葛志勇

(淮阴师范学院，江苏 淮安 223300)

*收稿日期：2013-11-08

网络教育与传统课题教学相比有许多优势，但是也存在许多不足的地方。

当前大多数网络教学平台采用都是B/S模式设计，这种模式虽然部署简单，但是表现手段和交互方式单一。同时，这种模式将业务逻辑集中在服务端，无法充分的发挥客户端的软硬件资源。以云计算和富客户端为代表的新一代互联网技术的出现为探索全新网络教育模式提供了可能。

一、CDIO工程教育模式简介

CDIO工程教育模式是瑞典皇家工学院和美国麻省理工学院等大学经过四年的探索研究耗资2000万美元创立的工程教育理念，是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO是英文单词构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)的缩写。CDIO首次详细阐述了工程师所必备的知识、能力和态度的内容。CDIO将产品/系统的生命周期作为载体，不仅重视培养学生的基础理论、专业技能，并在工程领域的情境中展开教学活动，重视培养学生的创新实践能力、团队合作意识以及沟通交流能力，重视培养学生对系统进行构思、设计、实施、运行的综合能力。CDIO是一个开放的教育理念，不同学校和专业可以根据自身的情况开展CDIO教学改革，概括起来CDIO教育理念包括：1个大纲和12条标准。在我国，2008年教育部在汕头大学、清华大学等30多所知名高校进行CDIO工程教育理念的教学改革，取得了非常好的效果。

本文拟在国际比较流行的云计算平台Google App Engine上使用Flex富客户端技术，研究如何构建一个基于CDIO工程教育理念设计的自主学习系统，从而为在新技术环境下设计全新的网络教育模式做出有益的尝试。

二、CDIO与自主学习平台的整合

CDIO工程教育思想的12条标准包括：以CDIO 为基本环境、学习目标、一体化教学计划、工程导论、设计-实现经验、工程实践场所、综合性学习经验、主动学习、教师能力的提升、教师教学能力的提高、学生考核、专业评估。网络教学与传统课题教学有显著的不同，在将CDIO思想引入到网络教学过程中应灵活的理解这12条标准。在网络环境中，教师因素被极大弱化，而计算机技术的因素被放大，可以充分利用计算机技术为学生创作一个逼真的CDIO工程环境，充分激发学生的主动学习热情，同时为保障学习的效果还要引入合理的评价机制。本次研究以软件工程课程为例，设计了一个软件工程自主学习平台。研究人员首先设计了一个真实的软件开发案例为学生提供了一个CDIO环境，然后为了充分调动学生的自主学生热情，将这个软件开发案例作为故事背景设计了多人在线的RPG(角色扮演游戏)游戏。游戏故事的背景是围绕着一个叫君莫笑的某大学计算机系大三学生为了帮助爷爷摆脱经营困境，走上软件开发之路的故事。游戏按照软件工程思想划分成可行性分析、需求分析、软件设计、代码编写、测试、运行6个关卡。

三、系统功能模块设计

自主学习平台包括：用户中心、资料中心、软件世界大冒险和互动学习社区4个功能模块。

(一)用户中心

该模块的功能是完成用户信息的管理包括用户信息注册、用户登录、用户信息管理和维护。自主学习平台的典型用户有两类：学生和系统管理员。学员是系自主学习系统的使用者，学员的信息包括：学号、姓名、性别、入学时间、院系、电邮地址、感兴趣的软件开发用具、感兴趣的软件技术等。通过对自主学习系统用户的信息的收集可以进一步对学员的知识背景、学习兴趣进行分析，为CDIO软件开发任务的设定提供参考。系统管理员负责自主学习系统资料中心模块的管理和维护，包括学习资料的发布、学习资料的更新和学习资料的注销。

(二)资料中心

该模块的功能是为学生提供“软件世界大冒险”游戏中涉及到的所有的软件开发相关知识的查询，帮助学生解决游戏中出现的各种软件开发问题，使学生更好的完成游戏中软件开发任务。资料中心模块在功能上与传统网络学习平台知识展示部分是一致的，在内容的组织上以游戏中的软件开发任务为主线，打破了传统教学中课程的界限，将程序设计基础、数据库原理、软件工程等多门课程的知识组织在一起，通过任务的方式引导学生自主学习，构建自己的软件开发知识体系。

(三)软件世界大冒险

该模块是本系统的核心，包括游戏主程序、地图系统、角色系统、任务系统、成就系统、道具系统和测试系统。游戏主程序的功能是设置系统的运行环境，创建、管理各子系统实例。地图系统的功能是管理系统的地图信息。角色系统的功能是管理系统的各种角色。任务系统的功能是管理系统的任务信息。成就系统的功能是管理角色的成就信息。道具系统的功能是管理系统的道具和虚拟币信息。测试系统的功能是在每个关卡的关底进行随机测试。

(四)互动学习社区

该模块的功能是为学生和学生、学生和教师提供一个交流游戏心得、学习体验、问题答疑的平台，包括学习资源发布、学习资源下载、学习心得交流和即时学习讨论4个模块。学习资源发布和下载模块为学生提供了发布根据游戏任务开发的软件和技术资料的功能，同时也可以获得其他学生开发的程序和学习资料；学习心得交流和即时学习讨论模块为学生提供了类似BBS信息交流的工具，学生可以交流学习心得。互动学习社区模块是完善网络教学手段的重要环节，连接线上学习和下线实践的桥梁，形成完整的网络教学过程的关键。

四、系统体系结构设计

本系统是在Google公司提供的云计算PaaS解决方案Google App Engine环境下使用Flex富客户端和J2EE多层架构设计的。在云计算环境下基于Flex和J2EE多层模式与传统的B/S模式的网络应用相比，提高了系统的可扩展性、可维护性、可重用型和用户体验。它将业务逻辑、数据展示和数据持久操作相分离，使用系统的维护更加简便，同时通过使用框架技术，降低了开发人员学习的难点使开发人员可以更注重于系统的业务逻辑。另外，云计算环境的使用既降低了系统运行维护的成本，又可以很好的解决自主学习系统波段性访问的需求，为系统提供良好的扩展性。

(一)富客户层

学生、管理员均处于富客户层，该层运行在Web浏览器的FlashPlayer插件中，为用户提供了用户界面和游戏界面，作为用户与自主学习平台之间的交互接口，将用户的交互请求发送到部署在Google App Engine上的中间层组件上。用户通过FlashPlayer和WEB浏览器访问部署在Google App Engine上的中间层Web Server，中间层Web Server接受了用户提交的请求后，调用相关的业务逻辑组件，执行业务逻辑，调用数据持久层中的数据持久组件向数据库或者文件系统发出数据操作请求，并将处理的结果用过Web Server反馈给用户。

(二) Google App Engine

云计算的定义有很多种，这里我们引用百度百科中的定义：云计算由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成，这些资源被所有云计算的用户共享并且可以方便地通过网络访问，用户无需掌握云计算的技术，只需要按照个人或者团体的需要租赁云计算的资源。利用云计算企业可以节约成本，不用投资购买昂贵的硬件设备，无需负担频繁地维护与升级费用，也不需要建立自己的数据中心、大型机房、服务器中心等，并相应减少软硬件的运行维护费用和IT人员的实施费。运算分为IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和SaaS(软件即服务)3个层次。

自主学习平台运行的云计算环境是Google App Engine。Google App Engine简称GAE是Google公司提供的PaaS产品，GAE平台可以为系统提供开发和运行环境、服务器平台、硬件资源给用户，已经提供应用软件开发、云存储、托管以及Web应用服务。用户不必再需要维护服务器，用户可以基于Google的基础设施上传和运行应用程序。实践上GAE为用户提供了一个托管平台，用户可以将他们的开发发布到PaaS云平台上。

(三)中间层

中间层利用Flex BlazeDS组件、Spring 和 JDO等技术构建自主学习系统的各部分功能，它位于应用程序服务器上，主要由三部分组成：代理服务器层 、业务逻辑层、数据持久层。

(四)数据层

数据层是数据库管理系统(DBMS)和文件系统，负责数据的存储管理、安全管理、完整性管理和一致性管理，系统使用的是Google App Engine提供DataStore数据库。DataStore是一个采用层次模型的NoSql数据库。该层存储的信息主要有：软件开发资料信息、学生信息、管理信息、游戏的账户信息、游戏状态、学习资源信息以及站内消息等数据。

五、结语

CDIO工程教学作为创新教育理念下的新型教学模式，是我国工程教育改革的研究热点。本文依托云计算和富客户端技术构造了一个软件工程课程的自主学习平台，并在该平台上开展了一系列将CDIO工程教育理念引入到网络教学实践的探索性尝试，得出结论: CDIO工程教学改革对网络教学改革有很好的借鉴意义，相信这个平台的建立也会进一步促进高校相关网络教学研究的发展。