I計算機PR-CDIO環(huán)境教學(xué)分析

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1引言

CDIO是國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(Design)，實現(xiàn)(Implement)和運行(Operate)。它以產(chǎn)品的從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間存在有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO是由美國麻省理工學(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年起組成的跨國研究組織，在1600多萬美元巨額的資助下，經(jīng)過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國際合作組織。CDIO因其與社會需要一致性、具有國際先進性、實踐可操作性、全面系統(tǒng)性和普遍適應(yīng)性等特點而被國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國際組織的中國大學(xué)，從此，CDIO之風(fēng)吹進了中國大地，其先進的教育理念引起了中國高等工程教育界的高度關(guān)注。經(jīng)過10年的擴大招生，普通本科院校招進了中國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)任意識不強等特點，加上接受著單一的、知識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)上與當代經(jīng)濟發(fā)展需求不相適應(yīng)，供需矛盾日益突出，因此，中國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，計算機專業(yè)工程教育目標是培養(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；善于構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作計算機產(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)團隊和開發(fā)環(huán)境的工科畢業(yè)生。CDIO不妨是實現(xiàn)這一目標的可探索之道。從2004年起，浙江萬里學(xué)院計算機專業(yè)致力于學(xué)生的工程技術(shù)能力和素質(zhì)培養(yǎng)，率先在集中實踐性課程中實施“項目化”訓(xùn)練，即在課程中引進具有實際意義的軟件工程項目，通過對項目進行構(gòu)思(需求分析)、設(shè)計、開發(fā)、運行和維護的全過程，訓(xùn)練學(xué)生的綜合知識能力、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，通過學(xué)習(xí)CDIO國際先進的教育理念，結(jié)合學(xué)生實際，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、解決問題毅力和社會責(zé)任感的培養(yǎng)，融入到項目研發(fā)的CDIO過程。通過不同級別的項目設(shè)計，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其獲取知識(自主學(xué)習(xí))、共享知識(團隊合作)、運用知識(解決問題)、總結(jié)知識(技術(shù)創(chuàng)新)和傳播知識(溝通交流)的能力與素質(zhì)，同時訓(xùn)練其職業(yè)道德修養(yǎng)和社會責(zé)任意識。本文重點討論的是IPR-CDIO教育環(huán)境下的計算機專業(yè)課程體系設(shè)置，教學(xué)方式方法改革及實施效果分析。

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)計和實施問題的解決方案，而環(huán)境是理解并學(xué)習(xí)知識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，通過多個項目生命周期的完整訓(xùn)練，能夠幫助學(xué)生進行知識學(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)為核心的計算機專業(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所示是計算機專業(yè)課程體系魚骨圖，即以三級項目體系為育人環(huán)境。其中1級是能體現(xiàn)知識綜合與專業(yè)能力要求的項目，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)，最終達到創(chuàng)新應(yīng)用知識的能力和素質(zhì)；2級為包含課程群和某一方面專業(yè)能力要求的項目，一般為某一階段或某一方向上的綜合知識和能力；3級為單一課程級和基本技能的項目。工程教育過程就是通過3級和2級的知識及能力支撐，最終實現(xiàn)1級能力目標的培養(yǎng)過程。該體系是經(jīng)過了課外的素質(zhì)拓展實踐，課內(nèi)的集中實習(xí)訓(xùn)練，專業(yè)課程的教學(xué)試點而最終形成的。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)時減少了30%～35%，用于學(xué)生在項目環(huán)境中自學(xué)與合作研討，增加了團隊設(shè)計項目，以提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團隊協(xié)作能力及工程項目的駕馭能力。其特點體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)加強了基礎(chǔ)學(xué)科和興趣培養(yǎng)課程，奠定工程知識基礎(chǔ)，有利于開展IPR教育體驗。(2)強調(diào)以課程群為單位組織教學(xué)，有利于師資團隊建設(shè)，也避免了知識重復(fù)，遞進培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能。(3)重視階段性綜合性訓(xùn)練和工程實踐課程，逐步培養(yǎng)學(xué)生工程意識和實踐能力。(4)全程實施CDIO環(huán)境教學(xué)，通過校企合作，引進師資、項目，使學(xué)生在創(chuàng)新意識、項目設(shè)計能力、團隊合作精神、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，針對不同年級的學(xué)生，經(jīng)過由產(chǎn)品概念設(shè)計到工程意識再到綜合能力的提升式訓(xùn)練，最終實現(xiàn)學(xué)生的IPR素質(zhì)及CDIO能力的培養(yǎng)目標。圖2是IPR-CDIO環(huán)境下的分層項目訓(xùn)練體系。

3教學(xué)實施研究

3.1營造IPR-CDIO環(huán)境，設(shè)計課程教學(xué)體系

理論講授學(xué)時大大壓縮，討論與研究的學(xué)時增添，到底講什么？討論什么？怎樣討論？這些現(xiàn)實問題，促進教師們認真學(xué)習(xí)領(lǐng)會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、考核評價形式等，創(chuàng)設(shè)IPR-CDIO教學(xué)環(huán)境，自然形成教學(xué)團隊，并在整個教學(xué)過程中聯(lián)系緊密，達到了CDIO的師師互動教育目標。例如“計算機圖形學(xué)”課程，學(xué)時分配由原來的每周理論和實驗各為2個，調(diào)整為理論∶討論∶實驗=1∶1∶2的結(jié)構(gòu)。整個課程教學(xué)體系隨之而變，如圖3所示。課程設(shè)置了3級項目體系，通過3級知識和合作學(xué)習(xí)專題及2級基本能力支撐著1級課程教學(xué)目標。課程創(chuàng)設(shè)的IPR-CDIO教學(xué)環(huán)境主要是通過兩個1級討論項目：一是以擴展領(lǐng)域知識、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)全過程，集軟件工程、算法理論和編程技能融為一體作品設(shè)計，教學(xué)過程經(jīng)歷著項目的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行及答辯過程，在IPR-CDIO環(huán)境下的訓(xùn)練過程和結(jié)果占成績的70%。結(jié)果表明，這種工程環(huán)境教學(xué)成效凸顯，學(xué)生的項目設(shè)計、知識綜合、編程技術(shù)、團隊合作等能力的提高遠遠超過傳統(tǒng)的教學(xué)方式。這種綜述與作品設(shè)計答辯成為整個課程體系中的一級課題——畢業(yè)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，大多小組的作品擴充為畢業(yè)設(shè)計題目、獲得了各級參賽獎勵、軟件著作權(quán)登記、甚至推動了學(xué)生的高質(zhì)量就業(yè)。到目前為止，這種營造IPR-CDIO環(huán)境的教學(xué)體系設(shè)計已在專業(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

作為國家改革創(chuàng)新實驗區(qū)，浙江萬里學(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“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的原則同出一轍，目的是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)新性。美國著名哲學(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)合的教育將會取代傳授他人學(xué)問的被動的教育”。IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)無論在理論課程、實驗課程或集中實踐課程中，均是從學(xué)生的興趣和能力出發(fā)，設(shè)計項目目標，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)負責(zé)解決學(xué)生在項目周期的全過程中所出現(xiàn)的典型問題。針對不同性質(zhì)和級別的課程，IPR-CDIO環(huán)境設(shè)立的項目內(nèi)涵可能不一樣，小到課程中某一案例分析，大到某一實用系統(tǒng)的綜合性設(shè)計，有模擬有真實，因此，教學(xué)方式方法也不盡相同，但目標是讓學(xué)生親自去做，并堅持完成整個項目生命周期，實現(xiàn)專業(yè)能力和IPR素養(yǎng)的鍛煉與提高。

3.3評價標準探索

教學(xué)評價是教學(xué)改革的關(guān)鍵。IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)強調(diào)以能力和素質(zhì)作為對學(xué)生個體評價的內(nèi)容，如表1所示。其多元性體現(xiàn)在：①評價主體多方。學(xué)生本身、學(xué)生組長、教師均參與評價，對于涉及第三方(如用戶)的項目，還有第三方參與評價；②評價內(nèi)容多樣。學(xué)習(xí)態(tài)度、參與力度、責(zé)任意識，以及對知識理解與掌握、實驗技術(shù)水平、合作交流能力等綜合體現(xiàn)；③評價方式多種。知識測試、作品展示、匯報答辯、調(diào)查報告、綜述論文等等。實踐表明，多元化評價增強了學(xué)生自信心，也促進其不斷反思，修正不足，有利于學(xué)生在做人、做事上的健康成長。這種重能力和素質(zhì)的評價取向，杜絕了在以知識為本位的評價方式中部分學(xué)生靠投機取巧取勝的心理現(xiàn)象，學(xué)生都會自覺地參與CDIO項目訓(xùn)練過程，并堅持完成小組合作任務(wù)，共同體驗成功的快樂，促進了后進者不斷進步，優(yōu)秀者更上一層樓。教師在這個過程中，也會與時俱進，不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，改進教學(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)在計算機專業(yè)經(jīng)過了從課外到課內(nèi)，從集中實踐課程到專業(yè)選修課程、核心課程乃至所有課程中推廣實施，項目選取由小到大、由單一到綜合、由模擬到實際、由校內(nèi)延伸到校外，學(xué)院實驗中心單獨設(shè)立了項目研發(fā)實驗室、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)實踐，積累了豐富的訓(xùn)練經(jīng)驗，也收獲了豐碩的成果：以學(xué)生為主研發(fā)了10余項實用工程項目，獲取企業(yè)資助20余萬元，有14個軟件獲得了國家版權(quán)局計算機軟件著作權(quán)登記；學(xué)生自創(chuàng)公司8家；在校獲取挑戰(zhàn)杯科技作品競賽國家級三等獎1項，省級獎6項；多媒體設(shè)計競賽省級獎20余項。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，主持省級以上教育研究課題7項。推進了計算機專業(yè)進入學(xué)校的教學(xué)改革創(chuàng)新實驗區(qū)，并作為子項目獲批國家級人才培養(yǎng)創(chuàng)新實驗區(qū)。題為“基于IPR-CDIO理念的計算機專業(yè)課程教學(xué)改革與實踐”項目獲得了浙江省2009年教學(xué)成果二等獎。環(huán)境教學(xué)植根于建構(gòu)學(xué)習(xí)理論和認識學(xué)習(xí)理論，IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)在計算機專業(yè)的實踐表明，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，也促進了教師的教學(xué)研究和團隊建設(shè)，推動了專業(yè)整體教學(xué)質(zhì)量的大幅度提高。當然IPR-CDIO還面臨著很多挑戰(zhàn)，需要更深層次地研究與探索。