I計(jì)算機(jī)PR-CDIO環(huán)境教學(xué)分析

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1引言

CDIO是國(guó)外高等工科教育的一種創(chuàng)新模式，它代表構(gòu)思(Conceive)，設(shè)計(jì)(Design)，實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)行(Operate)。它以產(chǎn)品的從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間存在有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO是由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)和瑞典皇家工學(xué)院等四所世界前沿工程大學(xué)從2000年起組成的跨國(guó)研究組織，在1600多萬(wàn)美元巨額的資助下，經(jīng)過(guò)四年探索研究的成果，他們創(chuàng)立了CDIO工程教育理念并成立了CDIO國(guó)際合作組織。CDIO因其與社會(huì)需要一致性、具有國(guó)際先進(jìn)性、實(shí)踐可操作性、全面系統(tǒng)性和普遍適應(yīng)性等特點(diǎn)而被國(guó)際上幾十所院校所采納，其育人成效顯著。2006年，汕頭大學(xué)成為首所加入CDIO國(guó)際組織的中國(guó)大學(xué)，從此，CDIO之風(fēng)吹進(jìn)了中國(guó)大地，其先進(jìn)的教育理念引起了中國(guó)高等工程教育界的高度關(guān)注。經(jīng)過(guò)10年的擴(kuò)大招生，普通本科院校招進(jìn)了中國(guó)95%的大學(xué)生，與早期的大學(xué)生相比，他們有著：思維靈活、興趣廣泛，但不能專一；熱情高昂、積極參與，但不能持久；做事遇難而退，虎頭蛇尾，責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)等特點(diǎn)，加上接受著單一的、知識(shí)型的高等工程教育模式培養(yǎng)，使畢業(yè)生在能力和素質(zhì)上與當(dāng)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求不相適應(yīng)，供需矛盾日益突出，因此，中國(guó)高等工程教育模式的改革迫在眉睫。作為工程教育的典型代表，計(jì)算機(jī)專業(yè)工程教育目標(biāo)是培養(yǎng)IT行業(yè)工程師，即培養(yǎng)必須掌握基礎(chǔ)技術(shù)中深厚的應(yīng)用知識(shí)；善于構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作計(jì)算機(jī)產(chǎn)品或系統(tǒng)的技能；能完成較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程；能適應(yīng)現(xiàn)代化開發(fā)團(tuán)隊(duì)和開發(fā)環(huán)境的工科畢業(yè)生。CDIO不妨是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可探索之道。從2004年起，浙江萬(wàn)里學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)致力于學(xué)生的工程技術(shù)能力和素質(zhì)培養(yǎng)，率先在集中實(shí)踐性課程中實(shí)施“項(xiàng)目化”訓(xùn)練，即在課程中引進(jìn)具有實(shí)際意義的軟件工程項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行構(gòu)思(需求分析)、設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)的全過(guò)程，訓(xùn)練學(xué)生的綜合知識(shí)能力、自學(xué)能力、組織溝通和協(xié)調(diào)能力，這與CDIO的教學(xué)方法和教育宗旨是完全一致的。近年來(lái)，通過(guò)學(xué)習(xí)CDIO國(guó)際先進(jìn)的教育理念，結(jié)合學(xué)生實(shí)際，提出了Ipr-cdio的工程教育思路，其中IPR是指興趣(Interest)、毅力(Perseverance)和責(zé)任(Responsibility)，IPR-CDIO就是將學(xué)生探索興趣、解決問(wèn)題毅力和社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)，融入到項(xiàng)目研發(fā)的CDIO過(guò)程。通過(guò)不同級(jí)別的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其獲取知識(shí)(自主學(xué)習(xí))、共享知識(shí)(團(tuán)隊(duì)合作)、運(yùn)用知識(shí)(解決問(wèn)題)、總結(jié)知識(shí)(技術(shù)創(chuàng)新)和傳播知識(shí)(溝通交流)的能力與素質(zhì)，同時(shí)訓(xùn)練其職業(yè)道德修養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任意識(shí)。本文重點(diǎn)討論的是IPR-CDIO教育環(huán)境下的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系設(shè)置，教學(xué)方式方法改革及實(shí)施效果分析。

2IPR-CDIO教育環(huán)境及課程體系設(shè)置

工程教育是為了培養(yǎng)具有熟練技術(shù)基礎(chǔ)和廣泛專業(yè)能力的工科學(xué)生，使其成為未來(lái)的行業(yè)工程師，工程師角色的核心是在一定的環(huán)境下設(shè)計(jì)和實(shí)施問(wèn)題的解決方案，而環(huán)境是理解并學(xué)習(xí)知識(shí)和技能的一整套文化，因此，只有良好的文化氛圍才能培育出合格優(yōu)秀的工程師。以CDIO作為工程師的培養(yǎng)環(huán)境，通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目生命周期的完整訓(xùn)練，能夠幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)和技能培養(yǎng)，而且使其IPR素養(yǎng)得以鍛煉。以工程能力培養(yǎng)為核心的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系設(shè)置應(yīng)該充分體現(xiàn)IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)，如圖1所示是計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系魚骨圖，即以三級(jí)項(xiàng)目體系為育人環(huán)境。其中1級(jí)是能體現(xiàn)知識(shí)綜合與專業(yè)能力要求的項(xiàng)目，從專業(yè)入門——產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣——專業(yè)基本技能訓(xùn)練——專業(yè)核心能力培養(yǎng)，最終達(dá)到創(chuàng)新應(yīng)用知識(shí)的能力和素質(zhì)；2級(jí)為包含課程群和某一方面專業(yè)能力要求的項(xiàng)目，一般為某一階段或某一方向上的綜合知識(shí)和能力；3級(jí)為單一課程級(jí)和基本技能的項(xiàng)目。工程教育過(guò)程就是通過(guò)3級(jí)和2級(jí)的知識(shí)及能力支撐，最終實(shí)現(xiàn)1級(jí)能力目標(biāo)的培養(yǎng)過(guò)程。該體系是經(jīng)過(guò)了課外的素質(zhì)拓展實(shí)踐，課內(nèi)的集中實(shí)習(xí)訓(xùn)練，專業(yè)課程的教學(xué)試點(diǎn)而最終形成的。與傳統(tǒng)的課程體系相比，在總學(xué)分不變的情況下，每門課程的授課學(xué)時(shí)減少了30%～35%，用于學(xué)生在項(xiàng)目環(huán)境中自學(xué)與合作研討，增加了團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，以提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及工程項(xiàng)目的駕馭能力。其特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)加強(qiáng)了基礎(chǔ)學(xué)科和興趣培養(yǎng)課程，奠定工程知識(shí)基礎(chǔ)，有利于開展IPR教育體驗(yàn)。(2)強(qiáng)調(diào)以課程群為單位組織教學(xué)，有利于師資團(tuán)隊(duì)建設(shè)，也避免了知識(shí)重復(fù)，遞進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能。(3)重視階段性綜合性訓(xùn)練和工程實(shí)踐課程，逐步培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和實(shí)踐能力。(4)全程實(shí)施CDIO環(huán)境教學(xué)，通過(guò)校企合作，引進(jìn)師資、項(xiàng)目，使學(xué)生在創(chuàng)新意識(shí)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、職業(yè)道德修養(yǎng)等方面得到有效訓(xùn)練?；谝陨险n程體系，針對(duì)不同年級(jí)的學(xué)生，經(jīng)過(guò)由產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到工程意識(shí)再到綜合能力的提升式訓(xùn)練，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生的IPR素質(zhì)及CDIO能力的培養(yǎng)目標(biāo)。圖2是IPR-CDIO環(huán)境下的分層項(xiàng)目訓(xùn)練體系。

3教學(xué)實(shí)施研究

3.1營(yíng)造IPR-CDIO環(huán)境，設(shè)計(jì)課程教學(xué)體系

理論講授學(xué)時(shí)大大壓縮，討論與研究的學(xué)時(shí)增添，到底講什么？討論什么？怎樣討論？這些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，促進(jìn)教師們認(rèn)真學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)CDIO教育思想，重新梳理課程的性質(zhì)及作用、教學(xué)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)、教學(xué)方式方法、考核評(píng)價(jià)形式等，創(chuàng)設(shè)IPR-CDIO教學(xué)環(huán)境，自然形成教學(xué)團(tuán)隊(duì)，并在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中聯(lián)系緊密，達(dá)到了CDIO的師師互動(dòng)教育目標(biāo)。例如“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程，學(xué)時(shí)分配由原來(lái)的每周理論和實(shí)驗(yàn)各為2個(gè)，調(diào)整為理論∶討論∶實(shí)驗(yàn)=1∶1∶2的結(jié)構(gòu)。整個(gè)課程教學(xué)體系隨之而變，如圖3所示。課程設(shè)置了3級(jí)項(xiàng)目體系，通過(guò)3級(jí)知識(shí)和合作學(xué)習(xí)專題及2級(jí)基本能力支撐著1級(jí)課程教學(xué)目標(biāo)。課程創(chuàng)設(shè)的IPR-CDIO教學(xué)環(huán)境主要是通過(guò)兩個(gè)1級(jí)討論項(xiàng)目：一是以擴(kuò)展領(lǐng)域知識(shí)、激發(fā)探索興趣為目的的“圖形技術(shù)在某領(lǐng)域的應(yīng)用綜述”；二是貫穿教學(xué)全過(guò)程，集軟件工程、算法理論和編程技能融為一體作品設(shè)計(jì)，教學(xué)過(guò)程經(jīng)歷著項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行及答辯過(guò)程，在IPR-CDIO環(huán)境下的訓(xùn)練過(guò)程和結(jié)果占成績(jī)的70%。結(jié)果表明，這種工程環(huán)境教學(xué)成效凸顯，學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、知識(shí)綜合、編程技術(shù)、團(tuán)隊(duì)合作等能力的提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的教學(xué)方式。這種綜述與作品設(shè)計(jì)答辯成為整個(gè)課程體系中的一級(jí)課題——畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，大多小組的作品擴(kuò)充為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目、獲得了各級(jí)參賽獎(jiǎng)勵(lì)、軟件著作權(quán)登記、甚至推動(dòng)了學(xué)生的高質(zhì)量就業(yè)。到目前為止，這種營(yíng)造IPR-CDIO環(huán)境的教學(xué)體系設(shè)計(jì)已在專業(yè)教學(xué)的20余門課程中推廣應(yīng)用。

3.2教學(xué)方法研究

作為國(guó)家改革創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)，浙江萬(wàn)里學(xué)院倡導(dǎo)“自主學(xué)習(xí)與合作性學(xué)習(xí)相結(jié)合”的教學(xué)方法，這與CDIO的“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的原則同出一轍，目的是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)新性。美國(guó)著名哲學(xué)家、教育學(xué)家和心理學(xué)家杜威指出：“從做中學(xué)是比從聽中學(xué)更好的學(xué)習(xí)方法”，“學(xué)與做相結(jié)合的教育將會(huì)取代傳授他人學(xué)問(wèn)的被動(dòng)的教育”。IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)無(wú)論在理論課程、實(shí)驗(yàn)課程或集中實(shí)踐課程中，均是從學(xué)生的興趣和能力出發(fā)，設(shè)計(jì)項(xiàng)目目標(biāo)，將學(xué)生分成小組置于“做”的情景之中，為了完成任務(wù)，他們必須去做，去學(xué)習(xí)，去討論。教師(或工程師)負(fù)責(zé)解決學(xué)生在項(xiàng)目周期的全過(guò)程中所出現(xiàn)的典型問(wèn)題。針對(duì)不同性質(zhì)和級(jí)別的課程，IPR-CDIO環(huán)境設(shè)立的項(xiàng)目?jī)?nèi)涵可能不一樣，小到課程中某一案例分析，大到某一實(shí)用系統(tǒng)的綜合性設(shè)計(jì)，有模擬有真實(shí)，因此，教學(xué)方式方法也不盡相同，但目標(biāo)是讓學(xué)生親自去做，并堅(jiān)持完成整個(gè)項(xiàng)目生命周期，實(shí)現(xiàn)專業(yè)能力和IPR素養(yǎng)的鍛煉與提高。

3.3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)探索

教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)改革的關(guān)鍵。IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)強(qiáng)調(diào)以能力和素質(zhì)作為對(duì)學(xué)生個(gè)體評(píng)價(jià)的內(nèi)容，如表1所示。其多元性體現(xiàn)在：①評(píng)價(jià)主體多方。學(xué)生本身、學(xué)生組長(zhǎng)、教師均參與評(píng)價(jià)，對(duì)于涉及第三方(如用戶)的項(xiàng)目，還有第三方參與評(píng)價(jià)；②評(píng)價(jià)內(nèi)容多樣。學(xué)習(xí)態(tài)度、參與力度、責(zé)任意識(shí)，以及對(duì)知識(shí)理解與掌握、實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平、合作交流能力等綜合體現(xiàn)；③評(píng)價(jià)方式多種。知識(shí)測(cè)試、作品展示、匯報(bào)答辯、調(diào)查報(bào)告、綜述論文等等。實(shí)踐表明，多元化評(píng)價(jià)增強(qiáng)了學(xué)生自信心，也促進(jìn)其不斷反思，修正不足，有利于學(xué)生在做人、做事上的健康成長(zhǎng)。這種重能力和素質(zhì)的評(píng)價(jià)取向，杜絕了在以知識(shí)為本位的評(píng)價(jià)方式中部分學(xué)生靠投機(jī)取巧取勝的心理現(xiàn)象，學(xué)生都會(huì)自覺(jué)地參與CDIO項(xiàng)目訓(xùn)練過(guò)程，并堅(jiān)持完成小組合作任務(wù)，共同體驗(yàn)成功的快樂(lè)，促進(jìn)了后進(jìn)者不斷進(jìn)步，優(yōu)秀者更上一層樓。教師在這個(gè)過(guò)程中，也會(huì)與時(shí)俱進(jìn)，不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，改進(jìn)教學(xué)手段與引導(dǎo)方法，提升CDIO的指導(dǎo)水平和能力。

4結(jié)論

IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)在計(jì)算機(jī)專業(yè)經(jīng)過(guò)了從課外到課內(nèi)，從集中實(shí)踐課程到專業(yè)選修課程、核心課程乃至所有課程中推廣實(shí)施，項(xiàng)目選取由小到大、由單一到綜合、由模擬到實(shí)際、由校內(nèi)延伸到校外，學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心單獨(dú)設(shè)立了項(xiàng)目研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、訓(xùn)練基地及CDIO研討室，學(xué)院95%以上的教師積極參與IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)實(shí)踐，積累了豐富的訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)，也收獲了豐碩的成果：以學(xué)生為主研發(fā)了10余項(xiàng)實(shí)用工程項(xiàng)目，獲取企業(yè)資助20余萬(wàn)元，有14個(gè)軟件獲得了國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記；學(xué)生自創(chuàng)公司8家；在校獲取挑戰(zhàn)杯科技作品競(jìng)賽國(guó)家級(jí)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省級(jí)獎(jiǎng)6項(xiàng)；多媒體設(shè)計(jì)競(jìng)賽省級(jí)獎(jiǎng)20余項(xiàng)。畢業(yè)生普遍自信了，就業(yè)質(zhì)量明顯提高。教師發(fā)表相關(guān)研究論文近20篇，出版教材2部，主持省級(jí)以上教育研究課題7項(xiàng)。推進(jìn)了計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)入學(xué)校的教學(xué)改革創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)，并作為子項(xiàng)目獲批國(guó)家級(jí)人才培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)。題為“基于IPR-CDIO理念的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)改革與實(shí)踐”項(xiàng)目獲得了浙江省2009年教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。環(huán)境教學(xué)植根于建構(gòu)學(xué)習(xí)理論和認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)理論，IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)在計(jì)算機(jī)專業(yè)的實(shí)踐表明，這種方法能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，能開闊學(xué)生的創(chuàng)新思路，能鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的專業(yè)能力、合作能力和毅力，能培養(yǎng)自信心和責(zé)任感，同時(shí)，也促進(jìn)了教師的教學(xué)研究和團(tuán)隊(duì)建設(shè)，推動(dòng)了專業(yè)整體教學(xué)質(zhì)量的大幅度提高。當(dāng)然IPR-CDIO還面臨著很多挑戰(zhàn)，需要更深層次地研究與探索。