基于CDIO的軟件工程專業課程體系優化的研究

摘要：將CDIO工程教育理念應用于軟件工程專業課程體系的優化中，以軟件產業或行業的實際需求為導向，從技術知識、個人、團隊交流和系統制造4個層面，形成層次化、系列化、模塊化的理論課程體系和“兩段式”工程實踐教學體系，使課程體系滿足軟件產業對人才知識、能力和素質的要求。

關鍵詞：CDIO；軟件工程；課程體系優化

中圖分類號：C31 文獻標志碼：A

軟件產業是信息產業的核心，是國家信息化的基礎和支撐，軟件產業既是知識密集型產業，又是勞動密集型產業，產業發展的關鍵要素就是軟件從業人員的數量和質量。世界知名的軟件企業規模都在萬人以上，且從業人員的層次呈金字塔結構，如美國微軟公司擁有約九萬名的全職員工，印度塔塔咨詢服務公司更是擁有24萬余名雇員。軟件產業的競爭歸根結底是人才的競爭，目前，盡管中國的軟件人才較多，但是真正適應國家社會經濟建設和軟件產業發展需求的應用型軟件工程人才依然嚴重匱乏。因此，應用型軟件工程人才是一項迫切而長期的任務。

CDIO（conceive，design，implement，operate）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，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等大學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。國內外的實踐表明，CDIO的理念和方法是先進可行的，是適合工程教育特點的，已經成為工程教育改革的一個重要趨向。

本文以CDIO工程教育模式為指導，遵循構思、設計、實施及運作全過程為載體來培養學生的理論知識、個人素質和發展能力、協作能力和工程一社會大系統適應與調控能力的思想，對軟件工程專業課程體系進行優化，建立包括理論課程體系和實踐教學體系在內的課程體系，使課程體系能夠滿足軟件產業對人才知識、能力和素質的要求。

1、對于軟件工程教育的認識

工程是綜合運用科學知識與技術知識，以創新思想對現實世界發展的問題求解。而軟件工程是應用計算機科學理論和技術以及工程管理原則和方法，按預算和進度實現滿足用戶要求的軟件產品的定義、開發、發布和維護的工程，或以之為研究對象的學科。因此，軟件工程教育具有以下特點：①軟件屬于橫斷學科，軟件的滲透性和軟件的服務性，不斷催生新學科，發展新產業。軟件工程是軟件產業的支撐學科，具有交叉應用性和工程實踐性。②軟件工程教育兼具科學教育屬性和工程教育屬性。軟件工程的科學教育屬性是引導學生對人類意識與智慧進行科學理解，增強學生運用軟件本質特性解決具體問題的能力，培養的是軟件工程基礎研究人才；軟件工程的工程教育屬性是引導學生綜合應用計算機科學、數學、管理學等科學原理，借鑒傳統工程的原則與方法，提煉、固化知識來創建軟件，以達到提高質量、降低成本的目標，培養的是軟件工程技術、管理和服務人才。③隨著軟件技術的發展、產業結構的不斷調整、產業的逐步優化升級，軟件人才的結構和人才需求也產生了新的變化。軟件產業不僅需要編程、測試人員，更需要設計、方案架構人員，還需要具有領域知識的復合型技術、銷售和管理人才。因此，軟件工程教育必須依據就業和產業結構調整的發展趨勢，先于市場變化預測和調整學科專業布局和層次結構。

2、軟件工程專業課程體系構建的指導思想

CDIO以產品研發至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工程，CDIO標準體系的教育目標與軟件工程專業人才培養目標是一致的。哈爾濱理工大學軟件學院在構建課程體系時，以CDIO高等工程教育理念為指導，以培養應用型軟件工程人才為目標，突出體現復合型、多層次和國際化特點，遵循先進性、科學性、系統性和靈活性的原則，強化基礎、注重實踐，著重培養學生解決工程問題的綜合能力。以軟件產業或行業的實際需求為導向，從技術知識、個人、團隊交流和系統制造4個層面，建立并優化課程體系，具體方法是：①面向軟件產業對人才知識、能力和素質的要求，確定能力培養目標，定義能力等級，使工程能力的培養遵循一個有序的能力增長過程。②以能力等級為線索，形成層次化、系列化、模塊化的課程體系和“兩段式”工程實踐教學體系。③課程體系包含相互支持的課程，通過課程之間的有機結合，實現工程實踐能力、創新能力、團隊協作精神的培養。④課程體系實現專業規范與軟件產業或行業需求的高度統一。以軟件工程專業規范為基礎，合理選擇知識點和知識單元，以覆蓋軟件工程核心知識體系，強調軟件工程的根本性和永久性原則保持穩定，以適應學科的發展；結合軟件產業或行業的領域需求，設置若干個有應用背景的專業方向，以適應企業需求。⑤“兩段式”工程實踐教學體系，內容與要求突出循序漸進、漸次推進。在校內實驗教學基地，培養學生的基礎工程能力；在校外工程實踐基地，培養學生綜合運用專業知識解決工程問題的能力和工業化素質。

3、構建基于CDIO的軟件工程專業課程體系

3.1 定義能力培養目標

軟件工程專業的學生主要學習軟件工程的基本原理和基本技能，先進的軟件開發方法和工具，全面掌握軟件系統知識和必要的硬件系統知識。畢業生應獲得以下幾方面的知識與能力：①知識結構要求：掌握自然科學、人文社會科學、工程學、專業技術基礎及專業知識，掌握軟件產業經營管理的基本知識，了解產業和市場發展規律，了解社會科學、計算機法律法規。②能力結構要求：具備軟件工程師從事工程實踐所需的工程實踐能力、科技創新能力等專業能力，具有終身學習獲取知識、適應學科發展的能力。③素質結構要求：熱愛祖國，擁護中國共產黨的領導；具有責任心和社會責任感；具有法律意識；注重職業道德修養；具有誠信意識和團隊協作精神；具有創新精神和創業意識；具備良好的工程素養；具有嚴謹的科學態度；具有較好的身體素質和心理素質。

因此，定義能力培養目標，如表l所示。

3.2 理論課程體系設計

本著體現CDIO工程教育理念的原則，將能力劃分為基本個人能力、人際能力、過程與系統的構建能力等3方面，設計了9個課程系列，每種能力對應的課程系列為：基本個人能力含數學，計算機基礎理論，軟件工程理論等3個系列，人際能力含人文素質，外語等2個系列，過程與系統的構建能力含軟件開發工具，軟件工程技術，軟件工程管理，軟件開發應用等4個系列。

（1）人文素質系列開設思想道德與法律，軍事理論，馬克思主義理論，中國近代史綱要，毛、中、特概論，企業管理基礎等課程，通過人文素質系列課程培養學生的思想道德素質、文化素質和身心素質，使學生熱愛祖國，擁護中國共產黨的領導，樹立科學的世界觀、人生觀和價值觀，具有責任心和社會責任感，具有法律意識，自覺遵紀守法，熱愛軟件工程專業，注重職業道德修養，并具有誠信意識和團隊精神，具有較好的身體素質和身心素質。

（2）在外語系列中開設兩門課程，通過加強外語知識的學習，以及閱讀、寫作和聽說強化，增強學生運用外語進行溝通的能力和文檔的閱讀與寫作能力。提高國際競爭能力。

（3）數學系列開設高等數學、線性代數、概率論與數理統計、離散數學等課程，使學生掌握扎實的數理知識，具有科學的思維方法、一定的建模能力，以及應用數學方法研究、處理事物現象的意識。

（4）軟件開發工具，軟件工程技術，軟件工程管理等3個系列覆蓋了軟件工程知識體系SEEK的十大領域知識，突出專業知識的集成性，能夠滿足專業知識、專業能力和素質的培養要求，使學生掌握軟件需求、軟件建模與分析、軟件設計與構造、人機交互、軟件測試、軟件過程、軟件進化、軟件質量和項目管理等專業知識，具有軟件分析、設計、構造和實施能力和良好的工程素養。在計算機基礎理論系列開設模擬電子技術、數字電路及邏輯、片上計算機系統、數據結構與算法、操作系統、編譯原理、計算機網絡等課程；軟件工程理論系列開設軟件工程過程、系統分析與設計、軟件體系結構等課程；軟件開發工具系列開設結構化程序設計語言、面向對象程序設計語言等課程；軟件工程技術系列開設數據庫、統一建模語言等課程；軟件工程管理系列開設軟件項目管理、質量保證與測試技術等課程。

（5）為滿足學生的能力、個性、興趣和愛好的多樣化需求，使學生在某一專業方向上具備從事工程實踐的能力，結合主流軟件技術和應用領域，在軟件開發應用課程系列中設置軟件開發J2EE技術方向、軟件開發.NET技術方向、嵌入式方向、物聯網方向、移動計算方向和金融保險方向等多個專業方向，每個專業方向形成一個課程模塊。每個課程模塊均設置了必修課和選修課。軟件開發J2EE技術方向的必修課包括JSP程序設計，ERP原理及設計，輕量級J2EE框架spring，基于MVC的Web開發，軟件開發.NET技術方向的必修課包括C#.NET程序設計，ERP原理及設計，ASP.NET程序設計，NET客戶端框架結構，嵌入式方向的必修課包括嵌入式微處理器結構及應用，嵌入式操作系統，數字系統設計，嵌入式軟件開發技術及應用，物聯網方向的必修課包括單片機與嵌入式系統，中間件技術原理及應用，通信與傳感器，射頻識別技術，移動計算方向的必修課包括移動通信與無線網絡，移動云計算導論，移動云計算的移動增值服務概論，Andriod平臺移動云計算開發，金融保險方向的必修課包括金融學，保險精算，JAVA高級編程，保險理論與實務。

3.3 實踐教學體系設計

軟件工程人才的工程實踐能力是至關重要的，CDIO強調學生的工程能力不是單純的理論知識或直觀的技能，而是二者的綜合經驗。因此工程實踐能力的培養不能只靠理論課程實現，而是更加強調“案例牽引、項目驅動、團隊合作”的模式，強化實踐教學，學院積極與國內著名的IT企業建立了長期合作關系，建立了校內實踐教學基地和校外工程實踐基地，形成了特色鮮明的“兩段式”工程實踐教學體系，循序漸進地培養工程實踐能力、創新能力、團隊協作精神，積累項目經驗。“兩段式”工程實踐教學體系以“流水線”方式漸次推進，內容與要求漸次深入、提高，其結構如圖1所示。

（1）校內實踐教學基地：通過課程實驗——課程設計——學年綜合設計三位一體的校內實踐教學系統，培養學生的基礎工程實踐能力。

課程實驗：完善課程實驗的教學規范與技能要求，保證單元實驗之間的連貫性和對知識的綜合運用，增強學生對實驗的設計、分析和總結能力。

課程設計：使課程設計內容具有真實項目成分，涵蓋課程核心知識點的綜合運用，提高學生工程設計與實踐能力。

學年綜合設計：根據每學年所學課程，設計橫跨多門課程的綜合設計性實踐活動，以實際項目為依托，要充分貫徹軟件工程的思想，提高學生的分析設計能力，工程實施能力、團隊協作能力。

（2）校外工程實踐基地：通過生產實習和畢業設計等多環節的校外工程實踐體系，培養學生綜合運用專業知識分析和解決實際工程項目問題的能力，以及工業化素質。

生產實習：以真實項目內容和環境為背景，并根據軟件企業所需要的開發工具不同、軟件架構不同、操作系統不同、應用領域不同和就業崗位不同，使用項目案例進行項目實訓，有效地解決學生的工程經驗、實用技能和職業素質問題。

畢業設計：學生在軟件企業進行畢業設計，參與實際項目的研發工作，提高學生的實踐能力，團隊協作能力和工業化素質，使畢業生了解企業文化，滿足企業對人才能力和素質的要求。

4、結語

基于CDIO的軟件工程專業課程體系具有以下特色：

（1）課程體系的構建以軟件產業或行業需求為導向，以培養應用型軟件工程人才為目標，以培養實踐能力和創新能力為主線，將實踐作為整個課程體系的核心，將理論和技術作為實踐的背景，突出強調基礎知識在專業課程中不斷地反復應用和加強，強調在實踐中構建自己的經驗體系。

（2）層次化、模塊化、系列化的課程體系突出了課程之間的關聯性，一方面通過課程之間知識性的聯系，實現了知識集成，保持了知識的系統性、完整性與連貫性，另一方面避免了不必要的內容重復。

（3）“兩段式”工程實踐教學體系，規范地將學生的學校教育與工作實踐結合在一起，在人才培養的全過程中，通過循序漸進的能力提升過程，全面不間斷地培養學生的工程實踐能力、創新能力和工業化素質。