基于CDIO的計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)模式探討
——以《操作系統(tǒng)》課程為例

高 嵐，王慶艷

(1.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院 信息工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130052；2.吉林石油集團(tuán)有限責(zé)任公司 供電公司 吉林 松原 138000)

目前我國(guó)對(duì)軟件類的專業(yè)技術(shù)人才需求量逐年上升，與此相應(yīng)，高等院校對(duì)計(jì)算機(jī)軟件類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，應(yīng)更加強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，使學(xué)生盡早適應(yīng)并融入未來(lái)軟件技術(shù)高速發(fā)展的市場(chǎng)大環(huán)境?！恫僮飨到y(tǒng)》作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，引入基于CDIO的教學(xué)理念，合理組織課程教學(xué)內(nèi)容，更新教學(xué)方法，注重實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)實(shí)效，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，這是培養(yǎng)合格的高級(jí)軟件專業(yè)技術(shù)人才必要的手段和必由途徑。。

一、CDIO教學(xué)模式

CDIO工程教育模式最早是由麻省理工學(xué)院等大學(xué)經(jīng)過(guò)幾年的探索研究創(chuàng)立的工程教育理念，在國(guó)際工程教育領(lǐng)域逐漸推廣流行。目前在我國(guó)已有上百所高校在工程類教育教學(xué)中推行此模式，并對(duì)其進(jìn)行本土化的研究和探討，形成了一些教育聯(lián)盟。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)。CDIO作為當(dāng)今國(guó)際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式，更注重夯實(shí)工程基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)的培養(yǎng)，通過(guò)貫穿于整個(gè)人才培養(yǎng)過(guò)程團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，培養(yǎng)既有過(guò)硬專業(yè)技能，又有良好職業(yè)道德的國(guó)際化工程師。

(一)積極構(gòu)建基于CDIO的新型教學(xué)理念

根據(jù)CDIO教育理念，積極推行新型教學(xué)理念：以工程項(xiàng)目為載體，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)，以及在項(xiàng)目的組織、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)踐過(guò)程中個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)能力和系統(tǒng)工程能力等幾方面，將工程項(xiàng)目的全過(guò)程轉(zhuǎn)化為教育教學(xué)過(guò)程，提升教學(xué)效果。

(二)構(gòu)建基于CDIO的課程體系

結(jié)合CDIO的核心教育理念，把能力培養(yǎng)和素質(zhì)培養(yǎng)貫穿到大學(xué)的學(xué)習(xí)中，進(jìn)行一體化教育，培養(yǎng)學(xué)生的核心能力。根據(jù)市場(chǎng)需求確立科學(xué)的培養(yǎng)計(jì)劃，制定模塊化教學(xué)課程體系。首先，制定工程教育模式教學(xué)大綱，在原有教學(xué)大綱基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確工程教育目標(biāo)，體現(xiàn)出學(xué)生在實(shí)踐中的創(chuàng)造性學(xué)習(xí) ；其次，制定一體化教學(xué)計(jì)劃，將學(xué)生專業(yè)知識(shí)技能的全面發(fā)展作為最重要的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)計(jì)劃應(yīng)兼顧各門(mén)課程間的相互支撐關(guān)系，準(zhǔn)確反映學(xué)生的個(gè)人能力和軟件開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)的構(gòu)建能力。

二、CDIO與計(jì)算機(jī)教學(xué)改革的融合

CDIO工程教育模式基于歐美二十多年的工程教育經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)提出可操作性強(qiáng)的人才培養(yǎng)過(guò)程及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，為系統(tǒng)化的工程教育的長(zhǎng)足發(fā)展提供了重要基礎(chǔ)。針對(duì)目前部分高校人才培養(yǎng)中存在的問(wèn)題，尤其是計(jì)算機(jī)與軟件工程類畢業(yè)生在就業(yè)中遇到的實(shí)際問(wèn)題，結(jié)合CDIO的核心教育理念和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以及教育教學(xué)實(shí)際情況，計(jì)算機(jī)大類專業(yè)人才培養(yǎng)模式應(yīng)主要從以下方面進(jìn)行深入思考：

1.在人才培養(yǎng)方案制訂上體現(xiàn)新型教育理念 。CDIO的標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)在工程環(huán)境下進(jìn)行計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)的教授與學(xué)習(xí)，即應(yīng)把產(chǎn)品、過(guò)程或系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行作為計(jì)算機(jī)教育的環(huán)境，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的課堂教育教學(xué)理念，積極拓展課堂教育的內(nèi)涵與外延。

2.注重專業(yè)課程體系構(gòu)建。在專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)指導(dǎo)下，應(yīng)結(jié)合學(xué)生就業(yè)的企業(yè)普遍需求，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，進(jìn)行專業(yè)課程設(shè)置。本科階段的學(xué)習(xí)除公共基礎(chǔ)課外，主要提升專業(yè)素養(yǎng)，專業(yè)課的設(shè)置應(yīng)注重課程體系的建立，滿足CDIO標(biāo)準(zhǔn)中一體化教學(xué)計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)和綜合性學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人能力。

3.實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置融入工程元素。目前的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，缺乏綜合性和應(yīng)用性，不能使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到各專業(yè)課間的內(nèi)在必然聯(lián)系。實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置應(yīng)以綜合性的實(shí)用項(xiàng)目為主，使學(xué)生真正體會(huì)到學(xué)以致用。從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

4.提升教師專業(yè)素質(zhì)。CDIO工程教育模式的核心重視實(shí)踐，因此教師除具備計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)外，還需具備準(zhǔn)企業(yè)級(jí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這樣才能給予學(xué)生到位的實(shí)踐指導(dǎo)，將CDIO教育理念真正落到實(shí)處。因此必須加強(qiáng)教師的實(shí)踐能力，可采取教師到企業(yè)進(jìn)修培訓(xùn)等方式逐步改善和提升教師的動(dòng)手實(shí)踐能力。

5.成立興趣小組，設(shè)立專業(yè)導(dǎo)師?，F(xiàn)行的計(jì)算機(jī)專業(yè)教育中每門(mén)課程的教學(xué)對(duì)應(yīng)一名教師，部分學(xué)生可能得不到良好的個(gè)性化專業(yè)輔導(dǎo)。可嘗試成立興趣小組，根據(jù)小組專業(yè)方向配備專業(yè)導(dǎo)師，由導(dǎo)師結(jié)合教學(xué)計(jì)劃擬定項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐完成項(xiàng)目，使學(xué)生在課外鞏固學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)并得到系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練，提前適應(yīng)企業(yè)項(xiàng)目化的思維模式，培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)精神與合作能力。

三、基于CDIO的專業(yè)課教學(xué)改革設(shè)計(jì)——以《操作系統(tǒng)》為例

《操作系統(tǒng)》課程是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，主要介紹操作系統(tǒng)的基本組成原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。操作系統(tǒng)是軟硬件之間的接口，是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源的系統(tǒng)軟件，因此，操作系統(tǒng)課程在軟硬件課程間起著重要的承上啟下作用，課程的教學(xué)難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)的問(wèn)題多。引入CDIO教學(xué)模式，能夠有針對(duì)性地改進(jìn)該課程的教學(xué)方法，從而提升教學(xué)效果和學(xué)生的實(shí)踐能力。

(一)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1. 教材偏重理論，與應(yīng)用型工程化教學(xué)目標(biāo)有差距。目前，各大學(xué)普遍采用的《操作系統(tǒng)》教材，大多由研究型大學(xué)學(xué)者編著，教材體現(xiàn)全、深的特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容繁復(fù)，對(duì)操作系統(tǒng)原理的本質(zhì)有較深入的理論探討，對(duì)應(yīng)用型實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容關(guān)注不足。

2. 知識(shí)體系欠協(xié)調(diào)，學(xué)生學(xué)科知識(shí)連貫性不足。操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件，但與硬件設(shè)備有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，操作系統(tǒng)課程更是承接軟硬件課程，因此，優(yōu)化軟硬件專業(yè)課程體系，讓學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了“虛擬機(jī)”，更會(huì)運(yùn)用操作系統(tǒng)知識(shí)控制硬件設(shè)備，將解決學(xué)生學(xué)科知識(shí)連貫性不足的問(wèn)題，達(dá)到CDIO的最終目標(biāo)。

3. 實(shí)踐能力缺乏，動(dòng)手意識(shí)薄弱。實(shí)踐能力培養(yǎng)是CDIO的根本目標(biāo)，實(shí)際教學(xué)中學(xué)生能理解并掌握操作系統(tǒng)的原理，但應(yīng)用操作系統(tǒng)原理解決實(shí)際問(wèn)題能力薄弱，如：基本可完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，但對(duì)于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)有畏難情緒，實(shí)踐能力的欠缺嚴(yán)重制約了學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)的熟練掌握，運(yùn)用該項(xiàng)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題更是無(wú)從談起了。

(二)基于CDIO的教學(xué)實(shí)踐

針對(duì)應(yīng)用型軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行深入分析，基于CDIO的工程化教育模式，對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課程——《操作系統(tǒng)》課程的教學(xué)進(jìn)行如下探索性設(shè)計(jì)。

1. 準(zhǔn)確定位培養(yǎng)目標(biāo)，合理組織教學(xué)內(nèi)容，刪繁就簡(jiǎn)。立足應(yīng)用型本科教育，以此設(shè)計(jì)、研討教學(xué)實(shí)踐工作。將現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行刪減，不追求全、深，而立足于精、透，如：對(duì)繁多的操作系統(tǒng)種類，重點(diǎn)介紹主流的Windows系列操作系統(tǒng)和Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以求精；對(duì)潮流新技術(shù)，強(qiáng)調(diào)技術(shù)本質(zhì)、技術(shù)淵源，如：流行的多核技術(shù)，其本質(zhì)就源于并發(fā)技術(shù)，可隨之詳細(xì)介紹并發(fā)技術(shù)，對(duì)操作系統(tǒng)的理論，根據(jù)于具體平臺(tái)涉及具體硬件結(jié)構(gòu)，以求透。依據(jù)應(yīng)用型軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，以專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心，在授課過(guò)程中涉及硬件知識(shí)內(nèi)容較多的部分章節(jié)，如設(shè)備管理、中斷技術(shù)等，進(jìn)行適當(dāng)刪減。

2. 協(xié)調(diào)課程設(shè)置，形成知識(shí)體系?，F(xiàn)有的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生基本很少有機(jī)會(huì)了解、實(shí)踐操作系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全面認(rèn)識(shí)，側(cè)重于計(jì)算機(jī)工程實(shí)踐中軟件方法對(duì)硬件資源的配置、管理和使用。利用操作系統(tǒng)課程在專業(yè)課程體系中承上啟下的地位，有效整合其他課程設(shè)置，盡可能從教學(xué)層面上打破學(xué)科界限，形成良好的學(xué)科知識(shí)體系。

3. 學(xué)以致用，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力不足的主要原因在于無(wú)法入門(mén)，且學(xué)生的創(chuàng)新能力不強(qiáng)。對(duì)此，設(shè)置一些演示性實(shí)驗(yàn)，把有一定復(fù)雜程度的實(shí)驗(yàn)錄制成視頻，將教師實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié)一一記錄，讓學(xué)生模仿實(shí)現(xiàn)，可有效激發(fā)學(xué)生的興趣，幫助學(xué)生快速進(jìn)入動(dòng)手實(shí)踐的角色，熟練掌握知識(shí)技能。針對(duì)操作系統(tǒng)中的一些算法，設(shè)計(jì)一些課設(shè)項(xiàng)目，讓學(xué)生運(yùn)用已學(xué)高級(jí)語(yǔ)言對(duì)經(jīng)典算法進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)，如：用C++語(yǔ)言模擬進(jìn)程調(diào)度算法、頁(yè)面置換算法、動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法等，模擬實(shí)現(xiàn)理發(fā)師問(wèn)題、哲學(xué)家進(jìn)餐問(wèn)題等。通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)中經(jīng)典算法的理解，培養(yǎng)運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4. 逐步以Linux作為主要操作系統(tǒng)剖析對(duì)象。Linux操作系統(tǒng)因其自由、免費(fèi)、開(kāi)源吸引著無(wú)數(shù)計(jì)算機(jī)愛(ài)好者，具有強(qiáng)大生命力和豐富功能，將是操作系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向，以Linux操作系統(tǒng)作為主要教學(xué)對(duì)象，不僅可引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)先進(jìn)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)思想和靈巧的程序設(shè)計(jì)技巧，對(duì)Linux操作系統(tǒng)的分析還可推動(dòng)Linux系統(tǒng)在工程中的廣泛應(yīng)用，學(xué)生將在這個(gè)過(guò)程中學(xué)習(xí)到更為靈活的程序設(shè)計(jì)技巧，學(xué)以致用將極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自信。

5. 借助校企合作平臺(tái)，共同進(jìn)行操作系統(tǒng)的教學(xué)與實(shí)踐。在操作系統(tǒng)的教學(xué)中，可借助校企合作平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，讓相關(guān)企業(yè)參與操作系統(tǒng)的教學(xué)和應(yīng)用，邀請(qǐng)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師做主題講座，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行一些操作實(shí)踐，提升教學(xué)效果。

目前，我國(guó)軟件行業(yè)正迎來(lái)高速發(fā)展期，未來(lái)將需要更多高層次的軟件類專業(yè)技術(shù)人才，因此，高等院校計(jì)算機(jī)與軟件類專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)盡快適應(yīng)市場(chǎng)需求，協(xié)調(diào)課程設(shè)置，形成基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的課程體系，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)手能力和實(shí)踐技能的培養(yǎng)。根據(jù)職技高師應(yīng)用型本科定位，以及計(jì)算機(jī)與軟件工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)際和學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，引入CDIO教學(xué)模式，以《操作系統(tǒng)》課程為例，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段做改進(jìn)和創(chuàng)新。以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，提升計(jì)算機(jī)與軟件工程專業(yè)教學(xué)工作水平，促進(jìn)CDIO教學(xué)模式與我校計(jì)算機(jī)類人才培養(yǎng)方式的加速融合。

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