I計算機PR-CDIO環(huán)境教學分析

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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，讓學生以主動的、實踐的、課程之間存在有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO是由美國麻省理工學院(MIT)和瑞典皇家工學院等四所世界前沿工程大學從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，汕頭大學成為首所加入CDIO國際組織的中國大學，從此，CDIO之風吹進了中國大地，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%的大學生，與早期的大學生相比，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，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)必須掌握基礎技術(shù)中深厚的應用知識；善于構(gòu)思、設計、實現(xiàn)、運作計算機產(chǎn)品或系統(tǒng)的技能；能完成較為復雜的系統(tǒng)工程；能適應現(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，浙江萬里學院計算機專業(yè)致力于學生的工程技術(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)、設計、開發(fā)、運行和維護的全過程，訓練學生的綜合知識能力、自學能力、組織溝通和協(xié)調(diào)能力，這與CDIO的教學方法和教育宗旨是完全一致的。近年來，通過學習CDIO國際先進的教育理念，結(jié)合學生實際，提出了Ipr-cdio的工程教育思路，其中IPR是指興趣(Interest)、毅力(Perseverance)和責任(Responsibility)，IPR-CDIO就是將學生探索興趣、解決問題毅力和社會責任感的培養(yǎng)，融入到項目研發(fā)的CDIO過程。通過不同級別的項目設計，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)其獲取知識(自主學習)、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)，同時訓練其職業(yè)道德修養(yǎng)和社會責任意識。本文重點討論的是IPR-CDIO教育環(huán)境下的計算機專業(yè)課程體系設置，教學方式方法改革及實施效果分析。

2IPR-CDIO教育環(huán)境及課程體系設置

工程教育是為了培養(yǎng)具有熟練技術(shù)基礎和廣泛專業(yè)能力的工科學生，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)境下設計和實施問題的解決方案，而環(huán)境是理解并學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(yǎng)環(huán)境，通過多個項目生命周期的完整訓練，能夠幫助學生進行知識學習和技能培養(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)課程體系設置應該充分體現(xiàn)IPR-CDIO環(huán)境教學，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)生學習興趣——專業(yè)基本技能訓練——專業(yè)核心能力培養(yǎng)，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)的集中實習訓練，專業(yè)課程的教學試點而最終形成的。與傳統(tǒng)的課程體系相比，在總學分不變的情況下，每門課程的授課學時減少了30%～35%，用于學生在項目環(huán)境中自學與合作研討，增加了團隊設計項目，以提升學生的自主學習能力、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)加強了基礎學科和興趣培養(yǎng)課程，奠定工程知識基礎，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，有利于師資團隊建設，也避免了知識重復，遞進培養(yǎng)學生專業(yè)技能。(3)重視階段性綜合性訓練和工程實踐課程，逐步培養(yǎng)學生工程意識和實踐能力。(4)全程實施CDIO環(huán)境教學，通過校企合作，引進師資、項目，使學生在創(chuàng)新意識、項目設計能力、團隊合作精神、職業(yè)道德修養(yǎng)等方面得到有效訓練?；谝陨险n程體系，針對不同年級的學生，經(jīng)過由產(chǎn)品概念設計到工程意識再到綜合能力的提升式訓練，最終實現(xiàn)學生的IPR素質(zhì)及CDIO能力的培養(yǎng)目標。圖2是IPR-CDIO環(huán)境下的分層項目訓練體系。

3教學實施研究

3.1營造IPR-CDIO環(huán)境，設計課程教學體系

理論講授學時大大壓縮，討論與研究的學時增添，到底講什么？討論什么？怎樣討論？這些現(xiàn)實問題，促進教師們認真學習領會CDIO教育思想，重新梳理課程的性質(zhì)及作用、教學內(nèi)容與結(jié)構(gòu)、教學方式方法、考核評價形式等，創(chuàng)設IPR-CDIO教學環(huán)境，自然形成教學團隊，并在整個教學過程中聯(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”課程，學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)。整個課程教學體系隨之而變，如圖3所示。課程設置了3級項目體系，通過3級知識和合作學習專題及2級基本能力支撐著1級課程教學目標。課程創(chuàng)設的IPR-CDIO教學環(huán)境主要是通過兩個1級討論項目：一是以擴展領域知識、激發(fā)探索興趣為目的的“圖形技術(shù)在某領域的應用綜述”；二是貫穿教學全過程，集軟件工程、算法理論和編程技能融為一體作品設計，教學過程經(jīng)歷著項目的構(gòu)思、設計、實現(xiàn)、運行及答辯過程，在IPR-CDIO環(huán)境下的訓練過程和結(jié)果占成績的70%。結(jié)果表明，這種工程環(huán)境教學成效凸顯，學生的項目設計、知識綜合、編程技術(shù)、團隊合作等能力的提高遠遠超過傳統(tǒng)的教學方式。這種綜述與作品設計答辯成為整個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、軟件著作權(quán)登記、甚至推動了學生的高質(zhì)量就業(yè)。到目前為止，這種營造IPR-CDIO環(huán)境的教學體系設計已在專業(yè)教學的20余門課程中推廣應用。

3.2教學方法研究

作為國家改革創(chuàng)新實驗區(qū)，浙江萬里學院倡導“自主學習與合作性學習相結(jié)合”的教學方法，這與CDIO的“做中學”和“基于項目的教育和學習”的原則同出一轍，目的是調(diào)動學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)新性。美國著名哲學家、教育學家和心理學家杜威指出：“從做中學是比從聽中學更好的學習方法”，“學與做相結(jié)合的教育將會取代傳授他人學問的被動的教育”。IPR-CDIO環(huán)境教學無論在理論課程、實驗課程或集中實踐課程中，均是從學生的興趣和能力出發(fā)，設計項目目標，將學生分成小組置于“做”的情景之中，為了完成任務，他們必須去做，去學習，去討論。教師(或工程師)負責解決學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)的綜合性設計，有模擬有真實，因此，教學方式方法也不盡相同，但目標是讓學生親自去做，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

教學評價是教學改革的關鍵。IPR-CDIO環(huán)境教學強調(diào)以能力和素質(zhì)作為對學生個體評價的內(nèi)容，如表1所示。其多元性體現(xiàn)在：①評價主體多方。學生本身、學生組長、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。學習態(tài)度、參與力度、責任意識，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生自信心，也促進其不斷反思，修正不足，有利于學生在做人、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生靠投機取巧取勝的心理現(xiàn)象，學生都會自覺地參與CDIO項目訓練過程，并堅持完成小組合作任務，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)化教學設計，改進教學手段與引導方法，提升CDIO的指導水平和能力。

4結(jié)論

IPR-CDIO環(huán)境教學在計算機專業(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，學院實驗中心單獨設立了項目研發(fā)實驗室、訓練基地及CDIO研討室，學院95%以上的教師積極參與IPR-CDIO環(huán)境教學實踐，積累了豐富的訓練經(jīng)驗，也收獲了豐碩的成果：以學生為主研發(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)進入學校的教學改革創(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)課程教學改革與實踐”項目獲得了浙江省2009年教學成果二等獎。環(huán)境教學植根于建構(gòu)學習理論和認識學習理論，IPR-CDIO環(huán)境教學在計算機專業(yè)的實踐表明，這種方法能激發(fā)學生的學習熱情，能開闊學生的創(chuàng)新思路，能鍛煉學生解決問題的專業(yè)能力、合作能力和毅力，能培養(yǎng)自信心和責任感，同時，也促進了教師的教學研究和團隊建設，推動了專業(yè)整體教學質(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。