基于 CDIO的C语言实验教学设计

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摘要：将CDIO工程教育模式，应用于我校电子信息类专业的C语言实验教学中。通过“多层次、全过程”的教学设计，将课程教学与对学生工程实践能力的培养相结合。对问卷调查结果的数据分析表明，这种教学设计更有助于学生主动学习能力、团队协作能力和创新实践能力的培养。

关键词：CDIO；C语言；多层次；全过程；教学设计

C语言因其用途广泛、功能强大、使用灵活等诸多优点，成为大多数高等学校工程类专业计算机类课程的入门课程［1］。该课程旨在培养学生的计算思维能力，提高分析问题和解决问题的能力，让学生具备编制程序的初步能力，为面向对象程序设计、单片机设计等后继课程打下良好基础。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Oper-ate），它强调以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习［2］。

1实验教学总体设计思路

在该门课程的教学过程中，我们采用的是项目式教学。这种教学形式可以将知识点分解在每个项目中，便于学生认知和理解，学生在完成项目的过程中，就可以掌握所包含的知识点［3］。课前，教师将基础理论部分整理录制成视频，上传至线上课程资源平台，学生按提示完成预习任务。课中，基础理论部分不再重复讲解，教师只对重点、难点部分做强化讲解，同时结合VisualStudio软件做演示；接着是学生在教师的指导下操作，同时用截屏的方式记录运行结果；最后教师根据学生完成情况进行总结及任务的布置。课后，学生完成实验记录的整理和实验报告的撰写。存在的不足表现在以下方面，整个教学过程是在教师的主导下完成的，没有让学生成为教学的主体，学生主动学习热情不高；教学过程缺乏创新，教学方法较为单一，不利于培养学生的团队协作能力；考核方式较为传统，缺乏对学生创新思维的度量，对教学质量的保障度不够。依据CDIO方法和理念，把对学生主动学习的能力培养融入到验证型项目、团队之间协作的能力的培养融入到综合型项目、创新实践能力的培养融入到设计型项目和考核环节的技能测试中，这种贯穿基础知识讲授、综合应用能力训练和实践创新思维激发的“多层次”、从授课到考核“全过程”的教学设计，有助于学生工程知识的获取、现代工具的掌握和终生学习能力的培养。教学设计框图如图1所示。本文将以循环程序设计作为案例，具体介绍如何利用基于cdio理念的教学设计培养学生的主动学习能力，同时给出团队协作能力和创新思维能力培养的一般性教学过程。

2循环程序设计教学设计

C语言课程在第二学期开设，学生还没有完全适应大学学习节奏，此时需要耐心引导学生在学习中逐步走向主体地位。要培养学生主动学习能力，选择合适的题目很关键［4］，既要难易适中，又要解决方案灵活多样。如何编程实现求表达式1-2+3-4+5…-100的值，就是一个不错的案例。

2.1构思

首先引导学生构思，即思考解决问题的方法和步骤。在此之前学生已经学了如何编程求解表达式1+2+3+4+5….+100的值，这里只需考虑符号的变化即可。一般有这么几种方法：①分别求解奇数项和偶数项之和，然后二者相减；②与选择结构程序设计结合，若判断出当前项为奇数项则加，为偶数项则减；③设置符号位flag并置其初始值为1，在加每一项时额外乘以符号位，每加完一项flag变号一次。

2.2设计

接着进入设计阶段，设计阶段主要任务是用模型精确地描述构思，以便于在实现阶段，把构思转换成C语言程序［5］。换句话说，在构思阶段算法可以是以格式要求不那么严格的形式出现，比如自然语言；设计阶段则需要用更加严瑾的模型来表述，比如流程图，可以选择结构化流程图或N-S流程图。以解决方法1为例，图2给出N-S流程图的设计和细化过程：

2.3实现

在实现阶段，用C语言来对设计模型加以实现，即代码的编写。循环结构可用while、do...while或者for语句实现。在本题中已知循环结束条件，故不采用for语句，又因为是当型循环，所以宜采用while语句。

2.4运作

最后到了运作阶段，这个阶段包括代码的编译、调试、运行等操作，教师更多地是要传授方法，而不能遇到问题直接给予解决。比如教会学生使用调试工具，利用错误提示信息定位出错误所在位置；再比如如果发现运行结果和预期结果没有任何关联，则可能是没有为变量设置初始化值导致的。把这个任务看成是一个工程项目的话，还应考虑其维护、升级和改进。通过增加展示和探讨环节，帮助学生拓宽解题思路，解锁解题方法，对自己的作品有一个客观的评判，并加以改进。

3利用综合型实验项目培养团队协作能力

“函数的使用”，该项目综合了除指针和自定义数据类型之外的所有的知识点。主要目的是让学生学会函数定义、函数调用、函数声明等形式，尤其是要掌握数组元素及数组名作为参数进行函数调用时，参数间的虚实结合的过程。考虑到本项目所涉及新知识点较多、较杂、较难，在编排项目内容的时候，更多的是结合前面已经学过的经典算法和功能，在本项目中改为函数调用的形式来完成，比如冒泡排序、判断素数等。这样安排起到温故知新的效果，也符合循序渐进、迭代向前的学习规律。让学生每两人组队，分工合作，基于CDIO流程来完成本项目。其中构思、设计阶段要求学生独立完成，教师只在实现阶段给予必要的指导和帮助。最后的运作阶段，队伍之间两两随机组成互评小组，对项目完成情况进行测评打分。学生在交流、配合和讨论的过程中，既能更深入地理解函数调用过程，对自己的学习效果，也能有一个客观的评价和认识，还为实践环节的团队协作奠定了基础。

4串联相关实践环节激发学生创新思维

C语言做为专业必修课程，与工程实践活动联系密切，贯穿课程设计、毕业设计、计算机设计大赛、大学生创新创业训练计划等多个实践环节，为创新型人才培养提供重要支持。通过增加“技能测试”考核环节的形式，激发学生的创新思维。该环节为开放式自主选题，学生在学期内，任何以C语言为主题的实践成果均可以作为该环节的支撑材料。考虑完成此环节的实际需求，让学生组成4～6人的团队，以项目组的形式，完成从问题的提出到解决方案的构思、设计、实现和运作的全流程［6］。这种方式不仅能激励学生将C语言应用于实践环节，同时能让学生在应用过程中，发现对知识掌握的不足，从而促进C语言及其相关课程的学习。在完善本课程考核体系的同时，也让同学们真切感受到C语言的应用场景，更加坚定学好这门课程的信心和决心。5结束语通过以上“多层次全过程”的教学设计，将CDIO工程教育理念融入C语言实验教学及考核全过程，形成“目标-措施-评价”的闭环体系，相互反馈。学期结束时，对学生发放自我评价问卷，分别从自主学习能力、团队协作能力、将C语言应用于实践环节的能力三个方面做调查。并对2020级和2021级同一专业两个班级学生做对比，其中2020级学生采用传统的教学模式，2021级学生采用CDIO工程教育模式，数据如表1所示：基于SPSS软件的一般线性模型分析显示，两个班级的数据在三个方面的显著值均小于0.05，表明这种基于CDIO工程教育理念的教学设计，更有助于学生自主学习能力、团队协作能力和实践能力的培养。

参考文献

［1］谭浩强.C程序设计［M］.5版.北京：清华大学出版社，2017

［2］张白，吴国强，韦海成，等.CDIO模式在C语言教学中的应用研究［J］.中国教育技术装备，2017（22）：98-99，102

［3］梁锐，余波.项目驱动模式下的基于C语言和单片机的工程实践教改设计［J］.现代计算机，2020（7）：92-94

［4］刘梅.C语言程序设计课程实验项目的设计和教师角色的定位［J］.福建电脑，2015，31（8）：136-137，32

［5］李素萍.基于CDIO的数据结构课程教学设计———以简单选择排序为例［J］.电子元器件与信息技术，2021，5（6）：153-154

［6］龚宁静，冷静.项目组模式在C语言教学中运用的探讨［J］.科教导刊（上旬刊），2018（7）：112-114

作者:井田 王宜结 单位:淮南师范学院电子工程学院