CDIO理念在Java Web課程教學(xué)中的應(yīng)用研究*

賈宗維，張超群

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中030801）

一、引言

《Java Web程序設(shè)計(jì)》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門(mén)核心課程，通常在高年級(jí)開(kāi)設(shè)，其先導(dǎo)課程涉及《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《數(shù)據(jù)庫(kù)》《軟件工程》等多門(mén)課程，主要針對(duì)企業(yè)級(jí)應(yīng)用需求，運(yùn)用Java語(yǔ)言和Web技術(shù)開(kāi)發(fā)Web應(yīng)用程序。該課程相關(guān)的理論基礎(chǔ)較多，專業(yè)技術(shù)層次鮮明，綜合實(shí)踐性強(qiáng)，是培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)思維能力、編程能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的一門(mén)難度較大的專業(yè)課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠具備運(yùn)用HTML、CSS、JSP、Servlet、JavaBean、JDBC等層次遞進(jìn)Web技術(shù)開(kāi)發(fā)具有MVC或DAO設(shè)計(jì)模式的Web應(yīng)用系統(tǒng)的能力，為未來(lái)采用不同設(shè)計(jì)框架的企業(yè)級(jí)Java EE項(xiàng)目開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)共同創(chuàng)造[1]。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[2]?；贑DIO教育模式對(duì)Java Web程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，就是以企業(yè)項(xiàng)目需求驅(qū)動(dòng)為主線，Web技術(shù)遞進(jìn)的知識(shí)體系為基礎(chǔ)，實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)為本位，企業(yè)高薪就業(yè)為導(dǎo)向，進(jìn)行一系列的教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。

二、Java Web程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

《Java Web程序設(shè)計(jì)》課程的學(xué)習(xí)是通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式培養(yǎng)學(xué)生具有開(kāi)發(fā)Web程序的能力。大多數(shù)院校傳統(tǒng)授課過(guò)程中多由教師占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，極大地制約了學(xué)生的主動(dòng)思考及動(dòng)手能力，雖然部分教師就此問(wèn)題進(jìn)行了諸如項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法[3]、案例法[4]的教學(xué)改革，讓學(xué)生很好地理解知識(shí)點(diǎn)，但培養(yǎng)出的學(xué)生在工程能力方面大多與企業(yè)需求不一致，往往得不到企業(yè)的認(rèn)可。

1.編程能力不足

編程能力是衡量學(xué)生對(duì)本門(mén)課程掌握程度的重要指標(biāo)，它和教師的教學(xué)環(huán)節(jié)的執(zhí)行方式有著直接的關(guān)系。傳統(tǒng)課堂教學(xué)，教師大多采用PPT進(jìn)行“說(shuō)教”式的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教師指導(dǎo)下完成簡(jiǎn)單的驗(yàn)證或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。雖然學(xué)生對(duì)單個(gè)理論知識(shí)得到了充分的掌握，但對(duì)于企業(yè)所需的實(shí)際編程能力還是缺乏針對(duì)性的鍛煉。

2.工程能力缺乏

教師雖然通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、案例驅(qū)動(dòng)等教學(xué)改革對(duì)學(xué)生的編程能力進(jìn)行了一定的鍛煉，學(xué)生也可以通過(guò)編程解決諸如數(shù)據(jù)庫(kù)連接、接口、排序等小問(wèn)題，但大多數(shù)學(xué)生沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)全面的企業(yè)項(xiàng)目需求訓(xùn)練，缺乏大規(guī)模系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的工程能力。

三、基于CDIO的《Java Web程序設(shè)計(jì)》教學(xué)改革

《Java Web程序設(shè)計(jì)》課程涵蓋技術(shù)知識(shí)點(diǎn)廣且層次逐步遞進(jìn)，各技術(shù)知識(shí)在企業(yè)項(xiàng)目中往往都是綜合運(yùn)用。如何鍛煉學(xué)生Web技術(shù)綜合運(yùn)用的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及工程系統(tǒng)能力，成為本門(mén)課程改革的重要目標(biāo)。

1.技術(shù)知識(shí)層次遞進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容改革

《Java Web程序設(shè)計(jì)》課程涵蓋了網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)技術(shù)、設(shè)計(jì)框架技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)及服務(wù)器技術(shù)和集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)技術(shù)等。這些技術(shù)之間存在先后和相互支撐的關(guān)系。筆者所在的教研團(tuán)隊(duì)在近年來(lái)教學(xué)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)課程知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行了重新梳理，設(shè)計(jì)了各技術(shù)知識(shí)遞進(jìn)關(guān)系圖，如圖1所示，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也按照此路線圖執(zhí)行。

圖1 Java Web技術(shù)知識(shí)遞進(jìn)路線圖

Java Web課程的最終目標(biāo)就是學(xué)生實(shí)踐編程能力的顯著提高，我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)施等方面，打破傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)施中以知識(shí)傳授為主的授課模式，根據(jù)CDIO工程教育理念，以企業(yè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程為主線，Web技術(shù)知識(shí)逐層遞進(jìn)培養(yǎng)為基礎(chǔ)，綜合實(shí)踐編程能力培養(yǎng)為本位，學(xué)生高薪就業(yè)為導(dǎo)向，進(jìn)行了大范圍的教學(xué)改革。結(jié)合執(zhí)業(yè)崗位需求、技術(shù)知識(shí)前后銜接設(shè)置以及軟件行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，選用企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目為載體，以CDIO理念貫穿實(shí)施整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

2.企業(yè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)組織形式的改革

CDIO教育理念在《Java Web程序設(shè)計(jì)》課程中標(biāo)志性地體現(xiàn)以企業(yè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主線，將Java Web課程所涵蓋的技術(shù)知識(shí)、應(yīng)達(dá)到的工程能力、應(yīng)具備的素質(zhì)等培養(yǎng)目標(biāo)融入項(xiàng)目，由此可見(jiàn)項(xiàng)目的選取在課程教學(xué)改革中占有極其重要的地位。對(duì)項(xiàng)目的難易度、技術(shù)知識(shí)的涵蓋廣度均進(jìn)行了深入的研究和甄選。通過(guò)綜合評(píng)估，我們決定采用“農(nóng)資公司W(wǎng)eb管理系統(tǒng)”作為課程教學(xué)項(xiàng)目。它是針對(duì)企業(yè)開(kāi)發(fā)的綜合信息管理系統(tǒng)，包括公司組織管理、OA辦公子系統(tǒng)、新聞公告管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、日志管理等功能模塊。

選擇“農(nóng)資公司W(wǎng)eb管理系統(tǒng)”項(xiàng)目作為CDIO教育理念教學(xué)方法實(shí)施驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目的原因在于：①項(xiàng)目是從企業(yè)實(shí)際需求出發(fā)，滿足了教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)需求的無(wú)縫對(duì)接；②項(xiàng)目所需的技術(shù)難度適中，能夠體現(xiàn)對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力提升的目標(biāo)；③項(xiàng)目可依據(jù)Web技術(shù)層次分解為若干個(gè)簡(jiǎn)單的子項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生建立解決復(fù)雜科學(xué)問(wèn)題的編程思維；④項(xiàng)目開(kāi)發(fā)采用業(yè)界廣泛使用的開(kāi)發(fā)框架和集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，便于學(xué)生實(shí)習(xí)或就業(yè)時(shí)更快融入企業(yè)團(tuán)隊(duì)。

四、CDIO教育模式的企業(yè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、技術(shù)遞進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程依據(jù)CDIO教育理念，分別在構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作四個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。CDIO教育模式是以企業(yè)項(xiàng)目研發(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、技術(shù)知識(shí)綜合運(yùn)用的方式進(jìn)行教學(xué)實(shí)施的學(xué)習(xí)模式。在Web前端設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、集成框架配置、編寫(xiě)代碼、測(cè)試維護(hù)等工程實(shí)踐能力方面進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，逐步提升學(xué)生自我學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新實(shí)踐的能力[5]。

1.CDIO教育理念教學(xué)設(shè)計(jì)

構(gòu)思階段:①學(xué)生分組，按照Web技術(shù)知識(shí)側(cè)重，將學(xué)生進(jìn)行分組并對(duì)項(xiàng)目初步分工，指定實(shí)踐動(dòng)手能力較高、組織協(xié)調(diào)能力較強(qiáng)的成員擔(dān)任組長(zhǎng)。②確定課題，組內(nèi)成員通過(guò)討論分析、查閱資料、教師指導(dǎo)等途徑確立階段項(xiàng)目課題。③需求分析，圍繞實(shí)際問(wèn)題和用戶需求進(jìn)行分析，組員共同討論編制項(xiàng)目需求分析報(bào)告書(shū)。

設(shè)計(jì)階段：①功能設(shè)計(jì)，遵照軟件工程理論方法，組員在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)項(xiàng)目需求報(bào)告，協(xié)商分析、不斷完善，確立階段項(xiàng)目的功能框架。②數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，學(xué)生通過(guò)對(duì)Access、MySql、SQLServer等數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的學(xué)習(xí)，選定階段項(xiàng)目所采用的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型構(gòu)建。③原型設(shè)計(jì)，通過(guò)JSP技術(shù)、CSS技術(shù)、JQuery UI技術(shù)及SSM框架技術(shù)的學(xué)習(xí)，在項(xiàng)目的整體架構(gòu)、前端頁(yè)面展現(xiàn)、文字及顏色樣式設(shè)置等方面進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。

實(shí)現(xiàn)階段:①數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，選用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)階段項(xiàng)目需求的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括數(shù)據(jù)表、索引、關(guān)鍵字、觸發(fā)器等的創(chuàng)建。②原型實(shí)現(xiàn)，利用NotePad、Eclipse等開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行Web系統(tǒng)前端頁(yè)面的制作，包括首頁(yè)、導(dǎo)航、模板頁(yè)的制作，綜合運(yùn)用HTML+DIV/JS+CSS技術(shù)對(duì)頁(yè)面文字、顏色的搭配等模板內(nèi)容進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。③代碼實(shí)現(xiàn)，利用集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，依據(jù)功能設(shè)計(jì)報(bào)告，統(tǒng)一進(jìn)行開(kāi)發(fā)框架的配置訓(xùn)練，然后按照組內(nèi)任務(wù)分工逐一實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的代碼編制。④測(cè)試維護(hù)，小組負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)各組員將各自開(kāi)發(fā)的子系統(tǒng)統(tǒng)一起來(lái)，按照事先設(shè)計(jì)的接口規(guī)范進(jìn)行整合。

運(yùn)作階段:①系統(tǒng)測(cè)試，在系統(tǒng)整合上線之前，對(duì)系統(tǒng)各部分功能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)不斷調(diào)試優(yōu)化，直至系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)并穩(wěn)定上線運(yùn)行。②撰寫(xiě)項(xiàng)目報(bào)告，學(xué)生根據(jù)軟件工程的開(kāi)發(fā)規(guī)范進(jìn)行項(xiàng)目報(bào)告的編寫(xiě)，并對(duì)自我的階段項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)分析歸納。③考核評(píng)價(jià)，教師根據(jù)學(xué)生平時(shí)考勤、任務(wù)完成進(jìn)度、組內(nèi)互評(píng)、項(xiàng)目答辯、期末考核確定學(xué)生的課程最終成績(jī)。

表1 Web技術(shù)遞進(jìn)階段項(xiàng)目分解

2.技術(shù)遞進(jìn)的階段項(xiàng)目設(shè)計(jì)

按照技術(shù)遞進(jìn)路線圖設(shè)計(jì)農(nóng)資公司W(wǎng)eb管理系統(tǒng)，階段項(xiàng)目及遞進(jìn)技術(shù)的分解和組合詳見(jiàn)表1。

技術(shù)遞進(jìn)的階段項(xiàng)目設(shè)計(jì)，將課程知識(shí)內(nèi)容按照不同的難易程度進(jìn)行組合并分散在不同的子項(xiàng)目中，各項(xiàng)目間又相互聯(lián)系，便于學(xué)生更自由地進(jìn)行拓展訓(xùn)練。各階段項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程依據(jù)CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

3.考核評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

CDIO教育理念遵從的評(píng)價(jià)方式是不同能力應(yīng)有相應(yīng)的評(píng)價(jià)考核方式，我們通過(guò)Java Web技術(shù)遞進(jìn)階段子任務(wù)進(jìn)行考核，分別在學(xué)生的專業(yè)知識(shí)能力、編碼規(guī)范能力、解決問(wèn)題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力等方面進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，這種多元化的考核方式更能全面地反映一個(gè)學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的掌握程度，評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀公正。

CDIO教育理念在《Java Web程序設(shè)計(jì)》課程的成功引入，在技術(shù)遞進(jìn)、企業(yè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的分階段實(shí)施下，學(xué)生在分析解決問(wèn)題、代碼編制、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、技術(shù)創(chuàng)新等方面都顯著提升。學(xué)生在整個(gè)教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中不但拓寬了程序開(kāi)發(fā)的知識(shí)面，同時(shí)對(duì)軟件工程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理等方面知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解和掌握。通過(guò)引入企業(yè)項(xiàng)目的“學(xué)中做”“做中學(xué)”“做學(xué)合一”的實(shí)踐教學(xué)方式，避免了技術(shù)理論與實(shí)際動(dòng)手脫節(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。學(xué)生親自設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試運(yùn)行，自學(xué)能力和自信心得到極大的提升，同時(shí)也提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維能力、人際交往能力、協(xié)作創(chuàng)新能力。