CDIO模式下Linux操作系統課程改革方案

康長青 吳中博 張其林 寧彬 谷瓊

摘 要： CDIO工程教育理念越來越受到計算機教育者的關注。地方高校引入CDIO理念進行專業建設和教學改革，具有重要的意義。針對傳統教學模式存在的教學目標不完善、課時分配不合理、考核方式單一等不足，借鑒CDIO的教學大綱和評價標準，對Linux操作系統課程中的教學目標、教學內容、實踐教學和課程考核等方面進行了課程改革實踐，實踐表明，該方案有助于學生的專業能力和職業綜合素質的提高。

關鍵詞： CDIO； Linux； 課程改革； 專業能力； 職業素質

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）06-71-02

0 引言

為了適應社會經濟發展對高等工程教育的迫切要求，教育部提出了“卓越工程師教育培養計劃”，吸引了眾多高校參與、探索并培養卓越工程師。這些高校通過借鑒已取得了顯著成效的國際CDIO工程教育模式[1]，并根據自身實際情況和實踐經驗，形成了多樣化的CDIO（如汕頭大學的EIP-CDIO）探索和實踐[2-3]，取得了較好的成效。地方應用性本科院校通過引入CDIO工程教育，進行計算機專業建設和教學改革，對于完善應用型工程人才培養模式，具有重要的啟發和借鑒意義。本文針對目前Linux操作系統課程教學存在的不足，在CDIO的教育理念和評價標準指導下，進行課程改革與實踐探索。

1 CDIO的基本知識

CDIO是構思（Conceive）-設計（Design）-實施（Implement）-運行（Operate）的簡稱[1]，構思指的是系統性的構想和思考，包括確定客戶的實際需求，考慮技術、企業戰略和相關規定的整體過程；設計是把構想通過視覺的形式傳達出來的活動過程，包括設計、圖紙和描述產品、過程和系統實施的方法和計算等；實施是指從設計到產品的實現過程，包括軟件編程、硬件制造、測試和驗證等；運行是指產品制造完成之后的過程，包括對系統的維修、保護、改造等。

CDIO模式主張在系統和產品構思、設計、實施、運行的工程教育實踐環境中培養工程師的基本能力，創造真實的工程教育情境，使學生理解職業工程師專業工作要求和所需的能力要求，通過改革課程體系、教學方法、教師的實踐教學能力等內容，讓學生以主動的、實踐的、多學科間聯系的方式，來掌握深厚的技術知識，理解技術發展對社會的重要性和戰略影響，培養所需的知識、能力和態度。

CDIO教學大綱包括四個方面的內容：①技術知識和推理；②個人能力、職業能力和態度；③人際交往能力；④企業和社會環境下，系統的構思、設計、實施及運行。CDIO教學大綱不僅對學生培養所要求的知識、能力和態度做了詳細的描述，體現了全面培養的特點，同時也體現了CDIO工程教育方法對工程師綜合素質能力培養的要求。

CDIO采用12條標準來描述其教學大綱要求的教育目標，對實施CDIO工程教育模式的指引和評價系統，其具體內容包括：①以CDIO為環境背景；②CDIO教學目標；③一體化的課程設置；④工程概論；⑤設計-制作經驗；⑥CDIO實踐場所；⑦綜合性學習經驗；⑧主動學習；⑨教師CDIO能力的提升；⑩教師教學能力的提高； [11]學生CDIO能力評價；[12] CDIO項目評估。

基于CDIO的人才培養一般按三個級別的項目[3]進行，一級項目圍繞專業核心課程、知識及能力培養要求而設定；二級項目圍繞一組核心課程的知識點和能力培養而設計；三級項目為單門課程而設計，旨在增強理解和培養相關能力。其中，一級項目為主線，二級項目為支撐，三級項目與核心課程為基礎，將核心課程教育與對專業的整體認識統一起來，并結合項目訓練對學生的自我知識更新的能力、人際和團體交流能力，以及對大系統的掌握、運行和調控能力進行整體培養。

2 基于CDIO的Linux操作系統課程改革與實踐

Linux操作系統是一門內容多、范圍廣、應用性強的課程，開在大三上學期或下學期，學時為54學時。傳統的教學模式主要是以教師課堂教學（28學時）為主，實踐教學（26學時）只是為驗證理論課的內容，考核方式亦以試卷成績為主。這容易導致學生缺少對實驗的主動思考，學習積極性不高，工程實踐能力較弱。在 CDIO的教育理念和評價標準的指導下，我們對教學目標，教學內容，實踐能力和考核方式等進行改革。

2.1 教學目標改革

“在實踐應用能力培養與基礎理論教學并重，突出工程化實踐能力和職業素質培養”的教學理念指導下，結合CDIO教學大綱的四方面內容，我們修訂Linux操作系統的教學目標為：“圍繞Linux系統產業需求和應用技術，以學生為主導，以項目的全生命周期開發形式，掌握Linux平臺項目的構思、設計、實現和運作，全方位培養學生的計算思維能力和工程化實踐能力”。

2.2 教學內容改革

根據CDIO標準和Linux課程特點，我們通過減少理論教學，加大實踐課時的思路對該課程進行改革，課時分配如表1所示。

2.3 實踐教學改革

圍繞工程化實踐和創新精神培養這一目標，我們通過課內驗證性實驗，課內設計性實驗，課內工程實訓實驗，課外科技創新型實驗的有序銜接，構建了多層次、多形式的Linux實踐教學體系[4]。

⑴ 課內驗證性實驗：在課程中配套的CDIO三級項目，以鞏固和加深學生對于特定理論知識點的理解程度。

⑵ 課內綜合性實驗：強調知識模塊的綜合應用，循序漸進地強化學生的構思-設計-實施-操作能力。

⑶ 課內工程實訓實驗，裁減實際Linux項目，以團隊化的形式實施CDIO二級項目，著重培養學生的綜合性工程能力和團隊協作能力。

⑷ 課外科技創新型實驗：通過科技競賽，參與教師橫向項目等實際Linux課題，鍛煉其工程實踐能力和科技創新素質。

CDIO教育模式采取以項目為中心、學生為主體的“做中學”教學模式，因此對于課內綜合性實驗和課內工程實訓實驗，我們通過小組的項目立項來調動學生學習興趣和主動性；通過項目組織，讓學生進行項目的分工、計劃、協調、溝通，鍛煉學生的組織能力、團隊合作能力；通過項目執行，讓學生進行主動學習，分工合作，來培養學生的分析問題、推理問題和解決問題的能力，進而鍛煉其工程化實踐能力；通過項目演示和匯報，回答提問，來鍛煉學生的文檔撰寫能力，口頭表達能力、應變能力。經過這樣一個全生命周期項目，學生的職業素養和實踐創新能力，都得到了較大的提高。

2.4 課程考核改革

課程考核以驗證性實驗、綜合性實驗、工程實訓實驗組成，分別占期末考試40%，20%，40%。驗證性實驗以教師現場檢查并提交實驗報告形式進行；綜合性實驗、工程實訓實驗項目則按照學生自評（20%）、組內互評（20%）、組間互評（20%）和教師評價（40%）的評價指標構成來來分別評價。其中教師評價和組間互評以項目論文、答辯情況、小組合作分工以及項目演示結果為依據。組內互評和學生自評則按照每個學生在項目中的工作量工作完成情況、工作表現、團隊合作情況來進行。

經過以上四個方面的改革，并在2011-2013屆本科學生中實施，使學生的學習積極性得到了提高，系統思維能力和分析解決問題的能力得到提升，學生的項目開發經驗更加豐富，這為未來工作和就業奠定了基礎。

3 結束語

CDIO工程教育理念代表了高等教育的改革方向，如何在課程群和單門課程中設計合適的CDIO二級和CDIO三級項目，是課程改革的關鍵點。本文僅在Linux操作系統課程中進行了CDIO項目的初步探索，未來將結合地方高校的實際和行業需求，與Linux企業開展深度合作，探索校企共建Linux課程，這也是我們未來研究的方向。

參考文獻：

[1] 李妍.基于CDIO的我國卓越工程師培養研究[D].中南大學碩士學位論文，2012.

[2] 孫浩軍，孫梅，熊智.計算機專業基于課程群的EIP-CDIO項目設計[J].計算機教育，2010.11：101-105

[3] 周峰.構建“做中學”戰略下的CDIO課程體系模式[J].計算機教育，2010.10：68-70

[4] 寧彬，袁磊，谷瓊.基于211模式的計算機專業應用型實踐教學體系構建[J].計算機教育，2013.12：101-103