基于CDIO的计算机专业教学模式探讨——以《操作系统》课程为例

高 岚，王庆艳

(1.吉林工程技术师范学院 信息工程学院，吉林 长春 130052；2.吉林石油集团有限责任公司 供电公司 吉林 松原 138000)

目前我国对软件类的专业技术人才需求量逐年上升，与此相应，高等院校对计算机软件类专业学生的培养，应更加强调动手能力和实践能力，使学生尽早适应并融入未来软件技术高速发展的市场大环境。《操作系统》作为计算机专业的核心课程，引入基于CDIO的教学理念，合理组织课程教学内容，更新教学方法，注重实践教学的教学实效，增强学生学习的兴趣，这是培养合格的高级软件专业技术人才必要的手段和必由途径。。

一、CDIO教学模式

CDIO工程教育模式最早是由麻省理工学院等大学经过几年的探索研究创立的工程教育理念，在国际工程教育领域逐渐推广流行。目前在我国已有上百所高校在工程类教育教学中推行此模式，并对其进行本土化的研究和探讨，形成了一些教育联盟。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)。CDIO作为当今国际高等工程教育的一种创新模式，更注重夯实工程基础理论和专业知识的培养，通过贯穿于整个人才培养过程团队设计和创新实践环节的训练，培养既有过硬专业技能，又有良好职业道德的国际化工程师。

(一)积极构建基于CDIO的新型教学理念

根据CDIO教育理念，积极推行新型教学理念：以工程项目为载体，着重培养学生的工程基础知识，以及在项目的组织、设计、开发和实践过程中个人能力、团队能力和系统工程能力等几方面，将工程项目的全过程转化为教育教学过程，提升教学效果。

(二)构建基于CDIO的课程体系

结合CDIO的核心教育理念，把能力培养和素质培养贯穿到大学的学习中，进行一体化教育，培养学生的核心能力。根据市场需求确立科学的培养计划，制定模块化教学课程体系。首先，制定工程教育模式教学大纲，在原有教学大纲基础上，进一步明确工程教育目标，体现出学生在实践中的创造性学习 ；其次，制定一体化教学计划，将学生专业知识技能的全面发展作为最重要的教学目标，培养计划应兼顾各门课程间的相互支撑关系，准确反映学生的个人能力和软件开发及系统的构建能力。

二、CDIO与计算机教学改革的融合

CDIO工程教育模式基于欧美二十多年的工程教育经验，系统提出可操作性强的人才培养过程及检验标准，为系统化的工程教育的长足发展提供了重要基础。针对目前部分高校人才培养中存在的问题，尤其是计算机与软件工程类毕业生在就业中遇到的实际问题，结合CDIO的核心教育理念和相关标准，以及教育教学实际情况，计算机大类专业人才培养模式应主要从以下方面进行深入思考：

1.在人才培养方案制订上体现新型教育理念 。CDIO的标准要求应在工程环境下进行计算机专业知识的教授与学习，即应把产品、过程或系统的构思、设计、实施和运行作为计算机教育的环境，转变传统的课堂教育教学理念，积极拓展课堂教育的内涵与外延。

2.注重专业课程体系构建。在专业培养目标指导下，应结合学生就业的企业普遍需求，以市场为导向，进行专业课程设置。本科阶段的学习除公共基础课外，主要提升专业素养，专业课的设置应注重课程体系的建立，满足CDIO标准中一体化教学计划的标准和综合性学习经验，培养学生的个人能力。

3.实践环节设置融入工程元素。目前的专业实践教学环节，缺乏综合性和应用性，不能使学生充分认识到各专业课间的内在必然联系。实践环节的设置应以综合性的实用项目为主，使学生真正体会到学以致用。从而激发学生学习的主动性和积极性。

4.提升教师专业素质。CDIO工程教育模式的核心重视实践，因此教师除具备计算机专业知识外，还需具备准企业级的实践经验，这样才能给予学生到位的实践指导，将CDIO教育理念真正落到实处。因此必须加强教师的实践能力，可采取教师到企业进修培训等方式逐步改善和提升教师的动手实践能力。

5.成立兴趣小组，设立专业导师。现行的计算机专业教育中每门课程的教学对应一名教师，部分学生可能得不到良好的个性化专业辅导。可尝试成立兴趣小组，根据小组专业方向配备专业导师，由导师结合教学计划拟定项目，指导学生动手实践完成项目，使学生在课外巩固学习的专业知识并得到系统的综合训练，提前适应企业项目化的思维模式，培养良好的团队精神与合作能力。

三、基于CDIO的专业课教学改革设计——以《操作系统》为例

《操作系统》课程是计算机及相关专业重要的专业基础课之一，主要介绍操作系统的基本组成原理和实现技术。操作系统是软硬件之间的接口，是管理计算机系统软硬件资源的系统软件，因此，操作系统课程在软硬件课程间起着重要的承上启下作用，课程的教学难度大，学生学习的问题多。引入CDIO教学模式，能够有针对性地改进该课程的教学方法，从而提升教学效果和学生的实践能力。

(一)课程教学现状

1. 教材偏重理论，与应用型工程化教学目标有差距。目前，各大学普遍采用的《操作系统》教材，大多由研究型大学学者编著，教材体现全、深的特点，教学内容繁复，对操作系统原理的本质有较深入的理论探讨，对应用型实践教学内容关注不足。

2. 知识体系欠协调，学生学科知识连贯性不足。操作系统是系统软件，但与硬件设备有着千丝万缕的联系，操作系统课程更是承接软硬件课程，因此，优化软硬件专业课程体系，让学生不仅学会了“虚拟机”，更会运用操作系统知识控制硬件设备，将解决学生学科知识连贯性不足的问题，达到CDIO的最终目标。

3. 实践能力缺乏，动手意识薄弱。实践能力培养是CDIO的根本目标，实际教学中学生能理解并掌握操作系统的原理，但应用操作系统原理解决实际问题能力薄弱，如：基本可完成验证性实验，但对于设计型实验有畏难情绪，实践能力的欠缺严重制约了学生对操作系统的熟练掌握，运用该项知识解决实际问题更是无从谈起了。

(二)基于CDIO的教学实践

针对应用型软件工程专业人才培养目标进行深入分析，基于CDIO的工程化教育模式，对专业基础课程——《操作系统》课程的教学进行如下探索性设计。

1. 准确定位培养目标，合理组织教学内容，删繁就简。立足应用型本科教育，以此设计、研讨教学实践工作。将现有的教学内容进行删减，不追求全、深，而立足于精、透，如：对繁多的操作系统种类，重点介绍主流的Windows系列操作系统和Linux内核结构，以求精；对潮流新技术，强调技术本质、技术渊源，如：流行的多核技术，其本质就源于并发技术，可随之详细介绍并发技术，对操作系统的理论，根据于具体平台涉及具体硬件结构，以求透。依据应用型软件工程专业人才培养目标，以专业技术应用能力培养为核心，在授课过程中涉及硬件知识内容较多的部分章节，如设备管理、中断技术等，进行适当删减。

2. 协调课程设置，形成知识体系。现有的教学过程中，学生基本很少有机会了解、实践操作系统的内部结构和实现技术，应着力培养学生对计算机系统的全面认识，侧重于计算机工程实践中软件方法对硬件资源的配置、管理和使用。利用操作系统课程在专业课程体系中承上启下的地位，有效整合其他课程设置，尽可能从教学层面上打破学科界限，形成良好的学科知识体系。

3. 学以致用，加强实践环节。在教学中发现，大多数学生的学习动力不足的主要原因在于无法入门，且学生的创新能力不强。对此，设置一些演示性实验，把有一定复杂程度的实验录制成视频，将教师实现的环节一一记录，让学生模仿实现，可有效激发学生的兴趣，帮助学生快速进入动手实践的角色，熟练掌握知识技能。针对操作系统中的一些算法，设计一些课设项目，让学生运用已学高级语言对经典算法进行模拟实现，如：用C++语言模拟进程调度算法、页面置换算法、动态分区分配算法等，模拟实现理发师问题、哲学家进餐问题等。通过动手实践环节，加深学生对操作系统中经典算法的理解，培养运用理论知识解决实际问题的能力。

4. 逐步以Linux作为主要操作系统剖析对象。Linux操作系统因其自由、免费、开源吸引着无数计算机爱好者，具有强大生命力和丰富功能，将是操作系统未来的发展方向，以Linux操作系统作为主要教学对象，不仅可引导学生学习先进的操作系统结构思想和灵巧的程序设计技巧，对Linux操作系统的分析还可推动Linux系统在工程中的广泛应用，学生将在这个过程中学习到更为灵活的程序设计技巧，学以致用将极大激发学生的学习兴趣，提高学生的学习自信。

5. 借助校企合作平台，共同进行操作系统的教学与实践。在操作系统的教学中，可借助校企合作平台优势，让相关企业参与操作系统的教学和应用，邀请操作系统开发经验丰富的工程师做主题讲座，带领学生进行一些操作实践，提升教学效果。

目前，我国软件行业正迎来高速发展期，未来将需要更多高层次的软件类专业技术人才，因此，高等院校计算机与软件类专业人才培养应尽快适应市场需求，协调课程设置，形成基于工程实践能力培养的课程体系，加强对动手能力和实践技能的培养。根据职技高师应用型本科定位，以及计算机与软件工程专业的教学实际和学生的学习特点，引入CDIO教学模式，以《操作系统》课程为例，从课程教学内容、教学方法及教学手段做改进和创新。以工程能力培养为导向，提升计算机与软件工程专业教学工作水平，促进CDIO教学模式与我校计算机类人才培养方式的加速融合。

参考文献：

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[4]杨 祥，魏 华，刘海波．基于CDIO工程教育模式的工科计算机教育改革探讨[J]．通化师范学院学报，2009，(10)．