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摘要：计算机导论是计算机科学教育中的一门非常重要的专业入门课程，其教学目标是使计算机专业的学生一进入大学就能够对自己今后要学习的主要知识有个整体的认识和熟悉本专业的学习方法。该文针对当前计算机导论教学中的现状及存在的问题，并针对这些问题开展基于CDIO理念的课程教学改革实践。
关键词：计算机导论；CDIO模式；课程改革
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)09-2055-02
Exploration and Course Reform of Introduction to Computer Science Based on CDIO Principle
WAN Shi-ming
(Guangdong Baiyun University, Guangzhou 510450, China)
Abstract: Introduction to Computer Science is an important compulsory course on computer science education. The teaching aim is helping students majoring in computer science to have a holistic review on computer and be familiar with the professional learning methods at the very start. This study analysed the current situation of Introduction to Computer Science and the existing problems, and offered proposals on curriculum reform based on the concept of CDIO modle.
Key words：Introduction to computer science; CDIO model; Curriculum reform
1概述
《计算机导论》作为计算机科学相关专业学生的第一门专业课程，无论在国内和国外，都是大学计算机科学教育体系中重要课程之一。例如，美国计算机学会(ACM)与国际电子电气工程师学会计算机学会(IEEE/CS)联合发布的《计算学科2001教程(Computing Curricula 2001)，CC2001》，中国计算机学会教育委员会和全国高等学校计算机教育研究会发布的《中国计算机科学与技术学科教程2002》、《中国高等学校计算机科学与技术（应用型）学科教程2008》等。该课程概要介绍计算机体系结构、操作系统、设计语言、软件工程等专业的入门知识及与信息技术有关的社会、文化、职业等知识，使学习者对计算机专业课程体系有比较全面的了解，激发专业学习的认知欲和树立自信心。[1-2]“导论”的引导作用不仅应体现在理论知识和技术层面上，专业思想的建立、学习方法的建构尤为重要，更应体现在对学生的科学思维能力、创新能力、工程意识、分析解决实际问题等能力的培养。
2《计算机导论》课程的教学现状分析
1)普遍偏于知识体系相关内容的介绍，通盘罗列，多而不精，缺乏对创新方向、兴趣引导、思维能力、工作价值与应用指导，课程涉及的工程性指向淡薄。
2)教学仍然多以教师为中心的传授式和以学生被动的接受式的教学模式。授课以讲授理论知识为多，学生接触实践环节偏少，缺少对学生工程能力的训练。学生的创新思维、工程意识、团队协作与人际能力未能得到培养与提高。
3)按照《计算机导论》课程的性质，主要还是概括性的介绍计算机学科相关的专业知识和分支领域，由于学生以前对计算机专业了解不多，因此会觉得有些内容相对抽象和枯燥，学生似懂非懂。另外，忽视了对学生从事计算机科学工作的基本方法、专业素质和职业要求的传授，未达到很好的教学预期。
3 CDIO的基本思想
CDIO是一种全新的国际化工程教育模式，CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。它是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学在全球经济一体化的背景下，经过四年的跨国研究而得出的成果。它的指导思想是：以职业道德培养为基础，以工程设计任务为导向，以培养个人能力(包括终生学习能力和实践能力)、团队能力（人际关系与合作）和工程系统能力（包括适应与调控能力）为主要目标.让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。[3-5]CDIO强调在加强基础教育的同时，关注工程实践，加强实践环节；强调个人职业技能与人际沟通的技能并重；强调综合创新能力，与社会大环境协调发展。[6]
为了适应现代工程教育的需要，我院结合一般工科院校应用型本科人才培养的特点，吸收欧美先进的CDIO工程教育理念，开展以CDIO工程教育理念的工程教育模式的研究与实践。
4 CDIO工程教育模式的研究与实践
4.1工程项目教学法
传统教学法的一般过程是首先提出概念，然后解释概念，再举例说明。针对这门课程的教学对象，仅采用传统的教学方法不利于他们的理解和知识的掌握。
为了提高学生综合运用所学专业知识分析、解决实际问题的能力，教学过程中采用以工程项目为导向的项目教学。项目教学是师生通过共同实施一个完整的项目任务而进行的教学活动，它可以将学习者融入项目工作的过程中，让学生有目标地自主学习，同时，要求学生在学习工程中，通过自己的实践进行知识建构和能力培养。[6]
开展以项目化教学为主线的CDIO模式实践教学，使学生能在工项目程实践中体验到“做中学”的学习方法。[7]
4.2项目的目的和作用
本项目的设置目的在于使应用型本科学生在进入专业导论学习之后，通过对一个综合性、具有初级学术水平、易于理解和实现的项目研究开发，对于构思（Conceive）,设计（Design）,实施（Implenent）和运行（Operate）的四个工程环节直接参与,体验“做中学”的实际过程和状态，从而使学生动手做出一个具体的工程成果，而且在做的过程中动脑进行思考，分析，推理，归纳，使知识升华，同时，培育人际交往能力，团队协作精神，职业道德，为人操守，以及有效的工程建造能力。[8]
4.3项目的名称和内容
我院计算机系《计算机科学与技术》专业设有三个方向：软件工程、网络工程和嵌入式系统工程。我们引入了2个真实工程项目：
一是基于VLAN的局域网搭建。项目的内容就是在真实网络工程环境下和在借助仿真软件的分析下完成建立若干个虚拟局域网VLAN。实现在同一物理网段内，同一VLAN内和不同的VLAN计算机之间的相互访问。[9]
二是制作多位数字动态显示器。项目的内容就是建造一个由单片机为核心，以7段发光二极管为数字显示器，结合辅助电路、电源所形成的多位数字显示系统。
教师根据学生的状况、教学内容和教学目标，结合知识点，制订具有操作性、实用性的项目实现方案。在教学过程中首先要提出项目任务设想，按照项目开发的过程，与学生一起讨论项目的目标、任务和途径。
4.4细化项目、小组互助
细化项目。引导学生对项目任务细化分析，从项目任务的技术要求、功能要求、性能要求入手，确定项目的技术路线、进度计划、组织方式，并清楚项目完成的考核要求和评分准则。
小组互助。对学生进行课题分组（4-6人），选出组长。组长的任务：讨论、分工、协作、轮值、总结）。在项目VLAN的局域网搭建和制作多位数字动态显示器完成过程中需要留出适当单元内容以培养学生独立分析、解决问题的能力，引导学生降低对教师的依赖。项目实践过程遇到的问题要求学生首先在小组内讨论，在做的过程中去思考、分析、归纳，养成利用各种资源、翻阅资料、团结协作等解决问题的习惯。
4.5考试改革
长期以来，书面闭卷考试是计算机专业导论课程考核的主要方式，而该课程培养学生工程实践能力通常被忽略，束缚了学生的思维与创新。改革后，增加了对项目实践能力的考查，采取书面开卷与工程项目实践相结合的考核方式，两者各占50%的比重，着力引导学生既注重掌握知识的重要性，也重视工程项目过程中的实践性和在工程教学模式下的“做中学”的学习方法。
5取得的主要成效
我院计算机系以CDIO工程教育模式的计算机导论课程教学改革已2年，按培养工程师的意念引导学生进入专业领域，通过项目从专业的有关特征导入到专业知识是一种较恰当的途径。学生体会到了理论、实践、素质一体化的教育教学模式和“做中学”的学习方法，学生从中亲身感受和并从中有所收获。触发了学生的专业向往兴趣，激励了学生的专业创新欲望，培养了学生的专业思维能力，呈现了学生的专业工作价值。
学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，适合工科教育教学过程各个环节的改革，CDIO“做中学”的理念和方法实践证明是可行的，收到了较好的效果。
通过学生积极参与的《计算机导论》课程改革，使学生感受到和接受了如下的学习方法：
1)主动学习：听中学、看中学、做中学。多想、多问、多做。
2)勤于思考：从不同的思路和角度观察问题，不死守一种思维模式，努力激发自己的潜在的思考能力、创新能力和学习能力。
3)实践贯通：听到的会忘掉，看到的能记住，做过的才真正明白。学习中的实践，有助于更深入地理解知识体系，有助于掌握学过的知识。
4)细心总结：学习任何课程都需要去归纳和总结。
通过工程项目教育活动，学生亲身感受到、并知道自己尚需要努力具备以下能力：
1)获取知识的能力（自学能力）。
2)运用知识的能力（解决问题）。
3)共享知识的能力（团队合作）。
4)发现知识的能力（创新意识）。
5)传播知识的能力（交流沟通）。
6结束语
CDIO是一个新的教育模式，尽管它的历史还很短，但已经显示了它的强大生命力.该文针对当前《计算机导论》课程教学的现状、存在的问题进行了分析，探讨与实践了以工程项目为导向和项目教学法。通过引入典型的“基于VLAN的局域网组建”等项目，让学生系统体验“构思——设计——实施——运行”的全过程，收到了较好的效果，其作用将会影响到大学四年的后续课程学习，为学生未来的发展有了良好的引导和铺垫。
参考文献：
[1]中国计算机科学与技术学科教程2002研究组.中国计算机科学与技术教程2002[M].北京:清华大学出版社，2002.
[2]中国计算机学会教育专业委员会.中国高等学校计算机科学与技术（应用型）学科教程（2009）[M].北京:清华大学出版社,2009:11.
[3] Worldwide CDIO Initiative Standards[EB/OL].(2009-08-30)[2010-08-13].http://www.cdio.org.
[4] The CDIO Method [EB/OL].(2009-08-30)[2010-08-13].http:// www.cdio.org.
[5]陆小华,熊光晶,陈珠琳.设计导向的工程教育改革理念[J]高等工程教育研究，2007(6).
[6]宋桂娟,杨勇虎,王文生.基于CDIO的数据结构课程教学改革与研究[J].电脑知识与技术,2010-01-25
[7]王硕旺,洪成文.CDIO:美国麻省理工学院工程教育的经典模式——基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究2009,28(4)116-119.
[8]符蕴芳.计算机导论课程教学改革的研究[J].教育与职业，2009(32)：129-130.
[9]万涛,万世明.基于Packet Tracer仿真技术构建网络互连技术实验平台[J].电脑知识与技术，2011(17)：78-81.
关键词：计算机导论；CDIO模式；课程改革
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)09-2055-02
Exploration and Course Reform of Introduction to Computer Science Based on CDIO Principle
WAN Shi-ming
(Guangdong Baiyun University, Guangzhou 510450, China)
Abstract: Introduction to Computer Science is an important compulsory course on computer science education. The teaching aim is helping students majoring in computer science to have a holistic review on computer and be familiar with the professional learning methods at the very start. This study analysed the current situation of Introduction to Computer Science and the existing problems, and offered proposals on curriculum reform based on the concept of CDIO modle.
Key words：Introduction to computer science; CDIO model; Curriculum reform
1概述
《计算机导论》作为计算机科学相关专业学生的第一门专业课程，无论在国内和国外，都是大学计算机科学教育体系中重要课程之一。例如，美国计算机学会(ACM)与国际电子电气工程师学会计算机学会(IEEE/CS)联合发布的《计算学科2001教程(Computing Curricula 2001)，CC2001》，中国计算机学会教育委员会和全国高等学校计算机教育研究会发布的《中国计算机科学与技术学科教程2002》、《中国高等学校计算机科学与技术（应用型）学科教程2008》等。该课程概要介绍计算机体系结构、操作系统、设计语言、软件工程等专业的入门知识及与信息技术有关的社会、文化、职业等知识，使学习者对计算机专业课程体系有比较全面的了解，激发专业学习的认知欲和树立自信心。[1-2]“导论”的引导作用不仅应体现在理论知识和技术层面上，专业思想的建立、学习方法的建构尤为重要，更应体现在对学生的科学思维能力、创新能力、工程意识、分析解决实际问题等能力的培养。
2《计算机导论》课程的教学现状分析
1)普遍偏于知识体系相关内容的介绍，通盘罗列，多而不精，缺乏对创新方向、兴趣引导、思维能力、工作价值与应用指导，课程涉及的工程性指向淡薄。
2)教学仍然多以教师为中心的传授式和以学生被动的接受式的教学模式。授课以讲授理论知识为多，学生接触实践环节偏少，缺少对学生工程能力的训练。学生的创新思维、工程意识、团队协作与人际能力未能得到培养与提高。
3)按照《计算机导论》课程的性质，主要还是概括性的介绍计算机学科相关的专业知识和分支领域，由于学生以前对计算机专业了解不多，因此会觉得有些内容相对抽象和枯燥，学生似懂非懂。另外，忽视了对学生从事计算机科学工作的基本方法、专业素质和职业要求的传授，未达到很好的教学预期。
3 CDIO的基本思想
CDIO是一种全新的国际化工程教育模式，CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。它是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学在全球经济一体化的背景下，经过四年的跨国研究而得出的成果。它的指导思想是：以职业道德培养为基础，以工程设计任务为导向，以培养个人能力(包括终生学习能力和实践能力)、团队能力（人际关系与合作）和工程系统能力（包括适应与调控能力）为主要目标.让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。[3-5]CDIO强调在加强基础教育的同时，关注工程实践，加强实践环节；强调个人职业技能与人际沟通的技能并重；强调综合创新能力，与社会大环境协调发展。[6]
为了适应现代工程教育的需要，我院结合一般工科院校应用型本科人才培养的特点，吸收欧美先进的CDIO工程教育理念，开展以CDIO工程教育理念的工程教育模式的研究与实践。
4 CDIO工程教育模式的研究与实践
4.1工程项目教学法
传统教学法的一般过程是首先提出概念，然后解释概念，再举例说明。针对这门课程的教学对象，仅采用传统的教学方法不利于他们的理解和知识的掌握。
为了提高学生综合运用所学专业知识分析、解决实际问题的能力，教学过程中采用以工程项目为导向的项目教学。项目教学是师生通过共同实施一个完整的项目任务而进行的教学活动，它可以将学习者融入项目工作的过程中，让学生有目标地自主学习，同时，要求学生在学习工程中，通过自己的实践进行知识建构和能力培养。[6]
开展以项目化教学为主线的CDIO模式实践教学，使学生能在工项目程实践中体验到“做中学”的学习方法。[7]
4.2项目的目的和作用
本项目的设置目的在于使应用型本科学生在进入专业导论学习之后，通过对一个综合性、具有初级学术水平、易于理解和实现的项目研究开发，对于构思（Conceive）,设计（Design）,实施（Implenent）和运行（Operate）的四个工程环节直接参与,体验“做中学”的实际过程和状态，从而使学生动手做出一个具体的工程成果，而且在做的过程中动脑进行思考，分析，推理，归纳，使知识升华，同时，培育人际交往能力，团队协作精神，职业道德，为人操守，以及有效的工程建造能力。[8]
4.3项目的名称和内容
我院计算机系《计算机科学与技术》专业设有三个方向：软件工程、网络工程和嵌入式系统工程。我们引入了2个真实工程项目：
一是基于VLAN的局域网搭建。项目的内容就是在真实网络工程环境下和在借助仿真软件的分析下完成建立若干个虚拟局域网VLAN。实现在同一物理网段内，同一VLAN内和不同的VLAN计算机之间的相互访问。[9]
二是制作多位数字动态显示器。项目的内容就是建造一个由单片机为核心，以7段发光二极管为数字显示器，结合辅助电路、电源所形成的多位数字显示系统。
教师根据学生的状况、教学内容和教学目标，结合知识点，制订具有操作性、实用性的项目实现方案。在教学过程中首先要提出项目任务设想，按照项目开发的过程，与学生一起讨论项目的目标、任务和途径。
4.4细化项目、小组互助
细化项目。引导学生对项目任务细化分析，从项目任务的技术要求、功能要求、性能要求入手，确定项目的技术路线、进度计划、组织方式，并清楚项目完成的考核要求和评分准则。
小组互助。对学生进行课题分组（4-6人），选出组长。组长的任务：讨论、分工、协作、轮值、总结）。在项目VLAN的局域网搭建和制作多位数字动态显示器完成过程中需要留出适当单元内容以培养学生独立分析、解决问题的能力，引导学生降低对教师的依赖。项目实践过程遇到的问题要求学生首先在小组内讨论，在做的过程中去思考、分析、归纳，养成利用各种资源、翻阅资料、团结协作等解决问题的习惯。
4.5考试改革
长期以来，书面闭卷考试是计算机专业导论课程考核的主要方式，而该课程培养学生工程实践能力通常被忽略，束缚了学生的思维与创新。改革后，增加了对项目实践能力的考查，采取书面开卷与工程项目实践相结合的考核方式，两者各占50%的比重，着力引导学生既注重掌握知识的重要性，也重视工程项目过程中的实践性和在工程教学模式下的“做中学”的学习方法。
5取得的主要成效
我院计算机系以CDIO工程教育模式的计算机导论课程教学改革已2年，按培养工程师的意念引导学生进入专业领域，通过项目从专业的有关特征导入到专业知识是一种较恰当的途径。学生体会到了理论、实践、素质一体化的教育教学模式和“做中学”的学习方法，学生从中亲身感受和并从中有所收获。触发了学生的专业向往兴趣，激励了学生的专业创新欲望，培养了学生的专业思维能力，呈现了学生的专业工作价值。
学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，适合工科教育教学过程各个环节的改革，CDIO“做中学”的理念和方法实践证明是可行的，收到了较好的效果。
通过学生积极参与的《计算机导论》课程改革，使学生感受到和接受了如下的学习方法：
1)主动学习：听中学、看中学、做中学。多想、多问、多做。
2)勤于思考：从不同的思路和角度观察问题，不死守一种思维模式，努力激发自己的潜在的思考能力、创新能力和学习能力。
3)实践贯通：听到的会忘掉，看到的能记住，做过的才真正明白。学习中的实践，有助于更深入地理解知识体系，有助于掌握学过的知识。
4)细心总结：学习任何课程都需要去归纳和总结。
通过工程项目教育活动，学生亲身感受到、并知道自己尚需要努力具备以下能力：
1)获取知识的能力（自学能力）。
2)运用知识的能力（解决问题）。
3)共享知识的能力（团队合作）。
4)发现知识的能力（创新意识）。
5)传播知识的能力（交流沟通）。
6结束语
CDIO是一个新的教育模式，尽管它的历史还很短，但已经显示了它的强大生命力.该文针对当前《计算机导论》课程教学的现状、存在的问题进行了分析，探讨与实践了以工程项目为导向和项目教学法。通过引入典型的“基于VLAN的局域网组建”等项目，让学生系统体验“构思——设计——实施——运行”的全过程，收到了较好的效果，其作用将会影响到大学四年的后续课程学习，为学生未来的发展有了良好的引导和铺垫。
参考文献：
[1]中国计算机科学与技术学科教程2002研究组.中国计算机科学与技术教程2002[M].北京:清华大学出版社，2002.
[2]中国计算机学会教育专业委员会.中国高等学校计算机科学与技术（应用型）学科教程（2009）[M].北京:清华大学出版社,2009:11.
[3] Worldwide CDIO Initiative Standards[EB/OL].(2009-08-30)[2010-08-13].http://www.cdio.org.
[4] The CDIO Method [EB/OL].(2009-08-30)[2010-08-13].http:// www.cdio.org.
[5]陆小华,熊光晶,陈珠琳.设计导向的工程教育改革理念[J]高等工程教育研究，2007(6).
[6]宋桂娟,杨勇虎,王文生.基于CDIO的数据结构课程教学改革与研究[J].电脑知识与技术,2010-01-25
[7]王硕旺,洪成文.CDIO:美国麻省理工学院工程教育的经典模式——基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究2009,28(4)116-119.
[8]符蕴芳.计算机导论课程教学改革的研究[J].教育与职业，2009(32)：129-130.
[9]万涛,万世明.基于Packet Tracer仿真技术构建网络互连技术实验平台[J].电脑知识与技术，2011(17)：78-81.