1、cdio教育模式在java語言程序設(shè)計教學中的應(yīng)用邱 珊（武漢理工大學華夏學院，湖北 武漢 430223）摘要: cdio 是一種國際化高等工程教育的創(chuàng)新模式。它以項目生命周期為載體，培養(yǎng)具有扎實專業(yè)技能和良好創(chuàng)新能力的國際化工程師。解析cdio 高等工程教育模式的內(nèi)涵，針對java語言程序設(shè)計課程的特點，在java語言程序設(shè)計教學中應(yīng)用cdio模式，能夠激發(fā)學生的學習興趣和自主性，提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生工程實踐的能力和綜合應(yīng)用的能力。關(guān)鍵詞：cdio；java; 工程教育；啟發(fā)式教學；項目驅(qū)動在武漢理工大學華夏學院，java語言程序設(shè)計是計算機專業(yè)的學生繼語言程序設(shè)計和可視化編程（visua

2、l basic）之后學習的第三門編程語言，也是學生學習的第一門面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言。學生了解到j(luò)ava是目前在企業(yè)界廣泛使用的一門編程語言，因此對該門課程有興趣并給與了足夠的重視。盡管如此，筆者在授課中發(fā)現(xiàn)，從純粹的面向過程（procedure-oriented）的語言和基于對象(object-based)的visual basic過渡到j(luò)ava這樣一門純粹的面向?qū)ο?object-oriented)的語言，對很多學生來說，仍然是一個思維方式的完全轉(zhuǎn)變，需要相當一段時間來逐步理解java面向?qū)ο蟮奶卣?。除了語言本身的特征之外，這門課還涉及圖形用戶界面, 多線程, 集合操作, 輸入輸出, 網(wǎng)絡(luò)

3、編程等java語言應(yīng)用方面的內(nèi)容。 這些概念本身學生有些也是第一次接觸, 而這些內(nèi)容綜合性和應(yīng)用性較強, 有些內(nèi)容還依賴于其他課程（如操作系統(tǒng), 計算機網(wǎng)絡(luò)等）, 也讓學生感覺到這門課的難度。針對java語言程序設(shè)計課程的這些特點，探討cdio模式在該課程中的應(yīng)用，有利于提高學生的學習興趣，提高該課程的教學水平和教學質(zhì)量， 并且有利于提高學生的計算機專業(yè)技能和工程能力。1 cdio工程教育模式cdio 工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，2000年起由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究機構(gòu)在knut and alice wallenberg 基金會近2000萬美元

4、的巨額資助下展開研究。經(jīng)過四年的探索研究, 創(chuàng)立了cdio工程教育理念，并于2004 年成立了以cdio 命名的國際合作組織。cdio 代表構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(design)、實現(xiàn)(implement)和運作(operate)，以現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運行改良乃至終結(jié)廢棄的生命全過程指導(dǎo)工程教學過程。cdio 工程教育理念正是以此過程為載體培養(yǎng)學生的工程能力，提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)教學大綱，包括4類一級能力、17組二級能力(如表1所示)，以及73種具體能力1，范圍涵蓋了學生的理論知識，個人素質(zhì)和發(fā)展能力、協(xié)作能力以及大系統(tǒng)適應(yīng)和調(diào)控能力2。-表1 以能力培養(yǎng)為目標的cdio 大綱層

5、面能力具體能力層面能力具體能力1 專業(yè)基礎(chǔ)知識及應(yīng)用 基礎(chǔ)科學知識 核心工程基礎(chǔ)知識 高級工程基礎(chǔ)知識3 團隊協(xié)作與溝通技能 團隊協(xié)作 交流溝通 外語交流2 個人專業(yè)能力與職業(yè)素質(zhì) 工程推理和問題解決 實驗與知識發(fā)現(xiàn) 系統(tǒng)思維 個人技能和素質(zhì) 專業(yè)能力和素質(zhì)4 在企業(yè)與社會環(huán)境下的構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作 外部和社會環(huán)境 企業(yè)及商業(yè)環(huán)境 構(gòu)思和工程系統(tǒng) 設(shè)計 實現(xiàn) 運作作為“做中學”戰(zhàn)略下的一種模式，cdio 是基于工程項目全過程的學習，是對以課堂講課為主的教學模式的革命。cdio模式以誠信、職業(yè)道德培養(yǎng)為基礎(chǔ)， 以工程設(shè)計任務(wù)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)個體能力(包括終生學習能力和實踐能力)、團隊能力和大系

6、統(tǒng)的適應(yīng)與調(diào)控能力為主要目標， 讓學生以主動的、實踐的、課程之間有聯(lián)系的方式學習工程。cdio 強調(diào)掌握深厚的工程基礎(chǔ)知識，強調(diào)培養(yǎng)個人職業(yè)技能與人際溝通的技能， 強調(diào)培養(yǎng)構(gòu)思設(shè)計實現(xiàn)運作新產(chǎn)品的工程實踐技能， 強調(diào)培養(yǎng)綜合創(chuàng)新能力。2 cdio模式在java語言程序設(shè)計課程中的應(yīng)用筆者在近幾年的java語言程序設(shè)計課程的教學中, 作了如下嘗試。 采用靈活多樣的教學手段根據(jù)授課內(nèi)容的不同，采用不同的教學手段或者結(jié)合多種教學手段，提高教學質(zhì)量。2.1.1 在java語言基礎(chǔ)理論部分采用課堂授課+實驗的教學方法大課+實驗，有助于建立完整的面向?qū)ο蟮乃枷塍w系。課堂授課的優(yōu)點是集中式教學，以教師為主，

7、通過黑板板書，ppt演示和教師的語言和肢體動作，有利于基本概念的講解, 有助于建立清晰的宏觀體系。 在知識點的講解過程中采用“引出問題，分析問題，解決問題”的問題驅(qū)動啟發(fā)式教學模式。大量運用啟發(fā)、比喻、類比、舉例和實例動態(tài)演示等方法深入淺出地講解面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計所涉及類、對象、繼承和多態(tài)等概念。 在講授過程中關(guān)注學生的反饋信息，例如表情反饋信息等，每講完一個知識點后會主動詢問學生是否理解了，還有什么問題，是否需要進一步的講解。并根據(jù)講課的內(nèi)容，選擇合適的時機提出一些問題， 引導(dǎo)學生思考并回答問題，然后師生一起解決問題，使教師與學生之間形成良好的互動效應(yīng)，從而調(diào)動學生的主動性和積極性， 營造出

8、寬松、互動、活躍的課堂氣氛。激發(fā)學生的學習興趣，從而使得師生都進入較好的教與學的狀態(tài)。2.1.2在java語言的應(yīng)用部分，采用邊講邊練+實驗的教學方法邊講邊練的教學方法，符合實踐類課程的認知規(guī)律，能及時驗證，訓(xùn)練鞏固。符合cdio模式中”做中學”的理念。在java語言的基礎(chǔ)理論之后的應(yīng)用部分, 適時增加上機時間,將課堂拉到機房,讓學生一人一機, 通過多媒體教學網(wǎng)的教師端和學生端軟件工具的使用，教師可以將概念的講解，java系統(tǒng)類的應(yīng)用與程序的運行和演示緊密地結(jié)合起來, 并通過對同一程序, 改變參數(shù)或者改變數(shù)據(jù)類型來觀察不同的運行結(jié)果。 學生能夠清晰地觀察到教師的實例動態(tài)演示, 加深對概念的理解

9、，掌握具體的應(yīng)用。教師在每次課之后留大概10-15分鐘時間讓學生自己練習，學生練習時可拷貝教師的程序觀察運行效果，可將課本中的程序鍵入，也可自己寫程序，有問題可及時與老師溝通。通過這種主動的實踐的參與課堂，學生能夠關(guān)注細節(jié)，關(guān)注過程，提高學習效率和質(zhì)量。 將java語言程序設(shè)計課程置于it發(fā)展的大背景中，置于課程鏈的體系結(jié)構(gòu)中，激發(fā)學生的學習興趣java這門課學了到底有什么用，能做什么，可以從oracle收購sun時，oracle總裁larry ellison說的”java是我們迄今收購的最重要的軟件資產(chǎn)”開始。讓學生了解it發(fā)展的大背景， 了解java和.net之間的對抗，了解到使用java

10、可以進行java ee（java enterprise edition）企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)，還可以進行java me（java micro edition）嵌入式應(yīng)用開發(fā)。而這些都是當前軟件開發(fā)的熱點和方向。讓學生及早了解就業(yè)的熱點和方向，從而增加學生的興趣和學習的主動性。同時，讓學生了解到j(luò)ava這門課在本專業(yè)中不是單科性的課程，與當前軟件開發(fā)的熱點和方向相對應(yīng)，計算機專業(yè)在后續(xù)課程中將會有”jsp程序設(shè)計”和智能手機軟件開發(fā)等課程，讓學生認識到學好這門課對其學好后續(xù)課程的重要性，自然會增加學習的主動性和積極性。累加式的實驗內(nèi)容的設(shè)置，讓學生看到的不再是點，而是線和面 實驗內(nèi)容按章節(jié)內(nèi)容組織，以

11、設(shè)計性實驗為主, 實驗?zāi)繕嗽O(shè)定為具有熟練編寫程序的能力， 最基本的要求是面對實際問題能夠編程解決，不追求理論的完整，不追求使用復(fù)雜的算法。把基本知識和常用算法作為應(yīng)用實例來組織實驗內(nèi)容。通過實驗，培養(yǎng)學生獨立地完整地解決問題的能力，對總體大局把握和協(xié)調(diào)的能力，而不鼓勵學生鉆牛角尖，將過多精力花費在局部內(nèi)容上。這樣的設(shè)置符合cdio模式鼓勵學生加強對大系統(tǒng)的適應(yīng)和調(diào)控能力，能夠?qū)W生置于一種工程化的環(huán)境中，以工程化的思維來思考問題。 另外，按照授課章節(jié)的次序，實驗內(nèi)容大概依次累加。如在面向?qū)ο蟮木幊虒嶒灷?，首?要求學生編寫一個學生類（student）和測試類，然后在后續(xù)的實驗中，編寫該學生類的

12、兩個子類，如大學生類（undergraduate）和研究生類（graduate），并在這兩個子類中對父類的方法進行重寫，并編寫測試類對父類和子類進行綜合運用，觀察子類中被重寫的方法的調(diào)用特征。學生通過這兩個實驗?zāi)芨由钊肜斫忸?，繼承和多態(tài)的概念。 在java swing圖形用戶界面的實驗中，以前面面向?qū)ο蟮木幊虒嶒灷锏念悶樵蛠順?gòu)筑圖形用戶界面及其功能；當對該圖形用戶界面進行輸入或按鍵操作時，啟動異常處理機制來捕獲和處理異常， 形成異常處理實驗的主要內(nèi)容；對圖形用戶界面實驗內(nèi)容進一步擴展，加入菜單控件，能夠打開前面圖形用戶界面實驗中創(chuàng)建的窗體，輸入內(nèi)容后，能夠保存到文件中，并能夠打開文件，將文

13、件中的內(nèi)容顯示在窗體中，這些就成為java輸入輸出實驗的主要內(nèi)容。當這些實驗完成時，學生就完成了一個功能相對簡單的微型系統(tǒng)。 通過這種累加式的實驗內(nèi)容的設(shè)置，學生對知識和應(yīng)用的理解不再是零散，無頭緒的，似乎沒有什么用處的一個一個的點，而是由一個個點串成的線，由一條條線織成的面，同樣的，加強了學生對總體的把握，對所學知識綜合運用的能力。“校企合作，項目驅(qū)動”的java課程設(shè)計使學生對程序設(shè)計有立體的全方位的認識 “校企合作，項目驅(qū)動”的課程設(shè)計是我院信息工程系在系主任領(lǐng)導(dǎo)下的辦學策略的體 現(xiàn)。我系近幾年來對核心課程的課程設(shè)計都是采用校企合作的方式，由企業(yè)將實際的項目帶到學校來，由企業(yè)的工程師引導(dǎo)

14、學生對項目進行需求分析，系統(tǒng)設(shè)計，編碼，調(diào)試和測試以及最后的部署運行。學生因此參與到cdio的全過程，完成一個具有實際應(yīng)用價值的功能相對完善的系統(tǒng)，對學生來說是一件非常有成就感的事情。學生對知識的理解由線和面上升到體，由程序上升到系統(tǒng)，由編寫程序上升到開發(fā)系統(tǒng)?！靶Ｆ蠛献?，項目驅(qū)動”的課程設(shè)計對提高學生的工程實踐能力具有重要作用，讓學生從線和面進一步過渡到體，從程序上升到系統(tǒng)，從編寫程序到開發(fā)系統(tǒng)，對程序設(shè)計有了立體的、全方位的認識。 在2010-2011第二學期的2009級軟件技術(shù)專業(yè)的java語言程序設(shè)計的課程設(shè)計環(huán)節(jié)中，我系與武漢軟帝信息科技有限公司(softeem)進行校企合作。開始軟

15、帝的工程師擬定了一個做網(wǎng)上電子相冊的項目，由于該項目涉及的jsp等知識點學生還不具備，后來由任課教師與軟帝的工程師共同協(xié)商項目課題，根據(jù)任課教師提供的授課內(nèi)容，商定了以“j2se暢聊應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)”作為項目課題。通過該課題，學生使用企業(yè)級的開發(fā)工具，進一步綜合運用了java swing圖形用戶界面，多線程，異常處理，java輸入輸出，java集合和java網(wǎng)絡(luò)編程的內(nèi)容。該項目課題首先是可行的，因為其中涉及的知識點都是在java語言程序設(shè)計課程中講到了的。其次，在該項目的實施中，還用到了java swing 中的jtree控件，該控件教師授課時只簡單提到了,但沒有具體地應(yīng)用。jtree控

16、件的使用是對教師授課內(nèi)容的擴展；同樣，該項目用到了java泛型集合，也是對傳統(tǒng)的java 版本的java集合內(nèi)容的擴展，因為有了課堂本身學到的知識，學生能夠很快掌握這些擴展的內(nèi)容。而這些擴展的內(nèi)容，也正是我們校企合作希望看到的，將企業(yè)級的應(yīng)用引入課堂，而學生學到了新的東西，自然也非常高興。另外，本次課程設(shè)計，學生是在企業(yè)工程師的指導(dǎo)下，一行一行鍵入代碼完成的。企業(yè)工程師沒有提供任何的框架，學生能夠完全地理解自己所做的系統(tǒng)。通過本次課程設(shè)計，學生完成了一個具有公聊和私聊功能的簡易聊天室系統(tǒng)。最后的結(jié)果是學生滿意，學校滿意，企業(yè)也滿意，期待著下一次的合作，達到了一種三贏的格局。3 總結(jié)與展望cdi

17、o意味著將工程師的生活和工作慣例引入教育體系。cdio模式提供了產(chǎn)生下一代的工程師的革新性的教育框架，它提供給學生一種在構(gòu)思（conceive），設(shè)計（design）, 實施（implement）和運作（operate）的背景之下獲取工程基礎(chǔ)知識的教育。綜上所述，在java語言程序設(shè)計課程中應(yīng)用cdio模式，符合java語言程序設(shè)計課程的認知和教學規(guī)律。通過靈活多樣的教學手段，將教學與時代發(fā)展相結(jié)合，累加式實驗的設(shè)置以及校企合作，項目驅(qū)動的課程設(shè)計等方法，能夠激發(fā)學生的學習興趣和自主性，提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生工程實踐的能力和綜合創(chuàng)新的能力。在今后的java語言程序設(shè)計課程教學中，還可以進一步參照兄弟院校應(yīng)用cdio模式的作法3-5。如3中在教學中搭建的項目實踐管理平臺，對學生實踐過程開展科學、規(guī)范化的過程管理，包括括知識管理(wiki)、源代碼管理、錯誤跟蹤管理、源代碼統(tǒng)計、軟件測試管理、項目進度管理等，都可以作為很好的借鑒。參考文獻：1 worldwide cdio initiative. cdio syllabus . 韓 智，張振虹，李興娟. 基于cdio理念的軟件工程課程教學改革j.