CDIO模式下軟件工程碩士培養過程的探索與實踐

李彤　代飛　沈勇

摘要：針對軟件工程碩士培養存在的問題，借鑒CDIO工程教育模式，結合國情和軟件工程碩士培養的要求，提出軟件工程碩士培養的SE-CDIO方法，從構思、設計、實現、運作等4個階段闡述如何建立軟件工程碩士分階段的人才培養過程，實施軟件工程碩士培養的教學改革與創新。

關鍵詞：軟件工程碩士；人才培養過程；CDIO；人才培養方法

0.引言

軟件產業作為國民經濟信息化的基礎，已經涉足工業、農業、商業、金融、科教文衛、國防和百姓生活等各個領域。由于軟件產業的發展和軟件在各行各業的廣泛應用，軟件工程師在規模上已大大超過了硬件工程師，人才需求日益旺盛且缺口較大。為適應我國經濟結構戰略性調整，實現軟件產業和軟件人才培養的跨越式發展，國務院國發[2011]4號文件《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》中，以三個條款的強度，明確要求“要加強軟件學院和軟件工程專業的建設”，進一步要求軟件學院必須成為國家高層次軟件人才的培養基地，以培養出符合市場要求、面向產業發展的工程型國際化的軟件人才。

長期以來，由于培養目標單一，高校軟件工程碩士培養不論在數量上還是在質量上，都不能滿足產業高速發展的需要，無法為產業的發展壯大提供強有力的支持。軟件工程碩士來源龐雜，專業背景、工作背景千差萬別，培養過程中存在不規范的情況。及時轉變辦學觀念，以工程型、國際化軟件人才培養為目標，從過程管理的角度，提出將CDIO工程教育模式引入到軟件工程碩士培養過程，從構思、設計、實現、運作4個階段，對軟件工程碩士的培養環節進行規范，以確保人才的培養質量。

1.CDIO工程教育模式與軟件工程碩士培養現狀

1.1CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是由麻省理工學院、瑞典皇家工學院等4所大學，自2000年起，經過4年探索研究后創立的先進工程教育理念。CDIO模式以構思（conceive）、設計（design）、實現（implement）、運作（operate）為主線，以產品從研發到運行的生命周期為載體，將基礎知識、個人能力、團隊協作與社會環境融合在一起，注重理論與實踐的結合。CDIO教學模式應用于我國的一些高校，已經取得了初步成果。

1.2軟件工程碩士培養現狀

近年來，隨著我國軟件產業的快速發展，軟件工程碩士培養也取得了長足的進步。在取得進步的同時，軟件工程碩士培養也存在巨大的挑戰：現有的軟件工程碩士培養過程存在著重視理論和技術、輕視實踐、忽視運作（指推廣應用和運營）等問題。其特點是：①在辦學機制上，基本是以學校為中心，缺乏與產業和社會的溝通和互動；②在教學方法上，以教師為中心，以課堂講授為主，以理論考試成績評價學生學習；③在師資建設方面，片面強調高學歷、高學位，缺乏對教師產業背景和工程實踐經驗的要求；④在課程設置上，以學科為導向，強調知識的完備性和系統性；⑤在評價體系上，注重學生理論學習和考試成績，缺乏對實踐能力的考核。但為了解決上述問題，又走向了另外一個極端，出現了片面強調實踐環節、不重視理論基礎、忽視“運作”的問題，從而造成理論和實踐之間的比重搖擺不定、沒有一個既定的方針、按下葫蘆浮起瓢的局面。因此，探索一條新的符合產業發展要求的新型軟件工程碩士培養模式，就必須從解決上述“脫節”著手。

2.借鑒CDIO工程教育模式，提出SECDIO方法

鑒于傳統的軟件工程碩士培養過程存在從理論到技術、從技術到生產、從生產到運行的脫節，CDIO工程教育模式強調以產品從構思研發到運行的生命全過程指導教學過程，這與軟件工程碩士培養需求非常吻合。為此，我們結合國情和軟件工程人才培養的要求，將CDIO工程教育模式與軟件工程相結合，提出了軟件工程碩士培養的SE-CDIO方法（SE是軟件工程的英文縮寫），實施軟件工程碩士培養的改革與創新。

SE-CDIO方法的內涵是讓學生經歷從理論到技術、從技術到生產、從生產到運營的全過程。進一步說，它是與軟件生命周期緊密結合而提出的軟件工程人才培養模式，以軟件生命周期為載體，集構思（理論）、設計（技術）、實現（落實）和運作（推廣應用和運營）于一體，讓學生主動地、實踐地、各階段有機聯系地學習，經歷從理論到技術、從技術到生產、從生產到運營的全過程，讓理論、技術、實踐、運營各部分按比例協調發展，并能根據實際情況動態調整。具體而言，各階段的要求如下：

（1）構思階段（C）：運用軟件工程原理，構思學生畢業論文所需研發的項目。該項目要求與學生的實際工作背景相關，在分析、思考、討論和調研的基礎上，進行可行性研究和需求分析，并按照國家標準《GB/T 8567-2006計算機軟件文檔編制規范》（以下簡稱國標）的要求完成《軟件需求規格說明》等相關文檔的編制。

（2）設計階段（D）：運用軟件工程方法，完成軟件系統的設計，包括軟件體系結構設計、構件設計、數據庫設計和接口設計，從而進一步加深學生對軟件工程原理、方法和技術的理解和再認識，并按照國標完成《軟件設計說明》等相關文檔的編制。

（3）實現階段（I）：在計算機上完全實現軟件系統并完成所有測試。本階段培養學生的實干精神、工程能力和團隊精神，并按照國標完成軟件測試報告軟件產品規格說明等相關文檔的編制，完成全部源代碼的編寫。

（4）運作階段（O）：實現軟件系統的運營，包括建立應用、營銷和服務渠道，讓系統投入實際應用，培養學生的市場能力和服務能力，最后完成軟件產品運作總結（國標沒有規定，由教師確定寫作大綱）及其他相關文檔。

3.軟件工程碩士培養過程

SE-CDIO為指導的軟件工程碩士人才培養過程由構思、設計、實現、運作4個活動組成。需要說明的是，Petri網是1962年由德國科學家C.A.Petri在博士論文《用自動機通信》中創立的一種網狀結構，被稱為“Petri網”。

Petri網是一個四元組∑=（P，T，F，M），其中：①P∪T≠∮，習慣稱尸為庫所集，T為變遷集；②P∩T=∮；③F∈（P×T）∪（T×P），稱F為流關系；④映射M：P→{0，1，2，3…}稱為Petri網的一個標識。通常用Mo表示Petri網的初始標識。通常，為了圖形化的直觀表示接口Petri網，用圓圈表示P中的元素，用矩形框表示丁中的元素，用有向邊表示F中的元素，若（x，y）∈F，則從x到y畫一條有向邊。

3.1構思活動的細化過程

構思活動輸入“研發項目的想法”，輸出“軟件需求規格說明”，其細化過程如圖1所示。

具體而言，選擇需求分析方法是指學生可以選擇采用面向對象分析方法，或結構化分析方法，對研發項目進行需求分析。若采用面向對象的需求分析方法，則業務需求描述需采用活動圖，給出具體的業務流程；功能需求分析需采用用例圖和用例說明，給出具體的功能需求描述；數據需求分析需采用概念類圖，給出具體的數據需求描述；非功能性需求分析需采用文本方式，給出具體的非功能需求描述。若采用結構化的需求分析方法，則業務需求描述需采用流程圖，給出具體的業務流程；功能需求分析需采用數據流圖和數據字典，給出具體的功能需求描述；數據需求分析需采用IPO（input process output）圖，給出具體的數據需求描述；非功能性需求分析需采用文本方式，給出具體的非功能需求描述。

3.2設計活動的細化過程

設計活動輸入“軟件需求規格說明”，輸出“軟件設計說明”，其細化過程如圖2所示。具體而言，選擇設計方法是指學生可以選擇采用面向對象的設計方法，或結構化的設計方法，對研發項目進行設計。若采用面向對象的設計方法，則總體設計需采用包圖給出系統的體系結構設計；功能模塊設計包含兩個子活動：功能結構設計和功能設計，其中，功能結構設計也需采用包圖給出具體模塊的結構設計。功能設計包含3個任務：類圖設計、時序圖設計、核心處理流程設計（活動圖給出）。若采用結構化的設計方法，則需采用層次結構圖（即H圖）給出系統的體系結構設計；功能模塊設計包含兩個子活動功能結構設計和功能設計，其中，功能結構設計也需采用層次結構圖給出具體模塊的結構設計；功能設計包含3個任務：輸入數據設計、輸出數據設計、處理數據設計，并給出處理流程圖。

需要說明的是，學生選擇的需要分析方法必須與選擇的設計方法保持一致。也就是說，不允許在構思階段選擇結構化需求分析方法，但在設計階段選擇面向對象的設計方法。

3.3實現活動的細化過程

實現活動輸入“軟件設計說明”，輸出“軟件產品”，其細化過程如圖3所示。首先，依據“軟件設計說明”，選擇合適的程序設計語言。隨后，對各功能模塊進行并行編碼實現。再經過單元測試、功能測試、系統測試和驗證測試，以最終完成軟件產品的開發。

3.4運作活動的細化過程

運作活動輸入“軟件產品”，輸出“軟件變更記錄”“用戶手冊”“客戶滿意度測試報告”。其細化的過程如圖4所示。具體而言，變更管理和版本管理是指學生就試運行階段和產品維護階段產生的問題，對系統進行設計優化及編碼改進。為方便對整個項目的監控，在改進的同時進行變更控制及版本控制，并產生“軟件變更記錄”。用戶培訓要求學生編寫“用戶手冊”輔助產品使用者了解產品。試運行階段是指學生將產品移植到用戶使用環境中進行測試。若測試結果表明存在問題，學生需進入設計優化階段對產品進行變更，為了使開發過程高效且可控，學生需進行變更控制。若測試結果良好，產品進入發布階段。發布后用戶將產品使用中出現的問題反饋給學生，學生需根據問題進行軟件維護。軟件維護包含糾錯性維護、適應性維護、完善性維護及預防性維護多個方面，每個方面都會涉及對軟件的改進和演化。在改進和演化同時產生版本的變更，為此學生需進行版本控制；根據需要定期向用戶發送“顧客滿意度調查表”，收集相關意見和建議；分析產品或體系存在的問題，識別改進時機、改進地方及宜采用的糾正和預防措施，并編寫“客戶滿意度測試報告”；當項目組對項目進展進行內部審核結束后，軟件開發過程正式結束。此時學生需要整理開發過程中產生的文檔，將其歸檔，以作日后類似產品開發的參考及借鑒，最后完成軟件產品運作總結。

4.結語

事實證明，SE-CDIO為指導的軟件工程碩士人才培養過程符合軟件工程碩士的培養需要，有效改變了軟件工程碩士培養過程中的不規范、隨意等問題，取得了良好的人才培養效果。

針對軟件工程碩士培養的要求，我們今后將繼續完善SE-CDIO方法，從課程體系和實踐教學體系方面，進一步探索人才培養的策略和方法。

（編輯：郭田珍）