具有行業(yè)和地方特色的計算機專業(yè) CDIO人才培養(yǎng)模式的研究與實踐

1、具有行業(yè)和地方特色的計算機專業(yè) CDIO人才培養(yǎng)模式的研究與實踐 摘要：結(jié)合我校的行業(yè)背景和所處地域特點，將CDIO工程教育模式引入到計算機專業(yè)人才培養(yǎng)中，進行計算機專業(yè)CDIO人才培養(yǎng)模式的一體化課程方案構(gòu)建，工程實踐場所構(gòu)建和專業(yè)評估標準建立等方面的研究實踐，為地方院校計算機專業(yè)采用CDIO工程教育模式進行人才培養(yǎng)提供參考思路，培養(yǎng)和提升學生的工程能力。 關(guān)鍵詞：CDIO人才培養(yǎng)模式；計算機專業(yè)；一體化課程方案 中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324202121-0211-03 一、引言 近年來，計算機專業(yè)在規(guī)模上蓬勃開展，給更多的學生創(chuàng)造了接受高等教育的時機，

2、為社會輸送了IT專業(yè)人才；但同時存在的專業(yè)特色不明顯以及教育質(zhì)量需要提高等問題也日益突出。計算機科學與技術(shù)學科教學指導委員會對計算機人才需求的調(diào)查結(jié)果顯示，目前計算機專業(yè)人才存在的主要問題有：缺乏解決工程問題的系統(tǒng)思路和方法，缺乏根本的抽象分析問題和獨立解決問題的能力，對工具和方法應(yīng)用不熟練、經(jīng)驗缺乏，價值取向和對職業(yè)生涯的規(guī)劃不成熟等。這讓我們必須面對計算機科學與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)中存在的工程能力缺失問題。另外，隨著社會開展與信息化建設(shè)的需要，計算機學科的內(nèi)涵和外延得到了極大豐富，學科知識組織結(jié)構(gòu)和核心專業(yè)根底知識變得越來越龐大，導致學生既不能扎實掌握完整的專業(yè)理論根底，又不能熟練地應(yīng)用能力，

3、由此出現(xiàn)了顧此失彼、實際效果差的局面1。人才培養(yǎng)和人才需求已經(jīng)形成了一種結(jié)構(gòu)性失衡，由此迫切需要對新型人才培養(yǎng)模式進行探索研究。 CDIO代表構(gòu)思conceive、設(shè)計design、實施implement、運行operate，它是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品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，是一種旨在培養(yǎng)現(xiàn)代工程師的全新國際化工程教育模式2，為當前我國高等教育面臨的大學生實踐能力欠缺而造成的就業(yè)難題提供了解決思路。河北工程大學前身隸屬煤炭部，具有鮮明的行業(yè)背景，地處晉冀魯豫四省交界，具有一定的地緣優(yōu)勢。2021年11月，河北工程大學被教育部確定為我國第一批18所

4、CDIO試點高校之一，計算機專業(yè)作為CDIO試點專業(yè)，結(jié)合我校的行業(yè)背景和所處地域特點，開始全面系統(tǒng)地進行CDIO人才培養(yǎng)模式的研究與實踐。 二、計算機專業(yè)CDIO人才培養(yǎng)模式研究與實踐 經(jīng)過四年的探索，我校計算機專業(yè)主要在明確專業(yè)培養(yǎng)目標與定位，CDIO三級大綱制定，一體化課程方案構(gòu)建，課程教學改革和教學資源建設(shè)，考核評價體系建立，CDIO實踐環(huán)境建設(shè)，專業(yè)評估標準構(gòu)建等方面進行了研究與實踐。 1.將CDIO能力、工程設(shè)計融入課程體系，構(gòu)建一體化課程方案。對于開設(shè)多年的計算機專業(yè)來說，各學校都有現(xiàn)行的課程體系。傳統(tǒng)的課程體系是按照專業(yè)知識結(jié)構(gòu)設(shè)置課程，課程間缺乏必要的關(guān)聯(lián)，學習知識的目的不明

5、確，學生不可能真正知道這些知識在整個工程實踐中的用處以及如何運用。一體化課程方案就是將工程設(shè)計、能力培養(yǎng)融入課程體系，課程之間通過工程相互關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)個人和人際能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)構(gòu)建的能力，充分表達“知識+能力+素質(zhì)的并行培養(yǎng)。1以能力培養(yǎng)為主要目標，優(yōu)化課程體系。本專業(yè)借鑒CDIO工程教育模式，以能力培養(yǎng)為主要目標，以各種知識為載體，結(jié)合地域和行業(yè)開展需要，改變以專業(yè)知識先入為主設(shè)置課程的傳統(tǒng)方法，實現(xiàn)課程體系優(yōu)化。開設(shè)導論性根底課程，提供工程實踐框架。在第一學期開設(shè)?工程導論?、?計算機科學導論?等課程，激發(fā)學生對工程領(lǐng)域的興趣，引導工程實踐入門，讓學生盡早開始建立系統(tǒng)的全局概念，將專

6、業(yè)知識和工程工程有機聯(lián)系起來。導論性課程為工程實踐提供了一個框架，這個框架概括了一個工程師的任務(wù)與責任，概括了如何利用學科知識去執(zhí)行這些任務(wù)。學習導論性課程可以盡早培養(yǎng)CDIO大綱所要求的個人和人際能力，以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)構(gòu)建的能力。調(diào)整學時與課程，優(yōu)化課程體系。課程調(diào)整就是精簡專業(yè)必修課內(nèi)容和門數(shù)，遵循“多課程、小學時的原那么，增加專業(yè)選修課，尤其是表達前沿性技術(shù)的課程。整合?大學物理?等公共根底課程，側(cè)重學習和專業(yè)能力培養(yǎng)所需的相關(guān)內(nèi)容，防止內(nèi)容重復(fù)。合并?文檔書寫標準?、?軟件工程?等課程，加強有機聯(lián)系。學時調(diào)整就是普遍壓縮了必修課教學時間，尤其是專業(yè)理論必修課的學時，增加工程實踐學時

7、。設(shè)置職業(yè)、人文素質(zhì)類課程，提升學生綜合素質(zhì)。將職業(yè)道德和誠信，與構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作CDIO有機結(jié)合，開設(shè)?工程倫理?、?大學生職業(yè)指導?等課程，使學生了解作為一名合格工程師所必須具備的素質(zhì)與標準，強調(diào)做人與做事相結(jié)合，做人通過做事表達，做事通過做人保證，并在各個培養(yǎng)過程中注重人文精神的熏陶。同時，在整個教學環(huán)節(jié)中，對每一個工程和課程都會在職業(yè)人文素養(yǎng)方面有所要求由課程教學大綱規(guī)定，并有具體的考核標準，使學生感受到全方位的教育與培養(yǎng)。同時設(shè)置學科交叉、文理滲透的自選課程，提升學生解決問題的綜合素質(zhì)。增設(shè)專業(yè)方向和課程，突出行業(yè)和地方特色。在計算機科學與技術(shù)專業(yè)設(shè)置礦山信息化方向，結(jié)合煤炭、

8、鋼鐵行業(yè)的實際工程培養(yǎng)學生的工程實踐能力。同時設(shè)置?煤炭概論?等課程，介紹行業(yè)背景，讓學生熟悉生產(chǎn)流程，為礦山信息化建設(shè)打下行業(yè)根底。2圍繞專業(yè)核心課程進行工程設(shè)計，組建課程群。依據(jù)通過貫穿專業(yè)核心課程學習全過程的CDIO工程設(shè)計，將整個課程體系有機、系統(tǒng)地結(jié)合起來。所有需要學習和掌握的內(nèi)容都圍繞工程設(shè)計這個核心，并與這個核心融合在一起，形成一個整體。通過工程引導學生對核心專業(yè)課程的學習興趣和能力培養(yǎng)，并對本專業(yè)形成較清醒的總體認識3-5。 計算機科學與技術(shù)專業(yè)核心課程培養(yǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 在培養(yǎng)模式的設(shè)計上，我們將CDIO工程按規(guī)模和范圍劃分為三級：1級為包含本專業(yè)主要核心課程和能力要求的工

9、程，要求能完整、有銜接地貫穿整個本科教學階段，使學生得到構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作的整體系統(tǒng)訓練；2級為包含一組相關(guān)核心課程和能力要求的工程；3級為單門課程內(nèi)為增強該門課程能力與理解而設(shè)的工程。學生組成工程開發(fā)團隊，參與實際工程的開發(fā)全過程，切身感受與體驗企業(yè)氣氛與環(huán)境，四年不斷地在理論知識、個人素質(zhì)、團隊協(xié)作能力和大系統(tǒng)適應(yīng)與調(diào)控能力四個方面得到全面訓練和提高。 2.建立進階式多方位的課程教學模式，實施主動學習和綜合學習的教學方法。課題組以CDIO工程教育理念和CDIO課程大綱內(nèi)容為教學改革指導思想，設(shè)計了基于CDIO的課程教學模式，如圖2其指導思想是：通過實驗包其指導思想是：通過實驗包括根底性

10、實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗和工程設(shè)計逐級進階，建立重根底、重實踐、重創(chuàng)新的多方位教學模式。CDIO是“做中學原那么和“基于工程的教育和學習的集中表達，在課程教學過程中，實驗和工程設(shè)計貫穿于教學始終。根底性實驗加深學生對根本概念和核心知識的理解；設(shè)計性實驗培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，以及初步的系統(tǒng)分析與設(shè)計能力；綜合性實驗培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維能力，以及在實驗中探尋知識、勇于創(chuàng)新的能力；通過應(yīng)用工程開發(fā)，使學生領(lǐng)會課程的根本思想和重要知識點，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性的工程設(shè)計能力和協(xié)同工作能力，提高綜合分析和解決問題的能力。基于此目標，我們主要集中于案例分析學習以及工程訓練，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力，

11、以及系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行的能力。我們將上述四個層次的實踐環(huán)節(jié)貫穿于課程教學過程，較好地實現(xiàn)了以能力培養(yǎng)為目標的CDIO教學大綱的培養(yǎng)學生四類能力的要求。 3.建設(shè)CDIO工作空間，提供系統(tǒng)的能力培養(yǎng)環(huán)境。工程實踐場所是實施CDIO專業(yè)方案的一個關(guān)鍵因素。CDIO工作空間不同于傳統(tǒng)的實驗室，圍繞C、D、I、O構(gòu)建工程實踐場所，可以使學生充分理解構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行的全過程，同時保證一、二、三級工程的順利實施。我校專門在校內(nèi)為CDIO試點專業(yè)開辟了專區(qū)，本專業(yè)CDIO工作區(qū)被劃分為四個區(qū)域，即構(gòu)思討論室、系統(tǒng)設(shè)計室、系統(tǒng)構(gòu)建室和展廳。構(gòu)思討論室主要使學生能夠構(gòu)思新的系統(tǒng)，通過交談、傾聽及

12、反思的互動理解用戶需求和開展概念；系統(tǒng)設(shè)計室支持新的協(xié)作模式和數(shù)字化設(shè)計，使學生能夠進行設(shè)計、模擬設(shè)計、分享設(shè)計和相互交流；系統(tǒng)構(gòu)建室可以構(gòu)建系統(tǒng)并加以運行；展廳用于展示學生工程研究和工程開發(fā)的成果。通過工作空間的設(shè)立，使學生能夠在工程教育的背景環(huán)境中學習體驗CDIO的全過程。為了充分挖掘校外資源，為學生提供實際的系統(tǒng)運行環(huán)境，我們按照CDIO的要求進行了校企合作實訓基地和實習基地建設(shè)，先后與多家單位合作建立了校外實訓基地。在河北鋼鐵集團、冀中能源等我省著名的企業(yè)建立了穩(wěn)定的校外實習基地，通過實習使學生體驗真實的企業(yè)環(huán)境，更好地為行業(yè)輸送人才；與Oracle甲骨文公司簽署了共建“軟件工程實踐教

13、育中心協(xié)議，與泰克網(wǎng)絡(luò)達成了共建數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實驗室的協(xié)議，達內(nèi)科技開展成為實訓基地，學生可以進行工程級實訓。各種形式的校企合作使本專業(yè)人才培養(yǎng)的特色更加鮮明和深化，培養(yǎng)出的學生更能適應(yīng)企業(yè)需求。 4.結(jié)合CDIO標準，構(gòu)建專業(yè)評估能力成熟度模型進行專業(yè)評估。以判斷專業(yè)在朝既定目標方面有哪些具體進步為根底，來判斷專業(yè)的整體有效性，對CDIO專業(yè)方案的評估，主要依據(jù)輸入過程輸出這個判斷模型。輸入包括人員訪查、設(shè)施的可用性、資源的充足性等；過程包括教學、考核和評價方法；輸出指學生既定的學習效果和專業(yè)整體成果。確立基于標準的評估，是以判定模式為主，兼有目標導向模式和管理導向模式。判定模式考察專業(yè)是否符合標

14、準要求，著眼于輸入和過程，假設(shè)專業(yè)的師資水平、實踐場所和資源等輸入符合標準，教學等專業(yè)實施過程符合標準，那么輸出應(yīng)該滿足培養(yǎng)目標的要求。這有利于在評估中發(fā)現(xiàn)輸入和過程與標準的差距，利于專業(yè)的持續(xù)改良、專業(yè)改革和評估的機制化運作。這一理念與軟件能力成熟度模型吻合能力成熟度模型Capability Maturity Model，簡稱CMM，是一種針對軟件開發(fā)組織過程能力成熟度的評估體系，提供標準化的過程改良，而CDIO的12條標準包括了輸入、過程、輸出以及效果和影響。因此借鑒CMM的思想，結(jié)合CDIO的12條標準構(gòu)建CDIO能力成熟度模型如表1所示，針對專業(yè)的能力進行評估和改良，給出專業(yè)開展的潛力

15、和可以改良的方向。 三、結(jié)束語 根據(jù)人才培養(yǎng)需要，我們結(jié)合學校行業(yè)背景和地域特點，構(gòu)建了基于CDIO工程教育模式的計算機人才培養(yǎng)模式。主要進行了一體化課程方案設(shè)計，教學模式探索，實踐場所構(gòu)建和CDIO評估標準建立，為CDIO在地方院校計算機專業(yè)的推廣提供了參考。CDIO工程教育教學模式實施四年來，極大地激發(fā)了學生的學習興趣和熱情，在工程實施過程中學生CDIO能力得到反復(fù)訓練與提升，學生的職業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和團隊協(xié)作能力增強，學生在各種國家和省部級競賽中屢獲獎項，人才培養(yǎng)質(zhì)量得到明顯提高，學生就業(yè)能力增強，相關(guān)企業(yè)滿意度提高。在以后的探索中，我們將進一步進行CDIO工程教育模式的研究，并不斷在實踐中檢驗和優(yōu)化。 參考文獻： 1段利華，等.計算機科學與技術(shù)專業(yè)現(xiàn)狀分析和人才培養(yǎng)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顧學雍.聯(lián)結(jié)理論與實踐的CDIOJ.高等工程教育研究，2021，1：11-23. 汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探索J.高等工程教育研究，2021，1：12-20. “CDIO與產(chǎn)學合作和國際化J.中國大學教學，2021，5：16-