柳運昌　張娜

摘? 要： 云計算技術(shù)及應(yīng)用作為計算機(jī)專業(yè)的核心課程，具有內(nèi)容豐富、綜合性強(qiáng)、實踐要求高的特點。為了提高云計算技術(shù)及應(yīng)用課程的教學(xué)效果，更好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，本文基于CDIO教學(xué)理念，對云計算技術(shù)及應(yīng)用課程進(jìn)行“教、學(xué)、做、評”一體化的改革，以能力為本位，重點培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識、職業(yè)技能和團(tuán)隊協(xié)作能力。教學(xué)實踐證明，該改革對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、學(xué)習(xí)的全員參與度和綜合能力效果顯著。

關(guān)鍵詞： CDIO; 云計算; 教學(xué)改革; 能力培養(yǎng)

中圖分類號：TP393? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）12-74-05

Research on the teaching reform of “Cloud Computing Technology and

Application” course with CDIO concept

Liu Yunchang， Zhang Na

（School of Computer and Data Science， Henan University of Urban Construction， Pingdingshan， Henan 467036， China）

Abstract： “Cloud Computing Technology and Application” is a core course of computer science and technology specialty.The course is characterized by rich content， comprehensiveness and strict practical requirements. How can we improve the teaching effect of cloud computing technology and application course and better promote the cultivation of students' hands-on ability？ Based on CDIO concept， this paper carries out the teaching reform of “teaching， learning， doing and evaluation” for the course. It focuses on competency and cultivates students' technical knowledge， professional skills and teamwork skills. The teaching reform has a significant effect on improving the learning initiative，full participation and comprehensive ability of student.

Key words： CDIO concept; cloud computing; teaching reform; competency cultivate

0 引言

云計算已成為我國國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的 20 項重點工程之一，越來越多的高等院校開設(shè)了云計算技術(shù)方面的課程[1-2]。云計算技術(shù)及應(yīng)用課程作為計算機(jī)專業(yè)的核心課，主要介紹云計算基本理論，分析其關(guān)鍵技術(shù)，闡述其基礎(chǔ)架構(gòu)及各種典型的云解決方案。該課程的突出特點是內(nèi)容豐富、綜合性強(qiáng)、學(xué)習(xí)量大、抽象性強(qiáng)、實踐性要求高。

為了提高“云計算技術(shù)及應(yīng)用”課程的教學(xué)效果，更好地培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)？本文采用CDIO教學(xué)理念，對云計算技術(shù)及應(yīng)用課程進(jìn)行“教、學(xué)、做、評”為一體的教學(xué)改革探索。

1 存在的問題

近年來，經(jīng)過持續(xù)不斷的教學(xué)改革，云計算技術(shù)及應(yīng)用課程的教學(xué)水平得到了提升，但仍然存在許多問題，具體如下：

1.1 重理論輕實踐

當(dāng)前的云計算教學(xué)以理論概念和知識點的講解為首要任務(wù)。課堂教學(xué)中以教師講授為主，學(xué)生訓(xùn)練為輔，學(xué)生在課堂教學(xué)中的積極性和參與度不高。其次，教師在教學(xué)過程中往往講授單獨一種云的解決方案，而忽視了各種云計算解決方案間的聯(lián)系與比較。學(xué)生不能很好地對各個知識點建立聯(lián)系，進(jìn)而對云計算技術(shù)的系統(tǒng)性、連貫性難以掌握和熟練應(yīng)用。

課程實踐通常是在理論課程學(xué)習(xí)之后，先理論后實踐的教學(xué)模式，造成了學(xué)生在知識理解與動手實踐之間產(chǎn)生間隔，實踐時理論知識會記憶模糊，這使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果不佳。針對實際問題，學(xué)生只會生搬硬套教材的方法，不能夠因事制宜，學(xué)為所用，缺乏靈活性和創(chuàng)新性，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。對計算機(jī)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，學(xué)生很難提出技術(shù)性及綜合性的解決方案。

1.2 學(xué)習(xí)內(nèi)容多課時少

我校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的云計算技術(shù)及應(yīng)用課程的總課時為72課時，其中包括14課時的實驗課及2周的課程設(shè)計。云計算技術(shù)及應(yīng)用課程涉及到IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺即服務(wù)）、SaaS（軟件即服務(wù)）等多個層次的云解決方案，每種方案有其自身的理論支撐和技術(shù)實現(xiàn)，相互之間聯(lián)系較少，但知識點多、理論性較強(qiáng)。學(xué)時有限的情況下，教學(xué)內(nèi)容靈活性比較差，教師難以安排合理有機(jī)的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生課堂上往往似懂非懂，實際動手就更差。其中一個重要原因在于理論教學(xué)中難以系統(tǒng)化表達(dá)各種抽象的云計算技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境和使用效果。

1.3 實驗教學(xué)簡單

受制于實驗條件，云計算實驗采用了“一刀切”的方法，對每一個章節(jié)，所有的學(xué)生均完成同一個實驗題目。而每種云計算解決方案的技術(shù)要求都不相同，學(xué)生也沒有必要掌握所有的主流云計算解決方案。此外，近年來學(xué)生素質(zhì)參差不齊，個體差異大，學(xué)習(xí)能力不同，完成同一實驗任務(wù)的情況不理想，更談不上創(chuàng)新。實際的云計算解決方案涉及多項技術(shù)，課程實踐的工作量巨大，非常需要學(xué)生合作完成任務(wù)。而在“簡單化”的實踐教學(xué)中，較多的要求是獨立完成，因此缺乏對學(xué)生團(tuán)隊合作能力的培養(yǎng)。

1.4 考核方式單一

對學(xué)生的考核以理論考試為主，主要是筆試方式與作業(yè)，偏重于理論知識的掌握。對學(xué)生的考核往往只有一次，不能反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程的成長變化。這種考核僅關(guān)注于學(xué)生的工程科學(xué)和技術(shù)知識掌握情況而忽略了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，以及終身學(xué)習(xí)、團(tuán)隊交流和工程系統(tǒng)能力。

2 基于CDIO的“教、學(xué)、做、評”一體化教學(xué)模式

CDIO是指構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）。課程之間是有機(jī)聯(lián)系的，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型、有實際能力的高素質(zhì)工程人才[3-4]。

云計算技術(shù)處于快速成長期且是信息前沿技術(shù)，CDIO理念讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中就能體驗到相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)的應(yīng)用，能很好地培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知與情感。因此，本文以CDIO理念為基礎(chǔ)，對云計算技術(shù)及應(yīng)用課程的課堂教學(xué)和實踐教學(xué)進(jìn)行改革，推行項目導(dǎo)向、問題驅(qū)動、課堂教學(xué)與實驗教學(xué)統(tǒng)一、學(xué)生評價過程化的“教、學(xué)、做、評”一體化教學(xué)模式，突出能力為本位，重點培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識、職業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)和團(tuán)隊協(xié)作等能力[5，6]。

在“教、學(xué)、做、評”一體化教學(xué)模式下，我們注重教學(xué)過程的實踐性、開放性和職業(yè)性，課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計結(jié)合具體的項目。我們將云計算技術(shù)及應(yīng)用課程當(dāng)作項目來講授，任課教師進(jìn)行市場調(diào)研，開展職業(yè)分析，結(jié)合行業(yè)實際開發(fā)項目化教材，圍繞CDIO理念中“做中學(xué)”的基本原則，建立實驗室開放式教學(xué)環(huán)境，使得課堂教學(xué)和實驗教學(xué)融為一體，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)資料查閱能力、項目分工協(xié)作能力和編程能力。

項目設(shè)計過程中學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)和工作，團(tuán)隊內(nèi)相互協(xié)作，團(tuán)隊間協(xié)作加競爭。教師主要起指導(dǎo)作用，督促學(xué)生完成一次構(gòu)思→設(shè)計→實施→改進(jìn)和展示的全過程。首先為“C”（構(gòu)思）階段，教師提出基本的用戶需求，引導(dǎo)學(xué)生分析思考，學(xué)生團(tuán)隊對所選擇的項目進(jìn)行總體構(gòu)思，明確詳細(xì)的項目內(nèi)容和具體任務(wù)，確定每組成員及其分工;其次為“D”（設(shè)計）階段，各項目組查閱大量參考文獻(xiàn)，組內(nèi)討論，確定基本方案，讓每組成員針對選定的項目闡述和討論，闡述選定項目的基本思路、系統(tǒng)架構(gòu)的選型、所用技術(shù)的合理性和優(yōu)越性等，經(jīng)過討論、評估和辯論，形成最佳的設(shè)計方案;第三為“I”（實施）階段，學(xué)生必須掌握“云計算技術(shù)及應(yīng)用”教學(xué)大綱規(guī)定的基本知識、技能，先由教師演示，再由學(xué)生進(jìn)行操作;最后為項目分析修改和展示階段，各組學(xué)生根據(jù)具體的展示結(jié)果，發(fā)現(xiàn)自己原來構(gòu)思中的缺陷，修改后再設(shè)計、執(zhí)行和運作，然后全班學(xué)生再一次交流、評價，可能有部分學(xué)生需要重新設(shè)計、執(zhí)行其項目。

3 課堂教學(xué)改革

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

3.1.1 教學(xué)內(nèi)容項目化

教學(xué)中任課教師根據(jù)目前云計算技術(shù)發(fā)展及用人單位對學(xué)生專業(yè)能力的需求，以CDIO教學(xué)模式為指導(dǎo)，參照企事業(yè)單位對項目的運作和管理模式重新構(gòu)思符合工程實施的實踐教學(xué)計劃，將Web日志分析、二手房數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、圖書數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等與生活實際聯(lián)系密切的項目作為CDIO的教學(xué)項目載體。學(xué)生可以根據(jù)自身興趣選擇不同的項目，選修不同的云解決方案，體驗課程內(nèi)容非結(jié)構(gòu)化的特點;另一方面強(qiáng)調(diào)模塊化的設(shè)計要求，根據(jù)項目設(shè)計合適的配套內(nèi)容，幫助學(xué)生獲得基礎(chǔ)知識。通過項目學(xué)習(xí)激發(fā)學(xué)生的先前知識，激發(fā)學(xué)生的自我效能、感知和價值觀，激勵學(xué)生積極參與。

任課教師根據(jù)項目建設(shè)的生命周期設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，模擬軟件項目開發(fā)，從需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)，到系統(tǒng)維護(hù)等環(huán)節(jié)入手，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、工程實施能力和綜合分析能力。表1為基于CDIO的Web日志分析項目劃分情況。

3.1.2 教學(xué)內(nèi)容綜合化

云計算技術(shù)及應(yīng)用課程涉及不同的云解決方案，每種方案都需要計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、操作系統(tǒng)、程序開發(fā)及文檔撰寫等多門課程的相關(guān)知識。在以往的課程學(xué)習(xí)中，主要是單一知識點的傳授，知識點之間的綜合性體現(xiàn)不突出。對于云計算技術(shù)及應(yīng)用課程，在講解某一云解決方案時，要把握其結(jié)構(gòu)體系、關(guān)鍵技術(shù)，將相關(guān)的知識有機(jī)地串聯(lián)起來，形成思維導(dǎo)圖，讓學(xué)生明白知識點之間的相互聯(lián)系，在傳授知識的基礎(chǔ)上，注重全面素質(zhì)與綜合能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)生獲取知識、分析問題、解決問題的能力，加強(qiáng)工程設(shè)計的教學(xué)和訓(xùn)練。

3.2 教學(xué)流程改變

為貫徹CDIO理念，借鑒文獻(xiàn)[7-8]的方法，我們設(shè)計了基于CDIO的云計算技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)流程，如圖1所示。在整個教學(xué)實施過程中，以項目為載體、學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將CDIO 理念融入整個教學(xué)過程。

3.3 教學(xué)方法改革

3.3.1 課堂教學(xué)與實驗教學(xué)融為一體

在實驗室講授理論課，構(gòu)建開放式理論教學(xué)環(huán)境，使課堂教學(xué)與實驗教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來。比如在講解IaaS分層模型時，介紹完系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)及功能等理論知識后，先向?qū)W生展示服務(wù)器、交換機(jī)、可插拔硬盤等硬件設(shè)施，然后打開H3C（新華三）提供的云計算管理平臺，讓學(xué)生從服務(wù)器集群、虛擬機(jī)組、虛擬機(jī)三個層次了解計算與存儲資源的組織，形成直觀的認(rèn)識，有助于深化學(xué)生對IaaS云層次結(jié)構(gòu)的理論理解。

3.3.2 引入項目導(dǎo)向教學(xué)方法

在項目導(dǎo)向、問題驅(qū)動教學(xué)方法中，我們選擇Web日志分析、二手房數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、圖書數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等與實際環(huán)境聯(lián)系密切的項目作為CDIO的教學(xué)項目載體。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析對云計算平臺及工具的要求，教師不把教學(xué)的重點放在詳細(xì)的、系統(tǒng)的云計算解決方案的講解上，而是根據(jù)需求，選擇合適的技術(shù)路線，主要講學(xué)生不易懂、關(guān)鍵性的或隱藏在問題背后的知識。

3.3.3 引入混合教學(xué)模式

我們結(jié)合本門課程的特性，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，提出了基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間+課堂講授的混合教學(xué)模式。該模式利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把學(xué)習(xí)資料如視頻、PPT等放置我?！皩W(xué)在城建”網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上，引導(dǎo)學(xué)生觀看相關(guān)視頻，做好課前預(yù)習(xí)，課堂上重點回答學(xué)生的疑惑，課下布置作業(yè)或?qū)嶒炞寣W(xué)生鞏固訓(xùn)練。若有疑問學(xué)生可再與老師同學(xué)互動交流。

3.4 課程實踐改革

3.4.1 實驗內(nèi)容層次化

我們基于CDIO理論編寫了云計算技術(shù)及應(yīng)用實驗指導(dǎo)書，把實驗分為三類：一是驗證型實驗：如Linux系統(tǒng)文件的操作、Hadoop集群的搭建等單元的相關(guān)知識點。二是設(shè)計開發(fā)型實驗：如MapReduce程序的編程和調(diào)試，并行程序的設(shè)計方法、技巧及算法。三是進(jìn)階型實驗：教師布置的任務(wù)用現(xiàn)有知識和經(jīng)驗無法全部解決，必須進(jìn)行探究、研究性學(xué)習(xí)以及團(tuán)隊合作，不一定要求取得最終結(jié)果。不同層次的學(xué)生可針對自己的水平自主選擇不同要求的實驗題目，開展分層次實驗教學(xué)。

3.4.2 實踐內(nèi)容規(guī)范化

項目設(shè)計實踐中重視規(guī)范化要求，按照軟件工程開發(fā)的需求，各個環(huán)節(jié)整理出清晰的文檔記錄，包括需求分析說明、系統(tǒng)設(shè)計說明、系統(tǒng)實現(xiàn)文檔及系統(tǒng)調(diào)試等，明確軟件工程的基本要求、關(guān)鍵任務(wù)與關(guān)鍵環(huán)節(jié)的時間要求，文檔要求應(yīng)按時準(zhǔn)確完成，小組間在關(guān)鍵時間節(jié)點進(jìn)行工作總結(jié)匯報。小組成員對自己工作負(fù)責(zé)，對設(shè)計過程負(fù)責(zé)。以此作為以后實踐工作的一種模擬演練，有效地培養(yǎng)學(xué)生的實踐工作能力和責(zé)任心。

3.5 評測方式過程化

以往的考核中以考核理論知識點為主，既不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也無法反映出學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。因此我們對教學(xué)評價考核方式進(jìn)行改革，設(shè)計多維度、多層次的評價考核方法，努力進(jìn)行全面評價，以更好的引導(dǎo)學(xué)生讓考核起到促教的作用，讓學(xué)生理論和實踐學(xué)習(xí)全面提高。云計算技術(shù)及應(yīng)用課程考核評價標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

考核評價從項目設(shè)計報告、中間節(jié)點報告、中間節(jié)點任務(wù)完成狀態(tài)、小組內(nèi)互相評價、小組間評價、項目結(jié)果檢查及文檔匯總等多方面進(jìn)行，避免一次考核定分?jǐn)?shù)的現(xiàn)象。而且多方面的評價可有效地促進(jìn)學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極態(tài)度，真正達(dá)到了以項目實踐促進(jìn)學(xué)習(xí)的效果。

4 教學(xué)改革實踐效果

本次教學(xué)改革歷時一年多，取得了初步的成績。對2018、2017兩個年級的230多名同學(xué)展開調(diào)查，結(jié)果顯示學(xué)生對該課程的獲得感由原來的75%提升到92%，對混合教學(xué)模式比較認(rèn)同，比率為90%，對過程性與結(jié)果性考試方式也樂于接收，學(xué)生的動手能力和學(xué)習(xí)主動性有顯著提高。

由于教學(xué)改革初步開展，也存在一些問題，如工程案例比較復(fù)雜，需長時間呆在實驗室，實驗設(shè)備不足等。今后需要根據(jù)學(xué)生的特點、學(xué)生反饋意見、企業(yè)人才需求等多個方面，進(jìn)行探索和深入研究，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識、職業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)和團(tuán)隊協(xié)作等能力好人的教學(xué)目的。

5 結(jié)束語

云計算技術(shù)及應(yīng)用課程作為計算機(jī)類專業(yè)的核心課具有內(nèi)容豐富、綜合性強(qiáng)、學(xué)習(xí)量大、抽象性強(qiáng)、實踐性要求高的特點。如何才能提高“云計算技術(shù)及應(yīng)用”課程的教學(xué)效果，并更好促進(jìn)學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)？本文基于CDIO教學(xué)理念，對云計算技術(shù)及應(yīng)用課程進(jìn)行“教、學(xué)、做、評”一體化的教學(xué)改革探索。教學(xué)實踐證明，該改革對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、學(xué)習(xí)的全員參與度和綜合能力方面效果顯著。

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