柳运昌　张娜

摘  要： 云计算技术及应用作为计算机专业的核心课程，具有内容丰富、综合性强、实践要求高的特点。为了提高云计算技术及应用课程的教学效果，更好地培养学生的实践动手能力，本文基于CDIO教学理念，对云计算技术及应用课程进行“教、学、做、评”一体化的改革，以能力为本位，重点培养学生的技术知识、职业技能和团队协作能力。教学实践证明，该改革对于提高学生的学习主动性、学习的全员参与度和综合能力效果显著。

关键词： CDIO; 云计算; 教学改革; 能力培养

中图分类号：TP393          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）12-74-05

Research on the teaching reform of “Cloud Computing Technology and

Application” course with CDIO concept

Liu Yunchang， Zhang Na

（School of Computer and Data Science， Henan University of Urban Construction， Pingdingshan， Henan 467036， China）

Abstract： “Cloud Computing Technology and Application” is a core course of computer science and technology specialty.The course is characterized by rich content， comprehensiveness and strict practical requirements. How can we improve the teaching effect of cloud computing technology and application course and better promote the cultivation of students' hands-on ability？ Based on CDIO concept， this paper carries out the teaching reform of “teaching， learning， doing and evaluation” for the course. It focuses on competency and cultivates students' technical knowledge， professional skills and teamwork skills. The teaching reform has a significant effect on improving the learning initiative，full participation and comprehensive ability of student.

Key words： CDIO concept; cloud computing; teaching reform; competency cultivate

0 引言

云計算已成为我国国家战略性新兴产业发展规划的 20 项重点工程之一，越来越多的高等院校开设了云计算技术方面的课程[1-2]。云计算技术及应用课程作为计算机专业的核心课，主要介绍云计算基本理论，分析其关键技术，阐述其基础架构及各种典型的云解决方案。该课程的突出特点是内容丰富、综合性强、学习量大、抽象性强、实践性要求高。

为了提高“云计算技术及应用”课程的教学效果，更好地培养学生实践能力的培养？本文采用CDIO教学理念，对云计算技术及应用课程进行“教、学、做、评”为一体的教学改革探索。

1 存在的问题

近年来，经过持续不断的教学改革，云计算技术及应用课程的教学水平得到了提升，但仍然存在许多问题，具体如下：

1.1 重理论轻实践

当前的云计算教学以理论概念和知识点的讲解为首要任务。课堂教学中以教师讲授为主，学生训练为辅，学生在课堂教学中的积极性和参与度不高。其次，教师在教学过程中往往讲授单独一种云的解决方案，而忽视了各种云计算解决方案间的联系与比较。学生不能很好地对各个知识点建立联系，进而对云计算技术的系统性、连贯性难以掌握和熟练应用。

课程实践通常是在理论课程学习之后，先理论后实践的教学模式，造成了学生在知识理解与动手实践之间产生间隔，实践时理论知识会记忆模糊，这使得学生学习兴趣不高，学习效果不佳。针对实际问题，学生只会生搬硬套教材的方法，不能够因事制宜，学为所用，缺乏灵活性和创新性，不利于学生创新能力的培养。对计算机领域的复杂工程问题，学生很难提出技术性及综合性的解决方案。

1.2 学习内容多课时少

我校计算机科学与技术专业的云计算技术及应用课程的总课时为72课时，其中包括14课时的实验课及2周的课程设计。云计算技术及应用课程涉及到IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）等多个层次的云解决方案，每种方案有其自身的理论支撑和技术实现，相互之间联系较少，但知识点多、理论性较强。学时有限的情况下，教学内容灵活性比较差，教师难以安排合理有机的教学内容。学生课堂上往往似懂非懂，实际动手就更差。其中一个重要原因在于理论教学中难以系统化表达各种抽象的云计算技术的应用环境和使用效果。

1.3 实验教学简单

受制于实验条件，云计算实验采用了“一刀切”的方法，对每一个章节，所有的学生均完成同一个实验题目。而每种云计算解决方案的技术要求都不相同，学生也没有必要掌握所有的主流云计算解决方案。此外，近年来学生素质参差不齐，个体差异大，学习能力不同，完成同一实验任务的情况不理想，更谈不上创新。实际的云计算解决方案涉及多项技术，课程实践的工作量巨大，非常需要学生合作完成任务。而在“简单化”的实践教学中，较多的要求是独立完成，因此缺乏对学生团队合作能力的培养。

1.4 考核方式单一

对学生的考核以理论考试为主，主要是笔试方式与作业，偏重于理论知识的掌握。对学生的考核往往只有一次，不能反映学生学习过程的成长变化。这种考核仅关注于学生的工程科学和技术知识掌握情况而忽略了学生的学习态度，以及终身学习、团队交流和工程系统能力。

2 基于CDIO的“教、学、做、评”一体化教学模式

CDIO是指构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）。课程之间是有机联系的，让学生以主动的、实践的方式学习，培养复合型、创新型、有实际能力的高素质工程人才[3-4]。

云计算技术处于快速成长期且是信息前沿技术，CDIO理念让学生在学习过程中就能体验到相关产品和技术的应用，能很好地培养学生对专业的认知与情感。因此，本文以CDIO理念为基础，对云计算技术及应用课程的课堂教学和实践教学进行改革，推行项目导向、问题驱动、课堂教学与实验教学统一、学生评价过程化的“教、学、做、评”一体化教学模式，突出能力为本位，重点培养学生的技术知识、职业技能、职业素养和团队协作等能力[5，6]。

在“教、学、做、评”一体化教学模式下，我们注重教学过程的实践性、开放性和职业性，课程教学内容设计结合具体的项目。我们将云计算技术及应用课程当作项目来讲授，任课教师进行市场调研，开展职业分析，结合行业实际开发项目化教材，围绕CDIO理念中“做中学”的基本原则，建立实验室开放式教学环境，使得课堂教学和实验教学融为一体，培养学生文献资料查阅能力、项目分工协作能力和编程能力。

项目设计过程中学生进行探究式学习和工作，团队内相互协作，团队间协作加竞争。教师主要起指导作用，督促学生完成一次构思→设计→实施→改进和展示的全过程。首先为“C”（构思）阶段，教师提出基本的用户需求，引导学生分析思考，学生团队对所选择的项目进行总体构思，明确详细的项目内容和具体任务，确定每组成员及其分工;其次为“D”（设计）阶段，各项目组查阅大量参考文献，组内讨论，确定基本方案，让每组成员针对选定的项目阐述和讨论，阐述选定项目的基本思路、系统架构的选型、所用技术的合理性和优越性等，经过讨论、评估和辩论，形成最佳的设计方案;第三为“I”（实施）阶段，学生必须掌握“云计算技术及应用”教学大纲规定的基本知识、技能，先由教师演示，再由学生进行操作;最后为项目分析修改和展示阶段，各组学生根据具体的展示结果，发现自己原来构思中的缺陷，修改后再设计、执行和运作，然后全班学生再一次交流、评价，可能有部分学生需要重新设计、执行其项目。

3 課堂教学改革

3.1 教学内容改革

3.1.1 教学内容项目化

教学中任课教师根据目前云计算技术发展及用人单位对学生专业能力的需求，以CDIO教学模式为指导，参照企事业单位对项目的运作和管理模式重新构思符合工程实施的实践教学计划，将Web日志分析、二手房数据分析系统、图书数据分析系统等与生活实际联系密切的项目作为CDIO的教学项目载体。学生可以根据自身兴趣选择不同的项目，选修不同的云解决方案，体验课程内容非结构化的特点;另一方面强调模块化的设计要求，根据项目设计合适的配套内容，帮助学生获得基础知识。通过项目学习激发学生的先前知识，激发学生的自我效能、感知和价值观，激励学生积极参与。

任课教师根据项目建设的生命周期设计实践环节，模拟软件项目开发，从需求分析、系统设计、系统实现，到系统维护等环节入手，培养学生的创新思维能力、工程实施能力和综合分析能力。表1为基于CDIO的Web日志分析项目划分情况。

3.1.2 教学内容综合化

云计算技术及应用课程涉及不同的云解决方案，每种方案都需要计算机网络技术、数据库技术、操作系统、程序开发及文档撰写等多门课程的相关知识。在以往的课程学习中，主要是单一知识点的传授，知识点之间的综合性体现不突出。对于云计算技术及应用课程，在讲解某一云解决方案时，要把握其结构体系、关键技术，将相关的知识有机地串联起来，形成思维导图，让学生明白知识点之间的相互联系，在传授知识的基础上，注重全面素质与综合能力的培养，加强学生获取知识、分析问题、解决问题的能力，加强工程设计的教学和训练。

3.2 教学流程改变

为贯彻CDIO理念，借鉴文献[7-8]的方法，我们设计了基于CDIO的云计算技术及应用课程教学流程，如图1所示。在整个教学实施过程中，以项目为载体、学生为主体、教师为引导，以能力培养为目标，将CDIO 理念融入整个教学过程。

3.3 教学方法改革

3.3.1 课堂教学与实验教学融为一体

在实验室讲授理论课，构建开放式理论教学环境，使课堂教学与实验教学有机结合起来。比如在讲解IaaS分层模型时，介绍完系统架构、技术及功能等理论知识后，先向学生展示服务器、交换机、可插拔硬盘等硬件设施，然后打开H3C（新华三）提供的云计算管理平台，让学生从服务器集群、虚拟机组、虚拟机三个层次了解计算与存储资源的组织，形成直观的认识，有助于深化学生对IaaS云层次结构的理论理解。

3.3.2 引入项目导向教学方法

在项目导向、问题驱动教学方法中，我们选择Web日志分析、二手房数据分析系统、图书数据分析系统等与实际环境联系密切的项目作为CDIO的教学项目载体。结合大数据分析对云计算平台及工具的要求，教师不把教学的重点放在详细的、系统的云计算解决方案的讲解上，而是根据需求，选择合适的技术路线，主要讲学生不易懂、关键性的或隐藏在问题背后的知识。

3.3.3 引入混合教学模式

我们结合本门课程的特性，借鉴翻转课堂的教学模式，提出了基于网络学习空间+课堂讲授的混合教学模式。该模式利用互联网技术，把学习资料如视频、PPT等放置我校“学在城建”网络学习平台上，引导学生观看相关视频，做好课前预习，课堂上重点回答学生的疑惑，课下布置作业或实验让学生巩固训练。若有疑问学生可再与老师同学互动交流。

3.4 课程实践改革

3.4.1 实验内容层次化

我们基于CDIO理论编写了云计算技术及应用实验指导书，把实验分为三类：一是验证型实验：如Linux系统文件的操作、Hadoop集群的搭建等单元的相关知识点。二是设计开发型实验：如MapReduce程序的編程和调试，并行程序的设计方法、技巧及算法。三是进阶型实验：教师布置的任务用现有知识和经验无法全部解决，必须进行探究、研究性学习以及团队合作，不一定要求取得最终结果。不同层次的学生可针对自己的水平自主选择不同要求的实验题目，开展分层次实验教学。

3.4.2 实践内容规范化

项目设计实践中重视规范化要求，按照软件工程开发的需求，各个环节整理出清晰的文档记录，包括需求分析说明、系统设计说明、系统实现文档及系统调试等，明确软件工程的基本要求、关键任务与关键环节的时间要求，文档要求应按时准确完成，小组间在关键时间节点进行工作总结汇报。小组成员对自己工作负责，对设计过程负责。以此作为以后实践工作的一种模拟演练，有效地培养学生的实践工作能力和责任心。

3.5 评测方式过程化

以往的考核中以考核理论知识点为主，既不利于提高学生的学习兴趣，也无法反映出学生的实践应用能力。因此我们对教学评价考核方式进行改革，设计多维度、多层次的评价考核方法，努力进行全面评价，以更好的引导学生让考核起到促教的作用，让学生理论和实践学习全面提高。云计算技术及应用课程考核评价标准如表2所示。

考核评价从项目设计报告、中间节点报告、中间节点任务完成状态、小组内互相评价、小组间评价、项目结果检查及文档汇总等多方面进行，避免一次考核定分数的现象。而且多方面的评价可有效地促进学生平时学习的积极态度，真正达到了以项目实践促进学习的效果。

4 教学改革实践效果

本次教学改革历时一年多，取得了初步的成绩。对2018、2017两个年级的230多名同学展开调查，结果显示学生对该课程的获得感由原来的75%提升到92%，对混合教学模式比较认同，比率为90%，对过程性与结果性考试方式也乐于接收，学生的动手能力和学习主动性有显著提高。

由于教学改革初步开展，也存在一些问题，如工程案例比较复杂，需长时间呆在实验室，实验设备不足等。今后需要根据学生的特点、学生反馈意见、企业人才需求等多个方面，进行探索和深入研究，最终达到培养学生的技术知识、职业技能、职业素养和团队协作等能力好人的教学目的。

5 结束语

云计算技术及应用课程作为计算机类专业的核心课具有内容丰富、综合性强、学习量大、抽象性强、实践性要求高的特点。如何才能提高“云计算技术及应用”课程的教学效果，并更好促进学生实践能力的培养？本文基于CDIO教学理念，对云计算技术及应用课程进行“教、学、做、评”一体化的教学改革探索。教学实践证明，该改革对于提高学生的学习主动性、学习的全员参与度和综合能力方面效果显著。

参考文献（References）：

[1] 谢志明，王鹏，李俊杰，石慧.基于CDIO的云计算与大数据课程体系建设[J].计算机教育，2017.1：47-52

[2] 黄曼绮，武志学.基于CDIO的云计算专业导论改革[J].计算机教育，2015.9：79-82

[3] 孔美兰，高雪.CDIO教育理念下食品工厂设计课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2019.20：90-91

[4] 查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008.3：1-6

[5] 高原，符涛，孙毅.CDIO模式以项目驱动促进网络工程教学改革和实践[J].西南师范大学学报（自然科学版），2019.44（4）：150-156

[6] 陈静，张达敏，刘国敏.基于CDIO数据结构课程教学思考与改革[J].高教学刊，2016.1：109-111

[7] 赵海丽，李文娟，胡克用.基于CDIO教学理念的数据结构课程教学改革研究[J].大众科技，2017.19（6）：134-135

[8] 余宏，张华英.基于项目驱动的混合式教学推动计算机类课程教学改革与实践[J].现代计算机（专业版），2019.3：74-77