CDIO理念下《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》教學(xué)改革研究

馮中毅　任志國

【摘 要】在《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程教學(xué)實(shí)踐中引入CDIO理念，遵循“應(yīng)用為本，學(xué)以致用”的教學(xué)指導(dǎo)思想，在學(xué)習(xí)和借鑒工程教學(xué)理念和方法的基礎(chǔ)上，通過項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，用任務(wù)引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的軟件開發(fā)能力和學(xué)習(xí)興趣。

【關(guān)鍵詞】CDIO；程序設(shè)計(jì)；教學(xué)理念

【Abstract】Introducing CDIO teaching concept into the integration teaching practice of Object Oriented Programming. Following the teaching concept of“knowledge servicing application”， Learning from CDIO engineering teaching ideas and methods， Through the project practice， using Project driven teaching with task study， improving the students interest in learning and exploring ability.

【Key words】CDIO； Integration； Object Oriented Programming

1 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會(huì)近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測評(píng)的12條標(biāo)準(zhǔn)。瑞典國家高教署（Swedish National Agency for Higher Education）2005年采用這12條標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本國100個(gè)工程學(xué)位計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明，新標(biāo)準(zhǔn)比原標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)面更寬，更利于提高質(zhì)量，尤為重要的是新標(biāo)準(zhǔn)為工程教育的系統(tǒng)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)。截至2015年，已有幾十所世界著名大學(xué)加入了CDIO組織，全面采用CDIO工程教育理念和教學(xué)大綱，取得了良好效果，按CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生深受社會(huì)與企業(yè)歡迎。

CDIO包括了三個(gè)核心文件：1個(gè)愿景、1個(gè)大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)。愿景是為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實(shí)世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行（CDIO）過程的背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育。它的大綱首次將工程師必須具備的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和整個(gè)CDIO全過程能力以逐級(jí)細(xì)化的方式表達(dá)出來（3級(jí)、70條、400多款），使工程教育改革具有更加明確的方向性、系統(tǒng)性。它的12條標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整個(gè)模式的實(shí)施和檢驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的、全面的指引，使得工程教育改革具體化、可操作、可測量，并對(duì)學(xué)生和教師都具有重要指導(dǎo)意義。CDIO體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢。

2 課程教學(xué)目標(biāo)定位

《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程于2013年9月開始實(shí)施理論與實(shí)踐統(tǒng)一、教學(xué)做結(jié)合的一體化教學(xué)方式。結(jié)合CDIO工程教育理念，該課程的教學(xué)目標(biāo)是通過完成項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲望，使學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言的編程思想、基本語法、核心技術(shù)及在真實(shí)項(xiàng)目中的應(yīng)用有較深的理解，掌握系統(tǒng)開發(fā)的流程，從需求分析、軟件設(shè)計(jì)到編程調(diào)試的整個(gè)過程。培養(yǎng)學(xué)生具備良好的Java實(shí)際應(yīng)用開發(fā)能力，掌握 Java 技術(shù)的同時(shí)，使其掌握項(xiàng)目開發(fā)的流程，從而形成良好的軟件開發(fā)思維方式和編程習(xí)慣，能夠靈活地應(yīng)用Java解決實(shí)際的問題。通過該課程培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

3 課程教學(xué)方法

遵循“應(yīng)用為本，學(xué)以致用”的教學(xué)理念，在學(xué)習(xí)和借鑒CDIO工程教學(xué)理念與方法的基礎(chǔ)上，通過項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，用任務(wù)引領(lǐng)學(xué)習(xí)。教師由傳統(tǒng)的授課角色轉(zhuǎn)為項(xiàng)目發(fā)布人兼項(xiàng)目導(dǎo)師的角色，通過發(fā)布實(shí)際任務(wù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，挖掘?qū)W生的內(nèi)在潛力，通過指導(dǎo)學(xué)生親自完成實(shí)際任務(wù)來掌握相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)，掌握工程項(xiàng)目實(shí)施理念和方法。這種以項(xiàng)目為核心的教學(xué)方式打破了教室和實(shí)驗(yàn)室的界限，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的高度融合，學(xué)生的工程實(shí)踐能力得到顯著加強(qiáng)。通過做項(xiàng)目，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神與團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，使學(xué)生通過做項(xiàng)目學(xué)會(huì)了做事，也學(xué)會(huì)了合作，使學(xué)生畢業(yè)時(shí)真正成為“懂專業(yè)、技能強(qiáng)、能合作、會(huì)做事”的可以直接上崗的技術(shù)應(yīng)用型人才。

4 教學(xué)實(shí)施安排

《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程以完成一個(gè)小型圖書管理系統(tǒng)為例，主要實(shí)現(xiàn)圖書借閱信息的管理，主要管理讀者信息、圖書信息、借閱與歸還信息、系統(tǒng)用戶的信息。

4.1 讀者信息管理

能夠?qū)ψx者的基本信息進(jìn)行管理，包括讀者的增刪，如對(duì)于學(xué)校的新生，想要借書，就必須先添加讀者信息；讀者信息的修改，如學(xué)生轉(zhuǎn)專業(yè)，就要修改學(xué)生的基本信息；刪除讀者的信息，如某個(gè)學(xué)生退學(xué)了，就需要將其信息刪除。查詢讀者的信息；如有同學(xué)撿到了一張借閱卡，卡上有學(xué)生的編號(hào)，通過此號(hào)來查詢學(xué)生的聯(lián)系電話，從而可以找到學(xué)生。

4.2 圖書信息管理

能夠?qū)D書的基本信息進(jìn)行管理，包括增刪圖書，學(xué)校每年會(huì)購進(jìn)新書，此時(shí)需要將新書的信息錄入系統(tǒng)中；圖書信息的修改，如學(xué)生借書后將圖書丟失，此時(shí)需要修改圖書的總數(shù)量，使總數(shù)減 1；刪除圖書，學(xué)校在購進(jìn)新書的同時(shí)，每年會(huì)對(duì)過期的圖書進(jìn)行清理，不再提供借閱，此時(shí)就需要將這些圖書的信息從系統(tǒng)中刪除。查詢圖書的信息，比如要查看計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)的書籍或者指定ISBN號(hào)進(jìn)行圖書的查詢等。

4.3 圖書借閱信息管理

能夠?qū)D書的借閱信息進(jìn)行記錄，包括讀者信息、圖書信息、借閱時(shí)間等信息。

4.4 圖書歸還信息管理

能夠?qū)D書的借閱信息進(jìn)行記錄，包括讀者信息、圖書信息、歸還時(shí)間、是否超期、罰金等信息。

4.5 系統(tǒng)用戶信息管理

能夠?qū)ο到y(tǒng)用戶的信息進(jìn)行管理，包括增加新的系統(tǒng)管理員，重設(shè)系統(tǒng)用戶的密碼，以及刪除某一用戶。課程具體實(shí)施過程根據(jù)軟件開發(fā)生命周期進(jìn)行課程的設(shè)計(jì)與安排，采用分析項(xiàng)目所需核心知識(shí)-->教師講解核心知識(shí)和技術(shù)-->教師選擇具有代表性的模塊帶領(lǐng)學(xué)生完成設(shè)計(jì)-->教師布置具體實(shí)踐內(nèi)容，由學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐-->教師根據(jù)學(xué)生實(shí)踐情況進(jìn)行總結(jié)。下面以系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問層為例，介紹具體實(shí)施過程：

1）教師講解使用JDBC訪問數(shù)據(jù)的重要類和接口；

2）教師講解并演示導(dǎo)入JDBC包，注冊(cè)JDBC驅(qū)動(dòng)程序，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接對(duì)象，創(chuàng)建語句對(duì)象，執(zhí)行查詢、返回結(jié)果集對(duì)象，處理結(jié)果集；

3）教師演示使用JDBC對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問的示例；

4）教師帶領(lǐng)學(xué)生完成項(xiàng)目中創(chuàng)建基本數(shù)據(jù)訪問操作類和讀者操作類；

5）教師布置作業(yè)，由學(xué)生按小組分任務(wù)完成圖書操作類、讀者類型操作類、圖書類型操作類、圖書借閱操作類、用戶操作類；

6）教師巡視教師，對(duì)學(xué)生提出的具有代表性的問題進(jìn)行解答。

5 結(jié)束語

本文闡述了將CDIO工程教學(xué)理念運(yùn)用到《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程教學(xué)中的改革實(shí)施研究，通過項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，用任務(wù)引領(lǐng)學(xué)習(xí)。激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲望，教學(xué)效果較好。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]