而3 班学生的成绩分数层次性明显，学生学习能力与成绩成正相关分布的态势突出，说明CDIO 模式下基于学生本位的程序设计教学方法能够适应高职学生学习能力参差不齐的学情现状，可以有效地保证和提高教学质量。

图5 参与专业兴趣考核两个班级报名情况

图6 期末考试成绩对比

三、结语

“三教”改革的不断推进以及高职扩招的稳步进行，将给职业教育提出更高的要求。顺应社会发展，提高教学和人才培养质量是教育教学改革的重要研究课题。本文通过分析教学过程中教师和学生的不同角色，结合目前高职扩招的现状，提出了CDIO 模式下基于学生本位的高职程序设计教学改革。这种方案通过实践证实，是可以运用在学生学习能力参差不齐的高职教学中，来增加学生对求知的兴趣，提高教师的教学质量，为学生后面的课程学习打好基础。

注释：

①陈思佳.基于能力培养的VB 课程自主学习模式研究[J].教育现代化,2018,5(30):222- 225

②赵玲玲,康瑶,李丹丹.程序设计类平台课的建设研究[J].教育教学论坛,2018(23):192- 193

③宗林莉.地方高职院校分层次学生管理研究[D].华中师范大学,2015

④王丽雅. 高职信息技术课翻转课堂实施之行动研究 [D]. 兰州大学,2018

⑤陈进.高职学生编程兴趣引导的探索和实践[J].教育观察,2017,6(18):76- 78

⑥熊煦,刘日鑫,陈晓松.高职院校复合材料专业四层次实践教学体系的构建[J].职教通讯,2015(33):73- 77

⑦吴红梅,郭宇,张震斌,蔺岩,陈强强.基于CDIO 模式的有机化学实验教学改革[J].实验室研究与探索,2017,36(10):177- 179+217

⑧郭智兴,鲜广,熊计.基于CDIO 模式的复合材料实验教学方法[J].实验室研究与探索,2019,38(06):202- 205

⑨阎群,李擎,崔家瑞,徐银梅,王国霞.大学生解决复杂工程问题能力的培养[J].实验技术与管理,2017,34(11):178- 181+186

⑩朱昌洪,黄勇,潘宇.基于CDIO 的“单片机原理及应用”课程研究及实践[J].科学时代,2014(7)