融入CDIO理念的計算機專業(yè)畢業(yè)設(shè)計

李貫峰　李萍　秦飛舟

摘要：為提升計算機專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，將CDIO模式引入到計算機專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)中來。文章分別從設(shè)計選題、時間安排、教學(xué)過程、畢業(yè)設(shè)計評價等幾個方面提出應(yīng)對措施，讓學(xué)生以主動的、實踐的和課程之間有機聯(lián)系的方式，按照構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作4個階段開展畢業(yè)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：CDIO；畢業(yè)設(shè)計；計算機專業(yè)；教學(xué)改革

0 引言

高等教育的大眾化促進了人才評價標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變，社會對人才的需求正在從注重學(xué)歷、學(xué)位，向注重能力和素質(zhì)的方向過渡。高校畢業(yè)生的能力和素質(zhì)培養(yǎng)，已經(jīng)成為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。而本科畢業(yè)設(shè)計是檢驗學(xué)生綜合水平和實際應(yīng)用能力的一種方式，也是學(xué)生取得畢業(yè)及學(xué)位資格的依據(jù)，因此，高質(zhì)量的畢業(yè)設(shè)計是提高學(xué)生綜合能力和專業(yè)素質(zhì)的重要途徑。

計算機專業(yè)是一個理論與實踐相結(jié)合的、極具工程背景的專業(yè)。計算機專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計大多除了要求學(xué)生寫出論文外，還要求學(xué)生實現(xiàn)一個軟件或硬件系統(tǒng)。這種設(shè)計是實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的綜合I生實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生運用本學(xué)科的基本理論和專業(yè)知識，提高分析和解決工程實際問題的能力、獨立工作的能力和創(chuàng)新意識的重要途徑，更是對學(xué)生能力和素質(zhì)的全面檢查。因此，深入研究計算機專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)對于提高畢業(yè)生綜合能力和工程素質(zhì)有著重要作用。

1 CDIO工程教育模式

由麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)研究創(chuàng)立的CDIO工程教育模式是國際高等工程教育改革的新成果。CDIO以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的過程為載體，讓學(xué)生以實踐的、主動的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。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、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這4個層面上達到預(yù)定目標(biāo)。

2 基于CDIO的計算機專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革

2.1 基于CDIO的畢業(yè)設(shè)計教學(xué)模式

建立高水平的教學(xué)方法與模式是高校教學(xué)設(shè)計的核心任務(wù)，為保證畢業(yè)設(shè)計改革的合理性和科學(xué)性，我們將CDIO理念融合在計算機畢業(yè)設(shè)計教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過程、教學(xué)評價與教學(xué)環(huán)境的全過程中。從教學(xué)執(zhí)行時間、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容與組織、教學(xué)評估等方面對畢業(yè)設(shè)計進行改革，改革后的教學(xué)模式如圖1所示。根據(jù)社會對計算機人才的具體需求，結(jié)合計算機軟、硬件系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程和基本原理，形成一個以計算機基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計實踐為一體的本科學(xué)習(xí)團隊的整體培養(yǎng)機制。我們將CDIO能力大綱與計算機專業(yè)的人才培養(yǎng)特點相結(jié)合，全面均衡地提高計算機專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和職業(yè)素質(zhì)。

2.1.1 采用面向能力培養(yǎng)，強調(diào)“學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)”的建構(gòu)主義教學(xué)模式

改變目前的“導(dǎo)師命題一學(xué)生選題”的畢業(yè)設(shè)計模式，充分強調(diào)整個畢業(yè)設(shè)計過程中以學(xué)生為主體的理念。畢業(yè)設(shè)計題目的確定是一個復(fù)雜的過程，題目的設(shè)置既要反映學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，又要體現(xiàn)出計算機專業(yè)工程背景的特點。因此，選題時教師應(yīng)盡量滿足學(xué)生就業(yè)崗位的需求，并結(jié)合學(xué)生大學(xué)所學(xué)習(xí)的專業(yè)課程。一方面，學(xué)生可以根據(jù)他們在企業(yè)實習(xí)中發(fā)現(xiàn)的實際工程問題或指導(dǎo)教師的相關(guān)科研課題，提出畢業(yè)設(shè)計研究方向和題目，再由指導(dǎo)教師審核確定題目。另一方面，指導(dǎo)教師應(yīng)適當(dāng)考慮學(xué)生的興趣和愛好，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生研究具有實際應(yīng)用價值的課題；學(xué)生通過調(diào)研、閱讀文獻等手段對課題的發(fā)展方向和研究內(nèi)容有了深入了解后，再確定畢業(yè)設(shè)計題目。將具有應(yīng)用價值和明確工程背景的題目作為畢業(yè)設(shè)計題目，不但可以提高學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的積極性，而且有助于學(xué)生勝任未來相關(guān)技術(shù)崗位和工作。

CDIO工程教育理念強調(diào)工程系統(tǒng)的實踐能力，因此，在畢業(yè)設(shè)計教學(xué)過程中采取“內(nèi)引外聯(lián)”雙導(dǎo)師制度的指導(dǎo)方式。首先，鼓勵導(dǎo)師組織學(xué)生參與導(dǎo)師的科研項目、大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃、各類多級別的學(xué)科競賽等，提高學(xué)生實戰(zhàn)動手能力；其次，構(gòu)建開放培養(yǎng)平臺，與企業(yè)建立橫向聯(lián)合，讓企業(yè)工程師與學(xué)校導(dǎo)師共同指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計，加強工程實踐教育，縮短學(xué)校理論教學(xué)與企業(yè)實際需求的距離。學(xué)生通過工程實踐可以了解計算機相關(guān)項目的開發(fā)過程，學(xué)習(xí)工程師的寶貴經(jīng)驗，從而提升自身的綜合能力和工程素質(zhì)。

CDIO工程教育理念強調(diào)人際和團隊協(xié)作能力，這與大型計算機系統(tǒng)開發(fā)依靠團隊協(xié)同完成的開發(fā)模式是一致的。在畢業(yè)設(shè)計中，學(xué)生以課題小組的形式開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，小組成員各自分工不同，成員發(fā)揮各自的認(rèn)知特點，相互溝通、幫助以實現(xiàn)小組成員的共同目標(biāo)。學(xué)生在拿到設(shè)計任務(wù)之后，經(jīng)過認(rèn)真的分析、思考，制訂出一套解決方案，供組內(nèi)成員討論。教師定期組織學(xué)生進行小組討論，學(xué)生先介紹自己的思路、工作進度和任務(wù)完成情況，然后共同討論知識難點，在協(xié)作學(xué)習(xí)的氛圍內(nèi)探究問題最佳的解決方案。另外，學(xué)生完成階段任務(wù)之后，小組成員包括教師要對任務(wù)的完成情況進行評價，評價結(jié)果可以作為畢業(yè)設(shè)計評價的依據(jù)。

從選題、構(gòu)思到團隊分組等過程全部由學(xué)生自主完成，教師應(yīng)盡量以啟發(fā)的方式給予合理化建議，輔助學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計，而不再是保姆式的監(jiān)督、糾正和修改學(xué)生畢業(yè)設(shè)計中的所有問題。

2.1.2 以產(chǎn)品過程為導(dǎo)向，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)組織

工程教育一定是以應(yīng)用為目的、以產(chǎn)品/結(jié)果為目標(biāo)、以工程過程（即問題解決過程）為教學(xué)組織主線、以“理論+經(jīng)驗”的“做中學(xué)”為教學(xué)模式的一種教育。基于CDIO理念的畢業(yè)設(shè)計教學(xué)流程主要分4個階段，導(dǎo)師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生參與畢業(yè)設(shè)計教學(xué)流程中的每一個過程。

（1）構(gòu)思（C）階段。確定題目和開題，即在確定畢業(yè)設(shè)計課題、分組與調(diào)研方案后，給學(xué)生下達畢業(yè)論文設(shè)計任務(wù)書，并讓學(xué)生提交開題報告，準(zhǔn)備進入實質(zhì)性設(shè)計階段。設(shè)計任務(wù)書規(guī)定了設(shè)計題目、要求完成的主要內(nèi)容、使用的開發(fā)工具、成果提交形式及完成日期等。

（2）設(shè)計（D）階段。學(xué)生應(yīng)在導(dǎo)師幫助下掌握計算機軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)理論和方法。計算機相關(guān)的開發(fā)不僅僅是編程，還包括可行性分析、需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計等過程。需求分析是畢業(yè)設(shè)計過程中的關(guān)鍵過程，此階段的任務(wù)是確定系統(tǒng)的目的、范圍、定義和功能，需要團隊成員多次調(diào)試、討論。設(shè)計階段應(yīng)完成對系統(tǒng)的體系架構(gòu)、模塊劃分、接口規(guī)范、開發(fā)工具及任務(wù)分配等的明確說明，并提交相關(guān)設(shè)計說明書等資料。學(xué)生應(yīng)在導(dǎo)師的指導(dǎo)下不斷完善構(gòu)思與設(shè)計，提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。endprint

（3）實現(xiàn)（I）階段。即把設(shè)計的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實際的軟、硬件系統(tǒng)，包括編碼、調(diào)試、測試等過程。在編碼階段主要是讓學(xué)生養(yǎng)成好的開發(fā)習(xí)慣，保證代碼的結(jié)構(gòu)化、可讀性和可移植性；及時進行模塊測試，寫出測試計劃，提交測試分析報告。此外，這一階段教師還要做好畢業(yè)設(shè)計評估工作中對畢業(yè)設(shè)計工作的中期檢查，完成中期報告。除了闡述設(shè)計思路、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)外，教師還要參照任務(wù)書檢查已完成的任務(wù)、尚需完成的任務(wù)、存在的問題、解決方法等，同時對畢業(yè)設(shè)計工作進度給予評價。教師通過中期檢查及時發(fā)現(xiàn)并糾正存在的問題，督促學(xué)生按任務(wù)書中的要求和時間進度完成工作。

（4）運作（O）階段。此階段需要導(dǎo)師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)設(shè)計工作，撰寫論文。要求學(xué)生掌握論文的寫作規(guī)范及寫作要素，同時要求導(dǎo)師對論文提出書面修改意見，并督促學(xué)生修改完善。畢業(yè)設(shè)計答辯流程采取分級審核制，也就是導(dǎo)師初審、預(yù)答辯小組會審、正式答辯小組終審的分級審核和學(xué)院備案的制度。導(dǎo)師應(yīng)該根據(jù)畢業(yè)設(shè)計過程中學(xué)生的表現(xiàn)和平時成績，決定是否給予學(xué)生預(yù)答辯資格。學(xué)生通過預(yù)答辯熟悉答辯程序后，及時發(fā)現(xiàn)并修改設(shè)計及論文的不足，預(yù)答辯小組決定是否給予學(xué)生正式答辯的資格。答辯采用項目驗收的形式，答辯人利用PPT介紹設(shè)計工作的內(nèi)容和完成情況，現(xiàn)場運行和查看源代碼，并接受教師提問。最后學(xué)院對答辯結(jié)果進行抽樣調(diào)查以核查成績是否公平合理，并設(shè)計復(fù)評制度，必要時可以復(fù)審。

2.2 基于CDIO的畢業(yè)設(shè)計實施過程

重新設(shè)計的本科畢業(yè)設(shè)計實施過程如圖2所示。該做法將畢業(yè)設(shè)計時間提前，避免傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計時間與學(xué)生就業(yè)時間的沖突，以緩解畢業(yè)生的雙重壓力。學(xué)生在學(xué)校也有充足的時間查詢資料、編寫代碼、調(diào)試系統(tǒng)、撰寫論文、準(zhǔn)備答辯等。

（1）引導(dǎo)階段。改變畢業(yè)設(shè)計起始時間，從大三上學(xué)期即可進入畢業(yè)設(shè)計引導(dǎo)階段。基于學(xué)生已學(xué)習(xí)了本科階段的主要基礎(chǔ)課程，教師首先要對所有學(xué)生介紹畢業(yè)設(shè)計的重要性、必要性、執(zhí)行流程、如何選題、如何開展等情況，并特別強調(diào)畢業(yè)設(shè)計的評價標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計有初步的認(rèn)識。然后，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣、愛好廣泛查閱相關(guān)資料，了解研究、設(shè)計的方向，在學(xué)期末提交一份總結(jié)報告。引導(dǎo)階段主要培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、調(diào)研、檢索網(wǎng)絡(luò)資料和查閱文獻的能力。

（2）選題階段。大三的下學(xué)期進入選題階段。選題過程可由學(xué)生先行提出畢業(yè)設(shè)計題目、方向，再由教師審核創(chuàng)新性、可行性，教師亦可以通過啟發(fā)、引導(dǎo)的方式提出課題方向，必要的時候教師要給予技術(shù)支持和演示。選題階段主要培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力。

（3）執(zhí)行階段。大四上學(xué)期是畢業(yè)設(shè)計的執(zhí)行階段。經(jīng)過了縝密的選題階段，教師需引導(dǎo)學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)知識，包括算法設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、軟件開發(fā)方法、程序編寫、界面的美化、程序調(diào)試等，實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計。這個階段主要培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

（4）總結(jié)階段。大四下學(xué)期，學(xué)生開始整理文檔、撰寫論文、準(zhǔn)備答辯，教師要督促學(xué)生寫出系統(tǒng)測試分析報告，同時讓學(xué)生整理完善計算機軟件設(shè)計說明書、用戶手冊、操作手冊等文檔。這個階段主要培養(yǎng)學(xué)生的軟件文檔編制和編寫材料的能力，進一步提升學(xué)生的軟件設(shè)計與開發(fā)能力。

2.3 基于CDIO的畢業(yè)設(shè)計教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)的制訂

CDIO教育模式評價標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)11）的核心是能力的培養(yǎng)，能力本位的觀點貫穿于畢業(yè)設(shè)計的全過程。為確保能力評價過程的合理性和有效性，評價標(biāo)準(zhǔn)采用不同的方式和手段評價不同的能力：

（1）評價的理念應(yīng)強調(diào)學(xué)習(xí)過程，力求知識與能力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。學(xué)生的知識掌握與能力的建立是通過整個畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)活動獲得的，評價以“過程”為基礎(chǔ)開展，關(guān)注知識、技能的學(xué)習(xí)過程，關(guān)注實踐環(huán)節(jié)及工程應(yīng)用的能力。評價不能像傳統(tǒng)評價模式那樣只集中在畢業(yè)設(shè)計答辯環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計過程中，學(xué)生的文獻檢索、網(wǎng)絡(luò)使用能力，團隊合作中的協(xié)同能力，困難問題的處理能力，專業(yè)技能的積累能力，論文撰寫能力等都是評價學(xué)生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量不可忽略的依據(jù)。

（2）評價的功能應(yīng)關(guān)注工程實際，把握需求與個性特點的有機結(jié)合。由于學(xué)生的設(shè)計題目多來自企業(yè)實際，因此，對學(xué)生能力的評價不僅要來自學(xué)校指導(dǎo)教師和學(xué)生團隊，也要來自企業(yè)導(dǎo)師。對學(xué)生工程意識的建立、工程實踐的能力和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗的評價，企業(yè)導(dǎo)師擁有最大的發(fā)言權(quán)。引人CDIO模型后，評價的功能應(yīng)由側(cè)重成績“優(yōu)差”轉(zhuǎn)向側(cè)重學(xué)生的個性特點。學(xué)生的個性特點包括品德、興趣、特長、能力等方面，品德表達了為什么干，興趣表達了想干什么，特長表達了會干什么，能力表達了能干什么。因此，畢業(yè)設(shè)計評價應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個性特點，強調(diào)評價的針對性、情景性與真實性。

（3）評價的標(biāo)準(zhǔn)與方法應(yīng)體現(xiàn)革新，突出主動性與階段性的特點。評價標(biāo)準(zhǔn)是實施CDIO教育的關(guān)鍵，我們根據(jù)CDIO教學(xué)理念對人才的要求，提出對畢業(yè)設(shè)計教學(xué)的評價從專業(yè)技術(shù)知識、動手實踐能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力4個方面進行評價，相應(yīng)地制訂多元化、多層次、可供組合的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)，并將評價機制貫穿于整個畢業(yè)設(shè)計過程中。專業(yè)知識評價用來衡量學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識、核心工程技術(shù)的掌握程度；實踐能力評價主要考核學(xué)生運用知識解決實際問題的能力；創(chuàng)新能力評價用來評估學(xué)生的工程分析、推理和創(chuàng)造性設(shè)計的能力；團隊協(xié)作能力評價記錄整個設(shè)計過程中團隊分工、交流、協(xié)調(diào)、合作的具體內(nèi)容，并據(jù)此對團隊協(xié)作能力進行評價。以“分階段任務(wù)式”的方式進行評價，摒棄傳統(tǒng)觀念造成的模式化操作過程。對計算機專業(yè)畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容而言，可行性分析、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)及測試等完整的工程過程是畢業(yè)設(shè)計成果質(zhì)量的基本保證，應(yīng)從制度上要求對畢業(yè)設(shè)計各分階段進行嚴(yán)格檢查，對學(xué)生的調(diào)研報告、開題報告、中期檢查、軟硬件系統(tǒng)設(shè)計、論文撰寫、答辯等階段實現(xiàn)全程監(jiān)控，保證畢業(yè)設(shè)計高質(zhì)量的完成。

（4）評價的過程應(yīng)呈現(xiàn)多維度，要求客觀、公開地反映評價結(jié)果。畢業(yè)設(shè)計評價過程有時會因為不同評審人員采用的指標(biāo)評價體系不同、畢業(yè)設(shè)計各類屬性值與指標(biāo)權(quán)重值的不同源性而失去客觀性。為加強評價過程的客觀性，在評價過程中力求多人員、多層次、多維度地開展評價工作，如畢業(yè)設(shè)計評價由指導(dǎo)老師、評閱老師和答辯小組綜合制訂。校內(nèi)指導(dǎo)教師主要側(cè)重學(xué)生設(shè)計階段的評價，企業(yè)指導(dǎo)教師主要側(cè)重工程意識建立、工程實踐能力的評價，評閱教師主要側(cè)重論文文本規(guī)范性的評價，答辯小組主要側(cè)重答辯時學(xué)生的表現(xiàn)和系統(tǒng)演示的效果以及項目指標(biāo)、功能、性能完成情況等的評價。還可以利用常用的評價方法，如層次分析法、模糊層次分析法等建立本科畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量評價系統(tǒng)，加強評價過程的客觀性。在對每個方面的評價過程中，評估結(jié)果要體現(xiàn)客觀定量與主觀定性的結(jié)合。畢業(yè)設(shè)計評價要客觀透明，評分機制要具有操作性和科學(xué)性。另外，畢業(yè)設(shè)計評價最后要進行審核，以提高畢業(yè)設(shè)計結(jié)果的權(quán)威性。

3 結(jié)語

筆者以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，基于對教學(xué)本質(zhì)的理解，結(jié)合計算機專業(yè)的工程教育特點，分析和梳理了計算機專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的全過程，對畢業(yè)設(shè)計選題、時間安排、教學(xué)過程以及畢業(yè)設(shè)計評價等幾個方面進行了教學(xué)改革，按照構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行4個環(huán)節(jié)開展畢業(yè)設(shè)計，并將改革模式應(yīng)用于寧夏大學(xué)計算機專業(yè)畢業(yè)生，取得了較好的效果，為計算機類專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革提供了一種切實可行的教學(xué)模式。未來我們將在畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)組織、實施過程等方面進一步改進和完善，使該模式更科學(xué)、合理，切實提高計算機專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)的質(zhì)量。

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（編輯：彭遠紅）endprint