基于CDIO的“Linux操作系统”课程教学改革研究

施刚

摘 要：在计算机工科类教育实践过程中，以传统课堂讲授为主的方式已不能适应“Linux操作系统”这类应用型课程教学的要求。CDIO作为一种新型的教育模型，在全世界的工程教育领域均受到了高度认可。本方通过对CDIO的教学模式和内涵的理解，从而以CDIO的教育理念和评价标准为指导来探讨基于CDIO的 “Linux操作系统”课程教学的改革思路和教学实践改革方案。

关键词：CDIO Linux 教学改革

随着Linux内核操作系统在服务器系统领域和嵌入式操作系统领域的普及和发展，IT产业界对计算机从业人员对Linux操作系统的认识从传统的操作系统原理研究模板，逐渐转向对Linux类操作系统的实践应用能力也要求上来[1]。目前高校领域对Linux操作系统还是停留在将分析其内核设计进而研究操作系统原理的层面上，而对以应用型为主的工程教育模式来说，当前这种教学方式上都已不能适应时代发展的要求。CDIO作为当前高等工程教育的一种新型模式，以其先进的工程教育理念、优良的实践可操作性、全面系统的课程体系、普遍适应的人才培养模式，赢得了世界上众多高等院校工程应用类教育专业的关注[2]。为适应现代工程教育在计算机应用类教育中的发展趋势，改进“Linux操作系统”类实践课程的教学效果，本文以CDIO的工程教育理念和评价标准为指导，研究了基于 CDIO的“Linux操作系统”课程改革思路和教学实践改革方案。

一、CDIO的模式与内涵

CDIO即构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）的简称，CDIO的教育理念是充分利用高等院校的丰富教学资源和办学条件，结合对口工程与产业的实际人才需求，以接近工程应用实际、涉及技术、经济、企业和社会的综合型项目为主要载体，再结合工程专业的核心主干课程教学，使工科应用类学生在CDIO的教育模式全过程中不断地在理论知识、个人素质、发展能力、协作能力和适应与调控能力等方面得到全面的训练和成长[3]。

CDIO工程类教育模型包括作为工程教育培养目标的CDIO教育大纲和指导、检验CDIO改革实施方向和质量的CDIO标准两大内容如表1所示。

CDIO工程教育的教学大纲以工程实践能力培养为目标，列出了现代工程师（包括计算机软硬件工程师）所必备的各个层次的素质要求（通用概括）。这种能力培養主要涵盖4个方面：技术知识与逻辑推理、个人与职业技能与素质、团队协作与沟通能力、企业和社会环境下的工程构思——>设计——>实施——>运作过程。通过在具体工程领域的分析和研究，它们可具体细化为17组能力共73条技能（涵盖大部分工程类教育，但并非万能），力求以科学的培养模式全面系统地提高工科类学生的综合素质和专业技能[4]。当前，CDIO教育大纲已经形成了可以落实到具体学习环节、可量化的、对学生和教师都具有高可操作性与意义的目标体系，从而也能高度反映当前工程教育与人才需求群体（用人单位）的要求。

CDIO的12条标准是一个对实施CDIO工程教育模式的指引和评价系统，其核心思想是引导与工程教育利益相关的各个方面包括学生、教师、企业等，依据不同社会实践环境中的资源来满足工程实践教育教学需求。

二、基于 CDIO的 “Linux操作系统”教学改革思路

CDIO的核心理念是“做中学”，以全生命周期的项目开发形式为载体来培养学生多方面的能力。作为一门工程类课程，“Linux操作系统”完全可以在CDIO理念的指导下开展教学改革。但要想达到预期的效果，必须具备两个前提条件：首先是学生要具备“做”项目的基本能力，其次是要有合适的项目可供学生尝试。

对计算机相关的本科专业来说，“Linux操作系统”课程最好在第二、三学年开设，在此之前，学生所需要完成的专业先行课程主要有：程序设计语言、数据结构、操作系统原理、数据库概论等，基本具备了参与Linux平台项目开发的技能。而对于可供选择的开发项目，则需要由教师根据各自学校的实际情况，当地Linux相关行业的发展现状，发动学生集思广益，同时尽量取得产业界的支持。

以CDIO理念为导向的课程教学改革，必须符合CDIO评价标准中与具体课程教学相关的条目。对照表1中的第1条标准，教改的首要思路是让学生了解、认同CDIO的理念，使得在教学过程中学生能积极参与。同时，学校、教师、学生三方面都要积极争取Linux相关企业对CDIO的了解和认同，从而在项目的选题、实践实习场所等方面得到企业的支持与帮助。

教改思路之二是要对照CDIO标准的第2、3、4条，以学生全方位的能力培养而不是知识的积累为导向，密切结合产业界的实际需求，科学规划、制定“Linux操作系统 ”课程的教学目标和教学大纲。在课程内容方面，从选题立项、分析设计、实现测试、运行维护等方面围绕项目开发的全流程进行组织，将各专业知识点与项目的实施阶段有机关联，实现“一体化”的教学内容安排。另外，在课程开展之初，以概论、讲座的形式为学生描述一幅Linux及其相关技术现状及发展趋势的全景图，以激发学生的学习兴趣。

教改思路之三是对照 CDIO标准的第5、6条，以全流程的项目开发形式开展课程教学。其中首要的是引导学生充分发掘和选取合适的项目课题。为此，可以借鉴MIT相关课程的做法，将项目类型分为技术开发型和管理规划型两类，前者又划分为桌面应用开发、网络应用开发、内核开发、嵌入式开发4类，后者则可以是各类 Linux技术管理和规划相关的课题。对项目类型进行划分的目的，在于既充分调动学生的发散思维，尽可能发掘出更多的项目课题，又适应学生不同的兴趣爱好和发展方向。教学过程中要充分利用学校的实验室和社会所提供的各种场所，为学生的项目实践提供良好的场地支持。

教改思路之四是对照CDIO标准的第7、8条，引导学生主动开展综合型的学习。教师要引导学生将工程项目的前后关联性和专业知识的系统性结合起来，使学生在获得专业知识的同时，培养各种能力。同时要引导、督促学生主动查阅和学习项目开发所需的各类Linux技术资料、文献，而不是单向的灌输。

教改思路之五是以 CDIO标准的第 11条为指导，改革学习成果的评价方式。既关注学生的个人技能，也关注团队协作等能力；既关注项目最终的完成情况，也关注项目实施的中间过程；既有教师的评价，也有学生间的互评等。

最后需要重点说明的是，由于互联网非常发达，且 Linux是一个开源的系统，在互联网上可以找出很多现成的 Linux开发项目。这一方面可为学生的项目选题及开发过程提供很多有益的启示和参考依据，但另一方面在课程的实施和考评过程中，也一定要全力避免抄袭现象的发生。

三、基于 CDIO的 “Linux操作系统 ”教学改革方案

首先，可以将“Linux操作系统”课程的教学目标修订为：“围绕 Linux系统的应用和开发技术，结合产业发展需求，以学生为主导，采用全生命周期的项目开发形式，使学生切实掌握 Linux平台相关项目的构思、设计、实现和运作方式，全方位培养学生的专业技能和团队协作等综合素质。”

其次，必须对当前课程的教学内容和教学形式进行了修订，以课程概论、项目选题与立项、项目开发过程指导与监管、项目中期检查与考评、项目验收等自然流程组织教学内容。同时教学形式上不拘泥于传统的课室授课方式，而以学生的自主学习为主导，教师主要进行方向引导和过程监管。教学进度上则以项目进展的关键点为依据，来设计课程教学安排。以16周64学时的课程教学安排为例：

在第1周的课程概论中，教师首先要为学生描述一幅Linux及其相关技术的全景图，激发学生的学习兴趣；然后介绍CDIO理念及其教学模式的主要内容和优势，充分利用学生求知求新意识强的特点，调动学生参与CDIO教学的积极性。之后，介绍拟采用的具体教学方式和教学安排，以及基于 Linux的系统设计和开发的一般思路、方法和技巧等，引导学生共同探讨如何发掘和选取项目课题，同时指导学生如何撰写项目立项报告书，要求学生以4～5人为单位划分项目小组，启动选题、立项工作。

第2周開始用两周时间由各小组依次报告项目的选题意义、开发目标、拟开发的主要内容、所采用的主要技术、进度安排等，教师和其他学生则参与讨论并提出各种修改意见，这样可以确保项目的顺利实施，且使得全体学生从与其他小组的讨论中受到启发。

第4周由各小组提交正式的项目立项报告书，并进行简要的项目进展汇报，要求全体学生参与。目的是让学生们互相了解进展情况，相互激励，自然而然地构建一种良好的学习竞赛氛围。第5-10周为教师为学生补充Linux的相关基础知识，同时督促相关项目的进展，尽可能采用教师与各小组一对一的形式进行单独检查和指导，引导学生解决可能的疑难问题，并及时提出各项改进措施和建议。

第11周开展项目的中期检查与考评。要求每个小组用用PPT形式介绍项目的进展情况，并要回答教师和其他同学的疑问，教师和其他同学则对答辩小组进行评分。通过中期检查，督促各小组按期完成任务，使各小组在教师和其他同学的帮助下进一步明确项目开发思路，同时要排除可能出现的抄袭情况。

第15、16两周进行项目的验收。各小组提交项目结题报告，每个小组结合PPT与系统现场演示的形式介绍项目的完成情况，回答教师和其他同学的提问，教师和其他同学则对项目小组进行评分。

对于项目课题的来源，可以采取如下4种途径确定：一是充分利用成都地区IT产业发达的优势，争取相关企业的支持，获取一些企业正在开展的项目和一些曾做过的项目，以及各类产学研项目；二是让学生借鉴挑战杯竞赛、开源软件大奖赛、IT嵌入式系统设计大赛等比赛方案，结合产业调研，确定项目课题 ；三是让学生围绕学院立项的科研项目确定项目课题，同时鼓励学生构思同一学期跨越多门课程的项目课题；最后是让学生调研各类开源网站和社区，自行构思各类可行的开源软件项目。

结语

目前，在成都东软学院计算机专业的CDIO教学实践过程中，已经将前面所述的相关教育教学改革方案进行了实施，并且完成了相关教材和实践大纲的编写工作。经过最近几个学期的教学实践，已经取得了一定的成果和经验，同时学生的动手能力得到了很大的提高。通过对企业用人单位的调研，通过CDIO方式学习过Linux课程的学生毕业后工作中完全可以承担所在公司后台的Linux服务器管理工作。

参考文献

[1]顾学雍 .联结理论与实践的 CDIO——清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009（1）：11-23.

[2]顾佩华，李异平，沈民奋等 .以设计为导向的EIP-CDIO创新型人才培养模式[J].中国高等教育，2009 （3）：47-49.

[3]查建中.论“做中学 ”战略下的 CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008（3）：1-9.

[4]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009（5）：86-87.

作者简介

施 刚（1979-），男，成都东软学院讲师，研究方向：嵌入式系统。（四川成都 611844）