基于CDIO的计算机实践能力柔性培养探讨

文章编号：1672-5913（2013）22-0008-04

中图分类号：G642

摘要：提出“以学生为中心”的人性化柔性培养方式，把CDIO新模式融入到计算机课程实践培养体系中，从实践环境、实践内容、授课与辅导形式、创新激励制度和考核机制等5个方面进行探讨。

关键词：柔性方式；CDIO工程；创新能力

1 引言

CDIO（conceive，design，implement，operate，构思、设计、实现、运作）是当今国际高等工程教育的一种新模式，由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所工程技术大学发起的一项工程改革计划，提供12种实施的执行标准，注重扎实的工程基础理论和专业知识的培养，通过每一门课程、每一个模块、每一个教学环节来落实产业对能力的要求，满足产业对工程人才质量的要求。这种教育模式已被国内清华大学、汕头大学等高校采用，都取得了突出的成效，充分说明CDIO是符合国际工程教育的一套成功的教育改革体系。广东石油化工学院是以工科为主的普通院校，培养目标为掌握扎实的工程技术基础知识，具有工程动手能力和工程过程的创新能力。因此，我们学习成功院校的做法，把CDIO融入到课程教学实践中。

柔性化的培养方式来自一种新型的管理理念，是一种“以学生为中心”的“人性化培养方式”。它在研究人的心理和行为规律的基础上，采用非强制性手段，使教育对象心目中产生一种潜在的说服力，从而把组织意志变为个人的自觉行动，能充分开发和挖掘人的潜能。因此，这种方式比较适合融入到CDIO培养过程中，能充分发挥学生的主动性和创造性。

2 CDIO课程实践培养计划和目标

课程实践体系是计算机培养方案中的重要组成部分，是培养学生实践能力的关键，是实施培养的主导计划。在没引用CDIO教育模式前，课程实践主要是在规定的时间内完成指定实验，重视理论知识学习和刚性的培养方式，实践没得到很好的扩展，限制学生的实践动手能力和创新能力的提高。因此，我们必须改革传统僵化的培养体系，在注入CDIO工程理念的同时，注意形式多样，探索符合学生个性发展的柔性实践体系。

表1是计算机专业的课程实践培养体系在改革前和改革后的对比。从表中可以看出，在课程安排方面，改革后的课程实践体系遵循教育教学的规律，具有内在逻辑性和连续性，既重视了数据结构、计算机组成原理等基础课程的培养，又重视编译原理、大型数据库专业公共课的全面教育，而且更突出Java应用技术和嵌入式技术这两个工程特色主线；在实践量方面，改革前只有课内实践，改革后课内外实践和创新活动相结合，减少了课内课时量，增设课外课时量和创新活动课时量，总的实践课时量大大增加，强调了教师的引导和学生的主体作用。因此，我们要根据柔性的培养体系采用相应的柔性培养方式，抓基础训练，重视工程特色的能力培养，充分发挥学生的主观能动性，全面推进学生知识、能力、素质协调发展，切实增强创新精神，培养高素质计算机工程应用人才。

3 CDIO实践能力培养过程

3.1 营造柔性的工程实践环境，奠定CDIO硬件培养基础

实践环境是培养CDIO工程人才的基础设施，改革前课程实践基本都按实验室工作人员的安排在规定的时间里进行实践教学。由于学生个体的差异，存在着显著问题：差生没办法在规定的时间内作完实验，优秀学生没办法作一些扩展或创新实验，严重影响整体学生实践能力的提高。因此，我们建立了一个既能集中训练，又不限制学生时间和能力的柔性实践环境，让学生充分发挥个体实践能力和创新能力。实验环境按柔性程度划分为两种类型：一种是集中式，由实验室工作人员安排时间和实验室，教师讲授实验和辅导实验，主要完成实践体系中的随堂实验、课程设计和综合实验的课内实践任务；另一种是分散式，学生自主完成实验任务，主要完成随堂实验、课程设计、综合实验和课外创新活动的实践任务。分散式类型从实验场地和时间划分有如下3种形式。

1）充分利用学生自己的设备。

据统计，从一年级第二学期开始，计算机专业的学生100%都购买了微机，学生可以用自己的微机在合适的场所作实验。对于这种形式，在教师的安排下，可以完成软件类的课外课程实践，如软件基础课程、Java技术工程主线系列课程等。2011级课程实践中我们利用学生的微机和Internet网络，通过QQ群平台，给每个学生布置有差异的设计任务，学生可以在群上讨论，教师抽时间定时参与，分批、分阶段检查、计分。通过这种方式，不但给学校解决了招生人数与投资设备的矛盾，更主要的是学生实践时间更加灵活、充裕，实践质量得到很大的提高。

2）定时开放实验室。

主要开放硬件和网络实验室，满足硬件和网络系列课程课外学习的需要。学生很少具备网络和硬件系列的自主设备，但是由于实验室要负责多门课程的集中实验，加上实验场地、实验仪器设备和经费投入等条件的限制，实行全面开放，难度较大。所以，根据教学安排，定时开放实验室。学生根据自己的时间和实验室的开放安排情况，自主到实验室完成硬件、网络和创新相关实验，如学生想自己设计一个计算机模型机，定时开放的实验室可以成为他们发挥能力的空间。

3）预约开放实验室。

预约开放主要针对课外创新活动的学生团队，实验室大力支持学生搞创新活动，实验室不能耽误正常的实验课程，又要充分发挥学生的课外创新主动性，要根据学生的人数和项目情况尽量满足创新团队的需求。

3.2 组织工程化、柔性化的实验项目内容，确保GDIO工程培养质量

CDIO是一种以工程项目设计为导向，工程能力培养为目标的工程教育模式，这给教师、学生提出了更高的要求。计算机专业传统的实践项目大多是教师根据理论课程内容而设计的，一是缺少工程背景，二是内容单一，很难发挥学生的积极主动性。就此，按如下方面组织和安排实践项目。

1）组织与企业“零距离”的工程实践项目。

目前，学校与许多知名企业形成良好的合作关系，配合CDIO工程实践培养的实施，接受教师与学生到企业学习。通过企业，我们能获得直接的技术支持，授课教师在这样的背景下，积极参与培训和企业生产线的学习，不断更新知识，结合工程实际组织实践项目，让实践内容真正与企业接轨。

2）组织与科研相结合的创新实践项目。

课程实践体系从基础系列课程开始就逐步让学生搞创新主题活动，这些创新主题从何而来？一部分来自学生，大部分还需要教师的引导，教师引导单靠上课和培训，远远不够。实践表明，缺少科研的教学是没有深度的，我们的实践教学必须要与相关研究领域密切结合。比如嵌入式工程主线是非常热门的技术，有200个课外创新学时，实践性和应用性都很强，教师必须有一定课题研究背景和基础，才能深入引领学生搞创新活动。

3）根据学生的差异性，按梯度组织实验内容。

实验内容分为指定实验、自选实验和自主实验（创新）。指定实验由教师讲解或演示，学生在模仿实验的基础上完成一些验证性或设计性实验；自选实验是指学生在指定实验之外自行选作，一般为指定实验内容的延伸和拓展；自主实验是指在具备了一定实验技能的前提下自行设计或改造创新的实验内容。学生必须完成指定实验，并撰写实验报告，而自选实验和自主实验由学生自觉完成，完成的内容会有所不同，要求在指定实验报告里附自主实验体会，教师可以从交互和报告中了解学生掌握知识、运用知识、解决问题的能力。

3.3 授课形式和辅导柔性化，丰富GDIO培养手段

实践课中教师的任务是引导学生主动实践，针对实践体系课内到课外的实践内容侧重点不同，要灵活采用不同手段和辅导方法。

（1）以“实践为主，理论为辅”的原则传授课内实践课内容。在授课方面教师要用简短时间讲授多层次的实验内容，需要采用多媒体、网络资源向学生提供更多的背景资料和设计案例，既提高教学效率，又极大地增加传授的信息量，开阔了学生视野，激发学生的实践欲。

（2）以“教师为主导，学生为主体”的特点辅导课内实践课。课内实践主要是理论的验证，加深学生理解理论基础知识。辅导教师必须跟踪辅导、答疑，及时为学生排忧解难，树立学生信心，为课外自主实验和创新活动课打好坚实的基础。

（3）以“教师督导，学生自主实践”的柔性特点督导课外实践课。由于实验是分散式做的，在一定的时间段内由学生选择时间和场地完成实践任务，学生可以在白天或晚上在实验室、寝室或其他地方开展，教师主要通过QQ群、飞信等通信网络平台与学生交互。教师在监督的同时，需要多了解学生，引导学生进入自主实践过程，促进学生思考和创新。

3.4 创新激励制度，提升CDIO培养力度

教师在日常教学中要善于发现人才，如在实验报告的内容、体会以及平常的交互、答疑和辅导等方面，可以发现优秀人才。对于优秀学生要鼓励他们积极创新，组织他们参加部级、省部级、校级等各层次的课外科技活动。如近几年，全国相关的机器人比赛，我们都组队参加，每次都取得较好的成绩，特别是在今年的全国机器人锦标赛中，分别获得类人型对抗类击剑项目一等奖，类人型舞蹈类单人项目一等奖和其他项目的二、三等奖励，对于这些奖励和作品都在实践课上进行宣传和学习。无论是普通生还是优秀生，通过这种活动，学生内心会得到激励，达到潜移默化的教育作用。

3.5 柔性考核形式

改革传统意义上的实验报告的考核方式，建立柔性而切实可行的实践能力考核体制，保证各种柔性实验教学的有效实施。我们的课程实践有主导和督导两种辅导形式，主导教师面对面辅导学生，学生的基础、动手能力作为成绩的一部分；督导方面的实验，教师通过答疑，可以了解学生的思维和完成情况，也作为成绩的一部分。除此之外，还结合验收、报告、体会、自评等方面来考核。不同的课程，可能考核方式有所差异。总的来说，我们需要研究采取多元、多点、机考、答辩和激励的考核方式，确保考核结果能体现学生的科学实验素质、动手能力、协作精神和创新意识等方面的能力。

4 结语

CDIO教育模式的12种实施标准给高校提供了一个参考模板，但不能僵硬地临摹，必须结合学校、专业、学生、师资等方面来建设、实施和执行。我们探讨的计算机课程实践体系的柔性实施过程，还处在初始探讨阶段，从新生走向成熟需要一段时间的磨合，不能急功近利，只有经过反复修正和各方面的共同努力，才能成为有科学内涵和可持续发展的培养体系。

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