具有行业和地方特色的计算机专业 CDIO人才培养模式的研究与实践

1、具有行业和地方特色的计算机专业 CDIO人才培养模式的研究与实践 摘要：结合我校的行业背景和所处地域特点，将CDIO工程教育模式引入到计算机专业人才培养中，进行计算机专业CDIO人才培养模式的一体化课程方案构建，工程实践场所构建和专业评估标准建立等方面的研究实践，为地方院校计算机专业采用CDIO工程教育模式进行人才培养提供参考思路，培养和提升学生的工程能力。 关键词：CDIO人才培养模式；计算机专业；一体化课程方案 中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324202121-0211-03 一、引言 近年来，计算机专业在规模上蓬勃开展，给更多的学生创造了接受高等教育的时机，

2、为社会输送了IT专业人才；但同时存在的专业特色不明显以及教育质量需要提高等问题也日益突出。计算机科学与技术学科教学指导委员会对计算机人才需求的调查结果显示，目前计算机专业人才存在的主要问题有：缺乏解决工程问题的系统思路和方法，缺乏根本的抽象分析问题和独立解决问题的能力，对工具和方法应用不熟练、经验缺乏，价值取向和对职业生涯的规划不成熟等。这让我们必须面对计算机科学与技术专业人才培养中存在的工程能力缺失问题。另外，随着社会开展与信息化建设的需要，计算机学科的内涵和外延得到了极大丰富，学科知识组织结构和核心专业根底知识变得越来越庞大，导致学生既不能扎实掌握完整的专业理论根底，又不能熟练地应用能力，

3、由此出现了顾此失彼、实际效果差的局面1。人才培养和人才需求已经形成了一种结构性失衡，由此迫切需要对新型人才培养模式进行探索研究。 CDIO代表构思conceive、设计design、实施implement、运行operate，它是以产品研发到产品运行的生命周期为载体，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，是一种旨在培养现代工程师的全新国际化工程教育模式2，为当前我国高等教育面临的大学生实践能力欠缺而造成的就业难题提供了解决思路。河北工程大学前身隶属煤炭部，具有鲜明的行业背景，地处晋冀鲁豫四省交界，具有一定的地缘优势。2021年11月，河北工程大学被教育部确定为我国第一批18所

4、CDIO试点高校之一，计算机专业作为CDIO试点专业，结合我校的行业背景和所处地域特点，开始全面系统地进行CDIO人才培养模式的研究与实践。 二、计算机专业CDIO人才培养模式研究与实践 经过四年的探索，我校计算机专业主要在明确专业培养目标与定位，CDIO三级大纲制定，一体化课程方案构建，课程教学改革和教学资源建设，考核评价体系建立，CDIO实践环境建设，专业评估标准构建等方面进行了研究与实践。 1.将CDIO能力、工程设计融入课程体系，构建一体化课程方案。对于开设多年的计算机专业来说，各学校都有现行的课程体系。传统的课程体系是按照专业知识结构设置课程，课程间缺乏必要的关联，学习知识的目的不明

5、确，学生不可能真正知道这些知识在整个工程实践中的用处以及如何运用。一体化课程方案就是将工程设计、能力培养融入课程体系，课程之间通过工程相互关联，培养个人和人际能力以及产品、过程和系统构建的能力，充分表达“知识+能力+素质的并行培养。1以能力培养为主要目标，优化课程体系。本专业借鉴CDIO工程教育模式，以能力培养为主要目标，以各种知识为载体，结合地域和行业开展需要，改变以专业知识先入为主设置课程的传统方法，实现课程体系优化。开设导论性根底课程，提供工程实践框架。在第一学期开设?工程导论?、?计算机科学导论?等课程，激发学生对工程领域的兴趣，引导工程实践入门，让学生尽早开始建立系统的全局概念，将专

6、业知识和工程工程有机联系起来。导论性课程为工程实践提供了一个框架，这个框架概括了一个工程师的任务与责任，概括了如何利用学科知识去执行这些任务。学习导论性课程可以尽早培养CDIO大纲所要求的个人和人际能力，以及产品、过程和系统构建的能力。调整学时与课程，优化课程体系。课程调整就是精简专业必修课内容和门数，遵循“多课程、小学时的原那么，增加专业选修课，尤其是表达前沿性技术的课程。整合?大学物理?等公共根底课程，侧重学习和专业能力培养所需的相关内容，防止内容重复。合并?文档书写标准?、?软件工程?等课程，加强有机联系。学时调整就是普遍压缩了必修课教学时间，尤其是专业理论必修课的学时，增加工程实践学时

7、。设置职业、人文素质类课程，提升学生综合素质。将职业道德和诚信，与构思-设计-实现-运作CDIO有机结合，开设?工程伦理?、?大学生职业指导?等课程，使学生了解作为一名合格工程师所必须具备的素质与标准，强调做人与做事相结合，做人通过做事表达，做事通过做人保证，并在各个培养过程中注重人文精神的熏陶。同时，在整个教学环节中，对每一个工程和课程都会在职业人文素养方面有所要求由课程教学大纲规定，并有具体的考核标准，使学生感受到全方位的教育与培养。同时设置学科交叉、文理渗透的自选课程，提升学生解决问题的综合素质。增设专业方向和课程，突出行业和地方特色。在计算机科学与技术专业设置矿山信息化方向，结合煤炭、

8、钢铁行业的实际工程培养学生的工程实践能力。同时设置?煤炭概论?等课程，介绍行业背景，让学生熟悉生产流程，为矿山信息化建设打下行业根底。2围绕专业核心课程进行工程设计，组建课程群。依据通过贯穿专业核心课程学习全过程的CDIO工程设计，将整个课程体系有机、系统地结合起来。所有需要学习和掌握的内容都围绕工程设计这个核心，并与这个核心融合在一起，形成一个整体。通过工程引导学生对核心专业课程的学习兴趣和能力培养，并对本专业形成较清醒的总体认识3-5。 计算机科学与技术专业核心课程培养结构如图1所示。 在培养模式的设计上，我们将CDIO工程按规模和范围划分为三级：1级为包含本专业主要核心课程和能力要求的工

9、程，要求能完整、有衔接地贯穿整个本科教学阶段，使学生得到构思、设计、实现、运作的整体系统训练；2级为包含一组相关核心课程和能力要求的工程；3级为单门课程内为增强该门课程能力与理解而设的工程。学生组成工程开发团队，参与实际工程的开发全过程，切身感受与体验企业气氛与环境，四年不断地在理论知识、个人素质、团队协作能力和大系统适应与调控能力四个方面得到全面训练和提高。 2.建立进阶式多方位的课程教学模式，实施主动学习和综合学习的教学方法。课题组以CDIO工程教育理念和CDIO课程大纲内容为教学改革指导思想，设计了基于CDIO的课程教学模式，如图2其指导思想是：通过实验包其指导思想是：通过实验包括根底性

10、实验、设计性实验、综合性实验和工程设计逐级进阶，建立重根底、重实践、重创新的多方位教学模式。CDIO是“做中学原那么和“基于工程的教育和学习的集中表达，在课程教学过程中，实验和工程设计贯穿于教学始终。根底性实验加深学生对根本概念和核心知识的理解；设计性实验培养学生分析问题、解决问题的能力，以及初步的系统分析与设计能力；综合性实验培养学生的系统思维能力，以及在实验中探寻知识、勇于创新的能力；通过应用工程开发，使学生领会课程的根本思想和重要知识点，培养学生的创造性的工程设计能力和协同工作能力，提高综合分析和解决问题的能力。基于此目标，我们主要集中于案例分析学习以及工程训练，培养学生的团队协作能力，

11、以及系统的构思、设计、实施和运行的能力。我们将上述四个层次的实践环节贯穿于课程教学过程，较好地实现了以能力培养为目标的CDIO教学大纲的培养学生四类能力的要求。 3.建设CDIO工作空间，提供系统的能力培养环境。工程实践场所是实施CDIO专业方案的一个关键因素。CDIO工作空间不同于传统的实验室，围绕C、D、I、O构建工程实践场所，可以使学生充分理解构思-设计-实施-运行的全过程，同时保证一、二、三级工程的顺利实施。我校专门在校内为CDIO试点专业开辟了专区，本专业CDIO工作区被划分为四个区域，即构思讨论室、系统设计室、系统构建室和展厅。构思讨论室主要使学生能够构思新的系统，通过交谈、倾听及

12、反思的互动理解用户需求和开展概念；系统设计室支持新的协作模式和数字化设计，使学生能够进行设计、模拟设计、分享设计和相互交流；系统构建室可以构建系统并加以运行；展厅用于展示学生工程研究和工程开发的成果。通过工作空间的设立，使学生能够在工程教育的背景环境中学习体验CDIO的全过程。为了充分挖掘校外资源，为学生提供实际的系统运行环境，我们按照CDIO的要求进行了校企合作实训基地和实习基地建设，先后与多家单位合作建立了校外实训基地。在河北钢铁集团、冀中能源等我省著名的企业建立了稳定的校外实习基地，通过实习使学生体验真实的企业环境，更好地为行业输送人才；与Oracle甲骨文公司签署了共建“软件工程实践教

13、育中心协议，与泰克网络达成了共建数据网络实验室的协议，达内科技开展成为实训基地，学生可以进行工程级实训。各种形式的校企合作使本专业人才培养的特色更加鲜明和深化，培养出的学生更能适应企业需求。 4.结合CDIO标准，构建专业评估能力成熟度模型进行专业评估。以判断专业在朝既定目标方面有哪些具体进步为根底，来判断专业的整体有效性，对CDIO专业方案的评估，主要依据输入过程输出这个判断模型。输入包括人员访查、设施的可用性、资源的充足性等；过程包括教学、考核和评价方法；输出指学生既定的学习效果和专业整体成果。确立基于标准的评估，是以判定模式为主，兼有目标导向模式和管理导向模式。判定模式考察专业是否符合标

14、准要求，着眼于输入和过程，假设专业的师资水平、实践场所和资源等输入符合标准，教学等专业实施过程符合标准，那么输出应该满足培养目标的要求。这有利于在评估中发现输入和过程与标准的差距，利于专业的持续改良、专业改革和评估的机制化运作。这一理念与软件能力成熟度模型吻合能力成熟度模型Capability Maturity Model，简称CMM，是一种针对软件开发组织过程能力成熟度的评估体系，提供标准化的过程改良，而CDIO的12条标准包括了输入、过程、输出以及效果和影响。因此借鉴CMM的思想，结合CDIO的12条标准构建CDIO能力成熟度模型如表1所示，针对专业的能力进行评估和改良，给出专业开展的潜力

15、和可以改良的方向。 三、结束语 根据人才培养需要，我们结合学校行业背景和地域特点，构建了基于CDIO工程教育模式的计算机人才培养模式。主要进行了一体化课程方案设计，教学模式探索，实践场所构建和CDIO评估标准建立，为CDIO在地方院校计算机专业的推广提供了参考。CDIO工程教育教学模式实施四年来，极大地激发了学生的学习兴趣和热情，在工程实施过程中学生CDIO能力得到反复训练与提升，学生的职业素养、创新精神和团队协作能力增强，学生在各种国家和省部级竞赛中屡获奖项，人才培养质量得到明显提高，学生就业能力增强，相关企业满意度提高。在以后的探索中，我们将进一步进行CDIO工程教育模式的研究，并不断在实践中检验和优化。 参考文献： 1段利华，等.计算机科学与技术专业现状分析和人才培养模式改革研究J.高等理科教育，2007，2：82-84. 2Edward F.Crawley，etc.Rethinking engineering Educationthe CDIO ApproachM.2007. 3顾学雍.联结理论与实践的CDIOJ.高等工程教育研究，2021，1：11-23. 汕头大学工程教育与人才培养模式探索J.高等工程教育研究，2021，1：12-20. “CDIO与产学合作和国际化J.中国大学教学，2021，5：16-