基于CDIO項(xiàng)目學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程群建設(shè)

吳 爽，王春艷

(長春師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長春 130032)

1 CDIO項(xiàng)目工程教育模式的發(fā)展背景

CDIO工程教育模式是美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)的跨國研究成果。CDIO分別代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)的首字母縮寫，是面向?qū)嶋H的產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)生命周期的工程教育方法。CDIO模式將工程職業(yè)實(shí)踐環(huán)境作為工程教育環(huán)境，在教育環(huán)境中不斷培養(yǎng)人的工程能力、職業(yè)道德、學(xué)術(shù)知識和綜合運(yùn)用知識解決問題能力、終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)工作能力、交流能力和大系統(tǒng)掌控能力。

從2005年起，CDIO工程教育模式被引入中國。我國工科教育的迫切任務(wù)是盡快培養(yǎng)與國際接軌的工程師，然而我國部分高校工科教育在實(shí)踐中還存在不少問題，例如重理論輕實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、重視知識學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新的培養(yǎng)等。

CDIO教學(xué)大綱與聯(lián)合國教科文組織提出的未來教育四大支柱(學(xué)會認(rèn)知、學(xué)會做人、學(xué)會做事、學(xué)會合作)有很好的契合性。CDIO標(biāo)準(zhǔn)要求依照教學(xué)大綱給予學(xué)生知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)的雙重效應(yīng)(一體化培養(yǎng))[1]。CDIO工程教育模式在培養(yǎng)內(nèi)容、課程體系、教學(xué)方法和評估標(biāo)準(zhǔn)等各個(gè)方面是一個(gè)整體。

2 基于CDIO項(xiàng)目學(xué)習(xí)的指導(dǎo)思想

人類處理的大量復(fù)雜信息，我們稱之為“面”?；谌祟愓J(rèn)知能力水平和接觸程度，往往會把這些復(fù)雜信息按照不同特征和性能劃分為若干較為簡單的“塊”或“點(diǎn)”，每個(gè)被分出來的“塊”被看成是一個(gè)“粒”?！傲！笔侵敢恍﹤€(gè)體通過不分明關(guān)系、相似關(guān)系、鄰近關(guān)系或功能關(guān)系等所形成的“塊”，我們稱這種處理信息的過程為“信息?；?。

計(jì)算機(jī)專業(yè)作為一門工科學(xué)科，是研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和利用其進(jìn)行信息獲取、存儲表示、處理控制等方法和技術(shù)的學(xué)科。本專業(yè)的學(xué)生應(yīng)具有良好的科學(xué)研究和工程實(shí)踐能力，能夠掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的基本方法，能夠應(yīng)用所學(xué)知識分析和解決實(shí)際問題，并具有研究開發(fā)的基本能力。

國內(nèi)很多高校針對各自學(xué)科和專業(yè)的特點(diǎn)，對CDIO教學(xué)模式進(jìn)行了基于中國國情的改良，收到了實(shí)際的效果。我校計(jì)算機(jī)學(xué)院在具體執(zhí)行過程中，將計(jì)算機(jī)專業(yè)中具有相關(guān)性或一定目的的不同課程編排到一起，組成一個(gè)“群”。通過CDIO工程教育模式，學(xué)生完成具有特定目標(biāo)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)踐。本科生經(jīng)過大學(xué)一年級的基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)后，采取導(dǎo)師制對學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和輔導(dǎo)進(jìn)行監(jiān)督和細(xì)分管理。從大一下學(xué)期開始，教師開始指導(dǎo)學(xué)生開展課程設(shè)計(jì)與開發(fā)，同時(shí)設(shè)置課外活動設(shè)計(jì)與組織開發(fā)實(shí)踐。在大三時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)選題作為項(xiàng)目選題供學(xué)生自主選取，每個(gè)選題配有一名指導(dǎo)教師(導(dǎo)師)全程指導(dǎo)，在大三下學(xué)期組織學(xué)生進(jìn)行專業(yè)實(shí)習(xí)。各選題項(xiàng)目以學(xué)生的畢業(yè)論文為最終成果，鼓勵(lì)學(xué)生參加導(dǎo)師的科研實(shí)踐和與專業(yè)相關(guān)的重要賽事和能力競賽，使學(xué)生能夠得到CDIO工程模式實(shí)踐訓(xùn)練。

3 基于CDIO項(xiàng)目學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程群實(shí)施策略

計(jì)算機(jī)專業(yè)課程群建設(shè)的基本思想來源于信息?；?。我們將具有相關(guān)性或一定目的的不同課程編排在一起，進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)和講授。CDIO全部項(xiàng)目學(xué)習(xí)分為五個(gè)等級,即課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目、學(xué)科競賽項(xiàng)目、綜合實(shí)踐項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，同時(shí)設(shè)置了跟蹤和監(jiān)控這五個(gè)等級項(xiàng)目的環(huán)節(jié)，即課程教學(xué)環(huán)節(jié)、學(xué)科競賽評審環(huán)節(jié)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、課外教學(xué)環(huán)節(jié)和校外實(shí)踐環(huán)節(jié)。

學(xué)院實(shí)施一體化、專業(yè)化的人才培養(yǎng)方案，根據(jù)人才培養(yǎng)的總目標(biāo)，將課程體系、項(xiàng)目課題進(jìn)行劃分。課程體系由單門課程和課程群構(gòu)成，與CDIO全部項(xiàng)目的五個(gè)等級項(xiàng)目相對應(yīng)。項(xiàng)目課題按照進(jìn)度,跟隨課程體系，達(dá)到專業(yè)人才培養(yǎng)一體化進(jìn)程。人才培養(yǎng)總體目標(biāo)與課程群體系架構(gòu)如圖1所示。

通過項(xiàng)目實(shí)踐設(shè)計(jì)的方式,將知識和實(shí)踐技能相關(guān)聯(lián)的課程知識有機(jī)地結(jié)合起來。學(xué)生經(jīng)過系統(tǒng)化、專業(yè)化、規(guī)范化的學(xué)習(xí)實(shí)踐，在未來工作崗位中可以做到“胸有成竹”。

3.1 課程群建設(shè)的歷程和方案

在大學(xué)的課程設(shè)置上，學(xué)院的課程是以課程群的形式進(jìn)行設(shè)置的，涉及的專業(yè)有工學(xué)、管理學(xué)、文學(xué)和外語等學(xué)科，分為公共課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)實(shí)踐課、綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課等部分。

課程群建設(shè)一般由同一專業(yè)的4～6門系列梯度課程組成，其中有1門以上的課程為專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程內(nèi)容和知識架構(gòu)之間有機(jī)緊密聯(lián)系，從知識的橫向廣度與縱向深度兩方面有序融合，按照一定的結(jié)構(gòu)組成統(tǒng)一的課程群整體。課程群建設(shè)在縱向課程教學(xué)內(nèi)容中具有一整套完備的課程體系，在橫向?qū)I(yè)知識面具有一定的知識跨度。課程群間設(shè)置先修課程和后續(xù)課程，作為重要“接口”的并行課程設(shè)置尤為重要，在實(shí)際的工程教學(xué)實(shí)踐中起到“承上啟下”的銜接作用。

3.1.1 通識與基礎(chǔ)性相結(jié)合，弱化課程個(gè)性概念

CDIO教育模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生知識能力的綜合性培養(yǎng)，理工科學(xué)生在基礎(chǔ)課程中普遍缺乏人文學(xué)科、社會科學(xué)和交往教育等通識學(xué)習(xí)，導(dǎo)致他們在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和未來的工作中出現(xiàn)各種各樣的問題。因此，學(xué)院在課程群建設(shè)的過程中注重專業(yè)基礎(chǔ)課程與通識教育的結(jié)合、文科與理科課程的融合，打造理工科學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)知識和團(tuán)隊(duì)合作能力等方面的綜合提升。

3.1.2 特色與創(chuàng)新性相結(jié)合，突出課程教學(xué)結(jié)果

在計(jì)算機(jī)課程中信息技術(shù)與課程關(guān)聯(lián)密切，因此在教學(xué)中應(yīng)更加注重學(xué)生信息處理和運(yùn)用能力的培養(yǎng)，學(xué)院將社會發(fā)展中的最新技術(shù)和手段引入課程教學(xué)，運(yùn)用“高校云平臺”“互聯(lián)網(wǎng)+教育”等方式，將學(xué)科特色與最新的信息技術(shù)成果相結(jié)合，擴(kuò)大學(xué)生的知識面，開闊他們的視野，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮自我學(xué)習(xí)意識和創(chuàng)新精神。

3.1.3 滲透與互補(bǔ)性相結(jié)合，強(qiáng)化融合交叉關(guān)聯(lián)

基于CDIO項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課程群之間的相互聯(lián)系，設(shè)置先修(前驅(qū))課程和后繼課程，使課程間知識體系相互滲透，知識結(jié)構(gòu)融合緊密。

3.1.4 層次與延續(xù)性相結(jié)合，凸顯共性技能服務(wù)

CDIO工程教育模式是以從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，產(chǎn)品生命周期過程中的每個(gè)階段具有逐層遞進(jìn)的關(guān)系。各課程群間在縱向梯度上具有層次性，同時(shí)整個(gè)大學(xué)本科的專業(yè)課程體系在各學(xué)年又是延續(xù)、統(tǒng)一的。課程群建設(shè)實(shí)施的最終目的是突出各課程所蘊(yùn)含的技能定位。

3.2 課程群建設(shè)的內(nèi)容

3.2.1 確立課程群的培養(yǎng)目標(biāo)

課程群依托本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)具有“實(shí)用化、創(chuàng)新化、個(gè)性化”的高素質(zhì)人才，力求通過教育使學(xué)生掌握技術(shù)知識和學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度與習(xí)慣，創(chuàng)造自身價(jià)值，最終實(shí)現(xiàn)個(gè)人的職業(yè)理想。

3.2.2 完善課程體系與課程建設(shè)

基于CDIO項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課程群是一體化的課程與實(shí)踐體系，要給學(xué)生提供一種學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)到相互支持的各種專業(yè)知識，提升和構(gòu)建學(xué)生的個(gè)人能力、人際交往能力以及產(chǎn)品、流程、系統(tǒng)的建造能力。當(dāng)各課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)效果之間有明確的關(guān)聯(lián)時(shí)就可以認(rèn)為課程間是相互支持的，課程群內(nèi)部對接關(guān)系如圖2所示。課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握專業(yè)性的知識課程，完成從知識體系、能力體系到課程體系的完美塑造。

3.3 提高教師團(tuán)隊(duì)的合作能力、工程實(shí)踐和系統(tǒng)開發(fā)的CDIO能力

學(xué)校應(yīng)有計(jì)劃地提高教師個(gè)人能力和集體工程實(shí)踐能力。長春師范大學(xué)的“雙千”工程支持教師到國內(nèi)外各知名高校進(jìn)修學(xué)習(xí)，人事處師資培訓(xùn)部門定期組織全校教師進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)。2016年9月18日按照高等學(xué)校學(xué)術(shù)委員會等相關(guān)職能部門的要求，長春師范大學(xué)成立了教師教學(xué)發(fā)展中心指導(dǎo)委員會，全面開展教師教學(xué)技能的培訓(xùn)活動，提高教師的工程實(shí)踐能力。

教師要在CDIO項(xiàng)目教學(xué)中潛心研究自己的教學(xué)課程、教學(xué)方法和教學(xué)效果，通過不斷反思和回顧，制定可行更加完善和細(xì)化的培養(yǎng)方案。可通過以下方式來提高教師的各項(xiàng)能力：(1)教師利用假期或教學(xué)實(shí)習(xí)到工業(yè)現(xiàn)場、公司去考察學(xué)習(xí)或工作；(2)教師與工廠、公司的一線人員在科研和教學(xué)項(xiàng)目中進(jìn)行合作；(3)學(xué)校把工程經(jīng)驗(yàn)作為聘用和提升教師的考核條件，將“雙師型”教師作為重要指標(biāo)；(4)在學(xué)校的教學(xué)活動中開展專業(yè)開發(fā)競賽和實(shí)踐展示活動。

4 教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

對長春師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(軟件)學(xué)院的計(jì)算機(jī)本科專業(yè)學(xué)生和國際交流學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(中外合作辦學(xué))專業(yè)學(xué)生在本科教學(xué)過程中進(jìn)行了基于CDIO項(xiàng)目學(xué)習(xí)的對比教學(xué)實(shí)驗(yàn)，從近兩年本科畢業(yè)生的專業(yè)度和就業(yè)去向兩方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

基于CDIO項(xiàng)目學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)后更傾向于從事本專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的工作(圖3)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(中外合作辦學(xué))專業(yè)教學(xué)中由于教學(xué)內(nèi)容和比重的設(shè)置不同，學(xué)生未經(jīng)過系統(tǒng)性的基于CDIO項(xiàng)目的專業(yè)課程群學(xué)習(xí)，在畢業(yè)后從事本專業(yè)的人數(shù)比例相對減少(圖4)。

時(shí)至今日，CDIO工程教育模式被引入中國已有十年之久。我們需要在實(shí)踐中不斷地總結(jié)和回顧，汲取優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)和成果，力爭將我國高校的理工科教育教學(xué)與國際化接軌，全面提升高等教育質(zhì)量。