摘要：CDIO的教育模式致力于构建学生的可扩展知识体系、个人能力、人际交往能力和系统竞争力，汕头大学工学院计算机系实施以设计为导向的CDIO三级项目设计体系。本文阐述此三级项目设计的基本概念和方法，结合具体教学实践，介绍在计算机科学与技术专业进行的基于课程群的二级项目设计理念和实施过程。此项教学改革在提高学生对课程体系的理解，项目构思、设计、实施和操作的能力，以及团队合作精神等方面取得显著效果。
关键词：CDIO；项目设计：核心课程；课程群
国际上先进的CDIO(构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)、运行(operate)工程教育理念是麻省理工学院、瑞典皇家工学院等四所国际著名工科院校创立的国际组织所提出，描述了工程教育所应遵循的培养准则，代表了近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO强调个人工程能力不仅应包含个人的理论知识和专业技能，而且还应包含终生学习、团队交流、大系统掌控等一系列能力。结合我国的实际情况，汕头大学顾佩华教授提出了EIP-CDIO工程教育模式，并在汕头大学工学院全面进行工程教育实践。EIP是指有道德(Ethics)、讲诚信(Integrity)和专业化(Professionalism)，CDIO是现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程。EIP-CDIO就是注重职业道德与诚信，与构思，设计，实施，运作的工程训练进行有机结合，以培养高级工程专业人才为目标的高等工程教育新模式。
EIP-CDIO是一种以工程项目设计为导向、工程能力培养为目标的工程教育模式，它是“做中学(Learnhag by doing)”和“基于项目的学习(Projectbased learning)”的集中概括和抽象表达。“做中学”，即“从活动中学”、“从经验中学”是著名教育理论家杜威提出的一种教育原则，他指出：“从做中学要比从听中学是更好的学习方法”。做中学充分体现了学与做的结合，它使得课堂里知识的获得与生活过程中的活动联系起来。“基于项目的学习”以工程项目(包括产品、生产流程和系统)从研发到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工程。EIP-CDIO即是通过项目设计将整个课程体系有机地结合起来，其特点是，所有需要学习和掌握的知识围绕项目设计这个核心形成一个完整的有机体。
1 EIP—CDIO培券模式
CDIO理念描述的是各类工程专业开展高等教育所应遵循的普遍原则，而在各个工程领域中的教育环节和具体实施尚处在摸索阶段，本文介绍了我们在CDIO教育模式下，通过计算机专业二级项目的设计与实施，在新形势下所做的探索。
EIP-CDIO的工程教育理念，将培养过程划分为四个层次，第一层次为技术能力培养，目标是使学生掌握开发复杂工程系统的基本理论知识和技术；第二层次为个人能力培养，目标是使学生成为有思想的成熟个体；第三层次为团队能力培养，目标是使学生适应在基于团队的现代化环境中进行研发：第四层次实现构思一设计一实现一运作能力的综合。基于项目的学习方法可以很好地体现各个层次培养的目标，通过项目活动，学生在完成项目任务过程中，总能够自发地寻求知识和资源支持，这既锻炼了学生自主学习的能力，又使学生掌握了开发工程系统的理论知识和技术；通过集体项目的实施可以培养学生的团队精神，充分认识个人和集体之间的关系，它对学生的思想成熟及适应现代环境中的团队研发方式起到至关重要的作用；完成项目的全过程是对构思一设计一实现一运作的一次训练，多次的训练可以使学生综合CDIO的能力得到充分的锻炼和培养。
2 CDIO学习项目的构成
CDIO项目按规模和范围划分为三级，一级项目围绕本专业核心课程基础、应用知识及培养能力要求而设定；二级项目是围绕一组核心课程的知识点，以及能力培养要求的项目；三级项目是单门课程设计的项目，旨在增强理解和培养相关能力。
一级项目一般要求完整地、前后衔接地贯穿于整个本科教育阶段，使学生得到构思、设计、实现、运作的系统训练。每专业至少有两次一级项目训练。一级项目训练一般在一二年级开始，学生在教师指导下，通过选择一个涵盖本专业基础知识和应用的实例产品进行解剖分析，了解其内部结构构成与设计思想，从而提前了解本专业核心知识内容与实际产品的联系，从设计工程师的角度去面对即将开始的专业课程学习，建立所学与所用之间的联系；同时，早期项目的构思与设计，使学生了解各主要课程的知识对本专业的作用，激发学习兴趣，通过初步的创新思维与产品构思训练，在一定程度上建立起与专业相关的整体概念。毕业实习和毕业设计为第二次一级项目训练。两次项目训练相互衔接。经过第一个一级项目训练和本专业课程的学习，学生对本专业的基础知识有了全面的了解，资格方面的能力得到了锻炼，为第二个一级项目——毕业实习和毕业设计奠定了基础。第二个一级项目要求学生利用所学知识，对一个产品项目完整地展开构思、设计、实现、运用，系统地完成一个工程实践，目的是让学生从解决工程问题的角度学习专业知识，初步掌握工程思维方法。
二级项目围绕核心课程知识点，以培养相关能力要求为基础。训练一般以3～6个二级项目为载体，加强本专业核心课程的学习与应用。作为一级项目的支撑，二级项目是对相关课程群所涉及的知识点的整合，要求学生综合利用几门相关核心课程的知识，构思、设计并实施有一定实际背景的项目，培养学生综合应用相关知识的能力；另外，作为对整个教学体系的补充，二级项目对培养学生创新思维能力与终生学习能力将发挥重要作用。由于每个项目只涉及一组核心课程组成的课程群，由多个(3～6个)二级项目队以级项目形成支撑作用，项目设计围绕相应课程群的知识点，而不必追求本专业知识的全面运用和项目功能的齐全，在必要时，为了强调基础知识的作用，也可限制学生利用现成的合成工具。从时间上看，第一个二级项目是一般学生完成的第一个完整项目，训练其对项目设计的认识、团队精神和作为工程师的思维模式是主要目的，同时，它对激发学生对本专业的兴趣起到至关重要的作用。
三级项目是单门课程内的项目。在为学生提供强大基础知识背景和数学、科学方法训练的基础上，三级项目根据课程教学自身需要设立小规模实践项目，旨在加深和强化学生对课程内容的理解与应用。
就整个培养计划来看，以一级项目为主线，以二级项目为支撑，以三级项目与核心课程为基础，将核心课程教育与对专业的整体认识统一起来，并结合项目训练对学生的自我更新知识的能力、人际和团体交流能力以及对大系统的掌握、运行和调控能力进行整体培养。
3 计算机专业各级项目的设计思路
计算机是当代信息科学与技术的重要支柱之一。
本专业学生要求受到良好的科学思想、科学实验与工程设计的基本训练：系统地掌握计算机科学与技术，包括计算机硬件、软件与应用的基础理论、知识和技能；了解本学科的知识结构、基本形态、核心概念，典型技能和基本工作流程；熟悉计算机系统和计算机应用的环境和工具；掌握计算机系统分析与设计的基本方法；能应用所学知识分析和解决实际问题，并具有研究开发的基本能力；学生毕业后能在科研、教育部门、企业、事业单位等计算机科学与技术诸领域从事研究、开发、教学及管理等工作，亦可攻读本专业或相近专业及交叉学科的研究生学位。
以EIP-CDIO培养模式为框架，以培养个人能力(包括自学能力和创新能力)、协同工作能力和系统调控能力为主要目标，基于项目学习的理念和科学的课程(内容)设置作为能力培养的载体，我们设计了新的课程体系和培养模式，如图l鱼骨框图所示。
图1中，系统设计与集成和毕业设计是两个一级项目，它们贯穿整个四年的学习过程，成为本科期间项目学习的主线。第二年至第四年每年都有一个具体的设计和研究项目(open-ended)，学生分成4～6人的团队，每个团队有一个项目，从设计要求、功能设计、概念设计、系统设计到制造出来；培养设计、创新、协调、沟通和领导能力(每个团队的组成轮流担任，每个学生都有当领导的机会)，增强学生的自信心；这种开放型的项目，使学生有机会把知识有机地联系起来，应用知识。在这一过程中，学生有可能用到没有学过的知识，因此，学生要学会以探究方式获取知识，整个过程要体现CDIO的教育理念。
二级项目是基于课程群，每个课程群都有一个项目。这些项目相当于综合性的课程设计，把相关联的课程知识有机地结合起来，使学生认识到有机和关联的知识群而不是孤立的知识点，课程群建设与实践的结合可以避免内容重复，减少学时。
通过对教育部计算机专业课程指导计划所要求的课程和知识点的要求进行深入分析，并结合EIP-CDIO教育模式，我们将计算机专业主干课程分为四个课程群：第一个课程群由程序设计基础、离散数学和数据结构组成，第二个课程群由电路与电子线路、数字逻辑、汇编语言、计算机组织与体系结构和微机原理与接口技术组成，第三个课程群由软件工程、面向对象系统分析与设和数据库原理组成，第四个课程群由操作系统和网络与通信组成。
三级项目是基于单个课程而设计，相当于课程设计。在EIP-CDIO教学模式下，每个教师都应充分了解自己课程在整个专业培养体系中的作用，包括知识能力培养中的贡献。利用三级项目，我们将每门课程涉及的能力和各知识点串接起来，在构建学生的知识体系中发挥其应有的作用。在课堂教学中，围绕课程设计(三级项目)，每门课程中应有20～30％时间用于互动、启发式、探究式的学习，引导学生提出问题，找到解决问题的方法，提取概念和有规律性的方法。另外，我们鼓励学生参加各种创新竞赛活动，将这些活动纳入到三级项目中，以增加新的知识，培养创新能力。
4 计算机专业二级项目设计
如前所述，二级项目的宗旨是综合几门主要课程，对一级项目起到支撑作用。对计算机专业而言，从知识点的角度上看，大致上可分为软件及算法基础知识、硬件基础知识、大型软件项目组织、网络工程项目组织等。基于这种认识，结合我校具体情况，我们将计算机主要课程分为以下四个课程群。
第一个课程群主要涉及的是软件基础课程，知识点主要包括计算机物理结构、结构化程序编程、数据文件系统、关系理论、数理逻辑、代数系统、线形表结构、树结构及算法、图结构及算法、查找算法、排序算法等。一般来讲，这是一二年级与软件基础相关的主要课程，我们为此课程群设计的二级项目是软件算法综合设计——大学教学管理系统设计。在此项目中，我们充分考虑到运用本课程群所涉及到的基础知识点，对学生提出了如下要求。
(1)使用文件系统存储数据。此项要求学生充分理解文件系统知识并灵活运用，特别是二进制文件、文本文件和数据流的操作与管理。
(2)不使用现有数据库系统。现有数据库系统(如SOL、Visual FoxPro等1可以很好地完成查询、排序等基本操作，使用这些现有系统会使学生忽略数据结构、算法等在计算机专业的基础作用，不利于对计算机专业基础理论的理解和掌握。为此，我们要求学生自行完成数据库及管理方案设计与实现。
(3)利用关系理论建立自己的数据信息结构。关系型数据库系统是现代数据库系统中应用最广的一类数据库模型，此模型建立在严密的关系理论的基础上，为了让学生充分认识离散数学等基础课程对本专业所起的作用，加强各课程之间的知识联系和衔接，更深刻完整地理解本专业知识结构，我们提出了此项要求。
(4)建立与常用办公平台通信的导入导出功能。现代软件系统往往需要多平台系统的衔接整合，通过此项要求可以使学生对现代软件有更深入认识。另外，现有课程对此类知识的介绍不多，需要学生通过其他手段(如网络等)自主地搜索查找，从而培养学生的主动学习能力。
第二个二级项目“小型数字系统设计”主要涉及的课程为电路与电子线、数字逻辑、汇编语言、计算机组织与体系结构和微机原理与接口技术，所涵盖的主要知识点为组合及时序逻辑电路的分析与设计的基本知识、小型数字系统设计的基本方法、硬件描述语言VHDL、电子设计自动化及仿真软件(Quartus II)的使用、PLD开发版(DE2)的使用、汇编程序的输入输出指令、循环及延时程序设计和键盘控制。
第三个二级项目“大型软件项目实施”主要涉及数据库原理、面向对象系统分析与设计和软件工程等课程，涵盖的知识点主要包括软件开发模型、高级语言编程，数据结构及算法，数据库设计及管理。其目的是训练学生综合运用数据库、面向对象的系统分析和系统设计方法进行大型软件项目的实施过程。为此，我们设计的题目为“大学生运动会管理系统”，学生可选用不同的模型和方法来设计实现该项目，例如瀑布模型、螺旋模型、快速原型模型、喷泉模型及面向对象方法等。
第四个二级项目“网络工程项目实施”是继程序设计基础、数据结构、计算机网络与通信、操作系统和多媒体技术与应用等课之后开出的二级培训项目。在掌握了网络基础知识的基础上，通过具体网络工程项目的实施，使学生体会一个工程项目从构思、设计、实现到运行(CDIO)的过程，并懂得如何将所学的知识运用到实际的工程项目中。我们设计的题目为“网络即时通信平台设计”，学生可根据兴趣和爱好，选择实现文本通信、语音通信和视频通信中的两种，或者选择实现一种，但要做得有创意有特色。
项目以分组团队进行大型软件系统的设计，做到理论联系实际，着重应用，使学生得到比较充分的实践训练。学生通过对系统的设计，可进一步巩固理论知识，掌握大型系统的组成结构和深入理解数据库对
于大型系统开发的支持作用；通过设计培养学生的自学能力、创新能力和实践探索能力，培养良好团队合作意识，团队分工责任明确。在项目完成时，能系统地写出设计思想、方案论证及系统工作原理，其中包括问题及改进设计的意见。
5 二级项目实施与评估
二级项目的实施根据专业课程和专业基础课程的进展安排在不同的学期阶段，通常在一学期至一学年之内完成。学生通过二级项目的实施，能够很好地巩固所学的专业知识并获取扎实的专业技能，培养团队合作的精神，分工协作，互相交流，共同努力。在设计过程中能利用技术和科学知识，能有创新思维和创造力。在项目实施前，学生已经具备了一些本专业的基础知识，并且系统地完成了相关课程群的学习，为完成较复杂的项目打下了基础。
5.1 项目实施方式
在项目实施过程中，采用分组合作方式，即每个项目按班级人数分成若干个小组进行，每组人数约5人左右，分组以随机指定方式为主，可作适当调整。这种分组方法让每个学生都有机会接触不同性格的人，以达到培养沟通能力和团队合作精神的目的，这样做可以避免“较好的同学大家抢着要，较差的同学没人要”的现象发生。另外，每组由学生自己选择一名组长，组织和协调整个项目。
每个二级项目都有一个相关课程群的教师团队进行指导，并制定一名负责教师。负责教师在团队其他教师的协助下管理整个二级项目的实施，团队中的老师有义务帮助学生解决设计实现中遇到的各种专业问题。
5.2 项目安排与要求
项目是由学生自主安排实施计划和进度，但大体上应包括下述几个阶段，每个阶段都要提交相关的文档。
(1)项目调研与需求分析阶段。该阶段需要学生收集并阅读相关的文献资料，进行必要的走访和调研，并开会讨论(要有会议议程和会议记录)，最终确定选题，明确项目需求，并对项目进行分工和安排进度。该阶段项目完成后，每小组需要提交项目调研和需求分析报告。
(2)系统整体设计阶段。该阶段要求学生设计出系统的整体框架。阶段完成时每小组需要提交系统整体设计报告，报告中要包括系统构架、软件框图及说明、选定方案的论证及工作原理的阐述。
(3)系统实现阶段。该阶段要求学生对系统进行实现，在实现的过程中要定期和指导教师交流，以便教师随时掌握项目实施情况，及时发现问题，作出必要的指导。
(4)系统测试阶段。该阶段要求学生对系统进行全面的测试，并根据测试结果对系统进行改进。该阶段完成时每小组需要提交测试报告。
(5)系统的完善阶段。当项目验收完后，学生需要根据验收的结果和改进意见对项目进行完善。
(6)交流阶段。二级项目完成后，由学生自己组织一次该二级项目的交流讨论会，相互借鉴，取长补短，并推荐优秀的项目加以改进和完善后参加校内外的各种竞赛。
5.3 项目验收
当学生完成项目后，指导教师团队组织对项目进行验收。验收时小组的所有人员都要到场。验收的步骤如下：(1)由小组组长从宏观上介绍整个项目的设计和实现：(2)小组各成员重点阐述自己在项目中承担的角色和完成具体的任务，以及开发与测试中遇到的问题及其解决的办法；(3)进行系统演示；(4)指导教师和学生针对项目进行提问，小组成员进行回答：(5)指导教师团队总结整个项目，评定成绩(系统运行成绩和个人答辩成绩)，并指出项目存在问题及改进设计的意见。
5.4 成绩评定
项目验收后，每个小组需要提交如下文档：集体开会(讨论)议程和记录、小组项目报告，个人项目报告并互相打分。二级项目的最终目的并不完全是要让学生做出一个优秀的系统，而更看中整个项目的实施过程，希望学生在整个项目的实施中，各方面的能力都得到锻炼和提高。因此，学生二级项目的最终成绩从六个方面评定：系统运行(仿真)结果(20％)、小组项目报告(15％)、集体开会(讨论)议程和记录(15％)、个人项目报告(20％)，个人答辩情况(20％)和小组成员互相打分(10％)。其中前三项成绩是对项目组的评分，后三项成绩是对各人的评分。
6 二级项目的收获
通过四个二级项目的实施，学生解决工程问题的能力将有所提高。
(1)每个二级项目都涵盖相关的多门课程的主要知识点，通过二级项目提高学生融会贯通知识的能力。
(2)二级项目使学生参与体验项目从构思(c)、设计(D)、实现(I)到运作(o)的整个过程。
(3)在整个项目的设计和实施中，提高学生查找和阅读各种相关文献资料的能力。
(4)项目以小组为单位开展，让学生体验项目讨论、规划、分工、实现、整合的过程，使学生体验集体开发的乐趣和集体的力量，提高学生分工合作能力和团队互助精神。
(5)项目的有序开展离不开小组组长的指挥和协调，通过二级项目提高小组组长的组织协调能力。
为了评估此项目实施的结果，我们在学生中作了问卷调查，依据CDIO大纲的思想，此次问卷中涉及以下几项内容：对课程群知识的掌握、对计算机专业的理解、自学能力的提高、设计能力的提高、实践能力的提高、沟通能力的提高、创新能力的提高、责任心的培养、组织能力的提高(组长)、对本次二级项目的综合评价10项内容；学生根据自己在项目中的收获对每项内容给出很好、好、一般、差的选择。多数同学在各项选择中给出了好和很好的评价，其中，有6.5％和64.5％的同学对项目的综合评价为很好和好，26.5％和19.5％的同学认为此活动对责任心的培养和自学能力的提高有很好的作用(见图2)。
7 结语
二级项目围绕核心课程群的知识点，以培养相关能力要求为基础。作为一级项目的支撑，它是对相关课程群所涉及的知识点的整合，要求学生综合利用几门相关核心课程的知识，构思、设计并实施有一定实际背景的项目；二级项目是整个教学体系的补充，将为培养学生创新思维能力和终生学习能力发挥重要作用。从时间上看，第一个二级项目是一般学生完成的第一个完整项目，训练其对项目设计的认识、团队精神和作为工程师的思维模式是主要目的，它对激发学生对本专业的兴趣起到至关重要的作用。
