CDIO模式下Linux操作系統(tǒng)課程改革方案

康長青 吳中博 張其林 寧彬 谷瓊

摘 要： CDIO工程教育理念越來越受到計(jì)算機(jī)教育者的關(guān)注。地方高校引入CDIO理念進(jìn)行專業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革，具有重要的意義。針對傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的教學(xué)目標(biāo)不完善、課時(shí)分配不合理、考核方式單一等不足，借鑒CDIO的教學(xué)大綱和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對Linux操作系統(tǒng)課程中的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)和課程考核等方面進(jìn)行了課程改革實(shí)踐，實(shí)踐表明，該方案有助于學(xué)生的專業(yè)能力和職業(yè)綜合素質(zhì)的提高。

關(guān)鍵詞： CDIO； Linux； 課程改革； 專業(yè)能力； 職業(yè)素質(zhì)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）06-71-02

0 引言

為了適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對高等工程教育的迫切要求，教育部提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，吸引了眾多高校參與、探索并培養(yǎng)卓越工程師。這些高校通過借鑒已取得了顯著成效的國際CDIO工程教育模式[1]，并根據(jù)自身實(shí)際情況和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成了多樣化的CDIO（如汕頭大學(xué)的EIP-CDIO）探索和實(shí)踐[2-3]，取得了較好的成效。地方應(yīng)用性本科院校通過引入CDIO工程教育，進(jìn)行計(jì)算機(jī)專業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革，對于完善應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)模式，具有重要的啟發(fā)和借鑒意義。本文針對目前Linux操作系統(tǒng)課程教學(xué)存在的不足，在CDIO的教育理念和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下，進(jìn)行課程改革與實(shí)踐探索。

1 CDIO的基本知識

CDIO是構(gòu)思（Conceive）-設(shè)計(jì)（Design）-實(shí)施（Implement）-運(yùn)行（Operate）的簡稱[1]，構(gòu)思指的是系統(tǒng)性的構(gòu)想和思考，包括確定客戶的實(shí)際需求，考慮技術(shù)、企業(yè)戰(zhàn)略和相關(guān)規(guī)定的整體過程；設(shè)計(jì)是把構(gòu)想通過視覺的形式傳達(dá)出來的活動過程，包括設(shè)計(jì)、圖紙和描述產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)實(shí)施的方法和計(jì)算等；實(shí)施是指從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)過程，包括軟件編程、硬件制造、測試和驗(yàn)證等；運(yùn)行是指產(chǎn)品制造完成之后的過程，包括對系統(tǒng)的維修、保護(hù)、改造等。

CDIO模式主張?jiān)谙到y(tǒng)和產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行的工程教育實(shí)踐環(huán)境中培養(yǎng)工程師的基本能力，創(chuàng)造真實(shí)的工程教育情境，使學(xué)生理解職業(yè)工程師專業(yè)工作要求和所需的能力要求，通過改革課程體系、教學(xué)方法、教師的實(shí)踐教學(xué)能力等內(nèi)容，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、多學(xué)科間聯(lián)系的方式，來掌握深厚的技術(shù)知識，理解技術(shù)發(fā)展對社會的重要性和戰(zhàn)略影響，培養(yǎng)所需的知識、能力和態(tài)度。

CDIO教學(xué)大綱包括四個(gè)方面的內(nèi)容：①技術(shù)知識和推理；②個(gè)人能力、職業(yè)能力和態(tài)度；③人際交往能力；④企業(yè)和社會環(huán)境下，系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施及運(yùn)行。CDIO教學(xué)大綱不僅對學(xué)生培養(yǎng)所要求的知識、能力和態(tài)度做了詳細(xì)的描述，體現(xiàn)了全面培養(yǎng)的特點(diǎn)，同時(shí)也體現(xiàn)了CDIO工程教育方法對工程師綜合素質(zhì)能力培養(yǎng)的要求。

CDIO采用12條標(biāo)準(zhǔn)來描述其教學(xué)大綱要求的教育目標(biāo)，對實(shí)施CDIO工程教育模式的指引和評價(jià)系統(tǒng)，其具體內(nèi)容包括：①以CDIO為環(huán)境背景；②CDIO教學(xué)目標(biāo)；③一體化的課程設(shè)置；④工程概論；⑤設(shè)計(jì)-制作經(jīng)驗(yàn)；⑥CDIO實(shí)踐場所；⑦綜合性學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)；⑧主動學(xué)習(xí)；⑨教師CDIO能力的提升；⑩教師教學(xué)能力的提高； [11]學(xué)生CDIO能力評價(jià)；[12] CDIO項(xiàng)目評估。

基于CDIO的人才培養(yǎng)一般按三個(gè)級別的項(xiàng)目[3]進(jìn)行，一級項(xiàng)目圍繞專業(yè)核心課程、知識及能力培養(yǎng)要求而設(shè)定；二級項(xiàng)目圍繞一組核心課程的知識點(diǎn)和能力培養(yǎng)而設(shè)計(jì)；三級項(xiàng)目為單門課程而設(shè)計(jì)，旨在增強(qiáng)理解和培養(yǎng)相關(guān)能力。其中，一級項(xiàng)目為主線，二級項(xiàng)目為支撐，三級項(xiàng)目與核心課程為基礎(chǔ)，將核心課程教育與對專業(yè)的整體認(rèn)識統(tǒng)一起來，并結(jié)合項(xiàng)目訓(xùn)練對學(xué)生的自我知識更新的能力、人際和團(tuán)體交流能力，以及對大系統(tǒng)的掌握、運(yùn)行和調(diào)控能力進(jìn)行整體培養(yǎng)。

2 基于CDIO的Linux操作系統(tǒng)課程改革與實(shí)踐

Linux操作系統(tǒng)是一門內(nèi)容多、范圍廣、應(yīng)用性強(qiáng)的課程，開在大三上學(xué)期或下學(xué)期，學(xué)時(shí)為54學(xué)時(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是以教師課堂教學(xué)（28學(xué)時(shí)）為主，實(shí)踐教學(xué)（26學(xué)時(shí)）只是為驗(yàn)證理論課的內(nèi)容，考核方式亦以試卷成績?yōu)橹?。這容易導(dǎo)致學(xué)生缺少對實(shí)驗(yàn)的主動思考，學(xué)習(xí)積極性不高，工程實(shí)踐能力較弱。在 CDIO的教育理念和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，我們對教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容，實(shí)踐能力和考核方式等進(jìn)行改革。

2.1 教學(xué)目標(biāo)改革

“在實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)與基礎(chǔ)理論教學(xué)并重，突出工程化實(shí)踐能力和職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)”的教學(xué)理念指導(dǎo)下，結(jié)合CDIO教學(xué)大綱的四方面內(nèi)容，我們修訂Linux操作系統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)為：“圍繞Linux系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)需求和應(yīng)用技術(shù)，以學(xué)生為主導(dǎo)，以項(xiàng)目的全生命周期開發(fā)形式，掌握Linux平臺項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，全方位培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和工程化實(shí)踐能力”。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革

根據(jù)CDIO標(biāo)準(zhǔn)和Linux課程特點(diǎn)，我們通過減少理論教學(xué)，加大實(shí)踐課時(shí)的思路對該課程進(jìn)行改革，課時(shí)分配如表1所示。

2.3 實(shí)踐教學(xué)改革

圍繞工程化實(shí)踐和創(chuàng)新精神培養(yǎng)這一目標(biāo)，我們通過課內(nèi)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，課內(nèi)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，課內(nèi)工程實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)，課外科技創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的有序銜接，構(gòu)建了多層次、多形式的Linux實(shí)踐教學(xué)體系[4]。

⑴ 課內(nèi)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)：在課程中配套的CDIO三級項(xiàng)目，以鞏固和加深學(xué)生對于特定理論知識點(diǎn)的理解程度。

⑵ 課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)：強(qiáng)調(diào)知識模塊的綜合應(yīng)用，循序漸進(jìn)地強(qiáng)化學(xué)生的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作能力。

⑶ 課內(nèi)工程實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)，裁減實(shí)際Linux項(xiàng)目，以團(tuán)隊(duì)化的形式實(shí)施CDIO二級項(xiàng)目，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合性工程能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

⑷ 課外科技創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)：通過科技競賽，參與教師橫向項(xiàng)目等實(shí)際Linux課題，鍛煉其工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新素質(zhì)。

CDIO教育模式采取以項(xiàng)目為中心、學(xué)生為主體的“做中學(xué)”教學(xué)模式，因此對于課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)和課內(nèi)工程實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)，我們通過小組的項(xiàng)目立項(xiàng)來調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性；通過項(xiàng)目組織，讓學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目的分工、計(jì)劃、協(xié)調(diào)、溝通，鍛煉學(xué)生的組織能力、團(tuán)隊(duì)合作能力；通過項(xiàng)目執(zhí)行，讓學(xué)生進(jìn)行主動學(xué)習(xí)，分工合作，來培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、推理問題和解決問題的能力，進(jìn)而鍛煉其工程化實(shí)踐能力；通過項(xiàng)目演示和匯報(bào)，回答提問，來鍛煉學(xué)生的文檔撰寫能力，口頭表達(dá)能力、應(yīng)變能力。經(jīng)過這樣一個(gè)全生命周期項(xiàng)目，學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力，都得到了較大的提高。

2.4 課程考核改革

課程考核以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)組成，分別占期末考試40%，20%，40%。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以教師現(xiàn)場檢查并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式進(jìn)行；綜合性實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目則按照學(xué)生自評（20%）、組內(nèi)互評（20%）、組間互評（20%）和教師評價(jià)（40%）的評價(jià)指標(biāo)構(gòu)成來來分別評價(jià)。其中教師評價(jià)和組間互評以項(xiàng)目論文、答辯情況、小組合作分工以及項(xiàng)目演示結(jié)果為依據(jù)。組內(nèi)互評和學(xué)生自評則按照每個(gè)學(xué)生在項(xiàng)目中的工作量工作完成情況、工作表現(xiàn)、團(tuán)隊(duì)合作情況來進(jìn)行。

經(jīng)過以上四個(gè)方面的改革，并在2011-2013屆本科學(xué)生中實(shí)施，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了提高，系統(tǒng)思維能力和分析解決問題的能力得到提升，學(xué)生的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)更加豐富，這為未來工作和就業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

CDIO工程教育理念代表了高等教育的改革方向，如何在課程群和單門課程中設(shè)計(jì)合適的CDIO二級和CDIO三級項(xiàng)目，是課程改革的關(guān)鍵點(diǎn)。本文僅在Linux操作系統(tǒng)課程中進(jìn)行了CDIO項(xiàng)目的初步探索，未來將結(jié)合地方高校的實(shí)際和行業(yè)需求，與Linux企業(yè)開展深度合作，探索校企共建Linux課程，這也是我們未來研究的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李妍.基于CDIO的我國卓越工程師培養(yǎng)研究[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

[2] 孫浩軍，孫梅，熊智.計(jì)算機(jī)專業(yè)基于課程群的EIP-CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)教育，2010.11：101-105

[3] 周峰.構(gòu)建“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO課程體系模式[J].計(jì)算機(jī)教育，2010.10：68-70

[4] 寧彬，袁磊，谷瓊.基于211模式的計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)用型實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建[J].計(jì)算機(jī)教育，2013.12：101-103