融入CDIO理念的計算機專業(yè)畢業(yè)設計

李貫峰　李萍　秦飛舟

摘要：為提升計算機專業(yè)畢業(yè)設計的教學質量，將CDIO模式引入到計算機專業(yè)畢業(yè)設計教學中來。文章分別從設計選題、時間安排、教學過程、畢業(yè)設計評價等幾個方面提出應對措施，讓學生以主動的、實踐的和課程之間有機聯(lián)系的方式，按照構思、設計、實現和運作4個階段開展畢業(yè)設計。

關鍵詞：CDIO；畢業(yè)設計；計算機專業(yè)；教學改革

0 引言

高等教育的大眾化促進了人才評價標準的轉變，社會對人才的需求正在從注重學歷、學位，向注重能力和素質的方向過渡。高校畢業(yè)生的能力和素質培養(yǎng)，已經成為提高人才培養(yǎng)質量的關鍵。而本科畢業(yè)設計是檢驗學生綜合水平和實際應用能力的一種方式，也是學生取得畢業(yè)及學位資格的依據，因此，高質量的畢業(yè)設計是提高學生綜合能力和專業(yè)素質的重要途徑。

計算機專業(yè)是一個理論與實踐相結合的、極具工程背景的專業(yè)。計算機專業(yè)的畢業(yè)設計大多除了要求學生寫出論文外，還要求學生實現一個軟件或硬件系統(tǒng)。這種設計是實現專業(yè)人才培養(yǎng)目標的綜合I生實踐教學環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生運用本學科的基本理論和專業(yè)知識，提高分析和解決工程實際問題的能力、獨立工作的能力和創(chuàng)新意識的重要途徑，更是對學生能力和素質的全面檢查。因此，深入研究計算機專業(yè)畢業(yè)設計教學對于提高畢業(yè)生綜合能力和工程素質有著重要作用。

1 CDIO工程教育模式

由麻省理工學院、瑞典皇家工學院等4所大學研究創(chuàng)立的CDIO工程教育模式是國際高等工程教育改革的新成果。CDIO以產品研發(fā)到產品運行的過程為載體，讓學生以實踐的、主動的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這4個層面上達到預定目標。

2 基于CDIO的計算機專業(yè)畢業(yè)設計教學改革

2.1 基于CDIO的畢業(yè)設計教學模式

建立高水平的教學方法與模式是高校教學設計的核心任務，為保證畢業(yè)設計改革的合理性和科學性，我們將CDIO理念融合在計算機畢業(yè)設計教學目標、教學過程、教學評價與教學環(huán)境的全過程中。從教學執(zhí)行時間、教學模式、教學內容與組織、教學評估等方面對畢業(yè)設計進行改革，改革后的教學模式如圖1所示。根據社會對計算機人才的具體需求，結合計算機軟、硬件系統(tǒng)的設計開發(fā)過程和基本原理，形成一個以計算機基礎知識和程序設計實踐為一體的本科學習團隊的整體培養(yǎng)機制。我們將CDIO能力大綱與計算機專業(yè)的人才培養(yǎng)特點相結合，全面均衡地提高計算機專業(yè)學生的創(chuàng)新能力和職業(yè)素質。

2.1.1 采用面向能力培養(yǎng)，強調“學生為中心，教師為引導”的建構主義教學模式

改變目前的“導師命題一學生選題”的畢業(yè)設計模式，充分強調整個畢業(yè)設計過程中以學生為主體的理念。畢業(yè)設計題目的確定是一個復雜的過程，題目的設置既要反映學生綜合應用專業(yè)知識的能力，又要體現出計算機專業(yè)工程背景的特點。因此，選題時教師應盡量滿足學生就業(yè)崗位的需求，并結合學生大學所學習的專業(yè)課程。一方面，學生可以根據他們在企業(yè)實習中發(fā)現的實際工程問題或指導教師的相關科研課題，提出畢業(yè)設計研究方向和題目，再由指導教師審核確定題目。另一方面，指導教師應適當考慮學生的興趣和愛好，啟發(fā)、引導學生研究具有實際應用價值的課題；學生通過調研、閱讀文獻等手段對課題的發(fā)展方向和研究內容有了深入了解后，再確定畢業(yè)設計題目。將具有應用價值和明確工程背景的題目作為畢業(yè)設計題目，不但可以提高學生畢業(yè)設計的積極性，而且有助于學生勝任未來相關技術崗位和工作。

CDIO工程教育理念強調工程系統(tǒng)的實踐能力，因此，在畢業(yè)設計教學過程中采取“內引外聯(lián)”雙導師制度的指導方式。首先，鼓勵導師組織學生參與導師的科研項目、大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃、各類多級別的學科競賽等，提高學生實戰(zhàn)動手能力；其次，構建開放培養(yǎng)平臺，與企業(yè)建立橫向聯(lián)合，讓企業(yè)工程師與學校導師共同指導畢業(yè)設計，加強工程實踐教育，縮短學校理論教學與企業(yè)實際需求的距離。學生通過工程實踐可以了解計算機相關項目的開發(fā)過程，學習工程師的寶貴經驗，從而提升自身的綜合能力和工程素質。

CDIO工程教育理念強調人際和團隊協(xié)作能力，這與大型計算機系統(tǒng)開發(fā)依靠團隊協(xié)同完成的開發(fā)模式是一致的。在畢業(yè)設計中，學生以課題小組的形式開發(fā)應用系統(tǒng)，小組成員各自分工不同，成員發(fā)揮各自的認知特點，相互溝通、幫助以實現小組成員的共同目標。學生在拿到設計任務之后，經過認真的分析、思考，制訂出一套解決方案，供組內成員討論。教師定期組織學生進行小組討論，學生先介紹自己的思路、工作進度和任務完成情況，然后共同討論知識難點，在協(xié)作學習的氛圍內探究問題最佳的解決方案。另外，學生完成階段任務之后，小組成員包括教師要對任務的完成情況進行評價，評價結果可以作為畢業(yè)設計評價的依據。

從選題、構思到團隊分組等過程全部由學生自主完成，教師應盡量以啟發(fā)的方式給予合理化建議，輔助學生完成畢業(yè)設計，而不再是保姆式的監(jiān)督、糾正和修改學生畢業(yè)設計中的所有問題。

2.1.2 以產品過程為導向，設計教學內容與教學組織

工程教育一定是以應用為目的、以產品/結果為目標、以工程過程（即問題解決過程）為教學組織主線、以“理論+經驗”的“做中學”為教學模式的一種教育。基于CDIO理念的畢業(yè)設計教學流程主要分4個階段，導師應指導學生參與畢業(yè)設計教學流程中的每一個過程。

（1）構思（C）階段。確定題目和開題，即在確定畢業(yè)設計課題、分組與調研方案后，給學生下達畢業(yè)論文設計任務書，并讓學生提交開題報告，準備進入實質性設計階段。設計任務書規(guī)定了設計題目、要求完成的主要內容、使用的開發(fā)工具、成果提交形式及完成日期等。

（2）設計（D）階段。學生應在導師幫助下掌握計算機軟、硬件系統(tǒng)設計的相關理論和方法。計算機相關的開發(fā)不僅僅是編程，還包括可行性分析、需求分析、概要設計、詳細設計等過程。需求分析是畢業(yè)設計過程中的關鍵過程，此階段的任務是確定系統(tǒng)的目的、范圍、定義和功能，需要團隊成員多次調試、討論。設計階段應完成對系統(tǒng)的體系架構、模塊劃分、接口規(guī)范、開發(fā)工具及任務分配等的明確說明，并提交相關設計說明書等資料。學生應在導師的指導下不斷完善構思與設計，提高畢業(yè)設計質量。endprint

（3）實現（I）階段。即把設計的內容轉化為實際的軟、硬件系統(tǒng)，包括編碼、調試、測試等過程。在編碼階段主要是讓學生養(yǎng)成好的開發(fā)習慣，保證代碼的結構化、可讀性和可移植性；及時進行模塊測試，寫出測試計劃，提交測試分析報告。此外，這一階段教師還要做好畢業(yè)設計評估工作中對畢業(yè)設計工作的中期檢查，完成中期報告。除了闡述設計思路、工作原理、關鍵技術外，教師還要參照任務書檢查已完成的任務、尚需完成的任務、存在的問題、解決方法等，同時對畢業(yè)設計工作進度給予評價。教師通過中期檢查及時發(fā)現并糾正存在的問題，督促學生按任務書中的要求和時間進度完成工作。

（4）運作（O）階段。此階段需要導師引導學生總結設計工作，撰寫論文。要求學生掌握論文的寫作規(guī)范及寫作要素，同時要求導師對論文提出書面修改意見，并督促學生修改完善。畢業(yè)設計答辯流程采取分級審核制，也就是導師初審、預答辯小組會審、正式答辯小組終審的分級審核和學院備案的制度。導師應該根據畢業(yè)設計過程中學生的表現和平時成績，決定是否給予學生預答辯資格。學生通過預答辯熟悉答辯程序后，及時發(fā)現并修改設計及論文的不足，預答辯小組決定是否給予學生正式答辯的資格。答辯采用項目驗收的形式，答辯人利用PPT介紹設計工作的內容和完成情況，現場運行和查看源代碼，并接受教師提問。最后學院對答辯結果進行抽樣調查以核查成績是否公平合理，并設計復評制度，必要時可以復審。

2.2 基于CDIO的畢業(yè)設計實施過程

重新設計的本科畢業(yè)設計實施過程如圖2所示。該做法將畢業(yè)設計時間提前，避免傳統(tǒng)畢業(yè)設計時間與學生就業(yè)時間的沖突，以緩解畢業(yè)生的雙重壓力。學生在學校也有充足的時間查詢資料、編寫代碼、調試系統(tǒng)、撰寫論文、準備答辯等。

（1）引導階段。改變畢業(yè)設計起始時間，從大三上學期即可進入畢業(yè)設計引導階段?；趯W生已學習了本科階段的主要基礎課程，教師首先要對所有學生介紹畢業(yè)設計的重要性、必要性、執(zhí)行流程、如何選題、如何開展等情況，并特別強調畢業(yè)設計的評價標準，使學生對畢業(yè)設計有初步的認識。然后，學生可根據自己的興趣、愛好廣泛查閱相關資料，了解研究、設計的方向，在學期末提交一份總結報告。引導階段主要培養(yǎng)學生綜合分析問題、調研、檢索網絡資料和查閱文獻的能力。

（2）選題階段。大三的下學期進入選題階段。選題過程可由學生先行提出畢業(yè)設計題目、方向，再由教師審核創(chuàng)新性、可行性，教師亦可以通過啟發(fā)、引導的方式提出課題方向，必要的時候教師要給予技術支持和演示。選題階段主要培養(yǎng)學生發(fā)現問題的能力。

（3）執(zhí)行階段。大四上學期是畢業(yè)設計的執(zhí)行階段。經過了縝密的選題階段，教師需引導學生綜合運用所學的專業(yè)知識，包括算法設計、數據庫設計、軟件開發(fā)方法、程序編寫、界面的美化、程序調試等，實現畢業(yè)設計。這個階段主要培養(yǎng)學生解決問題的能力。

（4）總結階段。大四下學期，學生開始整理文檔、撰寫論文、準備答辯，教師要督促學生寫出系統(tǒng)測試分析報告，同時讓學生整理完善計算機軟件設計說明書、用戶手冊、操作手冊等文檔。這個階段主要培養(yǎng)學生的軟件文檔編制和編寫材料的能力，進一步提升學生的軟件設計與開發(fā)能力。

2.3 基于CDIO的畢業(yè)設計教學評價標準的制訂

CDIO教育模式評價標準（標準11）的核心是能力的培養(yǎng)，能力本位的觀點貫穿于畢業(yè)設計的全過程。為確保能力評價過程的合理性和有效性，評價標準采用不同的方式和手段評價不同的能力：

（1）評價的理念應強調學習過程，力求知識與能力的協(xié)調統(tǒng)一。學生的知識掌握與能力的建立是通過整個畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)活動獲得的，評價以“過程”為基礎開展，關注知識、技能的學習過程，關注實踐環(huán)節(jié)及工程應用的能力。評價不能像傳統(tǒng)評價模式那樣只集中在畢業(yè)設計答辯環(huán)節(jié)。畢業(yè)設計過程中，學生的文獻檢索、網絡使用能力，團隊合作中的協(xié)同能力，困難問題的處理能力，專業(yè)技能的積累能力，論文撰寫能力等都是評價學生畢業(yè)設計質量不可忽略的依據。

（2）評價的功能應關注工程實際，把握需求與個性特點的有機結合。由于學生的設計題目多來自企業(yè)實際，因此，對學生能力的評價不僅要來自學校指導教師和學生團隊，也要來自企業(yè)導師。對學生工程意識的建立、工程實踐的能力和產業(yè)經驗的評價，企業(yè)導師擁有最大的發(fā)言權。引人CDIO模型后，評價的功能應由側重成績“優(yōu)差”轉向側重學生的個性特點。學生的個性特點包括品德、興趣、特長、能力等方面，品德表達了為什么干，興趣表達了想干什么，特長表達了會干什么，能力表達了能干什么。因此，畢業(yè)設計評價應關注學生的個性特點，強調評價的針對性、情景性與真實性。

（3）評價的標準與方法應體現革新，突出主動性與階段性的特點。評價標準是實施CDIO教育的關鍵，我們根據CDIO教學理念對人才的要求，提出對畢業(yè)設計教學的評價從專業(yè)技術知識、動手實踐能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力4個方面進行評價，相應地制訂多元化、多層次、可供組合的畢業(yè)設計質量評價標準與指標，并將評價機制貫穿于整個畢業(yè)設計過程中。專業(yè)知識評價用來衡量學生對基礎理論知識、核心工程技術的掌握程度；實踐能力評價主要考核學生運用知識解決實際問題的能力；創(chuàng)新能力評價用來評估學生的工程分析、推理和創(chuàng)造性設計的能力；團隊協(xié)作能力評價記錄整個設計過程中團隊分工、交流、協(xié)調、合作的具體內容，并據此對團隊協(xié)作能力進行評價。以“分階段任務式”的方式進行評價，摒棄傳統(tǒng)觀念造成的模式化操作過程。對計算機專業(yè)畢業(yè)設計內容而言，可行性分析、需求分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實現及測試等完整的工程過程是畢業(yè)設計成果質量的基本保證，應從制度上要求對畢業(yè)設計各分階段進行嚴格檢查，對學生的調研報告、開題報告、中期檢查、軟硬件系統(tǒng)設計、論文撰寫、答辯等階段實現全程監(jiān)控，保證畢業(yè)設計高質量的完成。

（4）評價的過程應呈現多維度，要求客觀、公開地反映評價結果。畢業(yè)設計評價過程有時會因為不同評審人員采用的指標評價體系不同、畢業(yè)設計各類屬性值與指標權重值的不同源性而失去客觀性。為加強評價過程的客觀性，在評價過程中力求多人員、多層次、多維度地開展評價工作，如畢業(yè)設計評價由指導老師、評閱老師和答辯小組綜合制訂。校內指導教師主要側重學生設計階段的評價，企業(yè)指導教師主要側重工程意識建立、工程實踐能力的評價，評閱教師主要側重論文文本規(guī)范性的評價，答辯小組主要側重答辯時學生的表現和系統(tǒng)演示的效果以及項目指標、功能、性能完成情況等的評價。還可以利用常用的評價方法，如層次分析法、模糊層次分析法等建立本科畢業(yè)設計質量評價系統(tǒng)，加強評價過程的客觀性。在對每個方面的評價過程中，評估結果要體現客觀定量與主觀定性的結合。畢業(yè)設計評價要客觀透明，評分機制要具有操作性和科學性。另外，畢業(yè)設計評價最后要進行審核，以提高畢業(yè)設計結果的權威性。

3 結語

筆者以CDIO工程教育理念為指導，基于對教學本質的理解，結合計算機專業(yè)的工程教育特點，分析和梳理了計算機專業(yè)畢業(yè)設計的全過程，對畢業(yè)設計選題、時間安排、教學過程以及畢業(yè)設計評價等幾個方面進行了教學改革，按照構思、設計、實施、運行4個環(huán)節(jié)開展畢業(yè)設計，并將改革模式應用于寧夏大學計算機專業(yè)畢業(yè)生，取得了較好的效果，為計算機類專業(yè)的畢業(yè)設計教學改革提供了一種切實可行的教學模式。未來我們將在畢業(yè)設計的教學組織、實施過程等方面進一步改進和完善，使該模式更科學、合理，切實提高計算機專業(yè)畢業(yè)設計教學的質量。

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（編輯：彭遠紅）endprint