基于CDIO的云計(jì)算專業(yè)導(dǎo)論改革

摘要：以云計(jì)算專業(yè)導(dǎo)論課程教學(xué)改革為案例，論述CDIO的教學(xué)理念與云計(jì)算軟件工程師培養(yǎng)目標(biāo)的高度融合性，介紹該課程的設(shè)置和能力培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及CDIO全過程等

關(guān)鍵字：云計(jì)算專業(yè)導(dǎo)論；云計(jì)算；大數(shù)據(jù)；教學(xué)方法設(shè)計(jì)

0 引 言

據(jù)工信部預(yù)計(jì)，云計(jì)算類人才缺口達(dá)百萬，被稱為“下一座金礦”的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)，無論是用戶數(shù)量、智能終端和服務(wù)銷量，還是由此產(chǎn)生的收入均處于快速發(fā)展階段。電子科技大學(xué)成都學(xué)院云計(jì)算科學(xué)與技術(shù)系是國(guó)內(nèi)第一個(gè)開設(shè)軟件式程專業(yè)云計(jì)算和大數(shù)據(jù)方向的本科院校，其目的是為對(duì)應(yīng)上述產(chǎn)業(yè)需求的高質(zhì)量人才培養(yǎng)方向，通過領(lǐng)先的人才培養(yǎng)模式，聯(lián)合前沿企業(yè)辦學(xué)方式，為學(xué)生提供廣闊的就業(yè)前景和創(chuàng)業(yè)機(jī)會(huì)。創(chuàng)辦云計(jì)算本科教育面臨許多挑戰(zhàn)，首先學(xué)牛培養(yǎng)力案需要使學(xué)生的實(shí)際水平匹配云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的需求，其次云計(jì)算大數(shù)據(jù)專業(yè)方向課程體系相對(duì)較新，學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)和就業(yè)前景認(rèn)識(shí)還有一個(gè)逐漸清晰與深入的過程。很多學(xué)生對(duì)此還很陌生，入校以后不知道今后自己的發(fā)展方向，造成對(duì)學(xué)習(xí)盲目且缺乏主動(dòng)性，因此需要制定導(dǎo)論性的內(nèi)容提升學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)知程度，促使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。針對(duì)云計(jì)算本科專業(yè)學(xué)生4年期間學(xué)什么、怎么學(xué)、今后就業(yè)方向有哪等問題開展導(dǎo)向性教學(xué)改革勢(shì)在必行。

1 基于CDIO云計(jì)算專業(yè)導(dǎo)論教學(xué)改革

CDIO是以產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行全生命周期為背景，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間具有有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)和獲得工程能力，包括個(gè)人專業(yè)知識(shí)、終身學(xué)習(xí)能力、交流和團(tuán)隊(duì)工作能力。

在這項(xiàng)改革里，我們將以CDIO為指導(dǎo)思想，重新對(duì)云計(jì)算系學(xué)生在大學(xué)4年將要學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行梳理改革，本項(xiàng)改革將為學(xué)生提供以下4項(xiàng)詳細(xì)的專業(yè)導(dǎo)向：

（1）云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景；

（2）大學(xué)4年要學(xué)習(xí)的課程，課程之間的承接關(guān)系，課程的知識(shí)節(jié)點(diǎn)，需要的工作技能，完成該課程以后將要獲得的實(shí)踐能力；

（3）培養(yǎng)手段、流程；

（4）今后的就業(yè)崗位選擇。

共分為7個(gè)章節(jié)來對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解，如圖l所示。

2 教學(xué)內(nèi)容

云計(jì)算系的軟件工程專業(yè)是年輕的專業(yè)，面臨資源缺乏的困難，但從另一角度看，新專業(yè)負(fù)擔(dān)和桎梏較少，有利于進(jìn)行教學(xué)思想和方法的改革和創(chuàng)新。課題組計(jì)劃利用學(xué)校的綜合優(yōu)勢(shì)以及國(guó)騰云計(jì)算研究中心產(chǎn)學(xué)研一體融合所提供的條件，以創(chuàng)新的思維進(jìn)行人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)改革從以下幾方面進(jìn)行：

1）分析市場(chǎng)需求，對(duì)所需的人才角色進(jìn)行分類。

我們?cè)诜治錾鐣?huì)對(duì)云計(jì)算大數(shù)據(jù)人才需求的基礎(chǔ)上，提出以依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)平臺(tái)培養(yǎng)云計(jì)算應(yīng)用工程師、云計(jì)算軟件設(shè)計(jì)師，云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)維工程師、大數(shù)據(jù)應(yīng)用工程師等角色。

這幾類角色將是學(xué)生通過4年學(xué)習(xí)之后可以達(dá)到的目標(biāo)。我們制定了每種角色的基本需求，分為知識(shí)需求、項(xiàng)目需求和技能需求3部分。

2）能力培養(yǎng)目標(biāo)矩陣。

CDIO以工程化的角度確定了人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)以一種明晰的方式刻畫出合格的工程師所應(yīng)該具備的能力。在課程教學(xué)改革的過程中，首先要制定CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)矩陣，以便清晰地給出課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，明確課程服從了CDIO中的哪些標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)了學(xué)生CDIO中哪些相關(guān)能力。這樣做一方面可以使得教學(xué)設(shè)計(jì)者能夠從微觀的層面來綜合考量專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的合理性，另一方面也使得學(xué)生的能力評(píng)估有了可靠依據(jù)。針對(duì)學(xué)生的角色基本需求把能力制定為3種，分別是基礎(chǔ)能力、專業(yè)分級(jí)能力和不同方向（大數(shù)據(jù)＼云計(jì)算）具備能力。我們以系統(tǒng)運(yùn)維工程師角色為例進(jìn)行討論，其能力培養(yǎng)圖如圖2所示。

3）建立課程群體系。

知識(shí)需求由基本知識(shí)模塊及需要進(jìn)一步提高和深入的知識(shí)模塊構(gòu)成，這些模塊化的知識(shí)構(gòu)成了課程群的核心。把課程分類設(shè)置為課程群，以現(xiàn)代教育思想和理論為指導(dǎo)，圍繞云計(jì)算軟件工程師培養(yǎng)目標(biāo)要求，參考能力培養(yǎng)圖將云計(jì)算專業(yè)培養(yǎng)方案中具有邏輯聯(lián)系的若干課程整合構(gòu)建形成有機(jī)的課程體系。

如程序設(shè)計(jì)類課程的一體化課程群由3種類別的課程組成，分別是前驅(qū)課程、當(dāng)前課程以及后續(xù)課程。其中，前驅(qū)課程為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，當(dāng)前課程為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和Java程序設(shè)計(jì)、Java Web開發(fā)，后續(xù)課程為軟件工程和基于CloudFoundry的云應(yīng)用程序系統(tǒng)開發(fā)。有了前驅(qū)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生就掌握了學(xué)習(xí)Java程序設(shè)計(jì)和Java Web開發(fā)的基礎(chǔ)與能力。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，同時(shí)也會(huì)選修Java Web課程，兩類課程相互作用就可以培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)復(fù)雜程序的能力。在進(jìn)行主動(dòng)式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)時(shí)，需要學(xué)生自學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和軟件工程的相關(guān)知識(shí)，這種課程群設(shè)置將與Java相關(guān)的課程合成一個(gè)緊密關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體，通過課程間知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，學(xué)生對(duì)當(dāng)前課程的學(xué)習(xí)會(huì)加深對(duì)前驅(qū)課程的理解，同時(shí)也為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，可見Java和Java Web課程的學(xué)習(xí)是聯(lián)系前驅(qū)課程和后續(xù)課程的重要紐帶。這種一體化的課程群設(shè)置整合了學(xué)科的知識(shí)，在一體化的教學(xué)中充分培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力，同時(shí)使得學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)有一個(gè)完整認(rèn)識(shí)。

3 教學(xué)方式設(shè)計(jì)

我們計(jì)劃將能力培養(yǎng)目標(biāo)融人到課程中，構(gòu)建知識(shí)能力矩陣。

1）教學(xué)模式創(chuàng)新：采用“教學(xué)工廠”模式，企業(yè)化定制教程。

“教學(xué)工廠”是將真實(shí)的企業(yè)環(huán)境引入教學(xué)環(huán)境之中并相互融合，實(shí)施以項(xiàng)目課題為指導(dǎo)的實(shí)踐性和操作性現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)模式。其核心是在校、企、人才培養(yǎng)三者間找到共同的利益點(diǎn)，主動(dòng)與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)，使三本院校畢業(yè)生盡快適應(yīng)實(shí)際工作崗位的需要。將一門課程當(dāng)作項(xiàng)fj來教授，項(xiàng)目課程的負(fù)責(zé)人均為“雙師型”，開發(fā)課程體現(xiàn)市場(chǎng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。“教學(xué)工廠”模式的課程教學(xué)不是固定范式，因此專業(yè)教師在做好市場(chǎng)調(diào)研、職業(yè)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合行業(yè)實(shí)際開發(fā)項(xiàng)目化教材，以適應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)環(huán)境。

2）教育理念的創(chuàng)新：貫徹“教、學(xué)、做、評(píng)”一體化教學(xué)理念。

以教師講授為主、學(xué)生訓(xùn)練為輔，先理論后實(shí)踐的傳統(tǒng)課程教學(xué)模式往往學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果不佳。CDIO教育模式采取以項(xiàng)目為中心、學(xué)生為主體的“做中學(xué)”教學(xué)模式，必然導(dǎo)致學(xué)習(xí)組織形式的變化。因此必須改革考核評(píng)價(jià)體系，進(jìn)一步深化“教學(xué)做評(píng)”一體化教學(xué)模式。

3）人才培養(yǎng)創(chuàng)新：分析人才需求，對(duì)人才分角色分層次教學(xué)改革。

云計(jì)算系的軟件工程課程設(shè)置以2個(gè)大的開源項(xiàng)目即云計(jì)算-OpenStack和大數(shù)據(jù)-Hadoop平臺(tái)展開。所有的課程都圍繞這2個(gè)方向進(jìn)行定化.這樣一來可以更加明確學(xué)習(xí)方向和就業(yè)方向。在平臺(tái)的基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)生的愛好來劃分模塊。

4 課程的CDIO全過程

在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)內(nèi)協(xié)作、團(tuán)隊(duì)間協(xié)作加競(jìng)爭(zhēng)的方式進(jìn)行自主探究式學(xué)習(xí)和工作，教師僅起指導(dǎo)作用，促使學(xué)生完成一次構(gòu)思一設(shè)計(jì)一實(shí)施一改進(jìn)和展示的全過程第一階段為“C”（構(gòu)思）階段，教師提出用戶需求，引導(dǎo)學(xué)生思考分析（把項(xiàng)目分解為具體任務(wù)），然后團(tuán)隊(duì)對(duì)所選擇的項(xiàng)目進(jìn)行總體構(gòu)思，主要是確定每組的成員及項(xiàng)目?jī)?nèi)容和具體任務(wù)；第二階段為“D”（設(shè)計(jì)）階段，在各項(xiàng)目組確定項(xiàng)目?jī)?nèi)容和方向的基礎(chǔ)上，通過查閱大量參考文獻(xiàn)和組內(nèi)討論，確定基本方案，然后在班級(jí)中讓每組成員就自己選定的項(xiàng)目進(jìn)行闡述和討淪，內(nèi)容主要包括每組選定項(xiàng)目的基本思路、設(shè)備的基本性能、拓?fù)湓O(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法，然后根據(jù)自己已有的理論知識(shí)進(jìn)行評(píng)估和辯論，最后形成評(píng)價(jià)意見，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案；第三階段為“I”（實(shí)施）階段，團(tuán)隊(duì)中的學(xué)生必須掌握“云計(jì)算軟件工程導(dǎo)論”大綱規(guī)定的基本知識(shí)技能，先教師演示，然后學(xué)生操作；第四階段為項(xiàng)目分析修改和展示階段，在展示過程中，根據(jù)具體實(shí)踐結(jié)果，各組學(xué)生自己確定原來構(gòu)思中的缺陷，進(jìn)一步修改后再設(shè)計(jì)、執(zhí)行和運(yùn)作其項(xiàng)目，然后全班學(xué)牛阿進(jìn)行一次交流，同學(xué)和老師再一次進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后部分學(xué)生將進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和執(zhí)行其項(xiàng)目，即進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)“0”過程。

案例設(shè)計(jì)：

（l）C階段為什么使用云計(jì)算以及云計(jì)算對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)會(huì)帶來怎么樣的變化，

（2）D階段案例：設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)站來提供http、MySQL和ftp這3個(gè)服務(wù)。

（3）I+O實(shí)施+過程，如圖3所示。

Http提供動(dòng)態(tài)頁面顯示、MySQL提供后臺(tái)數(shù)據(jù)記錄與查詢服務(wù)、Ftp提供簡(jiǎn)單的文件上傳與共享服務(wù)。大家平時(shí)上網(wǎng)的網(wǎng)站基本都具備這3個(gè)功能。

5 結(jié) 語

此改革目前在大一學(xué)生中開展，雖然是第一次開設(shè)該專業(yè)導(dǎo)論課程，但通過調(diào)研和抽樣調(diào)查，學(xué)生對(duì)該課程的滿意度較高。此次課題研究全體教師一起參加，提高了集體凝聚力。遇到問題查詢資料和其他系的負(fù)責(zé)人相互交流，增加了方法知識(shí)的優(yōu)化。通過對(duì)企業(yè)調(diào)研，了解企業(yè)需求，把企業(yè)需求引入課堂教學(xué)講解，使教學(xué)目標(biāo)更明確，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些在今后教學(xué)科研中需要解決的問題。

（l）第一次開展該類專業(yè)導(dǎo)論性課程，沒有可借鑒的對(duì)象，全體教師都在摸索中前進(jìn)；

（2）教師和學(xué)生接受和適應(yīng)CDIO的教學(xué)模式還需要一定時(shí)間；

（3）由于是對(duì)專業(yè)培養(yǎng)方案的解讀導(dǎo)向性課程，其最終能力培養(yǎng)的結(jié)果較難定性定量，考評(píng)體系的形成有一定的難度；

（4）課程開設(shè)的時(shí)間安排不能確定，還需要根據(jù)學(xué)生的課堂反應(yīng)再做調(diào)整；

（5）整個(gè)課程開展還有不可預(yù)見性，需要根據(jù)實(shí)際情況再做調(diào)整。

我們還將有后續(xù)的支持：①每門課的第一堂課在上課時(shí)會(huì)配合培養(yǎng)方案以及專業(yè)導(dǎo)論課程，強(qiáng)調(diào)和明確該門課程讓學(xué)生掌握的知識(shí)技能、主要的知識(shí)節(jié)點(diǎn)以及和前后課程之間的關(guān)系；②配合導(dǎo)論課的后續(xù)工作在每個(gè)學(xué)期都引導(dǎo)學(xué)生參加校企合作項(xiàng)目；③組織云應(yīng)用大賽，引導(dǎo)學(xué)生參加包括國(guó)騰創(chuàng)投基金在內(nèi)的各種科技項(xiàng)目申報(bào)，鍛煉學(xué)生的CDIO工程設(shè)計(jì)能力；④每學(xué)期組織的專家講座，用多種方式使學(xué)生逐漸明確自己的行業(yè)選擇和職業(yè)定位。