前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的ＣＤＩＯ綜合實驗課程設計教學改革，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：
為提高學生的實踐與綜合設計能力，結合CDIO教學理念，分析現有實時視景仿真綜合課程設計中存在的問題，提出對教學模式進行研究和改革的思路，并設計了完整的教學改革措施。從實踐效果來看，教學改革提高了學生的學習興趣，對培養學生的主動學習能力、實踐能力和工程素養有很好促進作用。
關鍵詞：
CDIO教學理念；教學改革；課程設計
1教學中存在的問題
視景仿真綜合課程設計是仿真科學與技術學科的本科生的一門專業課，視景仿真綜合課程設計教學效果的好壞直接影響到學生對圖形學與仿真課程組相關知識和技能的掌握。提高教學效果，增強學生的綜合實踐能力是教學改革的目標。在以往課程教學中，存在以下問題：①以往的教學安排是由指導教師詳細講解課程設計的要求和具體內容，學生只是按部就班的完成課程設計，不利于發揮學生的自主創新能力；②部分學生存在學習目標不明確，對課程的重視程度不夠，課程設計過程中只是被動地接受知識，不能主動和有目的地學習；③綜合課程設計的時間集中在兩周內完成，課程內容較多，涉及面較廣，深入講解和指導困難；④考核方式單純采用大作業方式，以檢查編碼為主，忽視了對學生的查閱資料能力、規范設計能力和團隊協作能力等方面的考核，不能很好地反映學生理論和實踐學習效果。
2教學改革探討
自2000開始，美國麻省理工學院、瑞典查爾摩斯工業大學、瑞典皇家工學院和瑞典林雪平大學等四所高等學府在KnutandAliceWallenberg基金會資助下，通過共同探索研究，創立了CDIO工程教育模式，并成立了CDIO國際合作組織［2］。CDIO是Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實施）和Operate（運作）等英文的縮寫。它以產品從研發到運行的生命周期為載體，以產業需求為導向，教學內容與產業發展相結合，通過系統的產品設計讓學生能夠以主動的、實踐的、課程間有機聯系的方式進行學習，以培養適應產業發展的合格工程人才［3］。針對實時視景仿真綜合課程設計在實際教學中存在的問題，將CDIO工程的教育理念應用到《實時視景仿真綜合課程設計》的教學實踐中，以實際需求、工程方法與學生的學習活動相結合，能夠有效地提高教學質量。教學改革的思路為：根據該課程的教學大綱，對課程教學目標進行具體化和分類化，并轉換為學生的學習目標；以3－4個學生為一組，組成相應的課題小組，課題小組成員相互合作，共同完成工程項目；在項目執行過程中，培養學生的團隊合作精神，系統地運用CDIO工程的理念進行構思、設計、實現和運作，給予學生更多解決實際工程問題的機會，讓學生更加貼近市場和企業的需求。
3CDIO模式下教學改革的實施
3．1課程設計內容的改革
綜合課程設計的內容選擇是否得當，直接關系到課程的教學效果。以往的實時視景仿真綜合課程設計選題綜合考慮了計算機圖形學、實時仿真技術、虛擬現實和視景仿真技術等課程的知識點與理論體系，符合培養方案的要求。由于沒有與實際需求結合，缺乏對學生綜合應用能力的訓練，學生解決實際問題的能力沒有得到提升，不能滿足市場對視景仿真人才的需求。因此，指導實時視景仿真綜合課程設計的教師在設計課題內容時應與CDIO模式的教育理念緊密結合，以實際需求為導向，以培養學生的綜合應用能力作為根本，結合實際工程項目的設計制作過程，關注視景仿真領域的最新研究成果與方向，提高學生在綜合課程設計中主動性。根據以上思路，指導教師在設計綜合課程設計的題目和內容時，主要從三個方面考慮：①走訪視景仿真領域的相關公司和企業，了解他們對人才的需求，從已有項目中提取一些具有工程實踐背景的設計題目，如虛擬裝配系統、數字沙盤系統及三維管線系統等；②結合指導教師及學院內其他教師現有的縱向和橫向科研項目，從中提取部分內容來擬定合適的課程設計題目，如數字地球、數字海洋及GPS軌跡可視化等；③結合視景仿真的研究熱點，與實際需求結合來擬定設計題目，如高精度全局光照、大規模場景實時繪制、基于GPU的實時渲染及實時碰撞檢測等。
3．2教學模式的改革
綜合課程設計應當充分體現綜合性、設計性及創新性。它并不是簡單地將幾門課程的實驗內容組合在一起，而是強調對學生綜合應用能力的培養。這一點與CDIO模式的教學理念較為契合。在教學模式改革中，借鑒ACM程序設計大賽的模式，將學生分為多個興趣小組，以小組為單位進行選題、設計、編碼及答辯［4］。具體步驟如下：①將以往兩周內集中完成的課程設計，改為貫穿整個學期，每周兩次課，每次3個學時。除了集中設計時間外，指導教師還需在每周指定1－2個下午為固定答疑時間；②在綜合課程設計開始的第一周，指導教師向學生介紹課程設計的目標、內容及注意事項，并對設計過程中涉及的視景仿真引擎如OpenSceneGraph、osgEarth、osgOcean及Ogre等進行深入講解；③學生了解課程設計的題目和內容后，按個人意愿自由組合，形成3－4人的設計小組。在與指導教師充分討論后，每個設計小組選擇一個設計題目，該步驟的時間跨度為2周；④在確定課程設計題目后，設計小組開始查閱資料，撰寫開題報告和需求分析報告，交由指導教師審閱并指導。該步驟的時間跨度為2周；⑤在完成需求分析報告的基礎上，完成系統方案的功能設計，并在指導教師的協助下，完成系統設計方案及詳細設計文檔。該步驟的時間跨度為3周；⑥根據系統設計方案和詳細設計文檔，設計小組根據選題，選擇OpenGL、Direct3D、Open－SceneGraph、或Ogre等圖形開發工具完成課程設計的編碼工作，初步形成工程系統。在開始編碼階段，指導教師需對編程風格和具體要求進行詳細地講解。該步驟的時間跨度為6周；⑦針對已完成的工程系統，設計小組編寫測試大綱，對系統進行測試，并對bug進行修正，最終形成完整的測試報告。該步驟的時間跨度為2周；⑧在綜合課程設計的最后一周，由指導教師組織課程設計答辯，對所有學生進行考核。在答辯過程中，學生需闡述個人在課程設計過程中所承擔的工作，課題的設計理念及實現過程，并現場回答教師的問題。在視景仿真綜合課程設計的實施過程中，充分利用CDIO模式的教學理念，采用做中學的教學方式去進行基本環節的全面訓練，讓學生能夠積極主動地學習，提高學生的綜合應用能力［5］。因為課程設計的時間跨度較長，指導老師有充足的時間對各個教學環節進行指導和監督，使得整個課程設計符合軟件工程開發的流程，讓學生建立了以往教學模式中缺乏的工程價值觀。
3．3考核方式的改革
CDIO是為了培養全面發展的工程師，希望未來的工程師能夠在一個現代的、團隊合作的環境中，運用構思一設計一實施一運作的策略來共同應對來自現代復雜的技術社會中工程要求的挑戰［6］。CDIO的一個核心信念是產品、過程和系統的建造能力必須在真實的工程實踐和解決問題的環境中取得［7］。因此，為盡可能與實際項目開發流程保持一致，克服單純以編碼為考核手段的片面性，綜合課程設計的最后成績也由4部分組成：設計成績、產品成績、團隊成績及答辯成績。（1）指導老師根據設計小組提交的文檔報告給出設計成績，其中文檔報告包括開題報告，需求分析報告、系統方案報告、詳細設計文檔、測試文檔及測試報告等。設計成績主要考察學生所查閱資料的豐富程度，設計方案的可行性與規范性，分析問題的深入程度及解決問題的具體效果等。（2）產品成績主要由設計小組提交的工程系統決定。重點考察學生是否按編程規范進行編碼，如代碼的整體結構，命名空間的使用，變量、函數、類及接口的定義，指針的運用以及程序注釋的完備程度等。（3）團隊成績由同組同學給予，主要考核小組中每位同學在整體設計過程中所做的努力和貢獻。（4）答辯成績由課程設計的答辯小組教師集體給予。答辯是視景仿真綜合課程設計必不可少的環節，它對驗證整體課程設計教學效果起著重要作用。學生的答辯準備實質上是對課程設計過程中所承擔工作的梳理與概括，有助學生進一步鞏固所用的知識?，F場答辯既能夠鍛煉學生的表述能力，又能夠提供一種有效的交流方式，使教師可以有效了解學生對知識點的掌握程度。在現場答辯時，指導教師還能夠對課程設計中存在的共性問題進行集中答疑，加深學生的印象。在課程設計結束后，指導教師應對設計過程的各個環節進行分析和總結，找到存在的問題，并給出相應的改進措施。通過這種方式，指導教師能夠從整體上把握教學效果，并能夠對不足之處不斷地優化和改進。教學實踐證明，課程改革取得了較好的成果，提高了學生的學習熱情，培養他們的主動學習能力和實踐能力，加強他們的工程素養。
作者：鄒華 單位：武漢大學計算機學院
參考文獻：
［1］王精業，楊學會，徐豪華．仿真科學與技術的學科發展現狀與學科理論體系［J］．科技導報，2007（12）．
［2］李錚，陳得寶，苗曙光，等．CDIO工程教育模式下綜合課程設計的教學改革［J］．淮北師范大學學報：自然科學版，2013（2）．
［3］王剛．CDIO工程教育模式的解讀與思考［J］．中國高教研究，2009（5）．
［4］陳娟．ACM程序設計競賽探討［J］．實驗科學與技術，2010（6）．
［5］凌丹，牟萍．在綜合課程設計中培養學生的創新能力［J］．中國大學教育，2013（12）．
［6］胡文龍．基于CDIO的工科探究式教學改革研究［J］．高等工程教育研究，2014（1）．
［7］郭皎，鄢沛，應宏，等．基于CDIO的計算機專業實驗教學改革［J］．實驗技術與管理，2011（2）．