融入CDIO理念的计算机专业毕业设计

李贯峰　李萍　秦飞舟

摘要：为提升计算机专业毕业设计的教学质量，将CDIO模式引入到计算机专业毕业设计教学中来。文章分别从设计选题、时间安排、教学过程、毕业设计评价等几个方面提出应对措施，让学生以主动的、实践的和课程之间有机联系的方式，按照构思、设计、实现和运作4个阶段开展毕业设计。

关键词：CDIO；毕业设计；计算机专业；教学改革

0 引言

高等教育的大众化促进了人才评价标准的转变，社会对人才的需求正在从注重学历、学位，向注重能力和素质的方向过渡。高校毕业生的能力和素质培养，已经成为提高人才培养质量的关键。而本科毕业设计是检验学生综合水平和实际应用能力的一种方式，也是学生取得毕业及学位资格的依据，因此，高质量的毕业设计是提高学生综合能力和专业素质的重要途径。

计算机专业是一个理论与实践相结合的、极具工程背景的专业。计算机专业的毕业设计大多除了要求学生写出论文外，还要求学生实现一个软件或硬件系统。这种设计是实现专业人才培养目标的综合I生实践教学环节，也是培养学生运用本学科的基本理论和专业知识，提高分析和解决工程实际问题的能力、独立工作的能力和创新意识的重要途径，更是对学生能力和素质的全面检查。因此，深入研究计算机专业毕业设计教学对于提高毕业生综合能力和工程素质有着重要作用。

1 CDIO工程教育模式

由麻省理工学院、瑞典皇家工学院等4所大学研究创立的CDIO工程教育模式是国际高等工程教育改革的新成果。CDIO以产品研发到产品运行的过程为载体，让学生以实践的、主动的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这4个层面上达到预定目标。

2 基于CDIO的计算机专业毕业设计教学改革

2.1 基于CDIO的毕业设计教学模式

建立高水平的教学方法与模式是高校教学设计的核心任务，为保证毕业设计改革的合理性和科学性，我们将CDIO理念融合在计算机毕业设计教学目标、教学过程、教学评价与教学环境的全过程中。从教学执行时间、教学模式、教学内容与组织、教学评估等方面对毕业设计进行改革，改革后的教学模式如图1所示。根据社会对计算机人才的具体需求，结合计算机软、硬件系统的设计开发过程和基本原理，形成一个以计算机基础知识和程序设计实践为一体的本科学习团队的整体培养机制。我们将CDIO能力大纲与计算机专业的人才培养特点相结合，全面均衡地提高计算机专业学生的创新能力和职业素质。

2.1.1 采用面向能力培养，强调“学生为中心，教师为引导”的建构主义教学模式

改变目前的“导师命题一学生选题”的毕业设计模式，充分强调整个毕业设计过程中以学生为主体的理念。毕业设计题目的确定是一个复杂的过程，题目的设置既要反映学生综合应用专业知识的能力，又要体现出计算机专业工程背景的特点。因此，选题时教师应尽量满足学生就业岗位的需求，并结合学生大学所学习的专业课程。一方面，学生可以根据他们在企业实习中发现的实际工程问题或指导教师的相关科研课题，提出毕业设计研究方向和题目，再由指导教师审核确定题目。另一方面，指导教师应适当考虑学生的兴趣和爱好，启发、引导学生研究具有实际应用价值的课题；学生通过调研、阅读文献等手段对课题的发展方向和研究内容有了深入了解后，再确定毕业设计题目。将具有应用价值和明确工程背景的题目作为毕业设计题目，不但可以提高学生毕业设计的积极性，而且有助于学生胜任未来相关技术岗位和工作。

CDIO工程教育理念强调工程系统的实践能力，因此，在毕业设计教学过程中采取“内引外联”双导师制度的指导方式。首先，鼓励导师组织学生参与导师的科研项目、大学生实践创新训练计划、各类多级别的学科竞赛等，提高学生实战动手能力；其次，构建开放培养平台，与企业建立横向联合，让企业工程师与学校导师共同指导毕业设计，加强工程实践教育，缩短学校理论教学与企业实际需求的距离。学生通过工程实践可以了解计算机相关项目的开发过程，学习工程师的宝贵经验，从而提升自身的综合能力和工程素质。

CDIO工程教育理念强调人际和团队协作能力，这与大型计算机系统开发依靠团队协同完成的开发模式是一致的。在毕业设计中，学生以课题小组的形式开发应用系统，小组成员各自分工不同，成员发挥各自的认知特点，相互沟通、帮助以实现小组成员的共同目标。学生在拿到设计任务之后，经过认真的分析、思考，制订出一套解决方案，供组内成员讨论。教师定期组织学生进行小组讨论，学生先介绍自己的思路、工作进度和任务完成情况，然后共同讨论知识难点，在协作学习的氛围内探究问题最佳的解决方案。另外，学生完成阶段任务之后，小组成员包括教师要对任务的完成情况进行评价，评价结果可以作为毕业设计评价的依据。

从选题、构思到团队分组等过程全部由学生自主完成，教师应尽量以启发的方式给予合理化建议，辅助学生完成毕业设计，而不再是保姆式的监督、纠正和修改学生毕业设计中的所有问题。

2.1.2 以产品过程为导向，设计教学内容与教学组织

工程教育一定是以应用为目的、以产品/结果为目标、以工程过程（即问题解决过程）为教学组织主线、以“理论+经验”的“做中学”为教学模式的一种教育。基于CDIO理念的毕业设计教学流程主要分4个阶段，导师应指导学生参与毕业设计教学流程中的每一个过程。

（1）构思（C）阶段。确定题目和开题，即在确定毕业设计课题、分组与调研方案后，给学生下达毕业论文设计任务书，并让学生提交开题报告，准备进入实质性设计阶段。设计任务书规定了设计题目、要求完成的主要内容、使用的开发工具、成果提交形式及完成日期等。

（2）设计（D）阶段。学生应在导师帮助下掌握计算机软、硬件系统设计的相关理论和方法。计算机相关的开发不仅仅是编程，还包括可行性分析、需求分析、概要设计、详细设计等过程。需求分析是毕业设计过程中的关键过程，此阶段的任务是确定系统的目的、范围、定义和功能，需要团队成员多次调试、讨论。设计阶段应完成对系统的体系架构、模块划分、接口规范、开发工具及任务分配等的明确说明，并提交相关设计说明书等资料。学生应在导师的指导下不断完善构思与设计，提高毕业设计质量。endprint

（3）实现（I）阶段。即把设计的内容转化为实际的软、硬件系统，包括编码、调试、测试等过程。在编码阶段主要是让学生养成好的开发习惯，保证代码的结构化、可读性和可移植性；及时进行模块测试，写出测试计划，提交测试分析报告。此外，这一阶段教师还要做好毕业设计评估工作中对毕业设计工作的中期检查，完成中期报告。除了阐述设计思路、工作原理、关键技术外，教师还要参照任务书检查已完成的任务、尚需完成的任务、存在的问题、解决方法等，同时对毕业设计工作进度给予评价。教师通过中期检查及时发现并纠正存在的问题，督促学生按任务书中的要求和时间进度完成工作。

（4）运作（O）阶段。此阶段需要导师引导学生总结设计工作，撰写论文。要求学生掌握论文的写作规范及写作要素，同时要求导师对论文提出书面修改意见，并督促学生修改完善。毕业设计答辩流程采取分级审核制，也就是导师初审、预答辩小组会审、正式答辩小组终审的分级审核和学院备案的制度。导师应该根据毕业设计过程中学生的表现和平时成绩，决定是否给予学生预答辩资格。学生通过预答辩熟悉答辩程序后，及时发现并修改设计及论文的不足，预答辩小组决定是否给予学生正式答辩的资格。答辩采用项目验收的形式，答辩人利用PPT介绍设计工作的内容和完成情况，现场运行和查看源代码，并接受教师提问。最后学院对答辩结果进行抽样调查以核查成绩是否公平合理，并设计复评制度，必要时可以复审。

2.2 基于CDIO的毕业设计实施过程

重新设计的本科毕业设计实施过程如图2所示。该做法将毕业设计时间提前，避免传统毕业设计时间与学生就业时间的冲突，以缓解毕业生的双重压力。学生在学校也有充足的时间查询资料、编写代码、调试系统、撰写论文、准备答辩等。

（1）引导阶段。改变毕业设计起始时间，从大三上学期即可进入毕业设计引导阶段。基于学生已学习了本科阶段的主要基础课程，教师首先要对所有学生介绍毕业设计的重要性、必要性、执行流程、如何选题、如何开展等情况，并特别强调毕业设计的评价标准，使学生对毕业设计有初步的认识。然后，学生可根据自己的兴趣、爱好广泛查阅相关资料，了解研究、设计的方向，在学期末提交一份总结报告。引导阶段主要培养学生综合分析问题、调研、检索网络资料和查阅文献的能力。

（2）选题阶段。大三的下学期进入选题阶段。选题过程可由学生先行提出毕业设计题目、方向，再由教师审核创新性、可行性，教师亦可以通过启发、引导的方式提出课题方向，必要的时候教师要给予技术支持和演示。选题阶段主要培养学生发现问题的能力。

（3）执行阶段。大四上学期是毕业设计的执行阶段。经过了缜密的选题阶段，教师需引导学生综合运用所学的专业知识，包括算法设计、数据库设计、软件开发方法、程序编写、界面的美化、程序调试等，实现毕业设计。这个阶段主要培养学生解决问题的能力。

（4）总结阶段。大四下学期，学生开始整理文档、撰写论文、准备答辩，教师要督促学生写出系统测试分析报告，同时让学生整理完善计算机软件设计说明书、用户手册、操作手册等文档。这个阶段主要培养学生的软件文档编制和编写材料的能力，进一步提升学生的软件设计与开发能力。

2.3 基于CDIO的毕业设计教学评价标准的制订

CDIO教育模式评价标准（标准11）的核心是能力的培养，能力本位的观点贯穿于毕业设计的全过程。为确保能力评价过程的合理性和有效性，评价标准采用不同的方式和手段评价不同的能力：

（1）评价的理念应强调学习过程，力求知识与能力的协调统一。学生的知识掌握与能力的建立是通过整个毕业设计教学环节活动获得的，评价以“过程”为基础开展，关注知识、技能的学习过程，关注实践环节及工程应用的能力。评价不能像传统评价模式那样只集中在毕业设计答辩环节。毕业设计过程中，学生的文献检索、网络使用能力，团队合作中的协同能力，困难问题的处理能力，专业技能的积累能力，论文撰写能力等都是评价学生毕业设计质量不可忽略的依据。

（2）评价的功能应关注工程实际，把握需求与个性特点的有机结合。由于学生的设计题目多来自企业实际，因此，对学生能力的评价不仅要来自学校指导教师和学生团队，也要来自企业导师。对学生工程意识的建立、工程实践的能力和产业经验的评价，企业导师拥有最大的发言权。引人CDIO模型后，评价的功能应由侧重成绩“优差”转向侧重学生的个性特点。学生的个性特点包括品德、兴趣、特长、能力等方面，品德表达了为什么干，兴趣表达了想干什么，特长表达了会干什么，能力表达了能干什么。因此，毕业设计评价应关注学生的个性特点，强调评价的针对性、情景性与真实性。

（3）评价的标准与方法应体现革新，突出主动性与阶段性的特点。评价标准是实施CDIO教育的关键，我们根据CDIO教学理念对人才的要求，提出对毕业设计教学的评价从专业技术知识、动手实践能力、创新能力、团队协作能力4个方面进行评价，相应地制订多元化、多层次、可供组合的毕业设计质量评价标准与指标，并将评价机制贯穿于整个毕业设计过程中。专业知识评价用来衡量学生对基础理论知识、核心工程技术的掌握程度；实践能力评价主要考核学生运用知识解决实际问题的能力；创新能力评价用来评估学生的工程分析、推理和创造性设计的能力；团队协作能力评价记录整个设计过程中团队分工、交流、协调、合作的具体内容，并据此对团队协作能力进行评价。以“分阶段任务式”的方式进行评价，摒弃传统观念造成的模式化操作过程。对计算机专业毕业设计内容而言，可行性分析、需求分析、系统设计、系统实现及测试等完整的工程过程是毕业设计成果质量的基本保证，应从制度上要求对毕业设计各分阶段进行严格检查，对学生的调研报告、开题报告、中期检查、软硬件系统设计、论文撰写、答辩等阶段实现全程监控，保证毕业设计高质量的完成。

（4）评价的过程应呈现多维度，要求客观、公开地反映评价结果。毕业设计评价过程有时会因为不同评审人员采用的指标评价体系不同、毕业设计各类属性值与指标权重值的不同源性而失去客观性。为加强评价过程的客观性，在评价过程中力求多人员、多层次、多维度地开展评价工作，如毕业设计评价由指导老师、评阅老师和答辩小组综合制订。校内指导教师主要侧重学生设计阶段的评价，企业指导教师主要侧重工程意识建立、工程实践能力的评价，评阅教师主要侧重论文文本规范性的评价，答辩小组主要侧重答辩时学生的表现和系统演示的效果以及项目指标、功能、性能完成情况等的评价。还可以利用常用的评价方法，如层次分析法、模糊层次分析法等建立本科毕业设计质量评价系统，加强评价过程的客观性。在对每个方面的评价过程中，评估结果要体现客观定量与主观定性的结合。毕业设计评价要客观透明，评分机制要具有操作性和科学性。另外，毕业设计评价最后要进行审核，以提高毕业设计结果的权威性。

3 结语

笔者以CDIO工程教育理念为指导，基于对教学本质的理解，结合计算机专业的工程教育特点，分析和梳理了计算机专业毕业设计的全过程，对毕业设计选题、时间安排、教学过程以及毕业设计评价等几个方面进行了教学改革，按照构思、设计、实施、运行4个环节开展毕业设计，并将改革模式应用于宁夏大学计算机专业毕业生，取得了较好的效果，为计算机类专业的毕业设计教学改革提供了一种切实可行的教学模式。未来我们将在毕业设计的教学组织、实施过程等方面进一步改进和完善，使该模式更科学、合理，切实提高计算机专业毕业设计教学的质量。

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（编辑：彭远红）endprint