基于CDIO项目学习的计算机专业课程群建设

吴 爽，王春艳

(长春师范大学计算机科学与技术学院，吉林长春 130032)

1 CDIO项目工程教育模式的发展背景

CDIO工程教育模式是美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学的跨国研究成果。CDIO分别代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)的首字母缩写，是面向实际的产品、过程、系统生命周期的工程教育方法。CDIO模式将工程职业实践环境作为工程教育环境，在教育环境中不断培养人的工程能力、职业道德、学术知识和综合运用知识解决问题能力、终生学习能力、团队工作能力、交流能力和大系统掌控能力。

从2005年起，CDIO工程教育模式被引入中国。我国工科教育的迫切任务是尽快培养与国际接轨的工程师，然而我国部分高校工科教育在实践中还存在不少问题，例如重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新的培养等。

CDIO教学大纲与联合国教科文组织提出的未来教育四大支柱(学会认知、学会做人、学会做事、学会合作)有很好的契合性。CDIO标准要求依照教学大纲给予学生知识、能力和素质培养的双重效应(一体化培养)[1]。CDIO工程教育模式在培养内容、课程体系、教学方法和评估标准等各个方面是一个整体。

2 基于CDIO项目学习的指导思想

人类处理的大量复杂信息，我们称之为“面”。基于人类认知能力水平和接触程度，往往会把这些复杂信息按照不同特征和性能划分为若干较为简单的“块”或“点”，每个被分出来的“块”被看成是一个“粒”。“粒”是指一些个体通过不分明关系、相似关系、邻近关系或功能关系等所形成的“块”，我们称这种处理信息的过程为“信息粒化”。

计算机专业作为一门工科学科，是研究计算机的设计、制造和利用其进行信息获取、存储表示、处理控制等方法和技术的学科。本专业的学生应具有良好的科学研究和工程实践能力，能够掌握计算机系统分析与设计的基本方法，能够应用所学知识分析和解决实际问题，并具有研究开发的基本能力。

国内很多高校针对各自学科和专业的特点，对CDIO教学模式进行了基于中国国情的改良，收到了实际的效果。我校计算机学院在具体执行过程中，将计算机专业中具有相关性或一定目的的不同课程编排到一起，组成一个“群”。通过CDIO工程教育模式，学生完成具有特定目标的项目学习实践。本科生经过大学一年级的基础课程学习后，采取导师制对学生的专业学习和辅导进行监督和细分管理。从大一下学期开始，教师开始指导学生开展课程设计与开发，同时设置课外活动设计与组织开发实践。在大三时将毕业设计选题作为项目选题供学生自主选取，每个选题配有一名指导教师(导师)全程指导，在大三下学期组织学生进行专业实习。各选题项目以学生的毕业论文为最终成果，鼓励学生参加导师的科研实践和与专业相关的重要赛事和能力竞赛，使学生能够得到CDIO工程模式实践训练。

3 基于CDIO项目学习的计算机专业课程群实施策略

计算机专业课程群建设的基本思想来源于信息粒化。我们将具有相关性或一定目的的不同课程编排在一起，进行系统学习和讲授。CDIO全部项目学习分为五个等级,即课程设计项目、学科竞赛项目、综合实践项目、创新创业项目和毕业设计项目，同时设置了跟踪和监控这五个等级项目的环节，即课程教学环节、学科竞赛评审环节、实践教学环节、课外教学环节和校外实践环节。

学院实施一体化、专业化的人才培养方案，根据人才培养的总目标，将课程体系、项目课题进行划分。课程体系由单门课程和课程群构成，与CDIO全部项目的五个等级项目相对应。项目课题按照进度,跟随课程体系，达到专业人才培养一体化进程。人才培养总体目标与课程群体系架构如图1所示。

通过项目实践设计的方式,将知识和实践技能相关联的课程知识有机地结合起来。学生经过系统化、专业化、规范化的学习实践，在未来工作岗位中可以做到“胸有成竹”。

3.1 课程群建设的历程和方案

在大学的课程设置上，学院的课程是以课程群的形式进行设置的，涉及的专业有工学、管理学、文学和外语等学科，分为公共课、专业基础课、专业实践课、综合设计实践课等部分。

课程群建设一般由同一专业的4～6门系列梯度课程组成，其中有1门以上的课程为专业基础课程。课程内容和知识架构之间有机紧密联系，从知识的横向广度与纵向深度两方面有序融合，按照一定的结构组成统一的课程群整体。课程群建设在纵向课程教学内容中具有一整套完备的课程体系，在横向专业知识面具有一定的知识跨度。课程群间设置先修课程和后续课程，作为重要“接口”的并行课程设置尤为重要，在实际的工程教学实践中起到“承上启下”的衔接作用。

3.1.1 通识与基础性相结合，弱化课程个性概念

CDIO教育模式强调学生知识能力的综合性培养，理工科学生在基础课程中普遍缺乏人文学科、社会科学和交往教育等通识学习，导致他们在项目设计和未来的工作中出现各种各样的问题。因此，学院在课程群建设的过程中注重专业基础课程与通识教育的结合、文科与理科课程的融合，打造理工科学生在专业基础知识和团队合作能力等方面的综合提升。

3.1.2 特色与创新性相结合，突出课程教学结果

在计算机课程中信息技术与课程关联密切，因此在教学中应更加注重学生信息处理和运用能力的培养，学院将社会发展中的最新技术和手段引入课程教学，运用“高校云平台”“互联网+教育”等方式，将学科特色与最新的信息技术成果相结合，扩大学生的知识面，开阔他们的视野，鼓励学生发挥自我学习意识和创新精神。

3.1.3 渗透与互补性相结合，强化融合交叉关联

基于CDIO项目学习的课程群之间的相互联系，设置先修(前驱)课程和后继课程，使课程间知识体系相互渗透，知识结构融合紧密。

3.1.4 层次与延续性相结合，凸显共性技能服务

CDIO工程教育模式是以从产品研发到产品运行的生命周期为载体，产品生命周期过程中的每个阶段具有逐层递进的关系。各课程群间在纵向梯度上具有层次性，同时整个大学本科的专业课程体系在各学年又是延续、统一的。课程群建设实施的最终目的是突出各课程所蕴含的技能定位。

3.2 课程群建设的内容

3.2.1 确立课程群的培养目标

课程群依托本专业的培养目标，培养具有“实用化、创新化、个性化”的高素质人才，力求通过教育使学生掌握技术知识和学习能力，培养学生严谨的治学态度与习惯，创造自身价值，最终实现个人的职业理想。

3.2.2 完善课程体系与课程建设

基于CDIO项目学习的课程群是一体化的课程与实践体系，要给学生提供一种学习经验，让学生学到相互支持的各种专业知识，提升和构建学生的个人能力、人际交往能力以及产品、流程、系统的建造能力。当各课程内容和学习效果之间有明确的关联时就可以认为课程间是相互支持的，课程群内部对接关系如图2所示。课程设计和毕业设计要求学生掌握专业性的知识课程，完成从知识体系、能力体系到课程体系的完美塑造。

3.3 提高教师团队的合作能力、工程实践和系统开发的CDIO能力

学校应有计划地提高教师个人能力和集体工程实践能力。长春师范大学的“双千”工程支持教师到国内外各知名高校进修学习，人事处师资培训部门定期组织全校教师进行网络在线学习。2016年9月18日按照高等学校学术委员会等相关职能部门的要求，长春师范大学成立了教师教学发展中心指导委员会，全面开展教师教学技能的培训活动，提高教师的工程实践能力。

教师要在CDIO项目教学中潜心研究自己的教学课程、教学方法和教学效果，通过不断反思和回顾，制定可行更加完善和细化的培养方案。可通过以下方式来提高教师的各项能力：(1)教师利用假期或教学实习到工业现场、公司去考察学习或工作；(2)教师与工厂、公司的一线人员在科研和教学项目中进行合作；(3)学校把工程经验作为聘用和提升教师的考核条件，将“双师型”教师作为重要指标；(4)在学校的教学活动中开展专业开发竞赛和实践展示活动。

4 教学实验结果对比

对长春师范大学计算机科学与技术(软件)学院的计算机本科专业学生和国际交流学院的计算机科学与技术(中外合作办学)专业学生在本科教学过程中进行了基于CDIO项目学习的对比教学实验，从近两年本科毕业生的专业度和就业去向两方面进行了实验结果分析。

基于CDIO项目学习的计算机专业学生在毕业后更倾向于从事本专业和相关专业的工作(图3)。计算机科学与技术(中外合作办学)专业教学中由于教学内容和比重的设置不同，学生未经过系统性的基于CDIO项目的专业课程群学习，在毕业后从事本专业的人数比例相对减少(图4)。

时至今日，CDIO工程教育模式被引入中国已有十年之久。我们需要在实践中不断地总结和回顾，汲取优秀的经验和成果，力争将我国高校的理工科教育教学与国际化接轨，全面提升高等教育质量。