北京信息科技大學軟件工程精品課程建設探究

摘要：北京信息科技大學軟件工程課程組教師積極開展CDIO教學模式的實施工作，注重基本概念原理的教學并加強主動學習、協作學習和探究式學習，踐行“做中學”和“項目任務驅動”教學強化理論與實踐的結合和能力素質培養。通過積極進行教學改革，不斷改進教學方法，更新教學內容，改善教學條件，加強“雙師型”師資隊伍建設。采用現代教學手段積極開展計算機輔助教學和電化教學，激勵學生的主動學習熱情；開發課程教學網站和CAI課件，創建學生主動學習支持環境；開設專題講座等第二課堂；建立學生企業生產實習基地等，提高課程教學水平，逐步將軟件工程課程建設成為具有工程教育改革示范作用的CDIO課程。

關鍵詞：軟件工程；精品課程；CDIO教學模式

作者簡介：劉建賓（1963-），男，云南昆明人，北京信息科技大學計算機學院，教授；鄭麗偉（1979-），男，山西五臺人，北京信息科技大學計算機學院，講師。（北京#8194;100101）

基金項目：本文系北京信息科技大學教改重點項目“軟件工程專業‘卓越工程師教育培養計劃’教學改革與實踐”（項目編號：2011JGZD04）、北京市人才培養模式創新試驗區項目“北信科大軟件工程專業試點改革”（項目批準號：京教函[2009]630號）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2014）14-0147-03

軟件工程是一門正在迅速發展的交叉性學科，有關軟件工程的新概念、新技術、新方法不斷涌現。信息社會不斷增長的軟件人材需求同教育供給不足的矛盾，特別是優質專業教育供給嚴重不足已成為軟件工程教育面臨的一個重要問題。[1，3]隨著軟件工程學科的日益成熟，原有的教學模式（教學方法、教學內容、實踐教學體系與環境、考核評價方式等）已經不能適應學科發展的要求和工程人才培養的實際需要，[4，5]因此探索適合軟件工程學科發展的教學模式十分重要。

CDIO（Conceive－Design－Implement－Operate，構想－設計－實施－操作）是2002年由美國麻省理工學院（MIT）航空航天系發起的國際工程教育合作組織（國際工程教育合作組織CDIO委員會）制定的一個國際工程教育標準，其教學大綱滿足美國、加拿大和其他華盛頓協議國家職業工程師組織對工科教育的要求。教學框架是目前世界上最為系統和先進的，已在合作成員院校的機械、航空航天、電子信息等工程專業得到成功應用并對全球工程教育界產生重要影響。[2，6]當前CDIO在我國各相關領域已經得到廣泛的認可與應用。[7，8]CDIO的理念是以產品生命周期為載體，以項目設計為導向，以理論聯系實際的方式開展課程教學，以實現科技知識傳授和能力素質培養的雙重教育目標。強調根據現實需要構想、設計并實現，最終拿到社會上去運用，強調要著重于創新能力和實踐能力的培養。根據這種理念，需要參照國際領先水平的CDIO工程教育大綱并結合軟件工程教育實際進行一整套的改革，包括課程大綱、教學方法、教學內容，實踐教學體系、實驗室建設等教學要素進行系統規劃和改造，這樣才能培養高素質軟件工程應用型人才。

一、教學改革

課程組重視教學改革，組織教師進行CDIO工程教育改革和實施工作，主要包括以下方面：

1.面向應用型人才培養的CDIO課程大綱和教學目標設計

為了實現應用型計算機人才培養教育目標，課程組根據CDIO大綱和標準，改革傳統課程大綱的內容和結構，設計了CDIO課程大綱模板，再此基礎上結合軟件工程課程實際，在學科知識傳授、個人能力與職業技能、團隊與溝通能力、系統建造與調控能力四個層面系統地設置課程教學目標及實現途徑。

2.教學方法改進

以建構主義學習理論為基礎，針對軟件工程學科知識體系和教學過程的特點，確定CDIO教學框架下的教學模式、支持活動、目標實現方法，并針對軟件工程不同知識單元的特點，選擇有效的教學方法實施多元化的組合式教學模式，包括案例式教學、任務驅動教學、啟發式教學、基于問題和項目的學習等體現教師為主導、學生為主體的“雙主模式”教學方法。

3.教學內容的更新

傳統的教學內容主要來自教師指定的教材，教學內容局限性大，知識更新慢，與計算機學科快速發展的狀況不相適應。課程組將學科發展的最新理論和企業界最佳實踐引入課堂，使其成為課程的一部分，不斷更新教學內容，同時將課程教師的科研成果引入教學，形成特色，并通過專題講座將反映學科前沿的新觀點、新知識介紹給學生，讓學生了解最新的現代軟件工程發展動態和面臨的挑戰。

4.工程化實踐教學體系建立

課程組按照CDIO教學模式的要求，對傳統實踐環節實施工程化改造，通過課程實驗強化個人與職業技能，基于角色的團隊項目活動來實現工程能力、協同能力和職業素質培養的目標，完善生產實習制度，為學生提供在軟件企業進行實習實踐的機會，建立起課內實驗、課外團隊項目實踐以及生產實習三級工程化實踐教學體系。

5.學生考核評價方式改革

對學生的考核評估系統進行改革，實施多元化綜合評價考核方法，考核內容包括考試、實驗、項目實踐、研討報告等多個要素。課程組通過強化對工程設計檔案、作品和報告等這類基于學習結果的考核，促進學生主動學習。評價方式的轉變不僅直接考查了學生的學習過程，同時考查學生跨學科的學習能力、設計才能、創造力、領導能力，使學生們變得更有責任感，由此引導他們學習態度的轉變和技能的進步。

6.主動學習環境的構建

通過建立課程網站，實現了教學計劃、課程教學大綱、實驗大綱和教學目標，實現教學資料的共享。采用網絡和多媒體教學手段，開發軟件工程教學網站和CAI課件，建立符合軟件工程應用人才培養目標的開放性教學環境和主動學習支持環境。

二、網絡教學環境條件建設

課程組近年來引入先進的多媒體及網絡教學手段，為課程的教學改革提供了良好的支撐環境，構建了課程建設網站和專題教學網站。學生可以通過便捷的網絡訪問相關學習資源，進行在線學習、在線測試、下載資源等多維學習活動。經過幾年的運行，學生從參與創新活動逐漸敢于創新，勇于創新，教學成果得到了學校和社會的認可。通過結合課堂教學和課外自主學習，建立結合多種教學方法的新型教學模式，取得了良好的教學效果。

課程組教師進行多元化教學網站建設，研制軟件工程專題學習網，為教師和學生提供了一個交互式教學環境和軟件工程共享資源庫，開辟技術文檔中心、UML專欄、CASE技術、ALSD技術、資源下載、在線教學等六大板塊，還為用戶提供信息反饋的留言板、聊天室，以及能夠發表自己經驗及各種意見，進行專題討論的技術論壇。下載專欄提供了CASE工具、資料文檔、實例與試題、其他資源四大類下載分類，其中包括軟件設計文檔標準、軟件開發文件編制指南國家標準、計算機軟件產品開發文件編制指南、IEEE軟件工程知識體系、SEI的軟件工程知識體系、Java編程規范等編碼標準、中英文案例文檔、講稿、試題、作業等教學資源的下載功能。為了開拓學生的視野，在網上向學生推薦了一些與軟件工程相關的書籍、網站，供學生進行擴展學習。

教學網站的創建使學生能夠在INTERNET網上進行學習，而不受到時間、地域和空間的限制。課程組教師研制的精品課程網站和軟件工程學習網站提供教學大綱、教案、電子教材、CAI課件等豐富的教學媒體資源。豐富的教學內容資源、交互式CAI課件和教學網站的有機結合，為實施任務驅動教學方法和主動學習提供了條件。

三、教學媒體和課件開發

教學媒體是構建任務驅動學習環境的重要內容，它為學生的自主學習提供先進的工具和手段。除了提供傳統課件所具有的知識點內容外，還提供了多個任務實例的動畫演示，特別強調了交互式練習工具的提供。學生首先通過任務實例的動畫演示獲得基本的知識，然后使用交互式練習工具完成任務，在完成任務過程中對需要用到的知識進行自主學習。交互式CAI課件為學生實施做中學，學中做，邊學邊做的任務驅動學習建立必要的支撐環境。

課程組是針對重要，以及較難理解和掌握的一些概念和知識點，開發交互式課件2套：用戶界面設計CAI、軟件工程CAI，為學生的自主學習提供先進的工具和手段。此外，對現有多媒體課件進行求精、挖潛、規范化、統一化，使多媒體課件成為既適合課堂教學，又適合學生自主學習的參考資料。

四、教學方法與過程的探索與實踐

1.教學方法

軟件工程的理論性和實踐性都很強，要求學生在掌握好理論知識的同時，同樣注重實踐性教學的設計和安排，使學生能夠理論聯系實際，活學活用，在解決實際軟件開發問題的過程中培養和開發學生的素質和能力，學以致用。

本課程不僅要傳授知識，更重要的是要培養學生學會求知，學會做事，學會共處，學會做人；還要培養他們嚴謹、求實的科學態度和合作精神，激發他們的創新意識和創業精神。為此，筆者推行“以理論知識為基礎、以軟件技能培養為核心、以項目實踐為載體”的CDIO教學模式以及體現以教師為主導、學生為主體的“雙主式”教學模式。在教學上采取傳統的教學方式與現代教學手段相結合，講授與研討相結合等形式多樣的組合式教學，積極推行“任務驅動教學法”，使學生成為學習的主體，在完成任務中進行主動學習，做中學，學中做，邊學邊做，學以致用。使學生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉變為信息加工的主體、知識意義的主動構建者。教師由知識的傳授者、灌輸者轉變為學生主動建構意義的幫助者、促進者，調動學生的主動性和創造性，注重培養和訓練學生自主解決問題的能力，使學生的創新能力、綜合素質得到較大提高。

在教學實施上，筆者將課內外的教學活動分為課堂理論教學、研討報告、課內實驗、課外實踐、生產實習五大環節：

（1）課堂理論教學的目的是使學生掌握軟件工程的基本概念、原理和方法。在教學組織上，將軟件工程的理論分為軟件產品與過程、管理、傳統方法學、面向對象方法學等四大塊內容，通過生動的實際案例引導學生理解軟件工程基本概念的重要性，通過大量的練習題幫助學生掌握各方面的基礎理論和方法。在講理論知識的同時，重點講授如何運用書本上的理論知識應用于實際，并注重調動學生的積極性，將學生學習的過程變為在教師引導下師生共同探索的過程。講授方式采用概念講授、案例引導、任務驅動相結合的“學中做”組合式教學模式。

（2）研討報告作為重要的考核環節，主要安排學生匯報英文案例研究和團隊項目實踐的學習成果，對軟件項目中的各種實際問題、學習中的重點與難點內容展開討論。通過熱烈討論交流學習中的有關經驗，加深對問題的理解和解決，訓練學生的創新能力、分析歸納和表達能力，提高學生解決問題的能力，達到較好效果。

（3）課內實驗是為了鞏固課內學習的主要內容，通過安排4個課程實驗“小任務”和一個由個人獨立完成的“小項目”，使學生掌握一些基本的專業技能，幫助學生應用基本知識，熟練掌握各種開發工具。提高編程能力，培養學生的個人能力與職業技能。

（4）軟件項目通常是由一定規模的項目小組來完成的，軟件工程師不僅需要完成個人的工作任務，還需要與項目組成員協同工作才能完成任務。所以課后團隊項目實踐對實現課程教學目標是非常重要的教學環節。課外實踐的目的是培養學生的團隊精神與溝通技能，以及綜合運用知識開發系統的能力。做法是布置課外團隊案例分析和項目開發實踐任務，將學生分為5～6人的開發小組，以團隊協作方式完成一個項目，使學生在實踐中體會軟件的生命周期的階段和活動，以及團隊合作的各種角色和任務，讓學生熟悉團隊開發的基本模式，獲得協同開發的經驗。在整個項目的開發過程中，系統分析員需要與項目實踐指導教師進行反復溝通以確定需求；項目組內必須定期自行組織召開協商會議，就項目進度、模塊接口等管理與技術問題進行非正式的溝通和磋商；每個團隊需在課程結束前提交規范的項目文檔報告，并準備2場研討報告。通過完成工作量不小于150個小時的項目實踐活動，使學生感到有壓力，有緊迫感，綜合訓練學生的分析能力、開發能力、組織能力、表達能力，培養團隊精神，促使學生成為學習的主體，開展主動學習，踐行“做中學”，強化訓練學生的實際動手能力和創新能力。

（5）軟件工程理論抽象，內容廣泛，綜合性實踐性強。為了解決在校生缺乏企業和社會背景、缺乏實際工程經驗的問題，學院與太極計算機公司（信息產業部第十五研究所）合作建立起校外軟件工程實習基地。所有學生須在該基地開展為期1周的軟件工程生產實習，了解IT企業的真實環境，獲得軟件工廠和企業系統開發流程和軟件“黑盒”測試的實際體驗。

本課程以建構主義學習理論為基礎，針對軟件工程學科知識體系和教學過程的特點，確定CDIO教學目標框架下課程教學的階段劃分、教學模式、活動、目標與方法，并根據課程知識單元的教學特點，選擇各個知識單元的有效的教學方法，形成各門課程有效達成教學目標并體現以學生為主體、教師為主導的雙主模式的組合教學方法模式，并在此基礎上開展教學實驗并收集教學效果的實驗數據，并根據反饋不斷改進教學方法。

2.教學手段

課程組充分發揮教師的計算機特長，有效利用互聯網環境，開發在線教學及資源下載網站，實現教案、課件、輔助教學素材的共享，以及在線學習、作業提交、練習等在線功能，為師生提供先進的現代教育技術手段。

3.考核辦法

有效的考試與評估系統可在很大程度上引導學生學習態度的轉變和技能的進步，對培養學生的素質、能力和責任感具有重要作用。本課程強化對工程設計檔案和軟件設計作品這類基于學習結果的考核評價，不僅直接考查了學生的學習過程，也考查了學生跨學科的學習能力、設計才能、創造力和領導能力。

為了切實體現理論與實踐并重的教學理念，筆者開展考核方法的改革，加強學習效果的檢查，保證教學質量。改革傳統閉卷考的單一考試模式，采取期末考試、實驗、平時表現、研討報告與“大作業”相結合的多元化考評方法，將學生完成實驗和“大作業”的文檔、報告、軟件等實踐成果作為考評內容，并加大在總分中的比重，通過學生之間互評，教師上機逐一檢查的方法，促進學生之間的相互交流，確保“大作業”的完成質量，同時提高考核方法的客觀性、公平性和合理性。

考核方法為：第一，課程總評成績的評定主要包括考試、實驗和平時成績三個部分。這三部分的考核成績分別占總評成績的比例為40%、20%和40%。第二，考試采用開卷形式，主要考核學生對軟件工程基本概念、原理和思想的理解與應用。第三，課內實驗主要考核實驗過程（20%）和實驗報告（80%）。第四，平時成績的考核由課程小作業（10%）、大作業（70%）、出勤（10%）、研討報告（10%）四部分構成。其中大作業的考核成績由資料收集大作業（20%）、英文案例研究大作業（20%）和項目開發實踐大作業（30%）的考核成績累加而成。研討報告有2個，各占5%。

五、結束語

在近幾年的教學實踐中，課程組教師引入國際先進CDIO工程教育理念，結合軟件工程課程特點和自己的科研成果以及實際工作經驗，實施軟件工程CDIO教學模式，深入淺出地講授軟件工程的基礎知識理論，強化實踐教學，強調課程知識模塊間有機聯系和綜合應用，強調理論聯系實際，強調知識傳授和能力素質培養雙重目標的實現，積極引導學生開展主動學習、探究式學習和協作學習。通過幾年的教學實踐，學生的個人能力和職業技能、人際交流能力以及CDIO系統建造與調控能力得到全面提高，成效顯著。

參考文獻：

[1]劉乃琦.軟件工程教育的特點與問題[J].計算機教育，2004，(10).

[2]李曼麗.用歷史解讀CDIO及其應用前景[J].清華大學教育研究，

2008，(5).

[3]全蕾，陸鋼.軟件工程課程教學改革[J].中國科教創新導刊，

2009，(19).

[4]滿君豐，陳莉，文志誠，等.質量工程實施進程中軟件工程專業人才培養模式的研究與實踐[J].計算機教育，2009，(23)

[5]林楠，李翠霞.國家示范性軟件職業技術學院人才培養模式創新[J].計算機教育，2010，(24).

[6]張樺，溫顯斌，王勁松.基于CDIO模式的計算機專業教學改革[J].計算機教育，2010，(11).

[7]顧佩華，包能勝，康全禮，等.CDIO在中國(上)[J].高等工程教育研究，2012，(3).

[8]顧佩華，包能勝，康全禮，等.CDIO在中國(下)[J].高等工程教育研究，2012，(5).

（責任編輯：王意琴）