CDIO工程教育模式下的主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)——以“Java程序設(shè)計(jì)”課程為例

姜大志

（汕頭大學(xué)工學(xué)院計(jì)算機(jī)系, 廣東 汕頭 515063）

CDIO工程教育模式下的主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)
——以“Java程序設(shè)計(jì)”課程為例

姜大志

（汕頭大學(xué)工學(xué)院計(jì)算機(jī)系, 廣東 汕頭 515063）

Java程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是當(dāng)今軟件開(kāi)發(fā)的主流語(yǔ)言，也是計(jì)算機(jī)軟件類(lèi)專業(yè)的學(xué)生必須掌握的一門(mén)基礎(chǔ)性面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言。在大多數(shù)高校中，Java課程已成為計(jì)算機(jī)軟件類(lèi)專業(yè)教學(xué)的骨干課程之一，其教學(xué)效果直接影響IT人才的培養(yǎng)質(zhì)量。結(jié)合“CDIO”工程教育模式，以主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)的方式對(duì)汕頭大學(xué)《Java程序設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，增強(qiáng)職業(yè)能力，培養(yǎng)合格的軟件工程師。

Java程序設(shè)計(jì)；CDIO工程教育模式；教學(xué)改革

CDIO工程教育模式是由麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)通過(guò)4年的研究、探索與教學(xué)實(shí)踐建立起的一種基于工程教育的先進(jìn)教學(xué)模式，是一項(xiàng)關(guān)于國(guó)際工程教育改革的新型教育模式與成果，其中C、D、I和O分別代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）。CDIO教育模式貫穿產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期，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。在能力要求方面，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4個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這4個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)［1-3］。

《Java程序設(shè)計(jì)》是一門(mén)理論性與實(shí)踐性并重的課程，目前很多高校把Java課程作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)性課程，筆者依據(jù)以前的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及與同行間的交流，總結(jié)該課程存在：（1）課堂教學(xué)方法陳舊，以理論與語(yǔ)法教學(xué)為主，限制了學(xué)生的思維；（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法薄弱，實(shí)踐能力沒(méi)有得到充分培養(yǎng)；（3）學(xué)生的能力評(píng)估方法不足，理論考核的方式過(guò)于片面地評(píng)估學(xué)生的能力等問(wèn)題。基于上述問(wèn)題，很多高校在其教學(xué)方法方面做出改革與改進(jìn)。如采用基于案例的教學(xué)方法［4］或者項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法［5］來(lái)輔助課堂教學(xué)，學(xué)生在此過(guò)程中雖受到一定的項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，但是在團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、工程認(rèn)知、企業(yè)需求和環(huán)境認(rèn)知等方面還是有一定的欠缺。作為一種優(yōu)秀且新穎的工程教育模式，CDIO已被一些學(xué)者應(yīng)用到Java課程的教學(xué)改革中來(lái)［6-8］，雖然能發(fā)揮一定的作用，但主要是在宏觀的層面借用CDIO的概念、模仿其過(guò)程，并沒(méi)有在細(xì)觀和微觀的層面貫徹和落實(shí)CDIO教育模式。

基于此，在汕頭大學(xué)《Java程序設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們貫徹CDIO的核心精神，以CDIO過(guò)程為主導(dǎo)，以主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的方法使所學(xué)和所需相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)把學(xué)生培養(yǎng)成為有專業(yè)技能、有社會(huì)意識(shí)和適合軟件企業(yè)多種工作性質(zhì)的軟件專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

一、CDIO工程教育模式下主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)

（一）學(xué)習(xí)目標(biāo)

在CDIO的教學(xué)模式下，《Java程序設(shè)計(jì)》的學(xué)習(xí)目標(biāo)由兩個(gè)部分組成，一個(gè)是技術(shù)目標(biāo)，另一個(gè)是CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)。

技術(shù)目標(biāo)主要是學(xué)生在課程中所需要掌握技術(shù)的具體要求，由9個(gè)方面組成：1、具有需求分析文檔、設(shè)計(jì)文檔和使用說(shuō)明文檔等的編輯能力；2、探索系統(tǒng)的理解分析、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和實(shí)際運(yùn)行效果之間的綜合影響；3、掌握Android平臺(tái)手機(jī)開(kāi)發(fā)方法、掌握Eclipse平臺(tái)開(kāi)發(fā)方法；4、應(yīng)用系統(tǒng)建模工具進(jìn)行系統(tǒng)的初步建模；5、應(yīng)用面向?qū)ο蟮乃枷雭?lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)；6、使用多線程技術(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)效率；7、分析面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)與面向過(guò)程設(shè)計(jì)方法的異同；8、分析軟件構(gòu)件的過(guò)程中所遵循的編碼設(shè)計(jì)原則，說(shuō)明編碼設(shè)計(jì)原則給系統(tǒng)構(gòu)建帶來(lái)的作用；9、分析系統(tǒng)構(gòu)思與系統(tǒng)設(shè)計(jì)之間不一致性以及產(chǎn)生的原因。

CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識(shí)與推理能力，個(gè)人能力、職業(yè)能力和態(tài)度，人際交往能力以及在企業(yè)和社會(huì)環(huán)境下構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行系統(tǒng)的能力。在CDIO能力培養(yǎng)方面，《Java程序設(shè)計(jì)》課程在4個(gè)大層次的26個(gè)微觀層次上建立了培養(yǎng)目標(biāo)，目標(biāo)矩陣如表1所示。

（二）主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)

主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)方法要求學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中，以完成一個(gè)具體的項(xiàng)目（任務(wù)）為主要線索。其具體實(shí)施步驟是學(xué)生自主地提出一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目把教學(xué)內(nèi)容隱含在其中，經(jīng)過(guò)可行性驗(yàn)證之后進(jìn)行自主、自治的項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)。這種學(xué)習(xí)方法不僅深化了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，從而真正有效地掌握知識(shí)，而且在最大程度上培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

結(jié)合CDIO基本思想，主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)的實(shí)施過(guò)程主要由以下6個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的基本環(huán)節(jié)和1個(gè)綜合的反思環(huán)節(jié)組成：

環(huán)節(jié)I：課程理論教學(xué)，其中包括Java開(kāi)發(fā)工具介紹與環(huán)境配置、Java語(yǔ)言基礎(chǔ)講授、用Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)算法（與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合）以及Java相關(guān)的新技術(shù)介紹；環(huán)節(jié)II：項(xiàng)目目標(biāo)下達(dá)與學(xué)生組隊(duì)；環(huán)節(jié)III：系統(tǒng)構(gòu)思，其中包括各小組項(xiàng)目目標(biāo)分析與確立、項(xiàng)目可行性分析、項(xiàng)目預(yù)算與成本分析（預(yù)算、耗材、人員配置和軟件資源）和項(xiàng)目報(bào)告會(huì)I（系統(tǒng)分析及其創(chuàng)意分析與評(píng)估）環(huán)節(jié)IV：系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要工作包括制定開(kāi)發(fā)方案、制定開(kāi)發(fā)計(jì)劃以及項(xiàng)目報(bào)告會(huì)II（項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案評(píng)估、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估）；環(huán)節(jié)V：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，由系統(tǒng)重構(gòu)、項(xiàng)目報(bào)告會(huì)III（中期檢查）兩個(gè)環(huán)節(jié)組成；環(huán)節(jié)VI：運(yùn)行與評(píng)估，主要包括系統(tǒng)驗(yàn)收與測(cè)試、項(xiàng)目報(bào)告會(huì)IV（系統(tǒng)展示、系統(tǒng)成本分析、系統(tǒng)盈利分析、為我最喜愛(ài)的項(xiàng)目投票）和評(píng)估（學(xué)生自評(píng)、同組者評(píng)估、不同組者評(píng)估）。

表1 《Java程序設(shè)計(jì)》課程的CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)矩陣

（三）環(huán)節(jié)保證

與傳統(tǒng)的模式不同，CDIO以工程化的角度確定了培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)以一種明晰的方式刻畫(huà)出合格的工程師所應(yīng)該具備的能力，因此在課程教學(xué)改革的過(guò)程中必須明確某一門(mén)課程服從了哪些標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)了學(xué)生哪些能力，這就是制定CDIO能力培養(yǎng)矩陣的原因。但是有了能力培養(yǎng)矩陣，如何在教學(xué)過(guò)程中有效實(shí)現(xiàn)能力矩陣所設(shè)定的能力是一個(gè)更為關(guān)鍵的問(wèn)題。因此我們采用主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)中提出的實(shí)施過(guò)程中的6個(gè)環(huán)節(jié)，依據(jù)實(shí)施環(huán)節(jié)與CDIO的相通之處，創(chuàng)造性地提出了環(huán)節(jié)保證矩陣來(lái)說(shuō)明我們是如何實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)目標(biāo)的。

從表2可以看出，6個(gè)環(huán)節(jié)覆蓋了表1的能力培養(yǎng)矩陣。新型的教學(xué)模式在一定程度上弱化了課堂理論教學(xué)，而更加注重基于項(xiàng)目的教學(xué)與研討環(huán)節(jié)（環(huán)節(jié)III-VI）。此外在三個(gè)環(huán)節(jié)IV-VI中，學(xué)生將有機(jī)會(huì)在項(xiàng)目過(guò)程中深刻體會(huì)課程中的專業(yè)技術(shù)知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，加深理解。

二、課程的特色與效果

本課程在保持了傳統(tǒng)高校培養(yǎng)Java人才的能力要求（Java基本編程能力、Java編輯工具的使用、測(cè)試與調(diào)試）同時(shí)具有以下特色：（1）以CDIO為核心指導(dǎo)思想，以主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)為主要手段的教學(xué)方法具有一定的科學(xué)性和先進(jìn)性。（2）學(xué)生依據(jù)項(xiàng)目的要求查找自己所需的各類(lèi)資料，提煉并組織可用信息，設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案，自我主導(dǎo)實(shí)施過(guò)程，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，不僅有效地激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，而且初步培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新素養(yǎng)。（3）學(xué)生向大家展示自己的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)成果，鍛煉了學(xué)生自我表現(xiàn)能力和交流能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。另外以學(xué)生自身為主體的教學(xué)方式有較強(qiáng)的互動(dòng)性，改善了課堂環(huán)境，提高了課堂效率，深化了教與學(xué)的效果。（4）主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式改變了過(guò)去由老師主講學(xué)生被動(dòng)接受的局面，確立了學(xué)生的主導(dǎo)地位，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，挖掘并培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和創(chuàng)新意識(shí)，有效提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。

為了對(duì)CDIO工程教學(xué)模式下主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的教學(xué)實(shí)踐效果進(jìn)行調(diào)查與驗(yàn)證，筆者對(duì)汕頭大學(xué)計(jì)算機(jī)系學(xué)生（2006、2007、2008和2009級(jí)）進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查。調(diào)查問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，有92%的學(xué)生認(rèn)為改革后的《Java程序設(shè)計(jì)》課程實(shí)現(xiàn)了該課程預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)目標(biāo)；96%學(xué)生認(rèn)為改革后的課程是新穎、有效的課程，與其他未經(jīng)過(guò)CDIO教學(xué)模式改革的課程相比，本課程能多層次多角度地培養(yǎng)能力；94%的學(xué)生認(rèn)為《Java程序設(shè)計(jì)》課程中學(xué)習(xí)到的內(nèi)容對(duì)他們終身受益。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生認(rèn)為在“團(tuán)隊(duì)與領(lǐng)導(dǎo)”、“時(shí)間管理”、“責(zé)任心”、“交流與溝通”、“問(wèn)題的分析與理解”以及“系統(tǒng)全面地構(gòu)思”6個(gè)方面的能力培養(yǎng)方面收益最大，同時(shí)也認(rèn)為課程中的主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)方法能使自己快速地掌握并應(yīng)用書(shū)本中的理論知識(shí)。在全校性的課程評(píng)估上，《Java程序設(shè)計(jì)》的課程的評(píng)分是93.02，而系平均得分是88.03，全校課程平均分是89.70，《Java程序設(shè)計(jì)》的課程評(píng)估得分明顯高于系平均和學(xué)校平均水平，由此可見(jiàn)，CDIO工程教學(xué)模式下主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)在課程教育中的有效性。

表2 環(huán)節(jié)保證矩陣

三、需要注意的問(wèn)題

CDIO工程教學(xué)模式下主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)方法是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法改革的一種嘗試性探索，是一種全新的教學(xué)方法。隨著教學(xué)方法的改變，教師的核心職責(zé)也應(yīng)順之發(fā)生變化。在教學(xué)中，教師應(yīng)該注意以下問(wèn)題：（1）項(xiàng)目可行性分析是前提：項(xiàng)目的可行性評(píng)價(jià)是主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)取得成效的關(guān)鍵，它直接影響著教學(xué)效果。由于學(xué)生之間個(gè)體能力的客觀差異，如學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力以及快速理解能力等方面，因此教師要合理地把握每個(gè)項(xiàng)目的深度和廣度，因地制宜、依“隊(duì)”而異地評(píng)估項(xiàng)目，從而在保證項(xiàng)目順利開(kāi)展的同時(shí)，多層次、多樣化、多角度地培養(yǎng)學(xué)生。（2）情境建立是條件：情境設(shè)定是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵。教師應(yīng)該正確地把握學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平，力求創(chuàng)設(shè)能從不同側(cè)面、不同角度表現(xiàn)學(xué)生任務(wù)的多種情境，讓學(xué)生在真實(shí)的任務(wù)中解決問(wèn)題，使學(xué)生能深刻地認(rèn)識(shí)到這門(mén)課的應(yīng)用前景，從而更主動(dòng)、更積極地參與到學(xué)習(xí)中去，達(dá)到我們的教學(xué)目標(biāo)。（3）角色轉(zhuǎn)變是關(guān)鍵：CDIO工程教學(xué)模式下主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)形成了 “以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體、CDIO能力培養(yǎng)”的基本特征，因此教師必須實(shí)現(xiàn)自身角色的轉(zhuǎn)換。首先，要求教師認(rèn)識(shí)到學(xué)生的知識(shí)不是靠教師的灌輸被動(dòng)接受的，而是在教師的引導(dǎo)下，積極培養(yǎng)學(xué)生的興趣，通過(guò)基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，讓學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐的過(guò)程中主動(dòng)地構(gòu)建專業(yè)知識(shí)體系，并深刻地體會(huì)知識(shí)的重要性以及如何被應(yīng)用；其次，鑒于CDIO是一種多角度培養(yǎng)的教學(xué)模式，教師也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到課程的教學(xué)不應(yīng)該僅僅教授部分的、獨(dú)立的知識(shí)，而是應(yīng)該在教學(xué)“一體化”的思想下，讓學(xué)生把所學(xué)知識(shí)“串聯(lián)”起來(lái)，形成較為完整的知識(shí)體系；再次，教師不再是課程教學(xué)中簡(jiǎn)單授課者的角色，而是一個(gè)集教師、項(xiàng)目需求者、項(xiàng)目設(shè)計(jì)者、項(xiàng)目管理者以及項(xiàng)目評(píng)估者于一身的綜合角色。（4）奉獻(xiàn)是根本：教育方法的改變，造成教師角色復(fù)雜化、工作任務(wù)加重，教師需花費(fèi)更多的精力進(jìn)行有效的教學(xué)，這些實(shí)際問(wèn)題就需要教師有著更為崇高的奉獻(xiàn)精神，以促使學(xué)生成才為己任。

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Active Project-Driven Learning Method based on CDIO Engineering Education Model--take “Java Programming” Course for example

JIANG Da-zhi
（Department of Computer Science,Shantou University,Shantou,Guangdong 515063）

Java programming language is not only a mainstream language for software developing,but also a basic object oriented programming language for computer software students.In most colleges and universities,Java programming has become one of the backbone courses for computer software major.Actually,its teaching effort influences the quality of IT talents directly.In this paper,our university’s"Java Programming"course is re-designed and developed based on CDIO Engineering Education Model and Active Project-Driven Learning Method to improve student’s learning interest and efficiency,strengthen the practice of teaching,enhance professional competence,and culture the qualified software engineers finally.

Java Programming;CDIO;Teaching Reform

G 642.0

A

1001-4225（2012）04-0079-04

2011-08-18

姜大志（1982-），男，江蘇南京人，工學(xué)博士，汕頭大學(xué)工學(xué)院計(jì)算機(jī)系副教授。

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究“工程科技人才培養(yǎng)研究”專項(xiàng)課題（10JDGC005）；汕頭大學(xué)教育改革研究項(xiàng)目“基于CDIO和能力成熟度模型的主動(dòng)式項(xiàng)目學(xué)習(xí)”

佟群英）