基于CDIO模式培養復合型卓越軟件工程師的探索

摘要：針對醫—工結合、復合型卓越軟件工程師專業人才培養的困境，給出人才培養目標，提出基于CDIO模式、引入企業資源的改革理念和改革措施，闡述校企合作的具體培養方案。南方醫科大學計算機專業教學改革實踐表明，該培養模式具有一定的特色和參考價值。

關鍵詞：卓越工程師；復合型；人才培養；CDIO

2010年6月23日教育部在天津召開了“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）的啟動會，“卓越計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。該計劃就是要培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型高質量工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。

按照 “卓越計劃”啟動會的相關思路，卓越“軟件”工程師是：具有一定的計算機相關理論基礎，掌握較寬的行業知識面，具備較強的分析問題和解決問題的能力，適于從事軟件開發、系統維護和項目管理等相關工作的工程技術型人才。[1]南方醫科大學作為一個以醫科為主的重點院校，開設計算機/信息類專業，培養醫工結合的復合型軟件人才，一方面具有“人才培養與行業需求結合更緊密”的優勢，一方面也有“教學水平與工程名校相對有差異”的劣勢。因此，如何培養高素質、高質量的跨學科復合型卓越軟件工程師，成為一個亟待解決的問題。

一、 跨學科軟件工程師培養的現狀與困境

（一）培養目標不夠明確，職業規劃難以到位

由于相關單位以及師資隊伍對于如何培養醫—工結合、復合型卓越軟件工程師人才的培養目標并不明確，因此在設置計算機專業的課程體系時容易忽視本行業特點，設置的計算機專業課程體系不能與行業發展的需求同步。同時，培養目標不明確也導致了職業規劃指導不到位，大部分在校學生都不清楚自己專業的培養目標，不知道可以從事或要從事的方向，甚至認為在醫科院校中學習計算機技術與綜合性院校、理工院校的畢業生相比毫無競爭力，從而對未來感到迷惘，學習積極性不高。

（二）課程內容相對滯后，教學互動仍不理想

計算機領域新技術的迅猛發展，導致了教材和教學內容的相對滯后，特別是應用類知識常常與行業流行技術嚴重脫節。雖然教學手段和方法在不斷進步，但傳統的填灌式教學方法仍然在教室中占主導地位，教師與學生在課堂上互動較少，課后也少有其他的交流方式，教學互動很不理想。教學內容通常重理論而輕實踐，學生直接面對枯燥的抽象概念，容易出現畏難情緒。部分學生認為課堂所學的理論知識沒有實用價值，而應用技術又過于落后，因此失去了在課堂跟教師學習的興趣，轉而尋求網絡、培訓機構等非課堂教學的幫助。

（三）實踐教學脫離實際，能力培養流于形式

卓越軟件工程師對學生的工程實踐能力要求很高，而現有的實踐教學卻是脫離工程實際的閉門造車。雖然隨著教學改革的不斷深入，很多課程都增加了實驗教學的環節，然而大部分實驗為驗證型的基本實驗，難以提高學生綜合分析解決問題的能力。而少量的設計型綜合實驗又往往在缺少軟件工程支持和企業實際應用需求的環境下進行，教師紙上談兵，學生照貓畫虎，缺乏實際軟件項目的分析和開發經驗，難以將抽象理論與實際應用聯系起來，以致在解決實際工程問題時，只有少部分學生能夠做到學以致用。

二、CDIO工程教育理念的主要內容

鑒于上述現狀與困境，在復合型卓越軟件工程師的培養方面，我們引入了CDIO工程教育理念。CDIO是現代工業產品從構思研發到運行改良乃至終結廢棄的生命全過程[2]，包含構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate）。CDIO工程教育理念就是要以這個過程為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式進行學習，培養學生的工程能力，其能力不僅包括學科知識，而且包括學生的終身學習能力、團隊交流能力和在企業與社會環境下的構思—設計—實施—運行能力。

（一）CDIO的能力大綱

CDIO能力大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個方面[3]，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個方面達到預定目標，其具體要求如表1所示。

CDIO能力大綱的第一方面是指一個好的工程師必須對工程基礎知識的核心有深入的理解；第二方面為個人特質，主要為個人技能與態度；第三方面為人際交往技能，它作為個人技能的一個特別子集，可分解為團隊協作、溝通、用外語進行交流；第四方面是在企業和社會環境下的構思、設計、實施、運行系統的能力，產品和系統都是在企業與商業環境下創建與運作的，并且工程工作與企業都是存在于更大的社會與外部環境下，對這些過程的參與實踐，對于成功獲得優秀的工程系統能力非常重要。

（二）CDIO的12條標準

CDIO 的12條標準是判斷院校或教師是否實踐CDIO教學理念的標準，對培養計劃、課程結構、教學方法、教學評估和學生考核等方面進行指導，可歸納如表2所示。其中，有7條標準是最基本的，（用*號表示），體現了CDIO與其他教育模式的不同；另外5條標準反映了工程教育的最佳實踐，作為補充標準。

三、培養卓越軟件工程師的基本思路

引入CDIO工程教育理念進行卓越軟件工程師培養，目的就是要對傳統的工程教育模式進行改革，將學生引導、課程體系設計、課程設計等與企業項目的構思、設計、實現和運作緊密結合，基本思路如下。

（一）明確培養目標，加強學生引導

如果把個人技能、人際溝通等看成是“修身”、“養性”、“齊家”的話，那么服務社會和企業等就是“治國”，進而達到“平天下”的最高境界。[4]專業基礎知識是靜態的，它并不能夠直接由此產生解決實際問題的辦法，需要結合識別問題、工程推理以及解決問題的方法，才能夠在實際工作中靈活應對各種問題。因此，CDIO能力大綱明

圖2 CDIO模式下的創新教學實踐場所及方法確了

工程師的培養目標是：為了人類的美好生活而制造出更多方便于大眾的產品和系統。大綱要求工程畢業生能夠掌握工程原理，并致力于工程產品的改進，從而發展成為一個適應現代化工程需求的合格工程師。一方面，應組織教師對新的培養目標與要求進行深入分析與學習，理解CDIO的能力大綱以及相關標準，優化課程設計以及課程教學。另一方面，在學生入學時，應讓學生清晰了解自己專業的培養目標，并且每個學期都組織目標達成總結討論，以示鞭策。

（二）結合CDIO大綱，調整課程計劃和內容

課程改革是CDIO四大主題之一[5]，也是學生學習構思與設計復雜系統相關知識、技能的重要保證。針對醫工結合的復合型“卓越軟件工程師”培養目標，結合CDIO能力大綱與相關標準，通過與企業合作，引入行業流行技術知識，對現有課程體系進行一體化規劃，并更新課程內容，如圖1所示。

圖1 CDIO大綱在課程設計流程中的應用

（三）參照CDIO標準，創新教學場所和方法

在加強專業基礎教學的同時，關注工程實踐，加強實踐環節，如圖2所示。院校與企業合作，讓企業加入到院校教學里去，是很有必要的。企業可以在參與過程中發現人才；院校也可更新課程內容，使其更符合行業需求；院校教師也可通過交流更新自己的實際經驗；學生可以通過企業與院校共同制定的課程內容、提供的實踐環境與教師和新的教學方式去真正融合所學知識，掌握軟件分析與設計能力、項目管理能力。通過企業協助院校建設有軟件工程支持的工程工作空間，讓課程實驗在軟件工程支持的環境下進行，使學生具備實際軟件項目的開發經驗，將抽象理論與實際開發聯系起來。

（四）重視能力考察，制定評價方法和標準

考核評價是教學過程的基本環節，是檢驗教學質量的重要手段。傳統教學模式是采用“期末一張卷”的結果評價方式，偏重理論知識考核，難以考察實踐能力。我們應該將學生的個人基本能力和人際交往能力，產品、 過程和系統構建能力以及學科知識融入專業考核之中，而不僅僅是對學科基礎知識的考核。因此，院校、教師在培養計劃、課程結構、教學方法、教學評估和學生考核等方面的相關工作中，應該將CDIO 的12條標準作為指導，并作為工作總結標準。引導教師要結合CDIO理念調整教學方法，注重在教和學中引入“基于學生自己的思考和解決問題的活動”。引導學生自己思考和解決問題，并明確自己的學習是連貫性的，課程與課程之間都有相關依賴。

四、具體的培養舉措——創建“南醫大IT實驗室”

“南醫大IT實驗室”（下稱“實驗室”）由院校、企業共建，企業講師長期進駐。該實驗室志在打造一個綜合性、系統性、多層次的實驗教學基地和學生創新實踐中心，形成以學生為主的多學科交叉團隊自主創新設計平臺。

（一）新的組織形式，新的考核機制

實驗室具有一個全新的組織形式（如圖3所示），學生首先是學員角色，同時也可以通過努力達到實驗室3級或更高級別技術員，獲得等級相應的資格而成為教員、助教、軟件工程師、監督者、管理者等角色，競爭由實驗室發布的教學任務、生產任務、管理任務； 5級或更高級技術員還可以申請新技術/應用立項，獲得實驗室相關支持（包括資金、人力、環境等支持），或參與實驗室已立項新技術/應用的研究。

實驗室的技術更新是與行業發展同步的，學生即便已經從所讀院校畢業出去工作，但依然可以在實驗室里面不斷獲取新技術新知識、承接各類有酬任務以及申請參與實驗室內部資格與水平等級考評。此措施，一方面，使得院校必須不斷更新各類前沿技術，保持與業界的同步；另一方面，讓畢業后的學生回來，可以獲得更多的資源用于現有的教學與實踐，有助于引導新生、在校學生的學習態度與需求。

在資格與水平等級考評方面，實驗室具有一個全新的考核機制。根據對學生培養過程的跟蹤、按“學以致用”原則設計的基礎理論知識筆試、“教-產-研”任務積累、現場工作實操、現場答辯、是否形成自己專長的技術領域、通過國家相應認證考試的證書、技術社區或技術雜志的文章發表、技術創新等方面確定學員的技術水平、工作經驗、對實驗室以及行業的貢獻、個人素質，從而評定學生的資格與水平等級，發放實驗室內部證書。實驗室內部角色申請與工作任務承接、對外人才輸送等事務皆采用這個等級體制作為能力標準。等級沒有封頂，更新最高等級的評定標準視具體情況而定（詳見表3）。

（二）長期的市場調研，定期的交流培訓

當前市場的企業人才需求，很大程度上反映了院校對學生的培養目標以及學生對自己要求的成才目標。因此，實驗室制訂了一系列有針對性的《企業人才需求調查問卷》，用于包含初/中/高等各級別JAVA軟件工程師、NET軟件工程師、數據庫系統工程師、綜合軟件工程師、系統分析師、系統架構師等人才需求方向。

實驗室每年都以《企業人才需求調查問卷》為基礎，組織學生對市場人才需求進行長期的調查活動，并要求每個學員至少與20家企業建立關系，打通行業人脈。這不僅可以維護院校與企業之間的關系，獲得社會人才需求的最新動向，及時更新課程方案，引入企業外包項目，建立人才培養品牌，打造優秀的人才輸出渠道；還可以極大地加強學生個人素質、交際技能的培養。學生通過參與調查活動，一方面可以更清晰自己的成長目標，另一方面也有利于就業關系的建立。

在每年新生入學、每學期開始、每學期結束以及學期中段，實驗室都定期組織“大學之路”講座，該講座目標是向學生闡述專業的培養目標、卓越軟件工程師的能力要求。大學之路包括：成功前輩介紹與分享、目前學生的大學生活、正確理解我們的學校在各個工程專業上的培養目標、如何計劃自己的4年大學生活等內容，為學生解惑，使學生明確目標。

除此之外，實驗室還定期組織學生進行專業培訓，定期組織院校教師與企業講師進行技術交流。一方面，由實驗室的企業方結合院校現有課程與市場需求來設計系列課外拓展課程，引入最新技術的知識內容，并安排企業講師給學生進行專業培訓。另一方面，由院校組織、企業協助，每周安排2個時間段，對行業前沿技術進行深入的交流。學生通過定期講座與專業培訓，了解最新的工程技術；教師通過與企業的定期交流，使院校在更新行業前沿技術、吸取工程經驗、貢獻工程資源方面都取得了很好的成績。

（三）基礎理論配套課程設計，工程應用跟蹤前沿技術

通過一個“課程動態更新機制”（如圖4所示），實驗室對于數據庫原理、操作系統原理、軟件工程原理等計算機專業基礎課程以及教程、教學方案都做了相關的修訂，并且配套了相應的課程設計，使得學生不僅可以在工程實踐中理解晦澀的基礎理論，還可以跟蹤最新的行業技術。在這個“課程動態更新機制”下，由企業結合行業需求，協助院校共同修訂上述課程的教程、教學方案，并在配套課程設計中引入行業流行技術與前沿技術，并且每年都會重復這個過程，更新各個課程的教程、教學方案、課程設計。

以“軟件工程原理”課為例，我們拋開了原來直接講授概念理論的教學方案，而是借鑒企業工程經驗，首先引入了一個靈活的軟件過程，安排一個貫穿整個課程的應用項目，并安排若干個課后完成的小項目。課程的章節安排，就是從項目啟動到完成這個項目的軟件過程，每一個過程的學習，都是基于項目實踐。另外，將學生按水平結構分組，組成一個一個的創新型學習團隊，每次作業都由團隊完成。最后，在學生考核上，不再由“期末一張試卷”決定學生的成績，而是根據平時個人作業、課堂問答、團隊作業、項目結果、項目答辯等情況評估學生成績。每年教學實施完畢，我們都會總結實施過程的各類情況，結合當前行業需求、流行技術、前沿技術、工程經驗，對教程、教學方案、應用項目等做相應更新，保證課程與行業當前需要接軌。

（四）開放式教學場所，多元化實踐項目

除學校提供的基礎實驗課教室、學院提供的專業實驗課教室，實驗室還提供了企業級創新教室。在工程項目實踐方面，實驗室面向院內外學生開放，學生可以跨專業、跨年級選擇開放項目，激發學生參加各類工程實踐活動的熱情，從機制上保證學生創新精神和創新能力的培養；實現實踐教學和理論教學的無縫連接，共同為工程知識、能力和素質的一體化培養服務。

實驗室主要有兩類項目：1級項目要求能完整的貫穿于整個本科教學階段，使學生系統地得到構思、設計、實現、運作的整體訓練（如案例1所示）；2級項目負責綜合跨學科類或交叉類項目，使學生得到系統培養綜合、復雜、交叉項目的構思、設計、實現、運作的整體強化訓練（如案例2所示）。

案例1：醫院電子病歷系統

該項目是眾多2級項目中的一個，要求開發者必須掌握扎實、全面的軟件開發技術以及醫院運營管理、病患信息結構等醫學相關知識，學生通過該項目的實踐開發，將軟件領域、醫療領域的知識融合應用。

案例2：模擬銀行系統

結合本科幾年的課程，通過對模擬銀行系統的升級去應用不同課程的技術知識，讓學生理解軟件開發技術的歷史過程，從而深入掌握這些技術。

V1.0基于控制臺模式的應用程序，包含：ATM終端（持卡人使用：存錢、取錢等功能）、營業廳工作站（銀行營業員使用：開卡、凍結等功能）

V2.0使用數據庫技術增加數據庫的支持

V3.0使用UI編程、網絡編程技術增加服務端支持（C/S結構）

V4.0使用Web編程技術增加B/S結構支持，提供網上銀行服務

V5.0使用Web Service、SOA等高階技術增加分布式、負載均衡等支持

V6.0使用移動編程技術增加手機銀行等移動終端支持

……

為了使綜合、交叉的貫穿性的院級CDIO創新實踐項目具有實際可操作性，院級CDIO創新實踐中心通過全院各系部專業選拔品學兼優的學生組建十多個高級實踐班。學生被分成不同的興趣小組，對諸多領域的一些前沿課題和教師一起進行專題討論和實施，完成科技項目和論文寫作的實施，使得學生在本科階段有了從事科研的經歷。此外，組織實踐班的學生積極參加各級別的科技競賽，組織實踐班的學生進行創新發明，申請專利。學院選擇應用前景好、技術水平高的項目給予各方面的支持、孵化和轉化，真正使學院培養各類創新型拔尖人才成為可能。

五、結語

自2010年，南方醫科大學將CDIO工程教育理念引入醫工結合的復合型軟件人才培養，取得了較好的效果，主要表現在：①人才培養方案更趨科學、合理；②教學內容更新較快；③教學方法更趨靈活，師生互動增多；④學生能夠更好地跟蹤新技術的發展趨勢，其知識結構更加適應人才市場的需求。

從近兩屆學生畢業情況可以看出，將CDIO工程教育理念引入培養方案以后，畢業生更加受到用人單位的歡迎，其就業率、就業薪資等都有所提高。目前，學校已與國內醫學軟件領域的知名企業簽訂協議，將與這些企業就人才培養進行全面合作，并且將畢業實習、實習培訓、畢業設計等環節全面納入CDIO培訓體系，力爭為醫工結合的復合型軟件人才的培養模式做出進一步有益的探索。

參考文獻：

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[4]吳智凱，等.現代科學技術革命與馬克思主義—科學技術創新與社會文明進步（博士研究生教育課程教材）[M].西安：西北工業大學出版社，2004.

[5]J.Bankel，K.F.Berggren，K.Blom，et al. The CDIO Syllabus–A Comparative Study of Expected Student Proficiency[J].European Journal of Engineering Education，2003，28（3）：1-26.

（責任編輯 陳志萍）