基于CDIO的实训课程教学改革与探索

夏保芹

CDIO工程教育模式是从2000年起，由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所高校创立的工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的重要成果[1]。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运行(Operate)，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习[2]。2005年汕头大学工学院率先将CDIO工程教育模式引入中国，2008年高等教育司发文成立“CDIO工程教育模式研究与实践课题组”，2016年成立“CDIO工程教育联盟”。截至目前我国共有百余所高校加入“CDIO工程教育联盟”，取得了良好的教学效果[1～3]。

一、数据库实训教学现状

数据库实训环节是数据库原理与应用学习完后进行的一次综合实践课程，为期两周，共60学时，其目标是全面巩固和应用《数据库原理与应用》课程中所学基本原理和基本方法，初步掌握小型信息管理系统设计的基本方法，提高运用数据库解决实际问题的能力，培养独立思考、团队合作、发现问题和解决问题的能力。

在以往的数据库实训教学过程中，存在以下几个问题：一是部分学生前期不积极，等、靠思想严重，靠最后两天参考别人成果突击完成，没有经过严格的数据库系统设计步骤进行设计，没有达到综合实践的目的。二是部分学生只是进行简单的设计，没有经过系统的需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理设计、系统实施等过程，盲目进行设计，甚至硬拼凑。三是教师参与度不够，以往教学中老师布置完任务后，学生分组做，在做的过程中，教师负责答疑，没有完善的教学指导设计，导致学生没有方向性、目标不明确，学生处于散漫状态。四是项目评价重视个人能力，而忽视团队合作精神。

针对当前实训教学中存在的问题，应构建基于CDIO的课程教学过程，全程跟踪、监管学生的设计，客观、全面、全过程评价学习效果。

二、CDIO模式在数据库实训教学中的应用

以数据库实训项目“简易教务系统”为例，介绍CDIO模式在数据库实训教学中的应用。

(一)构思(Conceive)：项目介绍，任务分析，明确目标。在构思阶段，实训指导教师发布实训任务，对项目进行介绍，提出项目设计的具体目标和要求，引导学生进行系统需求分析，指出需求分析应从数据库需求和系统功能需求两方面结合进行。

对于“简易教务系统”的任务是利用Java语言和数据库知识设计一款适合高校教务管理的软件，项目要求能够实现对学生、教师、课程、选课等管理的功能，教师简要介绍教务管理流程，使学生对该系统有大致了解，然后学生进行分组，一般2～3人一组，深入学校教务管理部门进行调查研究，做需求分析。在此过程中，教师要负责协调沟通各部分，为学生顺利开展调研提供保障。最后，指导教师指导学生写出需求分析报告。

(二)设计(Design)：项目分析，任务分解，系统设计。在设计阶段，主要包括两方面任务：数据库设计和系统功能设计。根据构思阶段的需求分析报告，指导教师进一步分析项目整体框架，指导学生进行数据库设计和系统功能设计，引导小组进行团队分工与协作，同时提出设计阶段的具体要求。

针对项目“简易教务系统“，数据库设计的实体至少应包含学生、教师、管理人员、课程、教室等。要求学生根据需求分析画出E-R图，进而转化为关系模式，并结合关系规范化理论，对设计的数据库模式进行规范化处理，在此提醒学生并不是规范化程度越高越好，还要结合数据库的实际应用。在设计阶段进行分层教学，对于基础一般的学生可以实现数据库的基础设计，包括表、视图、索引等的设计，对于基础较好的学生，除了进行数据库基础设计外，可以指导其进行触发器、存储过程、数据库安全性等方面的设计。

“简易教务系统”的功能设计至少应包括学生信息管理、课程信息管理、教师信息管理、成绩信息管理等基本功能。基础一般的学生要求至少实现基本功能，基础较好的学生除了基本功能外，指导其利用聚合函数查询、分组查询、模糊查询等实现数据统计功能等复杂功能。

在设计阶段，一定明确各小组成员分工，避免部分学生靠同组学生的成果“蒙混过关”，同时也要引导学生交流、沟通、合作，培养学生的交流沟通和团队协作能力。此项目分工可以引导学生按照角色分工，即每个小组成员分别负责学生、教师、管理人员的功能设计，或者按照功能分工，即每个小组成员分别负责几个功能模块。要求学生写出阶段性的成果，并以纸质形式呈现，以此让学生体会系统设计的完整过程，避免在实训过程中出现前松后紧的情况。

(三)实施(Implement)：功能实现，系统实施。实施阶段是整个实训教学的核心环节，主要任务是项目功能的实现，系统开发实施。在此阶段采用模块化方案，根据此前的分工，每个组员独立完成各自的模块。在实现过程中，指导教师要指导组员之间不断进行交流沟通，确保后期系统合成时减少不必要的不一致性。针对项目“简易教务系统”，根据信息管理与信息系统专业学生文理兼收的特点，指导教师采用“全程跟踪指导”的方式教学。一是进行JDBC知识的讲解，扫除学生Java语言访问数据库的障碍；二是指导学生进行Java语言连接数据库，确保每一位同学都能顺利连接数据库，以提升学生的成就感，增强自信心，为后续数据库访问奠定基础；三是指导学生各自进行模块功能的实现。在此过程中，学生会出现各种编程问题，指导教师要不断进行诱导性的个别指导，鼓励他们自己发现问题并解决问题，然后总结问题后进行全班讲解补充，以此加强学生职业素养的培养，养成良好的编程习惯，培养一丝不苟的工匠精神，加强学生的职业技能训练。

(四)运行(Operation)：项目运行、维护、评价。运行阶段主要任务是指导学生进行系统合成并评价学生的项目。各小组把模块组合成完整的系统，并不断调试、运行，发现系统中的问题，并解决问题。这一过程中，如果发现严重系统问题，有可能会使工作返回到构思、设计阶段，指导教师要同学们共同探讨问题所在。

针对项目“简易教务系统”，评价是该阶段的主要教学任务，评价采用五级制，按照“过程性+实训报告+答辩”形式进行，各部分包含的内容及占比情况如表1所示。

表1 项目验收评价表

过程性评价主要考察学生的平时表现，阶段性报告主要指在构思和设计阶段的阶段性成果报告。

实训报告是实训的成果展现，主要从报告格式和内容两方面评价，格式要符合技术文档编写规范，段落分明，图表整齐、规范，代码规范等。内容上要求内容完整，结构层次分明，项目介绍条理清晰等。

答辩环节以小组为单位制作PPT进行汇报、展示，对设计思路、实现方法、应用技术、项目亮点及不足等进行阐述，指导教师根据汇报、展示评价项目质量，主要从数据库设计、功能设计是否合理、全面，软件界面是否友好，项目是否实用，应用技术难度等方面考察。并对每个小组成员进行提问，检验成员设计水平。

(五)融入课程思政内容。在实训教学过程中，要时刻注意培养学生的职业素养和家国情怀。通过引入企业最新技术标准和规范，增强学生技能训练，严格规范学生的编程习惯，培养一丝不苟的工匠精神，提高学生的专业能力。整个教学过程中，时刻体现以学生为中心的理念，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力，教师起到引领、指导的作用，不能“越俎代庖”替学生解决项目中出现的问题。同时，鼓励小组成员多交流、相互帮助，共同解决难题，培养团队合作精神。例如，在“简易教务系统”中，有的学生在连接数据库时出现无法连接的问题，指导教师给出提示：一是检查代码有无错误；二是检查是否添加了数据库驱动；三是检查在数据库环境下是否可以用登录名正常打开所连接的数据库，如果不能，检查SQL Server服务是否启用，如果能，再检查数据库配置管理器中TCP/IP设置是否正确。教师给出提示后，要求小组团队合作共同解决无法连接数据库的问题。

三、结语

在数据库实训教学中采用基于CDIO模式的教学设计，分阶段实施教学，指导教师全程跟踪指导，有效提高了学生的学习积极性和主动性，整个实训过程是学生专业素养和能力提升的过程，也是学生团队合作精神的培养过程，充分体现了“以教师为主导，学生为主体”的思想。同时融入课程思政，提高了学生的人文素养，实现了知识、能力、情感目标，实训成绩有明显提升，达到了较好的教学效果。