CDIO教育理念在課程項目設計中的運用

　　摘要：因工程教學的特性和可操作性，構思、設計、實現、運作(CDIO)教學模式日益受到關注和重視。作為對教學改革的探索，我國高校普遍推行了課程項目。筆者結合軟件工程教學實踐，提出了CDIO教育理念在課程項目設計中的運用。
　　關鍵詞：構思、設計、實現、運作；工程教學；課程項目；CDIO
　　
　　我國高校教學一貫重視知識傳授，絕大多數還停留在以知識講授為主，教學目標、內容和手段缺乏對學生能力的培養體系。個性心理研究表明，盡管能力和知識具有密切聯系，能力是在掌握知識的過程中發展起來的，但兩者截然不同，不能劃等號。理想的智育應該具有開放性，注重實踐性與生活相聯系，與社會相溝通，在實踐中活學活用知識，同時把這種活的知識變成能力。只有當學生在社會生活的時間中獲取知識，鞏固知識，運用知識時，才能把知識化為修養，注入社會，鑄就人格，同時也才能真正逐步形成改造生活和社會的能力。在工程教學中，如果將知識與能力培養混為一談，培養的學生能力就不夠全面，嚴重脫離實際需要，畢業進入企業后，需要花費很大精力適應企業環境。因此廣大教師要認真反思，勇于探索和改革現有教學模式。
　　CDIO是構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Opemte)的縮寫，CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。2000年，美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術大學、林克平大學以及皇家技術學院四所高校進行了工程教育的探索研究，創建了全新的CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO將工程畢業生的培養目標分成工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，在注重培養學生扎實的工程基礎理論和專業知識的同時，努力將教育過程放到工程領域的具體情境中，經過近似于實際工程場景的實踐訓練，造就新一代高水平工程師。CDIO理念不僅繼承和發展了歐美20多年來的工程教育理念，更具有可操作性。迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織，按CDIO模式培養的學生受到社會和企業的普遍歡迎。
　　課程項目作為工程課程的有機組成部分，日益受到廣大高校和教師的重視，對于強化學生的項目實踐能力、自學創新能力、團隊合作能力和交流表達能力具有極大的促進作用，受到了企業和學生的一致好評。但課程項目的設計還缺乏標準化、規范化，運用CDIO理念進行課程項目設計，可以明確發展方向，進一步推進課程項目向縱深發展。
　　
　　1　COIO內容標準
　　
　　根據CDIO研究成果，全面實施及檢驗測評的CDIO標準可以歸納為12條標準，具有很強的可操作性。
　　(1)標準1：以CDIO為基本環境。
　　全面采用CDIO教育理念。學校使命和專業目標要反映CDIO理念，把構思、設計、實施和運行作為工程教育的基本內容和要求。將CDIO作為一種產品生命周期模型，成為工程教育的框架及實施模式，實行技術知識和能力的教學實踐，體現工程專業領域的本質。
　　
　　(2)標準2：學習目標。
　　學習目標必須使學生個人能力、人際能力和對產品、過程及系統的構建能力獲得鍛煉和提升，保證這些學習成果與項目目標的一致性，并獲得領域專家的驗證。通過經歷從項目構想、設計、實施到運作的全過程，讓學生提高能力，獲得必要的技能，以面對未來更艱巨的挑戰。
　　(3)標準3：一體化教學計劃。
　　個人能力、人際能力和對產品、過程和系統的構建能力要反映在教學培養計劃中。培養計劃的設計要考慮各學科之間的相互支撐，也要明確地將基本個人能力、人際能力和對產品、過程和系統構建能力的培養融于學科課程學習中。
　　(4)標準4：工程導論。
　　要開設工程導論課程或導論內容，主要介紹相關產品和系統構建在工程實踐中的框架模式，為學生的學習指明學習方向。要激發學生對核心工程領域知識的興趣和動力，還要闡述個人除知識以外必須具備的基本能力和人際交往能力。
　　(5)標準5：設計一實現經驗。
　　課程實施計劃必須包括兩個或以上的設計一實現經驗，一個是基本水平的經驗，另一個是高級水平的經驗。在課內外活動中創造各種機會，讓學生參與到產品、系統的構思、設計、實施和運行環節中。在項目的早期提供一些更簡單易懂的產品和系統，到后期逐漸傳授難而復雜的系統設計一實現經驗，有助于學生在課程學習和項目活動中將所學知識和技能進行合并，提高綜合能力。
　　(6)標準6：工程實踐場所。
　　工程實踐場所和其他學習環境至關重要，能幫助學生開展動手活動，獲取初步的社會經驗，通過實踐提高從事產品、過程和系統建構能力，以便今后更好地勝任系統構建和產品支持工作。實踐場所的構建要以學生為中心，學生可以自由進入，更易于相互交流。
　　(7)標準7：綜合性學習經驗。
　　綜合性學習經驗將學科學習和工程職業訓練融合在一起，使教師更有效地幫助學生應用學科知識，并獲得基本個人能力、人際能力和產品、過程和系統構建能力，更好地適應工程領域的需求。
　　(8)標準8：主動學習。
　　在CDIO環境下，采用主動學習和經驗方法學習可以促進專業目標的達成。實踐證明，學生更積極地參與思考新的概念或創意并做出反饋，比一味接受更有價值。學生不僅可以學到更多知識，也能意識到自身需要和渴望學習的知識，提高學習積極性，并形成良好和長久的自我發現和獨立學習習慣。
　　(9)標準9：教師能力的提升。
　　要提升教師基本能力、人際能力及產品、過程和系統構建能力。許多教師在某一研究領域知識豐富，成績突出，但缺少足夠的商業和工業實際項目開發應用的經驗，同時知識快速更新換代也要求教師不斷充實工程領域的知識和技能，以給學生更多的實際范例和經驗。
　　(10)標準10，-教師教學能力的提高。
　　采取措施提高教師運用主動和經驗學習方法以及學生考核等方面一體化經驗的能力。如果教師期望以一種全新的教學和評估學生能力的方式，他們必須以提升自身的技能為前提。
　　(11)標準11：學生考核。
　　學生的基本個人能力和人際能力，產品、過程和系統構建能力及學科知識要融入專業考核之中，作為學習成果進行評估，必須采取一套行之有效的評價體系。對學習成果的不同分類將采用不同的考核方法，用豐富多樣的評估方法評價多樣的學習方式，以增加最終評估結果的可信度和有效性。
　　(12)標準12：專業評估。
　　針對CDIO12條標準，采用系統化的評估過程，提供反饋給學生、教師及其他利益相關者，以促進持續改進。
　　
　　2　課程項目設計
　　
　　2.1　存在的問題
　　在工程課程中，課程項目一直是理論課程的有機組成部分。在教學市場化環境下，雖然課程項目日益受到重視，教師們對教學改革進行了有益探索，但依然存在兩個問題：
　　(1)缺乏標準化和規范要求。具體表現為隨意性很大，對教學目標、教學內容和教學手段缺乏明確的要求；二是千篇一律，雖然各個課程的性質和內容不同，但實施方案和考核方式卻雷同，甚至流于形式。
　　(2)課程項目工作量缺乏考量。在標準化軟件工程中，設計和管理遠遠超過了代碼工作量。同樣，實際課程項目管理的工作量遠遠超出了課堂講授時間。一是教學管理制度遲后，對課程項目的考核管理缺乏科學合理的管理制度，以課堂講授時間為考核依據，無法反映實際情況；二是課程項目設計很少將工作量作為重要因素來考量。
　　
　　2.2　CDIO理念的運用
　　CDIO的核心思想是工程化，面對現實，用有限的資源獲得最大的成果，因此可以解決課程項目設計中存在的部分問題，至少可以改善。
　　(1)在工程課程中全面推行項目考核，代替傳統試卷考核。將能力考核放在首位，用能力促知識，強化學生解決實際工程問題的能力。項目考核可以提高學生的主觀能動性，從傳統的自上而下的學習模式變為自下而上的學習模式，學生根據自身的興趣及技術能力特點選題。項目活動更能體現CDIO能力大綱的精神：第一是個性化考核。學生可以利用積累的基礎知識和能力，發揮特長，進行創造性學習和思考。第二是綜合能力考核。項目實施為學生提供了一個很好的交流平臺，可以提高學生的口頭表達能力、專業交流能力和人際交流能力。在選題過程中，各組的討論有利于成員間的知識交換，挖掘創新點。
　　(2)精心設計一套具有項目特性的課程項目示例，推行自主選題的課程項目。課程項目示例一定要以實際項目為背景，依據項目設計與開發的順序進行項目實施演示，巧妙地將基礎技術融合其中，并進行必要的比較和分析，便于學生模仿。自主選題的課程項目要涵蓋項目構思、項目設立、項目設計建模、項目開發、項目測試和項目實施方案等全過程，這一系統化過程包含了系統構建的生命周期，體現CDIO提倡的構想一設計一實施一運作理念。
　　(3)科學地簡化項目管理環節和內容。課程項目管理工作量巨大，一定要在保留必要工程環節的基礎上削減次要環節，各個環節的內容也要突出重點，體現有保有壓。
　　(4)采用同工程實際一致的項目實踐環境。首先，及時引進和升級各類主流開發平臺，保持同實際生產環境同步，為學生提供近似實際的工作環境；其次，采用同樣的項目組織結構和運行方式管理課程項目，提供近似實際的工作氛圍，提高學生的實戰能力。
　　(5)注重主動學習?？梢赃x擇一些內容，不在課堂上講解，而是讓學生自學，提倡多學科之間的相互融合，培養學生的好奇心及終身學習的習慣，激發學生主動學習的積極性。學生不僅可以學習到更多的東西，也能意識到自身需要和渴望學習的知識。對許多問題來說，這些“更多的東西”就是打破常規，重新構建問題，用一種新的方式審視問題情境，常常能得到意外的收，是CDIO標準8體現的精神。
　　
　　3　基于CDIO的J2EE項目教學實踐
　　
　　基于上述CDIO思想，筆者在J2EE課程項目設計中進行了有益的實踐。J2EE、Java 2 Platform、Enterprise Edition是當今軟件工程主流的應用程序開發技術，J2EE是一種開源技術，發展十分迅速，適合于從網站到銀行系統的眾多以管理為主體的應用項目的開發。J2EE項目的涉及面非常廣，需要理解和運用數據庫、Java語言、HTML語言、JavaScript等多種知識和技術；課程項目的工作量普遍比較大，需要多人合作才能完成，必須以團隊方式開展教學活動；更難能可貴的是，J2EE項目一般都是面向方案的問題解決，具有創造性和全過程特點，十分適合基于CDIO教學模式的開展，教學效果顯著。
　　整個J2EE課程設計以CDIO理念為指導思想，以開發能力為最終學習目標，由講授和學生課程項目組成。除了理論、各類主題實驗外，講授課包含一個課程項目示例，即一個完整的在線考試系統的開發。依據軟件設計與開發順序，進行實際代碼開發的演示，巧妙地將基于J2EE的各種技術融合其中，為學生的課程項目提供參考。本節主要介紹J2EE課程項目。
　　課程項目以軟件產品的生產周期為工程教育的框架或環境，將綜合性學習經驗，基本個人能力、人際能力和對產品、過程和系統構建能力的培養融于一體。課程項目同企業管理一樣，提高質量的關鍵在于加強對學生的管理，細節決定成敗，因此必須在檢查和督促上下功夫，緊緊抓住每個環節，不能放任自流?？紤]到工程管理的巨大工作量，課程項目管理進行了適當簡化，只保留了最主要的四個管理環節：課程項目立項、設計與計劃、開發跟蹤和項目評分。每個環節都有各自的工作重點，各個環節又環環相扣，前面環節為后面環節的成功創造條件。
　　
　　3.1　項目立項
　　課程項目立項報題是課程項目的起點，題目選擇是否合適，將部分決定最終的項目成敗。由于學生剛開始上課，對具體內容并沒有多少了解，又不具有項目經驗，所以選題往往存在許多問題。如項目類型不合適，選擇項目根本不適合J2EE技術實現：二是項目內容太簡單，工作量太小，技術要求太低。教師要加強指導和引導。
　　任何人都可以發起建立項目小組，但必須自我尋找項目，并建立開發組織，立項要經過申請、初步審批和答辯三個環節，流程圖如圖1所示。
　　(1)立項報告。
　　立項報告包含兩項內容：項目報告和項目組織機構章程。項目報告闡述軟件用途、主要功能和系統要求；項目組織機構章程包含組成人員、參與人員及職責分工，主要角色包括項目經理、數據庫管理員、質量管理員和開發人員；組長產生規則，對項目的最終結果負有全部責任，設立任命與解聘規則，組長有分配工作和成績建議的權利。申報時間一般安排在兩周時間內。如果項目未通過審批，教師應做好思想工作，鼓勵學生表達不同的意見，但一定要以理服人，給予必要的幫助和指導，進行必要的修改調整。
　　(2)立項答辯。
　　獲得初步批準的項目將安排立項答辯。首先簡單介紹項目概況，其次回答教師提問。教師還要對學生的答辯進行點評，指出存在的問題，提出改進的意見。該環節將增強學生的工程基礎知識、個人能力以及發現問題、文字表達、演講和組織能力。
　　
　　3.2　設計與計劃
　　設計與計劃標志著設計已完成，項目進入編碼階段，要求學生提交文檔需求分析報告、詳細設計和開發測試計劃。考慮到工作量，需求分析報告提交是可選的；詳細設計主要描述系統功能概述，分外部設計和內部設計；開發測試計劃要強調里程碑式的完成時間表，各個環節和各個模塊的時間節點，Q版和B版完成時間，為今后的項目督促提供線索。該階段讓學生充分體驗設計經驗，教師要檢查其合理性，充分發掘學生的主動學習動力。
　　
　　3.3　開發跟蹤
　　開發跟蹤是課程項目的主體，將覆蓋整個學習周期。主要任務有兩個：一是構建近似生產環境的代碼開發環境；二是項目進展的督促檢查。代碼開發環境同上課環境均采用Eclipse環境，并設立統一的CVS服務器，對代碼進行版本控制。項目進展的督促檢查以文檔方式進行，要求項目組以周為時間周期，把開發文檔及時放入到各自工程組目錄中，主要內容包括上周工作總結、總體進展情況、本周工作計劃和設計改動。教師主要采取抽查方式檢查，發現進展緩慢的組就必須直接找組長談話，了解原因，解決問題，進行工作督促。應維持督促力度，保持一定推動力。該階段提供一致性的工程實踐場所，讓學生充分體驗實現經驗，在項目實踐中學習解決問題的方法，開展主動學習，積累綜合性學習經驗。
　　
　　3.4　項目評價
　　項目評價是課程項目的最后也是最核心階段，工作量最繁重。為保證課程項目最終能順利交付，需要將項目評分細分成三個子階段：系統預演示、系統交付演講和最終評價。
　　系統預演示的主要目標是項目檢查，抓好最后階段的沖刺工作。通過預演示，教師可以真正了解項目的實際進展情況；主要抓兩頭，拉先進促后進；對于優秀項目，以提出改進意見為主，要求予以修改，提高項目的質量，同時讓學生體驗項目修改的過程：對于落后項目，必須立即確定開發重點，力圖在最后的時間內努力完成基本內容。
　　系統交付演講是項目評價的主要環節，主要考察項目的完成質量，從完整性、實用性、美觀和表達四個方面考評。學生要進行公開演示和講解，并接受教師的咨詢。
　　最終評價是項目評價的最終環節，主要考察項目的完成工作量。學生要提交使用說明、基礎數據、可執行程序和源程序，教師根據這些文檔進行公正的評分。
　　項目前兩個子階段是師生互動階段，開展合作性學習，對于提升教師能力和教學能力都深具意義。
　　
　　4　結語
　　
　　J2EE課程是同濟大學軟件學院首次推行課程項目，是教學改革的有益探索，效果顯著。尤其有了CDIO的指導思想后，改革發展更具方向，內容更能深入。但要在我國順利實施CDIO，困難也是很大的。如教學制度遲后，至今還沒有項目課程考核的管理科學和合理的管理制度，教學模式比較單一；又如項目的評價存在不公正性，項目組內存在苦樂不均現象等。這些都有待我們進一步探