基于CDIO模式的軟件工程課程教學改革

　　摘 要：針對“軟件工程”課程的特點及教學中存在的問題，文章將CDIO工程教育模式引入到課程的教學過程中，在校企聯合的基礎上，提出案例驅動教學模式、項目驅動式實踐模式以及團隊合作模式等教學改革模式，全面培養CDIO大綱所要求的工程能力。實踐證明，基于CDIO模式的軟件工程課程教學改革模式取得了良好的教學效果。
　　關鍵詞：CDIO 軟件工程 教學改革
　　中圖分類號：G40-011.8 文獻標識碼：A
　　文章編號：1004-4914（2011）08-134-02
　　
　　一、引言
　　軟件工程是計算機相關專業的必修課程，具有很強的實踐性。軟件工程中的技術、方法和原理往往比較復雜，難以掌握，從而導致學生在學的過程中極易產生枯燥乏味的感覺和學不會、不想學的思想，教師也會覺得該課程教起來相當困難，要想達到較好的教學效果、培養學生較強的實踐能力十分困難。
　　我們在講授軟件工程課程時，將CDIO工程教育模式應用于軟件工程課程教學，注重學生的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四方面能力的培養，在教學內容、教學方法和手段以及考核等方面進行了嘗試和探究，取得了很好的效果。
　　二、課程特點及CDIO模式概述
　　1.CDIO模式。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、美國麻省理工學院、瑞典皇家技術學院四所大學組成的跨國研究，獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。
　　CDIO代表構思、設計、實現和運作，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習軟件工程課程。第一，構思：概念階段。針對工程實踐，讓學生掌握專業知識的基本原理，確定未來發展方向。第二，設計：技術階段。以產品設計與規劃為核心，通過研發，擬解決某一具體的問題。第三，實現：制造階段。以制造、建造為核心，組織一體化的課程實踐。第四，運作：服務階段。產品應用的各個環節，學生必須了解清楚，并有能力提供市場服務。它是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達。
　　這個模式不僅繼承和發展了歐美20多年來的工程教育改革理念，還提出了系統的能力培養、實施指導，以及實施過程和結果檢驗的12條標準，具有很強的可操作性。CDIO培養大綱將學習軟件工程課程畢業生的能力分為專業基礎知識及應用、個人專業能力與職業素質、團隊協作與溝通技能、在企業與社會環境下的構思—設計—實現—運作四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定日標。
　　2.軟件工程課程特點。本課程是為了解決軟件開發和維護過程中所遇到的一系列嚴重問題，而產生的一門新興的工程型學科，目的在于提高軟件的質量與生產率，最終實現軟件的工業化生產。軟件工程課程中所討論的原理、方法和技術來源于軟件開發和維護的實踐和經驗，并且是經過時間的檢驗而證明是正確的或者是當前最好的技術和方法，具有抽象性、復雜性和高度的時效性。正因如此，軟件工程課程不同于一般的計算機專業課程，它具有自身的特點。（1）綜合性。軟件項目開發是一項綜合的系統工程，是對所學專業知識和能力的綜合運用，包括：程序設計、數據結構、操作系統、數據庫等，同時，還涉及工程學、管理學、經濟學、數學、心理學等多個領域的知識。（2）時效性。隨著IT行業的飛速發展，新的軟件工程的原理、方法和工具也是層出小窮。為了使學生所學的軟件工程知識和技能在軟件行業中能真正發揮作用，因此，在授課時，除了講解基本概念、原理和方法外，更重要的是，對一些不再流行的方法和技術需要進行大量的裁減，而補充一些最新的方法和技術，以適應技術的發展。（3）實踐性。軟件工程包括大量的軟件開發實踐的經驗和教訓，具有很強的實踐性。因此，在教學過程中，不僅要注重基本的概念、原理和方法，而且要進行具體的軟件開發實踐活動，這樣才能將理論與實踐相結合，使學生真正學以致用。
　　3.存在的問題。目前，國內高校對于該類課程的傳統做法還是以教師課堂授課為主，學生被動地聽課，教學內容一般是重理論而輕實踐。這樣的傳統授課方式所引發的問題主要反映在：（1）教學計劃陳舊，課程內容和社會需求脫節，導致學生的知識結構無法滿足軟件企業的需要。（2）教學偏重于理論講解，脫離了具體實例的授課模式使得軟件工程的基本原理、思想、方法和項目經驗，成為空洞、枯燥、乏味的概念和教條，不容易學習和掌握，無法調動學生的學習興趣。（3）缺乏足夠的軟件工程實踐，學生對軟件工程原則和方法的理解只能局限于書本，難以深入體會和把握知識的精髓和本質，無法達到預期的教學目標。
　　傳統教學模式已不能適應現代軟件開發人才培養的需要。針對這種情況，我們對軟件工程課程進行了系統的教學改革，在緊跟社會需求安排教學內容的同時，探索了基于CDIO現代工程教育理念的理論教學與實踐教學模式。
　　三、基于CDIO模式的課程改革與實踐
　　軟件工程課程教學改革過程中，以企業實際項目為驅動，以全面培養CDIO大綱中四方面能力為目標，我們主要從以下幾個方面展開改革與實踐。
　　1.以校企合作平臺為基礎，將企業優質資源引入軟件工程課程教學，全面實踐CDIO。通過和企業聯姻，將企業中資深工程技術人員和企業實際項目引入教學環節，使學生能夠更好的接觸企業和社會的工作環境，通過構思和設計來實現運作系統，以展示一個產品或系統完整的開發過程，從而體現了“做中學”和“基于項目的教育和學習”的精髓。
　　2.授課教師能力提升。師資隊伍是人才培養質量的保證，要提高學生的軟件工程課程的實踐能力和創新能力，首先要提高授課教師對該課程的實踐能力。幾年來，在與企業資深工程技術人員合作完成實踐環節指導工作的同時，學校與企業聯姻，每年輸送多名青年教師進入企業、參與企業實際項目研發，逐漸形成了一支理論基礎與實踐能力并重的教師隊伍。軟件工程課程的主講教師、實踐指導教師均具備主持或參與實際項目開發的經驗。
　　3.案例驅動教學，培養個人能力及職業素質。個人專業能力與職業素質是一個成熟工程師必備的核心素質，也是CDIO大綱要求的第二種能力。在理論授課過程中，我們選擇企業實際項目或企業成熟項目實例作為案例，引導學生進行理論知識的學習。實踐證明，案例驅動的教學模式能更好的激發學生的學習熱情，促進知識的掌握及動手能力的培養。
　　4.項目驅動模式，加強實踐比重。增加實驗課及課程設計所占比重，由企業資深工程技術人員或在企業中參與過實際項目的教師進行指導，以企業實際項目或教師科研項目為題，整合出了基于CSCW理念的OA平臺、教務管理平臺等項目，學生采取分組模式完成實踐任務。使學生有機會身臨其境地將自己置于決策者或解決問題的地位，讓學生綜合利用所學的知識進行分析、設計和實現，讓學生充分發揮主觀能動作用，增強消化和運用知識與經驗的能力。由于本課程開設學期限制，學生沒有經歷過外出實習或調研，所以每個項目的需求獲取由實驗指導教師來完成，學生直接從項目的需求分析開始進行。隨著校企合作平臺建設的進一步深入，將來條件成熟后如果能讓學生們自己去做需求獲取，那么這門課程將更加完整。
　　
　　5.推行團隊合作模式，加強協作與溝通能力培養。在學習工作中．當學習者看到自己的同伴取得了成功，也會增強其自我效能感，進而認為自己也能獲得同樣的成功。由此可知，在對學習者分組時，可以將計算機水平不同的學習者合理搭配這樣可以給計算機自我效能感低的學習者帶來積極的影響?；诖嗽?，在項目任務分配時，采用分組完成的團隊合作模式，每組5-8人，與企業項目團隊人數基本吻合，每個小組由一個組長負責，組長由計算機水平較高的學生承擔，即充當項目經理角色，也起著一定的技能帶頭人作用。為了避免學生過分依賴組長，將項目需求分割成若干相對獨立的模塊分配給每個小組成員，這樣小組中的所有成員都獨自承擔一定的任務，等每個獨立部分開發完畢再將這些部分合并成一個完整的項目，這樣學生們必須在整個課程過程中相互配合才能共同完成項目。通過團隊合作模式，學生能夠全面培養團隊協作與溝通能力，很好地完成了CDIO大綱要求的第三種能力的培養。
　　6.全面考慮，注重能力考核。在軟件工程課程的考核形式上，我們摒棄了“一考定乾坤”的理論試卷考核模式，更注重多元化、全方位地考核學生的軟件工程課的學習能力。該課程考核分為理論知識考試、實踐能力測試、項目文檔撰寫及項目小組答辯等幾方面，通過幾個環節的考察，全面考慮，綜合評定學生成績。該考核方式注重學生完成項目過程中軟件工程課程的基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力這四個層面上的訓練和積累，從CDIO培養大綱的角度對學生素質進行全面的考核。
　　四、結語
　　適應經濟發展與社會需要，不斷提高軟件工程專業人才培養質量是一項艱苦的系統工程。作為一種工程教育教學模式，CDIO理念在強調學生理論基礎知識的同時，注重培養學生理論應用能力、團隊合作能力及工程系統掌控能力。將CDIO理念引入教學，針對軟件工程課程目前存在的問題，通過加強實踐環節、案例驅動教學、校企聯合等改革措施，改變了以往課程理論過多，學生有枯燥感的局面，彌補了課堂教學與實際應用間的斷層，提高了教學質量。實踐證明，CDIO工程教育理念對于軟件工程課程的教學是適合的，學生通過“做中學”和“基于項目的教育和學習”，在有限的學時內較好較快地掌握所學知識，迅速培養和提高學生的實踐能力和團隊協作能力，它為軟件工程專業課程的教學改革找到了新的方向。同時，CDIO理念也為其他課程的教學打開了一扇窗，我們認為CDIO模式值得在其他課程中作進一步的推廣和研究。
　　[本文為基金項目：黑龍江省高等教育協會高等教育科學研究“十一五”規劃課題（115C-955）；黑龍江科技學院校內科研啟動基金項目]
　　
　　參考文獻:
　　1.查建中.中國工程教育改革三大戰略[M].北京:北京理工大學