基于CDIO模式的C语言实验教学改革

汪忠国 高超

【摘要】针对C语言课程的实验项目设计多是简单围绕章节进行，设计零散，缺乏系统化和工程化的考虑，分析CDIO模式的能力框架，从实验体系、实验内容、教学方法和考核方式等四个方面结合CDIO模型进行了探索，对基于CDIO模式的C语言实验教学的深化改革具有一定的意义。

【关键词】CDIO模式 C语言 教学改革

【基金项目】2013年安徽省质量工程重点教学研究项目（2013jyxm549）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）26-0254-02

C语言课程是工科学生进入大学后必修的，且后续课程打下基础的一门重要基础课程。传统的C语言课程教学虽然也重视实践能力的培养，但是教学实验多是围绕的章节内容进行，设计较为零散，缺乏设计的体系化和工程化考虑，导致学生仅仅会编写一些简单的数值计算、简单应用模拟的程序，缺乏对C语言在专业应用上的工程认知和实践能力。本文将CDIO工程教育理念引入到C语言的实验教学改革中，提出了基础CDIO模式的实验项目设计理念并以通信专业为例，构建了适合CDIO理念和专业特征的实践项目库，对进一步启发探索其他专业基于CDIO模式的C语言实验教学改革具有一定积极意义。

1.CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是指由Conceive、Design、Implement、 Operate 四个阶段所构成的结合体。[1]CDIO模式以产业、行业、企业、职业等“四业”对学生的知识、能力、素质为出发点，以工程项目从研发到运行的生命周期为载体[2]，针对课程教学环节进行设计，让学生能够“做中學”，深刻的从“基于项目和学习”的学习模式中既获得学术知识、工程能力，也在如何解决问题、终身学习、团队协助与交流等各方面实现能力提升，从而培养既有过硬的专业技能，又有良好的职业道德的国际化工程师。[3]

2.基于CDIO的C语言整体课程框架设计

传统的C语言课程过于强调课程基础知识的教育，部分重视学生个体在动手实践能力方面的培养，但大部分忽略了学生的发现和解决问题能力、工程项目实践能力、团队协作能力的培养，从而导致学生仅仅能够掌握知识和简单的实践能力，对于稍大的项目无从下手，不会协作，更谈不上具备较高的工程实践能力。为解决上述问题，本文设计了基于CDIO模式的C语言课程结构框架，如图1所示。

图1 基于CDIO的C语言课程框架

上述框架将课程目标分为知识目标和能力目标两个部分，结合全程机房的实训教学，通过项目驱动、“做中学”、问题导向、过程考核、工程要求等教学方法，力求使培养的学生符合CDIO能力大纲要求。

3.基于CDIO的C语言实验课程改革

3.1 实验课程体系设计

传统的C语言课程教学虽然也重视实践能力的培养，但是教学实验多是围绕章节内容进行，设计较为零散，缺乏设计的体系化和工程化考虑，导致学生仅仅会编写一些简单的数值计算、简单应用模拟的程序，缺乏对C语言在专业应用上的工程认知和实践能力。CDIO模式要求基于项目的教育和学习。为此，我们将基于CDIO理念的C语言实验体系分为三类：

（1）基础类实验：重点是培养学生对C语言基础定义、语法知识的基本实验技能、规范，由单个学生独立完成，以提高学生的基础实践能力，培养和提升实践意识，加深对基础理论知识的理解。

（2）综合类实验：将一个章节或多个章节的核心知识、技能要求结合专业的特点设计成独立的小项目，由学生组成小型团队合作，重在培养学生的知识、技能点的综合理解，加强综合应用的意识，培养学生的团队合作精神。

（3）课程项目实验：将C语言整个课程要求的核心知识、技能结合专业特点设计成一个大型项目，由3-4个学生组成团队分工进行，共同完成，分别演示汇报。

以上三个类型的实验项目从教学顺序上是依次递进的，但是在课堂教学中，首先对学生进行项目实验的介绍，让其对课程整体的知识、技能要求有个大致的理解并在后续（1）（2）类实验过程中不断的进行知识、技能点关联提示，强化学生的实验学习目标。

这三类实验项目可以的实验体系，促进理论向应用的转化，知识向技能的转化，单项技能向综合素质的转化[4]，较好地体现了CDlO大纲中对学生4类能力培养的要求

3.2 项目的实验内容设计

CDIO强调基于项目的教育和学习，因此在进行实验设计时必须要结合CDIO的能力框架进行设计。以上文中的课程项目实验为例，通信专业的C语言课程项目实验我们设计C语言串行通信项目为例，实验指导内容共分为五个部分：项目的意义、项目的背景知识（包括串行接口的概念、串行口的位置及引脚功能、串口通信的原理与过程、串口通信用介绍）、项目要求，项目考核方式四个部分。其中项目意义用于介绍此实验项目在专业中的应用，用于激发学生的学习兴趣；项目背景知识用于介绍项目的背景概念，用于学生进行自主学习；项目要求是结合项目背景知识进行提炼，形成与项目场景上下文无关的实验要求，由学生团队合作进行开发；项目考核方式明确诸如过程考核、团队合作、汇报、程序准确性和健壮性等考核分项。项目拓展是指在项目要求的基础上，结合项目背景知识，由学生课后自主设计出基于某个项目应用场景的程序，以培养其自主学习和创新能力。

3.3 教学方法改进

实验必须牢固树立CDIO倡导的“做中学”的教学方法，引导学生进行主动学习。一方面通过上面的实验课程内容设计方面做好功夫，同时应在课前提前分配下次实验内容，由学生主动搜索、自主学习，做好充分准备。实验教学中，应强调（1）（2）类实验所涵盖的知识、技能点及其和最后的（3）类课程项目实验的关联，促进学生从单点到全面的实践能力提升；应有针对性地进行实验内容复习，并通过提问、短时间学生汇报及解答等多种方式了解学生对新实验的准备情况。

结合专业特点并以项目驱动方式进行的实验，能够一定程度上模拟和营造工程氛围，鼓励学生进行自主学习。学生通过以相互间分享，互联网搜索、论坛寻求答案等方式进行自主学习，又能更好的让其积极思考、分析项目实施要求、实施步骤和实施中遇到的问题。（1）类实验完成后，学生应形成独立的实验室报告；（2）（3）类项目以小组为单位进行，并在不同的项目间小组成员固化，小组内部进行个人分工，明确组长和组员，并通过设计成绩相互影响的机制，促进小组成员的共同学习和成长。项目进度报告由组长随机指定组员代表其汇报，，项目完成汇报由组长进行，汇报内容不仅包括项目实施的技术模块和开发进度，也应包括对项目团队成员的贡献评价。

3.4 教学效果评价

传统的C语言实验项目考核仅仅是运行一下程序、变化一下输入条件、简单检查以下代码进行测试，这种方式与CDIO的培养能力要求明显脱节。因此本文尝试建立了多种考核方式，综合对学生的工程知识与技能、工程素质、团队合作能力、交流能力、自主学习和创新能力等方面进行考核，具体如下：（1）工程知识与技能。通过实验课中的三类实验项目实施成果进行检查。（2）工程素质。对课程项目实验，学生应从需求、分析、设计、实施等方面写出文档，并以此进行考核。（3）交流能力和团队合作能力。通过轮换进行项目子阶段汇报的独特设计，可以检查出合作完成情况、项目分工情况、团队合作情况。（4）自主学习和创新能力。通過学生对实验设计中拓展实验的完成情况进行检查。

4.结语

本文针对C语言实验教学现状中存在问题，引入并结合CDIO模式的能力培养框架，重点围绕着实验教学改革，从层次化的实验体系设计、紧密围绕CDIO理念的实验内容设计、项目教育和“做中学”的教学方法改进、教学效果评价等四个方面详细阐述了基于CDIO模式的C语言实验教学改革内容。上述内容在我院通信专业进行的教改实施，并取得了学生的好评，对进一步进行基于CDIO模式的C语言实验教学的深化改革与探索具有一定的积极意义。

参考文献：

[1]顾佩华，沈民奋，李升平等.从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究，2008，（1）：12-20.DOI：10.3969/j.issn.1001-4233.2008.01.003.

[2]查建中.工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化[J].中国大学教学，2008，（5）：16-19.DOI：10.3969/j.issn.1005-0450.2008.05.004.

[3]Crawley E F；Malmqvist J；Ostlund S.Rethinking Engineering Education，The CDIO Approach.[M].New York：Springer，2007

[4]郭皎，鄢沛，刘福明等.基于“做中学”的开放式实验教学探讨[J].现代计算机：上半月版，2012，（11）：15-18.

作者简介：

汪忠国，男，讲师，研究方向为计算机应用、人工智能。