基于CDIO模式的计算机类专业应用型实践教学体系研究研究报告

湖 北 省 教 育 科 学 规 划 研 究 课 题研 究 总 结 报 告课 题 名 称：基于 CDIO 模式的计算机类专业应用型实践教学体系研究课 题 编 号：2012B190承 担 单 位：湖北文理学院课 题 负 责 人 ：宁彬课 题 组 成 员 ：姚彬、谷琼、袁磊、龚雄兴、熊启军二一四年五月目 录1 基于 CDIO 模式的计 算机类专业应用型实践教学体系研究意义 .12 基于 CDIO 模式的计 算机专业实践教学改革措施 .33 计算机专业应用型实践教学体系的构建 .54 CDIO 模式在软件工程 导论课程中的应用探讨 .64.1 理论教学改革 .64.2 实验（实践）教学改革 .74.3 考核方式改革 .75 基于 CDIO 的计算机 专业应用型实践教学体系建设 .95.1 实践教学体系建设 .95.2 实践教学模式改革 .105.3 教学保障措施 .116 基于计算思维的探究教学模式 .126.1 以计算思维为核心，实施课程教学改革 .126.2 基于应用型人才培养的本质需要，加强上机实践 .136.3 遵循思维的多样化，建立多维的评价机制 .137 基于 CDIO 的计算机 专业应用型实践教学体系研究的创新点 .158 基于 CDIO 的计算机 专业应用型实践教学体系研究成果及其成效 .161 11 基于 CDIO 模式的计 算机类专业应用型实践教学体系研究意义CDIO（Conceive、Design、Implement and Operate，构思、设计、实现和运作）体现工程教育模式的改革，倡导“做中学”和“基于项目教育和学 习” 的新型教学模式。CDIO 通过每一门课，每一个模块，每一个教学环节 来落实产业对能力的要求，以满足产业对工程人才质量的要求。计算机类专业的课程，特别是专业课程，是一 类实践性质很强的课程，所学的内容和需要实践的对象（项目）是一个整体，同时实践教学是对课堂教学的补充、深化和拓展，迫切需要通过构建递进型的实践教学模式，深化学生对理论知识的认识，使学生具备使用专业知识开发实际系统的能力，并培养学生解决实际问题的能力、创新能力和团队合作精神。根据计算机类专业特点,融合企业人才需求, 把 CDIO 模式引入到计算机类专业实践教学课程的教学规划和执行过程中，积极探索符合应用型人才培养需要的教学体系,建立集课内面向专业基本教学与课外面向企业前沿应用扩展实践,单门课程与关联课程群的实践体系,以稳定的学生项目组贯穿的多样化实践形式，包括课程设计、实训、 毕业设计等实践机制,基本教学性实践与综合仿真企业应用型实践的立体化工程实践体系。实现高校人才输出规格与企业就业需求无缝对接,解决当前存在的人才培养与实际应用双向脱节的问题。基于 CDIO（Conceive、Design、Implement and Operate，构思、设计、实现和运作）模式的工程化实践教学是培养学生实践、动手能力的主要途径，实践教学体系建设主要包括案例型教学、项 目驱动型教学等环节 ，使学生更深入理解系统开发与管理过程。通 过实践教学，可以培养学生分析问题和解决问题的综合能力，激发学生的创新能力。通过案例型工程实践、工程项目驱动实践教学，使学生真正明白学以致用的含义，大大激发学生的学习热情，达到教学目的。该课题的应用价值在于，通过基于 CDIO 模式的实践教学体系建设,可以打破传统的以验证理论为主的实验课程教学模式,开设多学科设计的综合性工程实践课程，将充分体现其“ 做中学”和以“项目案例”为载体来组织整个的教学过程，以案例开发过程为驱动来安排教学的内容和方法的教学思想。基于该模式的驱动，在 实践教学 过程中，注重培养学生的 创新意识、创新能力以及自主学习的习惯，学会如何去发现问题、寻找解决问题的方法。17 17其次，形成一个科学、合理、完善的应用型实践教学体系，是践行教学改革，培养具有创新精神和能力的高素质应用型计算机类专业人才的一个有效措施。这在同类院校的工科专业中具有借鉴、推广意义。3 32 基于 CDIO 模式的计 算机专业实践教学改革措施通过在计算机和软件工程专业中的 CDIO 模式的教学体系建设探索和实践，改变该类专业课程在实践教学中存在的问题，通过体系建设，使学生能够更好地理解和掌握如何将课程知识运用于实际应用开发中，有效提升计算机和软件工程专业毕业生就业竞争力，并有效实现计算机和软件工程专业人才培养与企业实际用人需求的无缝对接。建立以 CDIO 模式为核心的计算机类专业应用型实践教学体系，更新实践教学内容，培养具有分析问题和解决问题的应用型计算机专业人才。在实践教学环节中，以项目的生命周期为载体， 让学生以主动的、实践的、课程之间有机 联系的方式学习工程，在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力等四个层面培养学生的综合应用能力。A.围绕核心培养目标，创设 情景教学环境，采用符合学生认知水平的教学方法，激发学生求知欲。充分利用应用型本科院校校内实训机构的优势，把企业方的实际项目带进实践教学环节，由学生组合成若干小 组，完成 项目的总体规划、可行性分析、系统分析、系统总体设计、系统详细设计，编码测试，安装实施等全过程，并完成各个阶段的系统文档资料。通过情景教学环境，可以使学生掌握实际项目的开发过程及方法、项目管理方法，培养学生解决 实际问题的能力与团队合作精神，锻炼 学生的意志及吃苦耐劳的精神。B.采用 CDIO 项目驱动教学模式，引入情景教学和互动教学的机制，提高学生在教学过程中的参与度。项目驱动教学方法要求在教学过程中，以完成一个具体的项目(任务)为线索，把教学内容巧妙地隐含在每个项目之中，让学生自己提出问题，并经过思考和老师的点拨，自己解决问题。C.建立和完善 CDIO 项目库，加强 CDIO 项目学习中所涉及课程的知识要求。CDIO 项目库的建设方案将注重培养学生的工程应用能力和工程素质，把实验、课程设计和实习实训等各个实践环节有效地配合和衔接起来。通过整体设计其内容，形成一个有梯度、有 层次、有阶段性的实践教学体系。在教学中，注重教学模块的学分制分配，安排好理论与实践课程的比重，以实践环境的授课为主，重点培养学生的动手能力和实际操作水平，使其能适应企业的需要，达到教学的目的。4 4D.利用产学结合平台，建立校内培养和校内实训交替的培养模式。通过将企业项目引进和将学生进行校内实训等多种合作方式，让学生在做实际工程项目的同时学习专业技术和职业能力。通过新型的培养模式，使学生快速 进入实际 操作的应用当中，提高学生的 职业技能与业务素质，解决他们的具体操作实践及学习能力问题。彻底摆脱理论优先，操作第二的 传统培养模式，从真正意义上实现实 践教学的理念。在 实践教学中，注重开发学生的个人技能特色，以因人施教的方式挖掘学生的潜能，提高学生个人的才华。5 53 计算机专业应用型实践教学体系的构建在深化“211”应用型人才培养模式改革 过程中， 经过不断研究和实践完善，形成了计算机专业实践教学体系。其可以概括为：“一个教学理念、两项核心任务，三个培养阶段、四项保障措施和五个实践教学训练环节”。 一个教学理念。确立“实践应用能力培养与基础理论教学并重，突出工程化实践能力和职业素质培养” 的教学理念。 两项核心任务。把计算思维和工程化实践能力培养作为计算机专业应用型人才培养的两项核心任务。即要教会学生面对求解问题，如何去分析、抽象、拿出应用计算机求解问题的思路，并能以团队式、工程化的方法去设计、实现 和运作。 三个 阶段的能力培养。把计算思维和工程化实践能力培养划分为基本能力、专业能力和工程化综合应用能力培养三个阶段。 四个方面的保障措施。校企合作的双师型师资队伍建设；工程化实践教学改革与研究；教学评价体系创新；实践教学的基础设施与平台建设。五个实践教学训练环节。构建了实验、 实训、实习 、毕业设计，课外开放式自主训练与创新活动五个实践教学训练环节，培养学生 计算思维和工程化 实践能力逐步提升。本着在实践中不断深化“211” 应用型计算机专业人才培养模式，在教学过程中全面体现计算思维、工程化能力和职业 素质培养的思路，实施了 调 整课程体系、改革教学内容、改进教学方法、建立工程化实训和提升保障条件的建 设， 进而形成一个融基础理论、 实验教学、工程实践为一体的整体化人才培养机制。6 64 CDIO 模式在软件工程 导论课程中的应用探讨针对软件工程导论课程教学过程中存在问题，尝试引入 CDIO 模式，主要包括 CDIO 的构思、设计 、实 施和运行四个阶段，将其能力培养模式和方法 应用到软件工程导论课程的理论、实验（实践）和考核教学过程中，体现以案例开发过程为驱动来安排教学内容和方法的教学思想。CDIO 模式在软件工程导论课程中的应用原则：(1)根据软件工程课程对学生的培养目标，进一步明确对学生知识、能力和素质的要求，以 软件（系统）工程设计为导向，以 项目训练为载体，重新设置课堂、实验（实践）和考核模式；（2）一方面 设置小规模实践项目或验证性的项目，加深和强化学生对课程内容的理解与应用；另一方面，选取合适的工程项目案例，将其完整地、前后衔接地贯穿于整个课程的各个教学阶段，使学生得到构思、设计、 实现、运作四个层面上的系统训练，以培养学生的 综合创新思维能力。4.1 理论教学改革软件工程导论所涉及到的理论知识内容相对抽象，需要与实践的案例（项目）构建为一个整体，同时为实践教学做好 补充、深化和拓展。这就需要改 变传统课题教学模式，主要体现在教师教学与学生学习的过程中，侧重于学习的经验获取方式及技能的训练方法上。CDIO 模式不仅注重培养学生的自学能力，也强调教师团队的指导作用。在理论教学实施过程中围绕某问题、任务或 项目开展，以 项目为载体，由教师引导学生自主学习和探索。教师成为教学的组织者、引导者、咨询者和评价者；学生不再是知识的被动接受者，而成 为知识的主动建构者，即实现三个转变 ：以教师为中心转变为以学生为中心，由以课本为中心转变为以项目为中心，由以课堂为中心 转变为以实际经验为中心。选择“书店信息管理系 统”项目作为教学案例，贯穿整个理论教学过程。将课程项目划分成计划订购管理、书库管理、销售管理和书店日常事 务管理等若干个模块，并把每个模 块涉及的知识点罗列出来，对其要 实现的目标和要求， 结合 软件工程导论中的需求分析、概要 设计、详细设计、 测试、维护等方面的理论，进行详细的讲 解。在理论教学过程中，注重由项目案例中的应用， 导入基本的概念和方法，提出 问题引导学7 7生思考应用，将理论的应用贯穿于软件工程导论课程的教学中，增加学生主动学习和动手实践的兴趣，强调分析问题和解决问题的能力，增 强概念学习。4.2 实验（实践）教学改革CDIO 模式倡导在“ 在工程 项目中学习” 的教学理念，遵循“案例导向、项目驱动” 的实验教学模式。结合软件开发的实际场景，以 团队为单位进 行。以 团队负责人为核心，组织对员进行需求分析、软件设计、编码、 测试、 维护等，既可分工协作，也可集中完成某一个阶段的任务。在实验教学过程中，遇到问题 ，先由学生 间讨论来解决，并制定解决方案进行相应的尝试或验证。在不能解决的情况下，有教师指导完成。在 这个 过程中，教师肩负着答疑和指导的任务，鼓励学生团队用不同方法完成任务，针对具体情况提出改进建议。借助这种途径，学生共同参与、协作完成，从而锻炼学生的交流与合作能力、自学和思考能力、解决问题和创造性思维能力。4.3 考核方式改革在教学过程中，改变过去单一的考试模式，建立多 样性的评价模式，以充分 调动学生的积极性。在教学任务完成后，针对 CDIO 模式的构思、设计、实施、运行四个阶段的工作进行总结，指导 学生撰写课程学习报 告。指 导教师对每个团队 及其成员的表现进行点评， 对发现的亮点进行表扬和推广。考核不 仅仅是关注最终的结果，更重要的是借助考核形式，引 导学生在教学过程的每一个阶段注重知识学习，积极参与技能练习，全面考察学生的综合职业能力。考核时，主要包括这些方面：职业素质的考核：考核学生平时的到课率和上课表现，循序渐进地对学生进行职业素质的培养；学习过程的考核：在 CDIO 的四个阶段分别进行考核并给定相应的分数，其目的在于调动 学生平时学习的积极性、主动性，是反映和 检验学生在学习过程中努力程度的标志；综合 应用能力考核：以演示、答辩的方式展