基于CDIO理念的軟件工程課程教學(xué)改革

　　摘要：本文以CDIO的教育理念為指導(dǎo)，將案例教學(xué)、基于項目的學(xué)習(xí)、啟發(fā)式教學(xué)等多種手段用于軟件工程課程教學(xué)的改革中，重點體現(xiàn)在基礎(chǔ)知識的傳授，工程價值觀與能力的培養(yǎng)，協(xié)作與溝通的培養(yǎng)以及應(yīng)用實踐能力的培養(yǎng)等幾個方面的改革，實踐證明改革取得了良好的教學(xué)效果。
　　關(guān)鍵詞：CDIO；軟件工程；教學(xué)改革
　　
　　1 背景與理念
　　
　　我國從2002年起開始在35所高校開辦示范性軟件學(xué)院，目的是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和國際競爭力、符合市場需求的實用型軟件人才，強調(diào)學(xué)生的軟件開發(fā)能力和應(yīng)用能力。一個優(yōu)秀的軟件工程師除了要牢牢掌握既有的軟件理論和基本知識外，還必須具備對軟件行業(yè)和軟件項目的深刻理解與掌控能力，必須具備根據(jù)市場發(fā)展及用戶不斷變化的需求進行創(chuàng)新設(shè)計的能力，必須具備扎實的開發(fā)能力與良好的交流能力、團隊精神，還必須具備終生學(xué)習(xí)的能力，從而不斷的更新自己。
　　對學(xué)院部分本科生的前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有超過四分之一的被調(diào)查對象認為在大學(xué)本科階段所學(xué)的專業(yè)知識在實際工作中很少用到，而認為“非常有用”的只占不到5％。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，超過98％的被調(diào)查者認為專業(yè)課教學(xué)應(yīng)當在基本理論教師講授的基礎(chǔ)上，更加注重結(jié)合項目案例、工程實踐、學(xué)科前沿發(fā)展，同時迫切希望提高軟件構(gòu)思與設(shè)計能力、自學(xué)創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力、人際溝通能力的被調(diào)查者比例分別超過95％、85％、75％和60％。然而，上述能力的培養(yǎng)并沒有包含在傳統(tǒng)的專業(yè)培養(yǎng)理念中的。目前軟件工程類課程教學(xué)和其他工程教育類課程一樣存在重理論輕實踐，重個人學(xué)術(shù)能力輕團隊協(xié)作精神，重既有科技輕創(chuàng)新進取的問題。課堂教學(xué)往往采用填鴨式教學(xué)方法，以教師講授為主，忽視了學(xué)生的主動性和參與性，即使在實驗課教學(xué)中，學(xué)生也只是根據(jù)教師布置的作業(yè)內(nèi)容按部就班進行操練，以實現(xiàn)對課堂內(nèi)容的記憶和理解，忽略了培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問題能力、學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力等多方面的綜合技能。
　　
　　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(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究機構(gòu)在Knut andAlice Wallenberg基金會近2000萬美元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(xué)過程。CDIO工程教育理念正是以此過程為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)教學(xué)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，范圍涵蓋了學(xué)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。CDIO工程教育理念自誕生至今，獲得了世界范圍的認可與采用，迄今已有幾十所世界著名大學(xué)全面采用了該教育理念，完善教學(xué)大綱，取得了良好的教學(xué)效果和社會效益。國內(nèi)一些大學(xué)也開展了對CDIO的研究、實驗和探索。
　　本文將CDIO的教育理念在軟件工程課程教學(xué)的改革中，通過對本課程的學(xué)習(xí)者進行多方面深入調(diào)查，并對CDIO工程教育理念進行消化吸收和本土化，同時參考國際高等院校的應(yīng)用經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上對軟件學(xué)院本科生軟件工程課程進行了改革，主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)知識的傳授，工程價值觀與能力的培養(yǎng)，協(xié)作與溝通的培養(yǎng)以及應(yīng)用實踐能力的培養(yǎng)等幾個方面，取得了良好的教學(xué)效果。
　　
　　2　教學(xué)改革與實踐
　　
　　2.1　基礎(chǔ)知識的教學(xué)策略
　　基礎(chǔ)知識的教學(xué)策略主要體現(xiàn)在兩個方面：首先，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)準備情況，選擇教學(xué)的重點內(nèi)容，增加案例教學(xué)的內(nèi)容：第二，面授教學(xué)中，在信息技術(shù)的支持下，運用啟發(fā)式教學(xué)方法，調(diào)動學(xué)習(xí)者的主動性和參與性，為應(yīng)用能力的提高提供保證。
　　2.1.1　教學(xué)重點內(nèi)容的選擇
　　(1)教材　的選擇。根據(jù)軟件學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用性人才的目標，我們選擇了Roger s.Pressman的在國際軟件工程界享有無可質(zhì)疑的權(quán)威地位的《軟件工程：實踐者的研究方法》(第六版)一書作為主教材，重點介紹軟件工程的有關(guān)概念、原則、方法和工具，并根據(jù)軟件學(xué)院軟件工程本科生的特點和實際學(xué)習(xí)水平對教學(xué)內(nèi)容進行了適當?shù)膭h減和補充，保留了其中的基本部分，壓縮和刪除了教材中部分對于軟件工程專業(yè)本科生不容易理解的高級內(nèi)容。
　　(2)案例的補充。針對軟件工程本科生缺乏實際項目經(jīng)驗，教師就在教學(xué)內(nèi)容中加入了大量的案例，包括一些公司的成功的軟件開發(fā)案例，也包括一些失敗的案例。同時，選擇了一個難度適中的完整的項目案例貫穿整個課程教學(xué)講解中。
　　(3)與前沿接軌。在每一章的教學(xué)內(nèi)容中都補充了相關(guān)的軟件業(yè)界有關(guān)的技術(shù)、方法的最新的研究、發(fā)展動態(tài)，讓學(xué)生實時了解行業(yè)的最前沿。
　　2.1.2面授教學(xué)方法的選擇
　　(1)全方位的信息傳授。在多媒體課件教學(xué)的基礎(chǔ)上，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，形成全方位的立體信息空間，有效培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、掌握信息、運用信息和處理信息的能力。并且，網(wǎng)絡(luò)資源的超鏈接特性符合人類學(xué)習(xí)的認知思維習(xí)慣，也促進了學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的自我探究和知識建構(gòu)。
　　(2)啟發(fā)式教學(xué)。教學(xué)中還采用了啟發(fā)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生就軟件開發(fā)中的問題進行多方位、不同角度、不同層次的思考，讓學(xué)生積極參與到課堂教學(xué)中，調(diào)動學(xué)生的主動性，從而為應(yīng)用能力的提高提供了前提和保證。
　　(3)學(xué)生上講臺。每次主講課都安排學(xué)生輪流上講臺，對上一次課的重點內(nèi)容進行總結(jié)分析復(fù)習(xí)；同時還安排學(xué)生對一些案例進行準備，在課堂上由學(xué)生組織案例分析的討論，老師對其中的關(guān)鍵點和出現(xiàn)的問題給予指點。這種方法很好的鍛煉了學(xué)生總結(jié)、分析所學(xué)知識的能力，同時也鍛煉的學(xué)生的表達溝通能力。
　　
　　2.2　工程價值觀與工程能力的培養(yǎng)
　　工程類的學(xué)生在對工程的認識和學(xué)習(xí)上存在較大問題：首先對于本科生來說，絕大多數(shù)學(xué)生，都片面的認為學(xué)習(xí)工程僅為取得一紙文憑而非以工程為終身事業(yè)，這種學(xué)習(xí)態(tài)度降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。其次是學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)動力，即缺乏主動學(xué)習(xí)的興趣也缺乏應(yīng)有的時間安排能力，在安排時間的決策上，受同學(xué)和老師的影響較大，哪一門課要求嚴格，所花的時間就多。
　　針對以上問題，我們在課程教學(xué)中著重對學(xué)生的工程價值觀進行培養(yǎng)，期望幫助學(xué)生樹立工程是一種不斷追求卓越的過程，必須經(jīng)過多次回顧、反復(fù)修正、不斷創(chuàng)造及深入探索的理念。我們進行以下嘗試。
　　首先，端正學(xué)習(xí)態(tài)度，鼓勵創(chuàng)新，重點培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)自學(xué)自己感興趣的內(nèi)容的能力。在課程的最終評價中，將學(xué)習(xí)態(tài)度和創(chuàng)新加入課程評價體系中，以引起學(xué)生足夠的重視。同時通過安排學(xué)生上講臺進行課程重點復(fù)習(xí)和案例分析，可以幫助大家從不同視角來進行思考，以扭轉(zhuǎn)被動學(xué)習(xí)的風(fēng)氣。
　　其次，提倡自主的構(gòu)思、設(shè)計、實踐和操作。鼓勵學(xué)生把軟件工程的思想時時刻刻的用于自己平時的各項軟件相關(guān)的活動中，把各種課程設(shè)計和校內(nèi)實踐活動都當作實質(zhì)的工程項目，自行安排進度和控制。這種方式能更好的提升學(xué)生的工程能力。
　　
　　2.3　團隊協(xié)作與溝通能力的培養(yǎng)
　　軟件開發(fā)是一個集體智慧的結(jié)晶，團隊協(xié)作和溝通起了非常重要的作用。目前的多數(shù)學(xué)生都是獨生子女，在個性上比較獨立和張揚，喜歡展示個人的能力，但溝通能力和協(xié)作能力相對較差。我們在課程中通過多個環(huán)節(jié)來注重對此方面能力的培養(yǎng)。
　　首先，課程中強調(diào)小組的概念，無論是學(xué)生在課堂講解，還是課程實踐項目，均以組為單位，鍛煉學(xué)生的協(xié)作能力。每個組的組長每個月調(diào)換一次，讓學(xué)生理解項目組中的不同角色，從不同角度增加協(xié)作和溝通能力。課程評價中也以組為單位，這樣增加了學(xué)生的小組意識。從實踐效果看，學(xué)生的主動溝通性明顯增強，誰都不希望出現(xiàn)一個人拖了整組的表現(xiàn)。
　　其次，在小組開發(fā)過程中，將內(nèi)部溝通記錄也作為評價小組表現(xiàn)的一個因素，要求小組對內(nèi)部的會議，聊天、郵件等溝通方式進行記錄。
　　
　　2.4　應(yīng)用實踐能力上的培養(yǎng)
　　應(yīng)用能力的培養(yǎng)策略主要體現(xiàn)在兩個方面，首先，增加實驗教學(xué)的比例，提供更多的軟件開發(fā)練習(xí)機會；其次，將PBL(Project Based Learnhag)引入實驗教學(xué)，為軟件學(xué)院的本科生積累工程實踐經(jīng)驗。
　　2.4.1　增加實驗教學(xué)比例
　　根據(jù)國家示范性軟件學(xué)院軟件工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)目標，傳統(tǒng)以教師為中心、理論和概念為主導(dǎo)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，容易造成教學(xué)與實踐的脫節(jié)，不利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。因此，實驗教學(xué)是軟件工程專業(yè)本科教學(xué)的ljEcTEEpOgrCBSgFElbi4pqlRkWWLRG8jcHG0G7xE/k=一個重要環(huán)節(jié)。合理安排實驗教學(xué)的比例，有助于鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，提高人才的社會競爭力。我們在軟件工程的教學(xué)中采用了主講結(jié)合實驗上機的方式，并增加實驗上機的課時，與主講的課時比例達到1：1，期望通過加大上機實驗課的課時比例來加強提高學(xué)生的實踐開發(fā)能力，加強對軟件工程的思想、方法的理解，更好的樹立學(xué)生以工程化的思想開發(fā)軟件的價值觀。
　　2.4.2　PBL引入實驗教學(xué)
　　基于項目的學(xué)習(xí)(Project Based Learning，PBL)是在建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論和布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上提出一種新型教學(xué)模式，目前在歐美等國得到了廣泛應(yīng)用。具體地講，即以學(xué)科的概念和原理為中心，以制作作品為目的，在一定時間內(nèi)解決一系列相互關(guān)聯(lián)著的問題的一種新型的探究性學(xué)習(xí)模式。PBL能夠有效促進學(xué)生高級認知技能和問題解決策略的形成，有助于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和解決問題的能力。將PBL引入實驗教學(xué)，對提高軟件工程專業(yè)本科生的工程實踐能力具有重要作用。
　　在教學(xué)改革實踐中，我們提供給學(xué)生若干個軟件開發(fā)的題目，要求學(xué)生以軟件工程的思想作指導(dǎo)按照軟件開發(fā)過程的步驟系統(tǒng)的進行一個項目開發(fā)。
　　我們將實驗教學(xué)的內(nèi)容分為兩個階段。前一階段主要對開發(fā)過程中可能會用到的軟件工具進行介紹，如項目管理、版本控制、設(shè)計等方面的工具的使用和介紹，為完成課程設(shè)計打下良好基礎(chǔ)。實驗教學(xué)的后一階段讓學(xué)生綜合運用前面學(xué)到的軟件工程的思想、方法和工具，以小組的形式完成布置的開發(fā)題目。教師還鼓勵引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)的資料，對課題完成中遇到的問題予以指導(dǎo)，從而極大的調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，促進了對課上所學(xué)知識的融會貫通和靈活應(yīng)用。
　　
　　3　總結(jié)與展望
　　
　　我們將以上四種教學(xué)策略應(yīng)用到軟件工程專業(yè)本科生軟件工程課程的實際教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。對學(xué)生進行訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍反映這種融合CDIO理念的教學(xué)方法非常適合他們的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，案例教學(xué)很好的促進了他們對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，并且對以工程化的思想開發(fā)軟件有了深刻的認識，基于項目和基于小組學(xué)習(xí)的實踐教學(xué)的安排促進了學(xué)生的團隊協(xié)作和溝通能力的提高，實際的軟件開發(fā)能力和項目組織與管理的能力也得到了極大的鍛煉和提高。
　　本文在分析課程特點和學(xué)習(xí)者特點的基礎(chǔ)上，提出了四種教學(xué)策略，作為軟件學(xué)院本科軟件工程課程教學(xué)改革的基本思路。實踐證明，這些教學(xué)策略的運用達到了預(yù)期的教學(xué)效果。針對軟件工程專業(yè)本科生獨特的社會需求，今后將從培養(yǎng)團隊合作的工程實踐能力上進一步探索教學(xué)改革的策略和方