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摘要：將CDIO工程教育模式，應(yīng)用于我校電子信息類專業(yè)的C語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。通過(guò)“多層次、全過(guò)程”的教學(xué)設(shè)計(jì)，將課程教學(xué)與對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)相結(jié)合。對(duì)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果的數(shù)據(jù)分析表明，這種教學(xué)設(shè)計(jì)更有助于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：CDIO；C語(yǔ)言；多層次；全過(guò)程；教學(xué)設(shè)計(jì)

C語(yǔ)言因其用途廣泛、功能強(qiáng)大、使用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為大多數(shù)高等學(xué)校工程類專業(yè)計(jì)算機(jī)類課程的入門課程［1］。該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，讓學(xué)生具備編制程序的初步能力，為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、單片機(jī)設(shè)計(jì)等后繼課程打下良好基礎(chǔ)。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Oper-ate），它強(qiáng)調(diào)以產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)［2］。

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)總體設(shè)計(jì)思路

在該門課程的教學(xué)過(guò)程中，我們采用的是項(xiàng)目式教學(xué)。這種教學(xué)形式可以將知識(shí)點(diǎn)分解在每個(gè)項(xiàng)目中，便于學(xué)生認(rèn)知和理解，學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中，就可以掌握所包含的知識(shí)點(diǎn)［3］。課前，教師將基礎(chǔ)理論部分整理錄制成視頻，上傳至線上課程資源平臺(tái)，學(xué)生按提示完成預(yù)習(xí)任務(wù)。課中，基礎(chǔ)理論部分不再重復(fù)講解，教師只對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)部分做強(qiáng)化講解，同時(shí)結(jié)合VisualStudio軟件做演示；接著是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下操作，同時(shí)用截屏的方式記錄運(yùn)行結(jié)果；最后教師根據(jù)學(xué)生完成情況進(jìn)行總結(jié)及任務(wù)的布置。課后，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)記錄的整理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。存在的不足表現(xiàn)在以下方面，整個(gè)教學(xué)過(guò)程是在教師的主導(dǎo)下完成的，沒(méi)有讓學(xué)生成為教學(xué)的主體，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情不高；教學(xué)過(guò)程缺乏創(chuàng)新，教學(xué)方法較為單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；考核方式較為傳統(tǒng)，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的度量，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的保障度不夠。依據(jù)CDIO方法和理念，把對(duì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力培養(yǎng)融入到驗(yàn)證型項(xiàng)目、團(tuán)隊(duì)之間協(xié)作的能力的培養(yǎng)融入到綜合型項(xiàng)目、創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)融入到設(shè)計(jì)型項(xiàng)目和考核環(huán)節(jié)的技能測(cè)試中，這種貫穿基礎(chǔ)知識(shí)講授、綜合應(yīng)用能力訓(xùn)練和實(shí)踐創(chuàng)新思維激發(fā)的“多層次”、從授課到考核“全過(guò)程”的教學(xué)設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生工程知識(shí)的獲取、現(xiàn)代工具的掌握和終生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。教學(xué)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本文將以循環(huán)程序設(shè)計(jì)作為案例，具體介紹如何利用基于cdio理念的教學(xué)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，同時(shí)給出團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的一般性教學(xué)過(guò)程。

2循環(huán)程序設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)

C語(yǔ)言課程在第二學(xué)期開設(shè)，學(xué)生還沒(méi)有完全適應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí)節(jié)奏，此時(shí)需要耐心引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步走向主體地位。要培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，選擇合適的題目很關(guān)鍵［4］，既要難易適中，又要解決方案靈活多樣。如何編程實(shí)現(xiàn)求表達(dá)式1-2+3-4+5…-100的值，就是一個(gè)不錯(cuò)的案例。

2.1構(gòu)思

首先引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)思，即思考解決問(wèn)題的方法和步驟。在此之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)了如何編程求解表達(dá)式1+2+3+4+5….+100的值，這里只需考慮符號(hào)的變化即可。一般有這么幾種方法：①分別求解奇數(shù)項(xiàng)和偶數(shù)項(xiàng)之和，然后二者相減；②與選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)結(jié)合，若判斷出當(dāng)前項(xiàng)為奇數(shù)項(xiàng)則加，為偶數(shù)項(xiàng)則減；③設(shè)置符號(hào)位flag并置其初始值為1，在加每一項(xiàng)時(shí)額外乘以符號(hào)位，每加完一項(xiàng)flag變號(hào)一次。

2.2設(shè)計(jì)

接著進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)階段主要任務(wù)是用模型精確地描述構(gòu)思，以便于在實(shí)現(xiàn)階段，把構(gòu)思轉(zhuǎn)換成C語(yǔ)言程序［5］。換句話說(shuō)，在構(gòu)思階段算法可以是以格式要求不那么嚴(yán)格的形式出現(xiàn)，比如自然語(yǔ)言；設(shè)計(jì)階段則需要用更加嚴(yán)瑾的模型來(lái)表述，比如流程圖，可以選擇結(jié)構(gòu)化流程圖或N-S流程圖。以解決方法1為例，圖2給出N-S流程圖的設(shè)計(jì)和細(xì)化過(guò)程：

2.3實(shí)現(xiàn)

在實(shí)現(xiàn)階段，用C語(yǔ)言來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)模型加以實(shí)現(xiàn)，即代碼的編寫。循環(huán)結(jié)構(gòu)可用while、do...while或者for語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。在本題中已知循環(huán)結(jié)束條件，故不采用for語(yǔ)句，又因?yàn)槭钱?dāng)型循環(huán)，所以宜采用while語(yǔ)句。

2.4運(yùn)作

最后到了運(yùn)作階段，這個(gè)階段包括代碼的編譯、調(diào)試、運(yùn)行等操作，教師更多地是要傳授方法，而不能遇到問(wèn)題直接給予解決。比如教會(huì)學(xué)生使用調(diào)試工具，利用錯(cuò)誤提示信息定位出錯(cuò)誤所在位置；再比如如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)行結(jié)果和預(yù)期結(jié)果沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)，則可能是沒(méi)有為變量設(shè)置初始化值導(dǎo)致的。把這個(gè)任務(wù)看成是一個(gè)工程項(xiàng)目的話，還應(yīng)考慮其維護(hù)、升級(jí)和改進(jìn)。通過(guò)增加展示和探討環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生拓寬解題思路，解鎖解題方法，對(duì)自己的作品有一個(gè)客觀的評(píng)判，并加以改進(jìn)。

3利用綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

“函數(shù)的使用”，該項(xiàng)目綜合了除指針和自定義數(shù)據(jù)類型之外的所有的知識(shí)點(diǎn)。主要目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)函數(shù)定義、函數(shù)調(diào)用、函數(shù)聲明等形式，尤其是要掌握數(shù)組元素及數(shù)組名作為參數(shù)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí)，參數(shù)間的虛實(shí)結(jié)合的過(guò)程。考慮到本項(xiàng)目所涉及新知識(shí)點(diǎn)較多、較雜、較難，在編排項(xiàng)目?jī)?nèi)容的時(shí)候，更多的是結(jié)合前面已經(jīng)學(xué)過(guò)的經(jīng)典算法和功能，在本項(xiàng)目中改為函數(shù)調(diào)用的形式來(lái)完成，比如冒泡排序、判斷素?cái)?shù)等。這樣安排起到溫故知新的效果，也符合循序漸進(jìn)、迭代向前的學(xué)習(xí)規(guī)律。讓學(xué)生每?jī)扇私M隊(duì)，分工合作，基于CDIO流程來(lái)完成本項(xiàng)目。其中構(gòu)思、設(shè)計(jì)階段要求學(xué)生獨(dú)立完成，教師只在實(shí)現(xiàn)階段給予必要的指導(dǎo)和幫助。最后的運(yùn)作階段，隊(duì)伍之間兩兩隨機(jī)組成互評(píng)小組，對(duì)項(xiàng)目完成情況進(jìn)行測(cè)評(píng)打分。學(xué)生在交流、配合和討論的過(guò)程中，既能更深入地理解函數(shù)調(diào)用過(guò)程，對(duì)自己的學(xué)習(xí)效果，也能有一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)和認(rèn)識(shí)，還為實(shí)踐環(huán)節(jié)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作奠定了基礎(chǔ)。

4串聯(lián)相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

C語(yǔ)言做為專業(yè)必修課程，與工程實(shí)踐活動(dòng)聯(lián)系密切，貫穿課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等多個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供重要支持。通過(guò)增加“技能測(cè)試”考核環(huán)節(jié)的形式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。該環(huán)節(jié)為開放式自主選題，學(xué)生在學(xué)期內(nèi)，任何以C語(yǔ)言為主題的實(shí)踐成果均可以作為該環(huán)節(jié)的支撐材料?？紤]完成此環(huán)節(jié)的實(shí)際需求，讓學(xué)生組成4～6人的團(tuán)隊(duì)，以項(xiàng)目組的形式，完成從問(wèn)題的提出到解決方案的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作的全流程［6］。這種方式不僅能激勵(lì)學(xué)生將C語(yǔ)言應(yīng)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)，同時(shí)能讓學(xué)生在應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)知識(shí)掌握的不足，從而促進(jìn)C語(yǔ)言及其相關(guān)課程的學(xué)習(xí)。在完善本課程考核體系的同時(shí)，也讓同學(xué)們真切感受到C語(yǔ)言的應(yīng)用場(chǎng)景，更加堅(jiān)定學(xué)好這門課程的信心和決心。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上“多層次全過(guò)程”的教學(xué)設(shè)計(jì)，將CDIO工程教育理念融入C語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)教學(xué)及考核全過(guò)程，形成“目標(biāo)-措施-評(píng)價(jià)”的閉環(huán)體系，相互反饋。學(xué)期結(jié)束時(shí)，對(duì)學(xué)生發(fā)放自我評(píng)價(jià)問(wèn)卷，分別從自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、將C語(yǔ)言應(yīng)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)的能力三個(gè)方面做調(diào)查。并對(duì)2020級(jí)和2021級(jí)同一專業(yè)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生做對(duì)比，其中2020級(jí)學(xué)生采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，2021級(jí)學(xué)生采用CDIO工程教育模式，數(shù)據(jù)如表1所示：基于SPSS軟件的一般線性模型分析顯示，兩個(gè)班級(jí)的數(shù)據(jù)在三個(gè)方面的顯著值均小于0.05，表明這種基于CDIO工程教育理念的教學(xué)設(shè)計(jì)，更有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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［3］梁銳，余波.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式下的基于C語(yǔ)言和單片機(jī)的工程實(shí)踐教改設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2020（7）：92-94

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作者:井田 王宜結(jié) 單位:淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院