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I計算機PR-CDIO環(huán)境教學(xué)分析論文
1引言
CDIO是國外高等工科教育的一種創(chuàng )新模式，它代表構思(Conceive)，設計(Design)，實(shí)現(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(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間存在有機聯(lián)系的方式學(xué)習工程。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(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國際合作組織。CDIO因其與社會(huì )需要一致性、具有國際先進(jìn)性、實(shí)踐可操作性、全面系統性和普遍適應性等特點(diǎn)而被國際上幾十所院校所采納，其育人成效顯著(zhù)。
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(jìn)了中國大地，其先進(jìn)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(guò)10年的擴大招生，普通本科院校招進(jìn)了中國95%的大學(xué)生，與早期的大學(xué)生相比，他們有著(zhù)：思維靈活、興趣廣泛，但不能專(zhuān)一；熱情高昂、積極參與，但不能持久；做事遇難而退，虎頭蛇尾，責任意識不強等特點(diǎn)，加上接受著(zhù)單一的、知識型的高等工程教育模式培養，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，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(zhuān)業(yè)工程教育目標是培養IT行業(yè)工程師，即培養必須掌握基礎技術(shù)中深厚的應用知識；善于構思、設計、實(shí)現、運作計算機產(chǎn)品或系統的技能；能完成較為復雜的系統工程；能適應現代化開(kāi)發(fā)團隊和開(kāi)發(fā)環(huán)境的工科畢業(yè)生。CDIO不妨是實(shí)現這一目標的可探索之道。
從2004年起，浙江萬(wàn)里學(xué)院計算機專(zhuān)業(yè)致力于學(xué)生的工程技術(shù)能力和素質(zhì)培養，率先在集中實(shí)踐性課程中實(shí)施“項目化”訓練，即在課程中引進(jìn)具有實(shí)際意義的軟件工程項目，通過(guò)對項目進(jìn)行構思(需求分析)、設計、開(kāi)發(fā)、運行和維護的全過(guò)程，訓練學(xué)生的綜合知識能力、自學(xué)能力、組織溝通和協(xié)調能力，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CDIO國際先進(jìn)的教育理念，結合學(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 )責任感的培養，融入到項目研發(fā)的CDIO過(guò)程。通過(guò)不同級別的項目設計，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，培養其獲取知識(自主學(xué)習)、共享知識(團隊合作)、運用知識(解決問(wèn)題)、總結知識(技術(shù)創(chuàng )新)和傳播知識(溝通交流)的能力與素質(zhì)，同時(shí)訓練其職業(yè)道德修養和社會(huì )責任意識。本文重點(diǎn)討論的是IPR-CDIO教育環(huán)境下的計算機專(zhuān)業(yè)課程體系設置，教學(xué)方式方法改革及實(shí)施效果分析。
2IPR-CDIO教育環(huán)境及課程體系設置
工程教育是為了培養具有熟練技術(shù)基礎和廣泛專(zhuān)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)境下設計和實(shí)施問(wèn)題的解決方案，而環(huán)境是理解并學(xué)習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作為工程師的培養環(huán)境，通過(guò)多個(gè)項目生命周期的完整訓練，能夠幫助學(xué)生進(jìn)行知識學(xué)習和技能培養，而且使其IPR素養得以鍛煉。以工程能力培養為核心的計算機專(zhuān)業(yè)課程體系設置應該充分體現IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)，如圖1所示是計算機專(zhuān)業(yè)課程體系魚(yú)骨圖，即以三級項目體系為育人環(huán)境。其中1級是能體現知識綜合與專(zhuān)業(yè)能力要求的項目，從專(zhuān)業(yè)入門(mén)——產(chǎn)生學(xué)習興趣——專(zhuān)業(yè)基本技能訓練——專(zhuān)業(yè)核心能力培養，最終達到創(chuàng )新應用知識的能力和素質(zhì)；2級為包含課程群和某一方面專(zhuān)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(guò)程就是通過(guò)3級和2級的知識及能力支撐，最終實(shí)現1級能力目標的培養過(guò)程。該體系是經(jīng)過(guò)了課外的素質(zhì)拓展實(shí)踐，課內的集中實(shí)習訓練，專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)試點(diǎn)而最終形成的。與傳統的課程體系相比，在總學(xué)分不變的情況下，每門(mén)課程的授課學(xué)時(shí)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，增加了團隊設計項目，以提升學(xué)生的自主學(xué)習能力、團隊協(xié)作能力及工程項目的駕馭能力。其特點(diǎn)體現在以下幾個(gè)方面：
(1)加強了基礎學(xué)科和興趣培養課程，奠定工程知識基礎，有利于開(kāi)展IPR教育體驗。
(2)強調以課程群為單位組織教學(xué)，有利于師資團隊建設，也避免了知識重復，遞進(jìn)培養學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能。
(3)重視階段性綜合性訓練和工程實(shí)踐課程，逐步培養學(xué)生工程意識和實(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、項目，使學(xué)生在創(chuàng )新意識、項目設計能力、團隊合作精神、職業(yè)道德修養等方面得到有效訓練�；谝陨险n程體系，針對不同年級的學(xué)生，經(jīng)過(guò)由產(chǎn)品概念設計到工程意識再到綜合能力的提升式訓練，最終實(shí)現學(xué)生的IPR素質(zhì)及CDIO能力的培養目標。圖2是IPR-CDIO環(huán)境下的分層項目訓練體系。
3教學(xué)實(shí)施研究
3.1營(yíng)造IPR-CDIO環(huán)境，設計課程教學(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？這些現實(shí)問(wèn)題，促進(jìn)教師們認真學(xué)習領(lǐng)會(huì )CDIO教育思想，重新梳理課程的性質(zhì)及作用、教學(xué)內容與結構、教學(xué)方式方法、考核評價(jià)形式等，創(chuàng )設IPR-CDIO教學(xué)環(huán)境，自然形成教學(xué)團隊，并在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中聯(lián)系緊密，達到了CDIO的師師互動(dòng)教育目標。例如“計算機圖形學(xué)”課程，學(xué)時(shí)分配由原來(lái)的每周理論和實(shí)驗各為2個(gè)，調整為理論∶討論∶實(shí)驗=1∶1∶2的結構。整個(gè)課程教學(xué)體系隨之而變，如圖3所示。課程設置了3級項目體系，通過(guò)3級知識和合作學(xué)習專(zhuān)題及2級基本能力支撐著(zhù)1級課程教學(xué)目標。課程創(chuàng )設的IPR-CDIO教學(xué)環(huán)境主要是通過(guò)兩個(gè)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計，教學(xué)過(guò)程經(jīng)歷著(zhù)項目的構思、設計、實(shí)現、運行及答辯過(guò)程，在IPR-CDIO環(huán)境下的訓練過(guò)程和結果占成績(jì)的70%。結果表明，這種工程環(huán)境教學(xué)成效凸顯，學(xué)生的項目設計、知識綜合、編程技術(shù)、團隊合作等能力的提高遠遠超過(guò)傳統的教學(xué)方式。這種綜述與作品設計答辯成為整個(gè)課程體系中的一級課題——畢業(yè)設計奠定了基礎，大多小組的作品擴充為畢業(yè)設計題目、獲得了各級參賽獎勵、軟件著(zhù)作權登記、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)體系設計已在專(zhuān)業(yè)教學(xué)的20余門(mén)課程中推廣應用。
3.2教學(xué)方法研究
作為國家改革創(chuàng )新實(shí)驗區，浙江萬(wàn)里學(xué)院倡導“自主學(xué)習與合作性學(xué)習相結合”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”的原則同出一轍，目的是調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng )新性。美國著(zhù)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(tīng)中學(xué)更好的學(xué)習方法”，“學(xué)與做相結合的教育將會(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，去討論。教師(或工程師)負責解決學(xué)生在項目周期的全過(guò)程中所出現的典型問(wèn)題。針對不同性質(zhì)和級別的課程，IPR-CDIO環(huán)境設立的項目?jì)群赡懿灰粯�，小到課程中某一案例分析，大到某一實(shí)用系統的綜合性設計，有模擬有真實(shí)，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(gè)項目生命周期，實(shí)現專(zhuān)業(yè)能力和IPR素養的鍛煉與提高。
3.3評價(jià)標準探索
教學(xué)評價(jià)是教學(xué)改革的關(guān)鍵。IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)強調以能力和素質(zhì)作為對學(xué)生個(gè)體評價(jià)的內容，如表1所示。其多元性體現在：①評價(jià)主體多方。學(xué)生本身、學(xué)生組長(cháng)、教師均參與評價(jià)，對于涉及第三方(如用戶(hù))的項目，還有第三方參與評價(jià)；②評價(jià)內容多樣。學(xué)習態(tài)度、參與力度、責任意識，以及對知識理解與掌握、實(shí)驗技術(shù)水平、合作交流能力等綜合體現；③評價(jià)方式多種。知識測試、作品展示、匯報答辯、調查報告、綜述論文等等。實(shí)踐表明，多元化評價(jià)增強了學(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(cháng)。這種重能力和素質(zhì)的評價(jià)取向，杜絕了在以知識為本位的評價(jià)方式中部分學(xué)生靠投機取巧取勝的心理現象，學(xué)生都會(huì )自覺(jué)地參與CDIO項目訓練過(guò)程，并堅持完成小組合作任務(wù)，共同體驗成功的快樂(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)設計，改進(jìn)教學(xué)手段與引導方法，提升CDIO的指導水平和能力。
4結論
IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)在計算機專(zhuān)業(yè)經(jīng)過(guò)了從課外到課內，從集中實(shí)踐課程到專(zhuān)業(yè)選修課程、核心課程乃至所有課程中推廣實(shí)施，項目選取由小到大、由單一到綜合、由模擬到實(shí)際、由校內延伸到校外，學(xué)院實(shí)驗中心單獨設立了項目研發(fā)實(shí)驗室、訓練基地及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(shí)用工程項目，獲取企業(yè)資助20余萬(wàn)元，有14個(gè)軟件獲得了國家版權局計算機軟件著(zhù)作權登記；學(xué)生自創(chuàng )公司8家；在校獲取挑戰杯科技作品競賽國家級三等獎1項，省級獎6項；多媒體設計競賽省級獎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(jìn)了計算機專(zhuān)業(yè)進(jìn)入學(xué)校的教學(xué)改革創(chuàng )新實(shí)驗區，并作為子項目獲批國家級人才培養創(chuàng )新實(shí)驗區。題為“基于IPR-CDIO理念的計算機專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)改革與實(shí)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)植根于建構學(xué)習理論和認識學(xué)習理論，IPR-CDIO環(huán)境教學(xué)在計算機專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐表明，這種方法能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，能開(kāi)闊學(xué)生的創(chuàng )新思路，能鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的專(zhuān)業(yè)能力、合作能力和毅力，能培養自信心和責任感，同時(shí)，也促進(jìn)了教師的教學(xué)研究和團隊建設，推動(dòng)了專(zhuān)業(yè)整體教學(xué)質(zhì)量的大幅度提高。當然IPR-CDIO還面臨著(zhù)很多挑戰，需要更深層次地研究與探索。
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