基于CDIO模式的計算機專業教學改革

　　摘要：將CDIO高等工程教育思想貫穿于計算機專業人才培養方案改革、課程體系建設、師資隊伍建設、實踐教學與資源建設等方面，探索構建理論與實踐相結合、技術與市場相結合的計算機應用型人才培養體系形成以工程實踐能力和創新能力培養為焦點的專業特色，是本文論述的重點。
　　關鍵詞：CDIO；培養方案；實踐基地；師資隊伍
　　
　　1　研究背景
　　
　　隨著信息技術特別是計算機技術在我國各行各業的廣泛應用，如何提高普通高校計算機應用高級專門人才的培養質量，不斷適應地方經濟和信息社會發展的需要，已經成為計算機專業建設和教學改革的重要課題。目前，在國內外受到廣泛關注的CDIO模式可以給我們重要啟示。
　　CDIO面向產業對工程人才的需求，把構思一設計一實現一運行(CDIO)作為工程教育的環境背景，由此獲得一系列詳細而合理的教學目標。其教學大綱的制訂不僅基于社會需求，而且強調培養目標的確定應與產業對學生素質和能力的要求逐項掛鉤。課程設置采用關聯方式，打破學科之間的壁壘，在避免內容重復的同時保證學生獲得社會需要的知識、技能和能力。
　　
　　顯然，CDIO的教學目標與應用型高校本科專業的培養目標是一致的，即培養理論與實踐相結合，工程技術與市場需求相結合的高級專門人才。借鑒CDIO模式進行計算機專業教學改革，絕不是單純的課程內容更新或教材變換，而是涉及到培養方案、課程體系、教學模式、評價標準、師資隊伍等的改革。為此，在教育部計算機科學與技術特色專業建設工作中，我們結合專業人才培養定位，充分借鑒CDIO教育理念，以提升工程實踐能力和創新能力為目標進行了探索與實踐。
　　
　　2　教學改革實踐
　　
　　2.1　明確產業需求，修訂人才培養方案
　　為了使培養方案能夠與信息產業特別是計算機軟件產業的需求有效銜接，我們對天津南開創元、天津華信、開發區易泰達及軟通動力等企業進行了走訪，通過座談、函發征詢單等方式，廣泛調研了用人單位對計算機專業畢業生在素質、能力、知識等方面的基本要求，作為全面修訂人才培養方案的重要參照(表1)。我們還結合《ACM／IEEE ComputingCurricula Computer Science 2005》、《IEEE ComputerSociety／ACMComputingCtmSculum SottwareEngineering2004》、《IEEE Computer Society／ACM SWEBOK2002》以及《中國計算機科學與技術學科教程2006指南》，圍繞基本素質、專業基礎、應用能力和創新精神四個層面，構建計算機科學與技術專業人才培養方案。
　　·　基本素質層面：數理基礎、人文社科基礎、外語基礎、計算機倫理道德等。
　　·專業基礎層面：離散數學、高級程序設計語言Ⅰ和Ⅱ、數據結構、硬件基礎、計算機組成原理、操作系統、數據庫系統概論、編譯原理、計算機網絡原理、計算機圖形學等。
　　· 應用技術層面：數字圖像處理、軟件工程、多媒體技術、嵌入式技術、Web技術、軟件開發新技術模塊。
　　·　創新能力層面：課外科技小組、專業競賽組、導師課題組等課外訓練
　　人才培養以課程教學為落腳點。在數字圖像處理、嵌入式系統、軟件新技術模塊等課程教學中，借鑒CDIO教學模式，每一個知識點的講授與項目實例的構思、設計、實現、運行四個過程密切結合，使學生從實例中理解理論，再配以課堂實驗、課程設計等環節強化知識的應用，達到學以致用的教學目標。對專業基礎課，分成軟件、硬件兩個系列，按課程的內在關聯梳理課程內容，加強精品課程建設。課程建設與改革取得了明顯成效，形成了以國家精品課數字圖像處理為龍頭，以天津市級精品課數據結構、計算機網絡原理為特色，以校級精品課離散數學、高級程序設計語言Ⅰ&Ⅱ和院級精品課數據庫系統概論、軟件工程為代表的優質課程體系。
　　
　　2.2　強化實踐教學，提升工程實踐能力
　　圍繞工程實踐和創新精神培養這一目標，我們從構建多個層次、多種形式的實踐教學體系入手，加強課內實驗、課程設計、綜合設計等實踐環節的有序銜接，如圖1所示。在不斷擴充校內外實踐基地的基礎上，我們帶領學生分別進入中軟國際天津實習基地、東軟實習基地和昆山軟件外包實訓基地等校外實習基地，參加項目實戰訓練。針對每一個課題組建團隊，按照構思(功能分析)、(總體框架)設計、(編程)實現、(系統)運行4個環節進行工程訓練，幫助學生掌握主流開發技術，提升工程實踐能力。
　　在實踐教學中，我們注重從四個方面培養學生的應用能力與創新精神：在課程學習中，鼓勵學生自行完成綜合實驗題目：在課外科技活動中，組織學生參計算機專業競賽；在教育部大學生創新實驗項目中，提供1：1配套經費，支持學生從事項目研究；在教師的科研項目中，開放計算機視覺等重點實驗室，帶領優秀學生參與項目研究。2003年來，在楊樹瑩、王金輝等教師的指導下，共有6屆學生在開放實驗室進行了機器人足球競賽等跟蹤課題研究，參加了3屆全國機器人足球比賽。2006年，在“華煤杯”全國機器人足球錦標賽中，我校學生獲5：5比賽一等獎，3：3比賽二等獎，實踐能力顯著提高。
　　有效的考評方法可以衡量出學生的知識基礎、實踐能力、協作精神。我們自行研發了網絡考試系統，并作為計算機專業的實踐教學考核平臺；在實驗、實踐環節中，結合筆試、機考、小組答辯、學生互評和自評等多種方式進行學習考核與評價，調動了學生學習的能動性。
　　
　　2.3　加強教學平臺與資源建設，培養學生自學能力我們自行研發了網絡綜合教學平臺，提供了11個子系統供學生和教師使用，實現了自主選課(實驗)、網上答疑、網上畢業設計雙向選擇等多種功能。所有課程網站都提供教學筆記、教學視頻、課后練習測試、同步訓練、在線答疑、提交作業、考研專題等多個欄目，為學生提供豐富的教學資源：學生通過網絡教學平臺隨時與教師在線交流，為個性化和深入學習奠定基礎。結合不同課程的特點，教學骨干自行開發了所有課程的多媒體助學課件，如針對數據結構課程的抽象算法制作了全動畫多媒體課件；為使學生掌握圖像處理的不同方法自行開發了實驗助學軟件，受到學生的普遍歡迎。
　　
　　3　師資隊伍建設
　　
　　師資隊伍是人才培養質量的保證。要提高學生的工程實踐能力和創新能力，首先要有一只結構合理的雙師型隊伍。幾年來，在與企業資深工程技術人員合作完成實踐環節指導工作的同時，為了強化專業教師特別是青年教師的工程背景，我們于2006年制定并實施了“4321”計劃，即：利用4年的時間，每年選派3名青年骨干教師，以技術人員的身份進入濱海新區軟件企業和南開創元等合作企業參加項目研發，每年邀請IBM－易泰達等軟件企業2名資深工程師參與專業教學。這一隊伍建設機制在中青年教師的大力支持下得以順利實施，至今已有11名教師完成了該項計劃，形成了一支理論基礎與實踐能力相得益彰的教師隊伍。學校把是否參與過工程實踐作為青年教師職務晉升的條件之一，從制度層面強化了師資隊伍的工程化背景要求。
　　在課堂上，教師們把工程項目的部分內容作為教學案例介紹給學生，注重知識講授與項目實踐有機結合。在課下，教師們帶領學生積極參與科研項目研發或專業競賽活動，培養了一批專業基礎扎實、動手能力強的優秀學生。近兩年，本專業學生分別在全國首屆網絡信息安全大賽、天津市高校計算機應用能力大賽中獲得優異成績，畢業生就業率與就業質量在天津市屬高校名列前位。
　　
　　4　結語
　　
　　適應經濟發展與社會需要，不斷提高計算機專業人才培養質量是一項艱苦的系統工程。作為一種工程教育教學模式，CDIO具有先進的理念和很好的借鑒作用。將這種工程教育思想貫穿計算機專業人才培養方案改革、課程體系建設、師資隊伍建設、實踐教學建設等各個方面，構建理論與實踐相結合，技術與市場相結合的計算機應用型人才培養體系，為國家、地方培養合格的高級專門人才，是我們教育工作者的不懈追