基于CDIO的云計算專業(yè)導論改革

摘要：以云計算專業(yè)導論課程教學改革為案例，論述CDIO的教學理念與云計算軟件工程師培養(yǎng)目標的高度融合性，介紹該課程的設置和能力培養(yǎng)目標、教學內(nèi)容、教學方法以及CDIO全過程等

關鍵字：云計算專業(yè)導論；云計算；大數(shù)據(jù)；教學方法設計

0 引 言

據(jù)工信部預計，云計算類人才缺口達百萬，被稱為“下一座金礦”的云計算和大數(shù)據(jù)，無論是用戶數(shù)量、智能終端和服務銷量，還是由此產(chǎn)生的收入均處于快速發(fā)展階段。電子科技大學成都學院云計算科學與技術系是國內(nèi)第一個開設軟件式程專業(yè)云計算和大數(shù)據(jù)方向的本科院校，其目的是為對應上述產(chǎn)業(yè)需求的高質(zhì)量人才培養(yǎng)方向，通過領先的人才培養(yǎng)模式，聯(lián)合前沿企業(yè)辦學方式，為學生提供廣闊的就業(yè)前景和創(chuàng)業(yè)機會。創(chuàng)辦云計算本科教育面臨許多挑戰(zhàn)，首先學牛培養(yǎng)力案需要使學生的實際水平匹配云計算和大數(shù)據(jù)技術的需求，其次云計算大數(shù)據(jù)專業(yè)方向課程體系相對較新，學生對課程的學習和就業(yè)前景認識還有一個逐漸清晰與深入的過程。很多學生對此還很陌生，入校以后不知道今后自己的發(fā)展方向，造成對學習盲目且缺乏主動性，因此需要制定導論性的內(nèi)容提升學生對專業(yè)的認知程度，促使學生明確學習目標。針對云計算本科專業(yè)學生4年期間學什么、怎么學、今后就業(yè)方向有哪等問題開展導向性教學改革勢在必行。

1 基于CDIO云計算專業(yè)導論教學改革

CDIO是以產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構思、設計、實施、運行全生命周期為背景，讓學生以主動的、實踐的、課程之間具有有機聯(lián)系的方式學習和獲得工程能力，包括個人專業(yè)知識、終身學習能力、交流和團隊工作能力。

在這項改革里，我們將以CDIO為指導思想，重新對云計算系學生在大學4年將要學習的課程進行梳理改革，本項改革將為學生提供以下4項詳細的專業(yè)導向：

（1）云計算和大數(shù)據(jù)技術的現(xiàn)狀和發(fā)展前景；

（2）大學4年要學習的課程，課程之間的承接關系，課程的知識節(jié)點，需要的工作技能，完成該課程以后將要獲得的實踐能力；

（3）培養(yǎng)手段、流程；

（4）今后的就業(yè)崗位選擇。

共分為7個章節(jié)來對學生進行講解，如圖l所示。

2 教學內(nèi)容

云計算系的軟件工程專業(yè)是年輕的專業(yè)，面臨資源缺乏的困難，但從另一角度看，新專業(yè)負擔和桎梏較少，有利于進行教學思想和方法的改革和創(chuàng)新。課題組計劃利用學校的綜合優(yōu)勢以及國騰云計算研究中心產(chǎn)學研一體融合所提供的條件，以創(chuàng)新的思維進行人才培養(yǎng)和專業(yè)建設改革從以下幾方面進行：

1）分析市場需求，對所需的人才角色進行分類。

我們在分析社會對云計算大數(shù)據(jù)人才需求的基礎上，提出以依托云計算、大數(shù)據(jù)平臺培養(yǎng)云計算應用工程師、云計算軟件設計師，云計算系統(tǒng)運維工程師、大數(shù)據(jù)應用工程師等角色。

這幾類角色將是學生通過4年學習之后可以達到的目標。我們制定了每種角色的基本需求，分為知識需求、項目需求和技能需求3部分。

2）能力培養(yǎng)目標矩陣。

CDIO以工程化的角度確定了人才培養(yǎng)標準，這些標準以一種明晰的方式刻畫出合格的工程師所應該具備的能力。在課程教學改革的過程中，首先要制定CDIO能力培養(yǎng)目標矩陣，以便清晰地給出課程學習目標，明確課程服從了CDIO中的哪些標準，培養(yǎng)了學生CDIO中哪些相關能力。這樣做一方面可以使得教學設計者能夠從微觀的層面來綜合考量專業(yè)培養(yǎng)目標的合理性，另一方面也使得學生的能力評估有了可靠依據(jù)。針對學生的角色基本需求把能力制定為3種，分別是基礎能力、專業(yè)分級能力和不同方向（大數(shù)據(jù)＼云計算）具備能力。我們以系統(tǒng)運維工程師角色為例進行討論，其能力培養(yǎng)圖如圖2所示。

3）建立課程群體系。

知識需求由基本知識模塊及需要進一步提高和深入的知識模塊構成，這些模塊化的知識構成了課程群的核心。把課程分類設置為課程群，以現(xiàn)代教育思想和理論為指導，圍繞云計算軟件工程師培養(yǎng)目標要求，參考能力培養(yǎng)圖將云計算專業(yè)培養(yǎng)方案中具有邏輯聯(lián)系的若干課程整合構建形成有機的課程體系。

如程序設計類課程的一體化課程群由3種類別的課程組成，分別是前驅(qū)課程、當前課程以及后續(xù)課程。其中，前驅(qū)課程為計算機基礎和程序設計基礎，當前課程為數(shù)據(jù)結構和Java程序設計、Java Web開發(fā)，后續(xù)課程為軟件工程和基于CloudFoundry的云應用程序系統(tǒng)開發(fā)。有了前驅(qū)課程的學習，學生就掌握了學習Java程序設計和Java Web開發(fā)的基礎與能力。當學生學習數(shù)據(jù)結構的時候，同時也會選修Java Web課程，兩類課程相互作用就可以培養(yǎng)學生開發(fā)復雜程序的能力。在進行主動式項目驅(qū)動學習時，需要學生自學數(shù)據(jù)庫原理、計算機網(wǎng)絡和軟件工程的相關知識，這種課程群設置將與Java相關的課程合成一個緊密關聯(lián)的有機整體，通過課程間知識點的關聯(lián)，學生對當前課程的學習會加深對前驅(qū)課程的理解，同時也為后續(xù)課程的學習打下基礎，可見Java和Java Web課程的學習是聯(lián)系前驅(qū)課程和后續(xù)課程的重要紐帶。這種一體化的課程群設置整合了學科的知識，在一體化的教學中充分培養(yǎng)學生各方面的能力，同時使得學生對學科知識有一個完整認識。

3 教學方式設計

我們計劃將能力培養(yǎng)目標融人到課程中，構建知識能力矩陣。

1）教學模式創(chuàng)新：采用“教學工廠”模式，企業(yè)化定制教程。

“教學工廠”是將真實的企業(yè)環(huán)境引入教學環(huán)境之中并相互融合，實施以項目課題為指導的實踐性和操作性現(xiàn)場教學模式。其核心是在校、企、人才培養(yǎng)三者間找到共同的利益點，主動與區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展相適應，使三本院校畢業(yè)生盡快適應實際工作崗位的需要。將一門課程當作項fj來教授，項目課程的負責人均為“雙師型”，開發(fā)課程體現(xiàn)市場性、先進性和實用性。“教學工廠”模式的課程教學不是固定范式，因此專業(yè)教師在做好市場調(diào)研、職業(yè)分析的基礎上，結合行業(yè)實際開發(fā)項目化教材，以適應與時俱進的經(jīng)濟與技術環(huán)境。

2）教育理念的創(chuàng)新：貫徹“教、學、做、評”一體化教學理念。

以教師講授為主、學生訓練為輔，先理論后實踐的傳統(tǒng)課程教學模式往往學生學習興趣不高，學習效果不佳。CDIO教育模式采取以項目為中心、學生為主體的“做中學”教學模式，必然導致學習組織形式的變化。因此必須改革考核評價體系，進一步深化“教學做評”一體化教學模式。

3）人才培養(yǎng)創(chuàng)新：分析人才需求，對人才分角色分層次教學改革。

云計算系的軟件工程課程設置以2個大的開源項目即云計算-OpenStack和大數(shù)據(jù)-Hadoop平臺展開。所有的課程都圍繞這2個方向進行定化.這樣一來可以更加明確學習方向和就業(yè)方向。在平臺的基礎上根據(jù)學生的愛好來劃分模塊。

4 課程的CDIO全過程

在整個設計過程中，學生以團隊內(nèi)協(xié)作、團隊間協(xié)作加競爭的方式進行自主探究式學習和工作，教師僅起指導作用，促使學生完成一次構思一設計一實施一改進和展示的全過程第一階段為“C”（構思）階段，教師提出用戶需求，引導學生思考分析（把項目分解為具體任務），然后團隊對所選擇的項目進行總體構思，主要是確定每組的成員及項目內(nèi)容和具體任務；第二階段為“D”（設計）階段，在各項目組確定項目內(nèi)容和方向的基礎上，通過查閱大量參考文獻和組內(nèi)討論，確定基本方案，然后在班級中讓每組成員就自己選定的項目進行闡述和討淪，內(nèi)容主要包括每組選定項目的基本思路、設備的基本性能、拓撲設計、實驗方法，然后根據(jù)自己已有的理論知識進行評估和辯論，最后形成評價意見，選擇最佳的設計方案；第三階段為“I”（實施）階段，團隊中的學生必須掌握“云計算軟件工程導論”大綱規(guī)定的基本知識技能，先教師演示，然后學生操作；第四階段為項目分析修改和展示階段，在展示過程中，根據(jù)具體實踐結果，各組學生自己確定原來構思中的缺陷，進一步修改后再設計、執(zhí)行和運作其項目，然后全班學牛阿進行一次交流，同學和老師再一次進行評價，然后部分學生將進行重新設計和執(zhí)行其項目，即進一步強調(diào)“0”過程。

案例設計：

（l）C階段為什么使用云計算以及云計算對于互聯(lián)網(wǎng)的設計會帶來怎么樣的變化，

（2）D階段案例：設計一個網(wǎng)站來提供http、MySQL和ftp這3個服務。

（3）I+O實施+過程，如圖3所示。

Http提供動態(tài)頁面顯示、MySQL提供后臺數(shù)據(jù)記錄與查詢服務、Ftp提供簡單的文件上傳與共享服務。大家平時上網(wǎng)的網(wǎng)站基本都具備這3個功能。

5 結 語

此改革目前在大一學生中開展，雖然是第一次開設該專業(yè)導論課程，但通過調(diào)研和抽樣調(diào)查，學生對該課程的滿意度較高。此次課題研究全體教師一起參加，提高了集體凝聚力。遇到問題查詢資料和其他系的負責人相互交流，增加了方法知識的優(yōu)化。通過對企業(yè)調(diào)研，了解企業(yè)需求，把企業(yè)需求引入課堂教學講解，使教學目標更明確，同時也發(fā)現(xiàn)了一些在今后教學科研中需要解決的問題。

（l）第一次開展該類專業(yè)導論性課程，沒有可借鑒的對象，全體教師都在摸索中前進；

（2）教師和學生接受和適應CDIO的教學模式還需要一定時間；

（3）由于是對專業(yè)培養(yǎng)方案的解讀導向性課程，其最終能力培養(yǎng)的結果較難定性定量，考評體系的形成有一定的難度；

（4）課程開設的時間安排不能確定，還需要根據(jù)學生的課堂反應再做調(diào)整；

（5）整個課程開展還有不可預見性，需要根據(jù)實際情況再做調(diào)整。

我們還將有后續(xù)的支持：①每門課的第一堂課在上課時會配合培養(yǎng)方案以及專業(yè)導論課程，強調(diào)和明確該門課程讓學生掌握的知識技能、主要的知識節(jié)點以及和前后課程之間的關系；②配合導論課的后續(xù)工作在每個學期都引導學生參加校企合作項目；③組織云應用大賽，引導學生參加包括國騰創(chuàng)投基金在內(nèi)的各種科技項目申報，鍛煉學生的CDIO工程設計能力；④每學期組織的專家講座，用多種方式使學生逐漸明確自己的行業(yè)選擇和職業(yè)定位。