基于CDIO的“Linux操作系統”課程教學改革研究

施剛

摘 要：在計算機工科類教育實踐過程中，以傳統課堂講授為主的方式已不能適應“Linux操作系統”這類應用型課程教學的要求。CDIO作為一種新型的教育模型，在全世界的工程教育領域均受到了高度認可。本方通過對CDIO的教學模式和內涵的理解，從而以CDIO的教育理念和評價標準為指導來探討基于CDIO的 “Linux操作系統”課程教學的改革思路和教學實踐改革方案。

關鍵詞：CDIO Linux 教學改革

隨著Linux內核操作系統在服務器系統領域和嵌入式操作系統領域的普及和發展，IT產業界對計算機從業人員對Linux操作系統的認識從傳統的操作系統原理研究模板，逐漸轉向對Linux類操作系統的實踐應用能力也要求上來[1]。目前高校領域對Linux操作系統還是停留在將分析其內核設計進而研究操作系統原理的層面上，而對以應用型為主的工程教育模式來說，當前這種教學方式上都已不能適應時代發展的要求。CDIO作為當前高等工程教育的一種新型模式，以其先進的工程教育理念、優良的實踐可操作性、全面系統的課程體系、普遍適應的人才培養模式，贏得了世界上眾多高等院校工程應用類教育專業的關注[2]。為適應現代工程教育在計算機應用類教育中的發展趨勢，改進“Linux操作系統”類實踐課程的教學效果，本文以CDIO的工程教育理念和評價標準為指導，研究了基于 CDIO的“Linux操作系統”課程改革思路和教學實踐改革方案。

一、CDIO的模式與內涵

CDIO即構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）的簡稱，CDIO的教育理念是充分利用高等院校的豐富教學資源和辦學條件，結合對口工程與產業的實際人才需求，以接近工程應用實際、涉及技術、經濟、企業和社會的綜合型項目為主要載體，再結合工程專業的核心主干課程教學，使工科應用類學生在CDIO的教育模式全過程中不斷地在理論知識、個人素質、發展能力、協作能力和適應與調控能力等方面得到全面的訓練和成長[3]。

CDIO工程類教育模型包括作為工程教育培養目標的CDIO教育大綱和指導、檢驗CDIO改革實施方向和質量的CDIO標準兩大內容如表1所示。

CDIO工程教育的教學大綱以工程實踐能力培養為目標，列出了現代工程師（包括計算機軟硬件工程師）所必備的各個層次的素質要求（通用概括）。這種能力培養主要涵蓋4個方面：技術知識與邏輯推理、個人與職業技能與素質、團隊協作與溝通能力、企業和社會環境下的工程構思——>設計——>實施——>運作過程。通過在具體工程領域的分析和研究，它們可具體細化為17組能力共73條技能（涵蓋大部分工程類教育，但并非萬能），力求以科學的培養模式全面系統地提高工科類學生的綜合素質和專業技能[4]。當前，CDIO教育大綱已經形成了可以落實到具體學習環節、可量化的、對學生和教師都具有高可操作性與意義的目標體系，從而也能高度反映當前工程教育與人才需求群體（用人單位）的要求。

CDIO的12條標準是一個對實施CDIO工程教育模式的指引和評價系統，其核心思想是引導與工程教育利益相關的各個方面包括學生、教師、企業等，依據不同社會實踐環境中的資源來滿足工程實踐教育教學需求。

二、基于 CDIO的 “Linux操作系統”教學改革思路

CDIO的核心理念是“做中學”，以全生命周期的項目開發形式為載體來培養學生多方面的能力。作為一門工程類課程，“Linux操作系統”完全可以在CDIO理念的指導下開展教學改革。但要想達到預期的效果，必須具備兩個前提條件：首先是學生要具備“做”項目的基本能力，其次是要有合適的項目可供學生嘗試。

對計算機相關的本科專業來說，“Linux操作系統”課程最好在第二、三學年開設，在此之前，學生所需要完成的專業先行課程主要有：程序設計語言、數據結構、操作系統原理、數據庫概論等，基本具備了參與Linux平臺項目開發的技能。而對于可供選擇的開發項目，則需要由教師根據各自學校的實際情況，當地Linux相關行業的發展現狀，發動學生集思廣益，同時盡量取得產業界的支持。

以CDIO理念為導向的課程教學改革，必須符合CDIO評價標準中與具體課程教學相關的條目。對照表1中的第1條標準，教改的首要思路是讓學生了解、認同CDIO的理念，使得在教學過程中學生能積極參與。同時，學校、教師、學生三方面都要積極爭取Linux相關企業對CDIO的了解和認同，從而在項目的選題、實踐實習場所等方面得到企業的支持與幫助。

教改思路之二是要對照CDIO標準的第2、3、4條，以學生全方位的能力培養而不是知識的積累為導向，密切結合產業界的實際需求，科學規劃、制定“Linux操作系統 ”課程的教學目標和教學大綱。在課程內容方面，從選題立項、分析設計、實現測試、運行維護等方面圍繞項目開發的全流程進行組織，將各專業知識點與項目的實施階段有機關聯，實現“一體化”的教學內容安排。另外，在課程開展之初，以概論、講座的形式為學生描述一幅Linux及其相關技術現狀及發展趨勢的全景圖，以激發學生的學習興趣。

教改思路之三是對照 CDIO標準的第5、6條，以全流程的項目開發形式開展課程教學。其中首要的是引導學生充分發掘和選取合適的項目課題。為此，可以借鑒MIT相關課程的做法，將項目類型分為技術開發型和管理規劃型兩類，前者又劃分為桌面應用開發、網絡應用開發、內核開發、嵌入式開發4類，后者則可以是各類 Linux技術管理和規劃相關的課題。對項目類型進行劃分的目的，在于既充分調動學生的發散思維，盡可能發掘出更多的項目課題，又適應學生不同的興趣愛好和發展方向。教學過程中要充分利用學校的實驗室和社會所提供的各種場所，為學生的項目實踐提供良好的場地支持。

教改思路之四是對照CDIO標準的第7、8條，引導學生主動開展綜合型的學習。教師要引導學生將工程項目的前后關聯性和專業知識的系統性結合起來，使學生在獲得專業知識的同時，培養各種能力。同時要引導、督促學生主動查閱和學習項目開發所需的各類Linux技術資料、文獻，而不是單向的灌輸。

教改思路之五是以 CDIO標準的第 11條為指導，改革學習成果的評價方式。既關注學生的個人技能，也關注團隊協作等能力；既關注項目最終的完成情況，也關注項目實施的中間過程；既有教師的評價，也有學生間的互評等。

最后需要重點說明的是，由于互聯網非常發達，且 Linux是一個開源的系統，在互聯網上可以找出很多現成的 Linux開發項目。這一方面可為學生的項目選題及開發過程提供很多有益的啟示和參考依據，但另一方面在課程的實施和考評過程中，也一定要全力避免抄襲現象的發生。

三、基于 CDIO的 “Linux操作系統 ”教學改革方案

首先，可以將“Linux操作系統”課程的教學目標修訂為：“圍繞 Linux系統的應用和開發技術，結合產業發展需求，以學生為主導，采用全生命周期的項目開發形式，使學生切實掌握 Linux平臺相關項目的構思、設計、實現和運作方式，全方位培養學生的專業技能和團隊協作等綜合素質。”

其次，必須對當前課程的教學內容和教學形式進行了修訂，以課程概論、項目選題與立項、項目開發過程指導與監管、項目中期檢查與考評、項目驗收等自然流程組織教學內容。同時教學形式上不拘泥于傳統的課室授課方式，而以學生的自主學習為主導，教師主要進行方向引導和過程監管。教學進度上則以項目進展的關鍵點為依據，來設計課程教學安排。以16周64學時的課程教學安排為例：

在第1周的課程概論中，教師首先要為學生描述一幅Linux及其相關技術的全景圖，激發學生的學習興趣；然后介紹CDIO理念及其教學模式的主要內容和優勢，充分利用學生求知求新意識強的特點，調動學生參與CDIO教學的積極性。之后，介紹擬采用的具體教學方式和教學安排，以及基于 Linux的系統設計和開發的一般思路、方法和技巧等，引導學生共同探討如何發掘和選取項目課題，同時指導學生如何撰寫項目立項報告書，要求學生以4～5人為單位劃分項目小組，啟動選題、立項工作。

第2周開始用兩周時間由各小組依次報告項目的選題意義、開發目標、擬開發的主要內容、所采用的主要技術、進度安排等，教師和其他學生則參與討論并提出各種修改意見，這樣可以確保項目的順利實施，且使得全體學生從與其他小組的討論中受到啟發。

第4周由各小組提交正式的項目立項報告書，并進行簡要的項目進展匯報，要求全體學生參與。目的是讓學生們互相了解進展情況，相互激勵，自然而然地構建一種良好的學習競賽氛圍。第5-10周為教師為學生補充Linux的相關基礎知識，同時督促相關項目的進展，盡可能采用教師與各小組一對一的形式進行單獨檢查和指導，引導學生解決可能的疑難問題，并及時提出各項改進措施和建議。

第11周開展項目的中期檢查與考評。要求每個小組用用PPT形式介紹項目的進展情況，并要回答教師和其他同學的疑問，教師和其他同學則對答辯小組進行評分。通過中期檢查，督促各小組按期完成任務，使各小組在教師和其他同學的幫助下進一步明確項目開發思路，同時要排除可能出現的抄襲情況。

第15、16兩周進行項目的驗收。各小組提交項目結題報告，每個小組結合PPT與系統現場演示的形式介紹項目的完成情況，回答教師和其他同學的提問，教師和其他同學則對項目小組進行評分。

對于項目課題的來源，可以采取如下4種途徑確定：一是充分利用成都地區IT產業發達的優勢，爭取相關企業的支持，獲取一些企業正在開展的項目和一些曾做過的項目，以及各類產學研項目；二是讓學生借鑒挑戰杯競賽、開源軟件大獎賽、IT嵌入式系統設計大賽等比賽方案，結合產業調研，確定項目課題 ；三是讓學生圍繞學院立項的科研項目確定項目課題，同時鼓勵學生構思同一學期跨越多門課程的項目課題；最后是讓學生調研各類開源網站和社區，自行構思各類可行的開源軟件項目。

結語

目前，在成都東軟學院計算機專業的CDIO教學實踐過程中，已經將前面所述的相關教育教學改革方案進行了實施，并且完成了相關教材和實踐大綱的編寫工作。經過最近幾個學期的教學實踐，已經取得了一定的成果和經驗，同時學生的動手能力得到了很大的提高。通過對企業用人單位的調研，通過CDIO方式學習過Linux課程的學生畢業后工作中完全可以承擔所在公司后臺的Linux服務器管理工作。

參考文獻

[1]顧學雍 .聯結理論與實踐的 CDIO——清華大學創新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009（1）：11-23.

[2]顧佩華，李異平，沈民奮等 .以設計為導向的EIP-CDIO創新型人才培養模式[J].中國高等教育，2009 （3）：47-49.

[3]查建中.論“做中學 ”戰略下的 CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008（3）：1-9.

[4]王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究，2009（5）：86-87.

作者簡介

施 剛（1979-），男，成都東軟學院講師，研究方向：嵌入式系統。（四川成都 611844）