摘要：CDIO的教育模式致力于構建學生的可擴展知識體系、個人能力、人際交往能力和系統(tǒng)競爭力，汕頭大學工學院計算機系實施以設計為導向的CDIO三級項目設計體系。本文闡述此三級項目設計的基本概念和方法，結合具體教學實踐，介紹在計算機科學與技術專業(yè)進行的基于課程群的二級項目設計理念和實施過程。此項教學改革在提高學生對課程體系的理解，項目構思、設計、實施和操作的能力，以及團隊合作精神等方面取得顯著效果。
　　關鍵詞：CDIO；項目設計：核心課程；課程群
　　
　　國際上先進的CDIO(構思(conceive)、設計(design)、實施(implement)、運行(operate)工程教育理念是麻省理工學院、瑞典皇家工學院等四所國際著名工科院校創(chuàng)立的國際組織所提出，描述了工程教育所應遵循的培養(yǎng)準則，代表了近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO強調個人工程能力不僅應包含個人的理論知識和專業(yè)技能，而且還應包含終生學習、團隊交流、大系統(tǒng)掌控等一系列能力。結合我國的實際情況，汕頭大學顧佩華教授提出了EIP-CDIO工程教育模式，并在汕頭大學工學院全面進行工程教育實踐。EIP是指有道德(Ethics)、講誠信(Integrity)和專業(yè)化(Professionalism)，CDIO是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構思研發(fā)到運行改良乃至終結廢棄的生命全過程。EIP-CDIO就是注重職業(yè)道德與誠信，與構思，設計，實施，運作的工程訓練進行有機結合，以培養(yǎng)高級工程專業(yè)人才為目標的高等工程教育新模式。
　　EIP-CDIO是一種以工程項目設計為導向、工程能力培養(yǎng)為目標的工程教育模式，它是“做中學(Learnhag by doing)”和“基于項目的學習(Projectbased learning)”的集中概括和抽象表達?！白鲋袑W”，即“從活動中學”、“從經(jīng)驗中學”是著名教育理論家杜威提出的一種教育原則，他指出：“從做中學要比從聽中學是更好的學習方法”。做中學充分體現(xiàn)了學與做的結合，它使得課堂里知識的獲得與生活過程中的活動聯(lián)系起來?！盎陧椖康膶W習”以工程項目(包括產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng))從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。EIP-CDIO即是通過項目設計將整個課程體系有機地結合起來，其特點是，所有需要學習和掌握的知識圍繞項目設計這個核心形成一個完整的有機體。
　　
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　　1　EIP—CDIO培券模式
　　CDIO理念描述的是各類工程專業(yè)開展高等教育所應遵循的普遍原則，而在各個工程領域中的教育環(huán)節(jié)和具體實施尚處在摸索階段，本文介紹了我們在CDIO教育模式下，通過計算機專業(yè)二級項目的設計與實施，在新形勢下所做的探索。
　　EIP-CDIO的工程教育理念，將培養(yǎng)過程劃分為四個層次，第一層次為技術能力培養(yǎng)，目標是使學生掌握開發(fā)復雜工程系統(tǒng)的基本理論知識和技術；第二層次為個人能力培養(yǎng)，目標是使學生成為有思想的成熟個體；第三層次為團隊能力培養(yǎng)，目標是使學生適應在基于團隊的現(xiàn)代化環(huán)境中進行研發(fā)：第四層次實現(xiàn)構思一設計一實現(xiàn)一運作能力的綜合?；陧椖康膶W習方法可以很好地體現(xiàn)各個層次培養(yǎng)的目標，通過項目活動，學生在完成項目任務過程中，總能夠自發(fā)地尋求知識和資源支持，這既鍛煉了學生自主學習的能力，又使學生掌握了開發(fā)工程系統(tǒng)的理論知識和技術；通過集體項目的實施可以培養(yǎng)學生的團隊精神，充分認識個人和集體之間的關系，它對學生的思想成熟及適應現(xiàn)代環(huán)境中的團隊研發(fā)方式起到至關重要的作用；完成項目的全過程是對構思一設計一實現(xiàn)一運作的一次訓練，多次的訓練可以使學生綜合CDIO的能力得到充分的鍛煉和培養(yǎng)。
　　
　　2　CDIO學習項目的構成
　　
　　CDIO項目按規(guī)模和范圍劃分為三級，一級項目圍繞本專業(yè)核心課程基礎、應用知識及培養(yǎng)能力要求而設定；二級項目是圍繞一組核心課程的知識點，以及能力培養(yǎng)要求的項目；三級項目是單門課程設計的項目，旨在增強理解和培養(yǎng)相關能力。
　　一級項目一般要求完整地、前后銜接地貫穿于整個本科教育階段，使學生得到構思、設計、實現(xiàn)、運作的系統(tǒng)訓練。每專業(yè)至少有兩次一級項目訓練。一級項目訓練一般在一二年級開始，學生在教師指導下，通過選擇一個涵蓋本專業(yè)基礎知識和應用的實例產(chǎn)品進行解剖分析，了解其內部結構構成與設計思想，從而提前了解本專業(yè)核心知識內容與實際產(chǎn)品的聯(lián)系，從設計工程師的角度去面對即將開始的專業(yè)課程學習，建立所學與所用之間的聯(lián)系；同時，早期項目的構思與設計，使學生了解各主要課程的知識對本專業(yè)的作用，激發(fā)學習興趣，通過初步的創(chuàng)新思維與產(chǎn)品構思訓練，在一定程度上建立起與專業(yè)相關的整體概念。畢業(yè)實習和畢業(yè)設計為第二次一級項目訓練。兩次項目訓練相互銜接。經(jīng)過第一個一級項目訓練和本專業(yè)課程的學習，學生對本專業(yè)的基礎知識有了全面的了解，資格方面的能力得到了鍛煉，為第二個一級項目——畢業(yè)實習和畢業(yè)設計奠定了基礎。第二個一級項目要求學生利用所學知識，對一個產(chǎn)品項目完整地展開構思、設計、實現(xiàn)、運用，系統(tǒng)地完成一個工程實踐，目的是讓學生從解決工程問題的角度學習專業(yè)知識，初步掌握工程思維方法。
　　二級項目圍繞核心課程知識點，以培養(yǎng)相關能力要求為基礎。訓練一般以3～6個二級項目為載體，加強本專業(yè)核心課程的學習與應用。作為一級項目的支撐，二級項目是對相關課程群所涉及的知識點的整合，要求學生綜合利用幾門相關核心課程的知識，構思、設計并實施有一定實際背景的項目，培養(yǎng)學生綜合應用相關知識的能力；另外，作為對整個教學體系的補充，二級項目對培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力與終生學習能力將發(fā)揮重要作用。由于每個項目只涉及一組核心課程組成的課程群，由多個(3～6個)二級項目隊以級項目形成支撐作用，項目設計圍繞相應課程群的知識點，而不必追求本專業(yè)知識的全面運用和項目功能的齊全，在必要時，為了強調基礎知識的作用，也可限制學生利用現(xiàn)成的合成工具。從時間上看，第一個二級項目是一般學生完成的第一個完整項目，訓練其對項目設計的認識、團隊精神和作為工程師的思維模式是主要目的，同時，它對激發(fā)學生對本專業(yè)的興趣起到至關重要的作用。
　　三級項目是單門課程內的項目。在為學生提供強大基礎知識背景和數(shù)學、科學方法訓練的基礎上，三級項目根據(jù)課程教學自身需要設立小規(guī)模實踐項目，旨在加深和強化學生對課程內容的理解與應用。
　　就整個培養(yǎng)計劃來看，以一級項目為主線，以二級項目為支撐，以三級項目與核心課程為基礎，將核心課程教育與對專業(yè)的整體認識統(tǒng)一起來，并結合項目訓練對學生的自我更新知識的能力、人際和團體交流能力以及對大系統(tǒng)的掌握、運行和調控能力進行整體培養(yǎng)。
　　
　　3　計算機專業(yè)各級項目的設計思路
　　
　　計算機是當代信息科學與技術的重要支柱之一。本專業(yè)學生要求受到良好的科學思想、科學實驗與工程設計的基本訓練：系統(tǒng)地掌握計算機科學與技術，包括計算機硬件、軟件與應用的基礎理論、知識和技能；了解本學科的知識結構、基本形態(tài)、核心概念，典型技能和基本工作流程；熟悉計算機系統(tǒng)和計算機應用的環(huán)境和工具；掌握計算機系統(tǒng)分析與設計的基本方法；能應用所學知識分析和解決實際問題，并具有研究開發(fā)的基本能力；學生畢業(yè)后能在科研、教育部門、企業(yè)、事業(yè)單位等計算機科學與技術諸領域從事研究、開發(fā)、教學及管理等工作，亦可攻讀本專業(yè)或相近專業(yè)及交叉學科的研究生學位。
　　以EIP-CDIO培養(yǎng)模式為框架，以培養(yǎng)個人能力(包括自學能力和創(chuàng)新能力)、協(xié)同工作能力和系統(tǒng)調控能力為主要目標，基于項目學習的理念和科學的課程(內容)設置作為能力培養(yǎng)的載體，我們設計了新的課程體系和培養(yǎng)模式，如圖l魚骨框圖所示。
　　圖1中，系統(tǒng)設計與集成和畢業(yè)設計是兩個一級項目，它們貫穿整個四年的學習過程，成為本科期間項目學習的主線。第二年至第四年每年都有一個具體的設計和研究項目(open-ended)，學生分成4～6人的團隊，每個團隊有一個項目，從設計要求、功能設計、概念設計、系統(tǒng)設計到制造出來；培養(yǎng)設計、創(chuàng)新、協(xié)調、溝通和領導能力(每個團隊的組成輪流擔任，每個學生都有當領導的機會)，增強學生的自信心；這種開放型的項目，使學生有機會把知識有機地聯(lián)系起來，應用知識。在這一過程中，學生有可能用到?jīng)]有學過的知識，因此，學生要學會以探究方式獲取知識，整個過程要體現(xiàn)CDIO的教育理念。
　　二級項目是基于課程群，每個課程群都有一個項目。這些項目相當于綜合性的課程設計，把相關聯(lián)的課程知識有機地結合起來，使學生認識到有機和關聯(lián)的知識群而不是孤立的知識點，課程群建設與實踐的結合可以避免內容重復，減少學時。
　　通過對教育部計算機專業(yè)課程指導計劃所要求的課程和知識點的要求進行深入分析，并結合EIP-CDIO教育模式，我們將計算機專業(yè)主干課程分為四個課程群：第一個課程群由程序設計基礎、離散數(shù)學和數(shù)據(jù)結構組成，第二個課程群由電路與電子線路、數(shù)字邏輯、匯編語言、計算機組織與體系結構和微機原理與接口技術組成，第三個課程群由軟件工程、面向對象系統(tǒng)分析與設和數(shù)據(jù)庫原理組成，第四個課程群由操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡與通信組成。
　　三級項目是基于單個課程而設計，相當于課程設計。在EIP-CDIO教學模式下，每個教師都應充分了解自己課程在整個專業(yè)培養(yǎng)體系中的作用，包括知識能力培養(yǎng)中的貢獻。利用三級項目，我們將每門課程涉及的能力和各知識點串接起來，在構建學生的知識體系中發(fā)揮其應有的作用。在課堂教學中，圍繞課程設計(三級項目)，每門課程中應有20～30％時間用于互動、啟發(fā)式、探究式的學習，引導學生提出問題，找到解決問題的方法，提取概念和有規(guī)律性的方法。另外，我們鼓勵學生參加各種創(chuàng)新競賽活動，將這些活動納入到三級項目中，以增加新的知識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
　　
　　4　計算機專業(yè)二級項目設計
　　
　　如前所述，二級項目的宗旨是綜合幾門主要課程，對一級項目起到支撐作用。對計算機專業(yè)而言，從知識點的角度上看，大致上可分為軟件及算法基礎知識、硬件基礎知識、大型軟件項目組織、網(wǎng)絡工程項目組織等。基于這種認識，結合我校具體情況，我們將計算機主要課程分為以下四個課程群。
　　第一個課程群主要涉及的是軟件基礎課程，知識點主要包括計算機物理結構、結構化程序編程、數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)、關系理論、數(shù)理邏輯、代數(shù)系統(tǒng)、線形表結構、樹結構及算法、圖結構及算法、查找算法、排序算法等。一般來講，這是一二年級與軟件基礎相關的主要課程，我們?yōu)榇苏n程群設計的二級項目是軟件算法綜合設計——大學教學管理系統(tǒng)設計。在此項目中，我們充分考慮到運用本課程群所涉及到的基礎知識點，對學生提出了如下要求。
　　(1)使用文件系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)。此項要求學生充分理解文件系統(tǒng)知識并靈活運用，特別是二進制文件、文本文件和數(shù)據(jù)流的操作與管理。
　　(2)不使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如SOL、Visual FoxPro等1可以很好地完成查詢、排序等基本操作，使用這些現(xiàn)有系統(tǒng)會使學生忽略數(shù)據(jù)結構、算法等在計算機專業(yè)的基礎作用，不利于對計算機專業(yè)基礎理論的理解和掌握。為此，我們要求學生自行完成數(shù)據(jù)庫及管理方案設計與實現(xiàn)。
　　(3)利用關系理論建立自己的數(shù)據(jù)信息結構。關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中應用最廣的一類數(shù)據(jù)庫模型，此模型建立在嚴密的關系理論的基礎上，為了讓學生充分認識離散數(shù)學等基礎課程對本專業(yè)所起的作用，加強各課程之間的知識聯(lián)系和銜接，更深刻完整地理解本專業(yè)知識結構，我們提出了此項要求。
　　(4)建立與常用辦公平臺通信的導入導出功能。現(xiàn)代軟件系統(tǒng)往往需要多平臺系統(tǒng)的銜接整合，通過此項要求可以使學生對現(xiàn)代軟件有更深入認識。另外，現(xiàn)有課程對此類知識的介紹不多，需要學生通過其他手段(如網(wǎng)絡等)自主地搜索查找，從而培養(yǎng)學生的主動學習能力。
　　第二個二級項目“小型數(shù)字系統(tǒng)設計”主要涉及的課程為電路與電子線、數(shù)字邏輯、匯編語言、計算機組織與體系結構和微機原理與接口技術，所涵蓋的主要知識點為組合及時序邏輯電路的分析與設計的基本知識、小型數(shù)字系統(tǒng)設計的基本方法、硬件描述語言VHDL、電子設計自動化及仿真軟件(Quartus II)的使用、PLD開發(fā)版(DE2)的使用、匯編程序的輸入輸出指令、循環(huán)及延時程序設計和鍵盤控制。
　　第三個二級項目“大型軟件項目實施”主要涉及數(shù)據(jù)庫原理、面向對象系統(tǒng)分析與設計和軟件工程等課程，涵蓋的知識點主要包括軟件開發(fā)模型、高級語言編程，數(shù)據(jù)結構及算法，數(shù)據(jù)庫設計及管理。其目的是訓練學生綜合運用數(shù)據(jù)庫、面向對象的系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設計方法進行大型軟件項目的實施過程。為此，我們設計的題目為“大學生運動會管理系統(tǒng)”，學生可選用不同的模型和方法來設計實現(xiàn)該項目，例如瀑布模型、螺旋模型、快速原型模型、噴泉模型及面向對象方法等。
　　第四個二級項目“網(wǎng)絡工程項目實施”是繼程序設計基礎、數(shù)據(jù)結構、計算機網(wǎng)絡與通信、操作系統(tǒng)和多媒體技術與應用等課之后開出的二級培訓項目。在掌握了網(wǎng)絡基礎知識的基礎上，通過具體網(wǎng)絡工程項目的實施，使學生體會一個工程項目從構思、設計、實現(xiàn)到運行(CDIO)的過程，并懂得如何將所學的知識運用到實際的工程項目中。我們設計的題目為“網(wǎng)絡即時通信平臺設計”，學生可根據(jù)興趣和愛好，選擇實現(xiàn)文本通信、語音通信和視頻通信中的兩種，或者選擇實現(xiàn)一種，但要做得有創(chuàng)意有特色。
　　項目以分組團隊進行大型軟件系統(tǒng)的設計，做到理論聯(lián)系實際，著重應用，使學生得到比較充分的實踐訓練。學生通過對系統(tǒng)的設計，可進一步鞏固理論知識，掌握大型系統(tǒng)的組成結構和深入理解數(shù)據(jù)庫對于大型系統(tǒng)開發(fā)的支持作用；通過設計培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新能力和實踐探索能力，培養(yǎng)良好團隊合作意識，團隊分工責任明確。在項目完成時，能系統(tǒng)地寫出設計思想、方案論證及系統(tǒng)工作原理，其中包括問題及改進設計的意見。
　　
　　5　二級項目實施與評估
　　
　　二級項目的實施根據(jù)專業(yè)課程和專業(yè)基礎課程的進展安排在不同的學期階段，通常在一學期至一學年之內完成。學生通過二級項目的實施，能夠很好地鞏固所學的專業(yè)知識并獲取扎實的專業(yè)技能，培養(yǎng)團隊合作的精神，分工協(xié)作，互相交流，共同努力。在設計過程中能利用技術和科學知識，能有創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。在項目實施前，學生已經(jīng)具備了一些本專業(yè)的基礎知識，并且系統(tǒng)地完成了相關課程群的學習，為完成較復雜的項目打下了基礎。
　　
　　5.1　項目實施方式
　　在項目實施過程中，采用分組合作方式，即每個項目按班級人數(shù)分成若干個小組進行，每組人數(shù)約5人左右，分組以隨機指定方式為主，可作適當調整。這種分組方法讓每個學生都有機會接觸不同性格的人，以達到培養(yǎng)溝通能力和團隊合作精神的目的，這樣做可以避免“較好的同學大家搶著要，較差的同學沒人要”的現(xiàn)象發(fā)生。另外，每組由學生自己選擇一名組長，組織和協(xié)調整個項目。
　　每個二級項目都有一個相關課程群的教師團隊進行指導，并制定一名負責教師。負責教師在團隊其他教師的協(xié)助下管理整個二級項目的實施，團隊中的老師有義務幫助學生解決設計實現(xiàn)中遇到的各種專業(yè)問題。
　　
　　5.2　項目安排與要求
　　項目是由學生自主安排實施計劃和進度，但大體上應包括下述幾個階段，每個階段都要提交相關的文檔。
　　(1)項目調研與需求分析階段。該階段需要學生收集并閱讀相關的文獻資料，進行必要的走訪和調研，并開會討論(要有會議議程和會議記錄)，最終確定選題，明確項目需求，并對項目進行分工和安排進度。該階段項目完成后，每小組需要提交項目調研和需求分析報告。
　　(2)系統(tǒng)整體設計階段。該階段要求學生設計出系統(tǒng)的整體框架。階段完成時每小組需要提交系統(tǒng)整體設計報告，報告中要包括系統(tǒng)構架、軟件框圖及說明、選定方案的論證及工作原理的闡述。
　　(3)系統(tǒng)實現(xiàn)階段。該階段要求學生對系統(tǒng)進行實現(xiàn)，在實現(xiàn)的過程中要定期和指導教師交流，以便教師隨時掌握項目實施情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，作出必要的指導。
　　(4)系統(tǒng)測試階段。該階段要求學生對系統(tǒng)進行全面的測試，并根據(jù)測試結果對系統(tǒng)進行改進。該階段完成時每小組需要提交測試報告。
　　(5)系統(tǒng)的完善階段。當項目驗收完后，學生需要根據(jù)驗收的結果和改進意見對項目進行完善。
　　(6)交流階段。二級項目完成后，由學生自己組織一次該二級項目的交流討論會，相互借鑒，取長補短，并推薦優(yōu)秀的項目加以改進和完善后參加校內外的各種競賽。
　　
　　5.3　項目驗收
　　當學生完成項目后，指導教師團隊組織對項目進行驗收。驗收時小組的所有人員都要到場。驗收的步驟如下：(1)由小組組長從宏觀上介紹整個項目的設計和實現(xiàn)：(2)小組各成員重點闡述自己在項目中承擔的角色和完成具體的任務，以及開發(fā)與測試中遇到的問題及其解決的辦法；(3)進行系統(tǒng)演示；(4)指導教師和學生針對項目進行提問，小組成員進行回答：(5)指導教師團隊總結整個項目，評定成績(系統(tǒng)運行成績和個人答辯成績)，并指出項目存在問題及改進設計的意見。
　　
　　5.4　成績評定
　　項目驗收后，每個小組需要提交如下文檔：集體開會(討論)議程和記錄、小組項目報告，個人項目報告并互相打分。二級項目的最終目的并不完全是要讓學生做出一個優(yōu)秀的系統(tǒng)，而更看中整個項目的實施過程，希望學生在整個項目的實施中，各方面的能力都得到鍛煉和提高。因此，學生二級項目的最終成績從六個方面評定：系統(tǒng)運行(仿真)結果(20％)、小組項目報告(15％)、集體開會(討論)議程和記錄(15％)、個人項目報告(20％)，個人答辯情況(20％)和小組成員互相打分(10％)。其中前三項成績是對項目組的評分，后三項成績是對各人的評分。
　　
　　6　二級項目的收獲
　　
　　通過四個二級項目的實施，學生解決工程問題的能力將有所提高。
　　(1)每個二級項目都涵蓋相關5uq04m91elZXf9XQrTT/Yg==的多門課程的主要知識點，通過二級項目提高學生融會貫通知識的能力。
　　(2)二級項目使學生參與體驗項目從構思(c)、設計(D)、實現(xiàn)(I)到運作(o)的整個過程。
　　(3)在整個項目的設計和實施中，提高學生查找和閱讀各種相關文獻資料的能力。
　　(4)項目以小組為單位開展，讓學生體驗項目討論、規(guī)劃、分工、實現(xiàn)、整合的過程，使學生體驗集體開發(fā)的樂趣和集體的力量，提高學生分工合作能力和團隊互助精神。
　　(5)項目的有序開展離不開小組組長的指揮和協(xié)調，通過二級項目提高小組組長的組織協(xié)調能力。
　　為了評估此項目實施的結果，我們在學生中作了問卷調查，依據(jù)CDIO大綱的思想，此次問卷中涉及以下幾項內容：對課程群知識的掌握、對計算機專業(yè)的理解、自學能力的提高、設計能力的提高、實踐能力的提高、溝通能力的提高、創(chuàng)新能力的提高、責任心的培養(yǎng)、組織能力的提高(組長)、對本次二級項目的綜合評價10項內容；學生根據(jù)自己在項目中的收獲對每項內容給出很好、好、一般、差的選擇。多數(shù)同學在各項選擇中給出了好和很好的評價，其中，有6.5％和64.5％的同學對項目的綜合評價為很好和好，26.5％和19.5％的同學認為此活動對責任心的培養(yǎng)和自學能力的提高有很好的作用(見圖2)。
　　
　　7　結語
　　
　　二級項目圍繞核心課程群的知識點，以培養(yǎng)相關能力要求為基礎。作為一級項目的支撐，它是對相關課程群所涉及的知識點的整合，要求學生綜合利用幾門相關核心課程的知識，構思、設計并實施有一定實際背景的項目；二級項目是整個教學體系的補充，將為培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力和終生學習能力發(fā)揮重要作用。從時間上看，第一個二級項目是一般學生完成的第一個完整項目，訓練其對項目設計的認識、團隊精神和作為工程師的思維模式是主要目的，它對激發(fā)學生對本專業(yè)的興趣起到至關重要的作