袁滿，富宇，郭玲玲（東北石油大學計算機與信息技術(shù)學院，黑龍江 大慶163318）

佟喜峰，張方舟 （東北石油大學計算機與信息技術(shù)學院，黑龍江 大慶163318）

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是基于工程項目全過程的學習模式，是對以課堂講課為主的教學模式的一種創(chuàng)新改革。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學組成的跨國研究機構(gòu)，經(jīng)過4年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。中國教育部也十分重視CDIO工程教育模式，并給予了一定經(jīng)費支持［1－2］。所謂CDIO教育模式，即將學生的能力培養(yǎng)分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面，每門主干課程均配有實踐環(huán)節(jié)，從構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）4個方面對學生加以訓練。CDIO人才培養(yǎng)模式以探究式課堂教學（Inquiring－based Learning）和實踐教學（Experimental Learning）為主要特色，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式開展專業(yè)課程的學習［3］。CDIO是倡導“做中學”（Leading by doing）和“基于項目的教育和學習”（Project based on education and learning）的新型教學模式［4］，以工程項目從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程，培養(yǎng)學生的工程能力、職業(yè)道德、學術(shù)知識、運用知識解決問題的能力、終生學習能力、團隊協(xié)作能力、交流能力和大系統(tǒng)掌控能力［5］，從而培養(yǎng)既有過硬的專業(yè)技能，又有良好的職業(yè)道德的國際化工程師［6］。

盡管CDIO教育模式具有很多優(yōu)點，但是，隨著CDIO教育理念的深入，部分教育工作者和學生出現(xiàn)了重實踐輕理論的現(xiàn)象。筆者在多年計算機科學與技術(shù)教學中發(fā)現(xiàn)，“模型”這一概念貫穿著每門專業(yè)課程始終。因此，建議主講教師深入理解這一概念，并將這一概念融入到專業(yè)課的教學中去，從而使學生更加容易地理解并掌握專業(yè)知識。

1 模型思想

模型是所研究的系統(tǒng)、過程、事物或概念的一種表達形式，也可指根據(jù)實驗、圖樣放大或縮小而制作的樣品，一般用于展覽或?qū)嶒灮蜩T造機器零件等用的模子。

模型的分類具有多種形色，關(guān)注的維度不同，其分類結(jié)果也不盡相同，具體分類有以下幾種分類法：

1）按用途分類，包括房地產(chǎn)模型（可分為住宅模型、商業(yè)模型、戶型模型、別墅模型、地標）、城市規(guī)劃模型、區(qū)域模型、數(shù)字模型、環(huán)境景觀模型、方案模型、工業(yè)模型（可分為軍事模型、機械模型、車輛模型）、橋梁模型等。

2）按技術(shù)分類，包括傳統(tǒng)模型、數(shù)字化沙盤、多媒體模型、虛擬漫游、半境畫模型、互動投影沙盤等。

3）按材料分類，包括木質(zhì)模型、水晶模型、ABS樹脂模型、金屬模型等。

模型可以取各種不同的形式，不存在統(tǒng)一的分類原則。按照模型的表現(xiàn)形式可以分為物理模型、數(shù)學模型、結(jié)構(gòu)模型和仿真模型，這些模型在計算機科學與技術(shù)專業(yè)理論課中均有體現(xiàn)。

2 計算機科學與技術(shù)專業(yè)中理論模型透視

2.1 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中的圖模型

計算機科學與技術(shù)專業(yè)課程《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中的圖模型屬于結(jié)構(gòu)模型范疇。圖模型由點和線組成，用以描述系統(tǒng)的圖形。圖模型可用于描述自然界和人類社會中的事物和事物之間的關(guān)系，可以利用圖論作為工具進行圖模型建模；基于圖的性質(zhì)進行系統(tǒng)分析，從而為各種系統(tǒng)研究，特別是復雜系統(tǒng)研究提供了一種有效的方法。構(gòu)成圖模型的圖形不同于一般的幾何圖形，如它的每條邊可以被賦以權(quán)，組成加權(quán)圖；權(quán)可取一定數(shù)值，用以表示距離、流量、費用等。

圖模型廣泛應(yīng)用于自然科學、工程技術(shù)、社會經(jīng)濟和管理等方面，如動態(tài)結(jié)構(gòu)圖、信號流程圖、計劃協(xié)調(diào)技術(shù)、圖解協(xié)調(diào)技術(shù)、風險協(xié)調(diào)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)理論等。因此，在講授圖論的內(nèi)容時，一定要講圖的基本理論，通過這種模型的形式講全、講透，特別要強調(diào)圖的應(yīng)用領(lǐng)域。之后，在CDIO中的實踐過程中，結(jié)合這些理論，設(shè)計出不同的實踐課的內(nèi)容，讓學生通過編程實現(xiàn)基于圖模型的最優(yōu)解計算，從而使學生深深體會到圖模型的廣泛應(yīng)用。

2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)課程中的模型體系結(jié)構(gòu)

為了解決不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題，國際標準化組織ISO于1981年制定了開放系統(tǒng)互連參考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI／RM）。這個模型把網(wǎng)絡(luò)通信的工作分為7層，它們由低到高分別是物理層（Physical Layer），數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer），網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer），傳輸層（Transport Layer），會話層（Session Layer），表示層（Presentation Layer）和應(yīng)用層（Application Layer）。第1層到第3層屬于OSI參考模型的低3層，負責創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)通信連接的鏈路；第4層到第7層為OSI參考模型的高4層，具體負責端到端的數(shù)據(jù)通信。每層完成一定的功能，每層都直接為其上層提供服務(wù)，并且所有層次都互相支持，而網(wǎng)絡(luò)通信則可以自上而下（在發(fā)送端）或者自下而上（在接收端）雙向進行。當然并不是每一通信都需要經(jīng)過OSI的全部7層，有的甚至只需要雙方對應(yīng)的某一層即可。OSI標準制定過程中采用的方法是將整個龐大而復雜的問題劃分為若干個容易處理的小問題，這就是分層的體系結(jié)構(gòu)辦法。在OSI中，采用了3級抽象，即體系結(jié)構(gòu)，服務(wù)定義，協(xié)議規(guī)格說明。

以上是計算機網(wǎng)絡(luò)通信中的總體體系結(jié)構(gòu)模型，對于不同層間的通信模型，其通信采用C／S計算模型。對于不同的層，如果對應(yīng)用到底層編程模型，就是Socket編程模型。對于這套編程模型，在計算機系統(tǒng)中所處的位置是有區(qū)別的，有的編程模型處于操作系統(tǒng)層面，如Windows操作系統(tǒng)提供的WinSocket編程模型；有的處于應(yīng)用層面，如當下流行的2大開發(fā)平臺——JAVA和微軟的.NET均提供了Socket編程模型，還有第3方的Socekt編程模型。因此，在CDIO實踐過程中可以根據(jù)具體需求，在不同層次進行編程實現(xiàn)。

圖1 基于CDIO的實驗課程體系

2.3 模型理念在綜合性或創(chuàng)新性實驗中的應(yīng)用

上面，筆者僅僅以《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》和《計算機網(wǎng)絡(luò)》2門課程為例論述了模型理念的重要性。其實，在計算機類課程中，這樣的模型還是相當?shù)亩?。文獻 ［4］給出了4類實驗的關(guān)系，如圖1所示。下面，筆者將《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》中樹模型、數(shù)據(jù)庫課程中的關(guān)系模型以及XML中的DOM模型綜合在一起，探討如何將這些模型的理念應(yīng)用于綜合性或創(chuàng)新性的實驗中。

在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中，以樹模型為核心，可以演生出許許多多的應(yīng)用。如企業(yè)的組織機構(gòu)就是一個典型的樹模型，計算機磁盤上文件目錄的組織也是一個典型的樹型模型。圍繞這個模型，假設(shè)進行軟件開發(fā)，要對一個組織機構(gòu)的數(shù)據(jù)進行存儲、查詢、刪除、更新等操作。首先是利用關(guān)系模型創(chuàng)建表來存儲這一關(guān)系結(jié)構(gòu)，典型的組織機構(gòu)關(guān)系表如表1所示。當然，在進行該表的設(shè)計時，不同的人可能設(shè)計出的關(guān)系表是不一樣的，而且有許多是用來存儲樹型模型的關(guān)系表。該表的最大好處是有利于組織機構(gòu)的擴充、并且適合于多級下屬機構(gòu)的組織。

表1 典型的組織機構(gòu)關(guān)系表

在軟件實現(xiàn)過程中，可以從關(guān)系表中將組織機構(gòu)的這些信息讀出來，采用一個樹模型對其進行表示，可以方便地實現(xiàn)對它的各種操作。

如果將這一思想再進行拓展，考慮目前流行的基于XML的DOM模型（DOM本身就是將XML文件中的各個要素按著樹來組織，通過XML解析器對XML中存儲的各種元素進行解析），當XML文件相當大的時候，DOM解析的效率不高，因此，可以從這點入手設(shè)計一個創(chuàng)新性實驗，讓學生通過該實驗，考慮如何利用樹模型來實現(xiàn)DOM的高效解析功能。

3 結(jié)語

事實上，模型理念的應(yīng)用遠非如此，筆者的研究只是起到一個拋磚引玉的作用，相信通過深入探究這一理念，并不斷地將其應(yīng)用于教學實踐中，使其滲透到理論與實踐教學中去，將會使教師和學生受益終生。

［1］ 陳巧莉 .基于CDIO理念的教學做一體化軟件工程課改構(gòu)思和實踐 ［J］.軟件，2013，34（7）：148－151.

［2］ 陳巧莉，宮護震 .基于CDIO的教學做一體化ASP.NET課改和實踐 ［J］.軟件，2012，33（12）：145－147.

［3］ 許慶煒，余慧 .基于CDIO模式開展計算機科學與技術(shù)專業(yè)校企合作人才培養(yǎng) ［J］.湖北第二師范學院學報，2012，29（2）：44－246.

［4］ 郭皎，鄢沛 .基于CDIO的計算機專業(yè)實驗教學改革、實驗技術(shù)與管理 ［J］.2011，28（2）：155－157.

［5］ Grawley E F，Malmqvist J，Ostlund S.Rethinking Engineering education－The CDIO Approch ［M］ .New York：Springer，2007.

［6］ Grawley E.The CDIO Syllabus：A statement of Goals for undergraduate Engineering Education ［M］.New York：Springer，2008.